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小型航天器浸入与不变自适应反步姿态跟踪

哈尔滨工业大学学报 2014年第7期46卷 60-68页

作者：张超张胜修蔡光斌侯明哲第二炮兵工程大学控制工程系西安710025 哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心哈尔滨150001

针对具有惯性张量不确定性、外干扰及饱和限制的小型航天器非线性姿态跟踪问题,将反步法和系统浸入与流形不变理论相结合,提出了分块自适应约束控制结构.航天器姿态模型由修正罗德里格参数进行全局非奇异描述.在设计反步控制器时,引入... 详细信息

针对具有惯性张量不确定性、外干扰及饱和限制的小型航天器非线性姿态跟踪问题,将反步法和系统浸入与流形不变理论相结合,提出了分块自适应约束控制结构.航天器姿态模型由修正罗德里格参数进行全局非奇异描述.在设计反步控制器时,引入指令滤波器和修正跟踪误差信号以施加系统状态和执行器的饱和限制,同时较容易地获得虚拟控制导数.为提高反步控制器的鲁棒性和性能,利用基于不变流形的非线性观测器对时变的系统"总干扰"进行在线估计补偿.由于不变流形方法使得估计误差具有指定的一致稳定动态,因而该分块自适应控制器比传统的自适应反步控制器更容易调节,且性能不受未知的估计律动态的影响.李亚普诺夫直接方法证明了估计误差有界性和闭环系统输入状态稳定.数值仿真表明,与传统方法相比,所提出的控制器结构具有更高的姿态跟踪性能和干扰估计精度.

关键词：姿态跟踪修正罗德里格参数自适应反步法浸入与不变饱和约束

高机动弹道目标末端拦截的新型有限时间滑模制导律设计

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飞行力学 2020年第5期38卷 63-69页

作者：雷坤梁勇奇蔡祥健蔡光斌西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049 火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025

针对高机动弹道目标末端拦截问题,设计了一种具有有限时间收敛特性的新型滑模制导律。首先针对目标三维运动强耦合的特点,基于视线旋转坐标系内弹目相对运动关系建模,结合降维微分几何制导律和滑模控制理论,并采用快速双幂次趋近律构造... 详细信息

针对高机动弹道目标末端拦截问题,设计了一种具有有限时间收敛特性的新型滑模制导律。首先针对目标三维运动强耦合的特点,基于视线旋转坐标系内弹目相对运动关系建模,结合降维微分几何制导律和滑模控制理论,并采用快速双幂次趋近律构造了有限时间内快速收敛的连续制导指令;同时,采用了一种在末端拦截段使视线转率随弹目相对距离的减小在有限时间内快速收敛的滑模面;进而将目标的机动加速度视为上界未知的有界扰动,并通过自适应估计实现对目标加速度上界的快速逼近,可显著提高滑模面收敛速度,同时减弱抖震现象;最后,通过李雅普诺夫定律,对所提出新制导律的稳定性进行了证明。仿真结果表明,所设计的新型制导律能有效拦截高机动弹道目标。

关键词：高机动弹道目标滑模制导律末端拦截快速双幂次趋近律加速度上界自适应估计

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考虑禁飞区的高超声速飞行器再入跟踪控制

国防科技大学学报 2020年第1期42卷 66-72页

作者：宫梓丰刘刚宋睿吴玉彬蔡光斌火箭军工程大学核工程学院陕西西安710025 火箭军士官学校测试控制系山东青州262500

为确立高超声速飞行器再入精确模型,参考NASA的研究数据对动力学方程中的气动参数进行拟合。基于飞行器结构的相关性质及战略应用背景,加入热流密度、动压、过载和禁飞区等参考约束的限制,融合成强非线性、复杂耦合的最优控制问题。采... 详细信息

为确立高超声速飞行器再入精确模型,参考NASA的研究数据对动力学方程中的气动参数进行拟合。基于飞行器结构的相关性质及战略应用背景,加入热流密度、动压、过载和禁飞区等参考约束的限制,融合成强非线性、复杂耦合的最优控制问题。采用改进自适应伪谱法求解模型所构建的微分方程组,通过设置自适应网格细化与配点,使单位时间内状态变量和控制变量波动过大的时间区间被进一步细划,并利用SNOPT求解器解算出符合条件的最优轨迹。设计闭环控制器,实现对最优轨迹的姿态变化的跟踪,测试系统的性能并进行评估。仿真结果表明:整个再入过程中,飞行器速度下降过程偏于平稳,再入轨迹可以满足约束条件,在避开禁飞区的同时取得最大横向航程;三通道角速度收敛可控,对姿态的跟踪较理想,控制器基本可以实现精确调姿。

关键词：高超声速飞行器再入段最优控制自适应伪谱法姿态跟踪

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高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化

哈尔滨工业大学学报 2023年第4期55卷 44-55页

作者：徐慧蔡光斌崔亚龙侯明哲姚二亮火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 96851部队辽宁盘锦124202 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为提高高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化问题求解速度和精度,提出了一种将改进的麻雀智能优化同参数化设计相结合的再入轨迹方法。首先,通过Tent混沌映射和精英反向种群方法初始化种群,利用黄金正弦策略进行种群的位置更新,并通过余弦策... 详细信息

为提高高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化问题求解速度和精度,提出了一种将改进的麻雀智能优化同参数化设计相结合的再入轨迹方法。首先,通过Tent混沌映射和精英反向种群方法初始化种群,利用黄金正弦策略进行种群的位置更新,并通过余弦策略减少侦察者数量,采用贪婪策略对种群的最优解进行选择和更新,在增强算法全局搜索能力的同时,不影响收敛速度。然后,将高超声速再入轨迹优化问题转化为攻角剖面和倾侧角剖面的参数化设计问题,将路径约束转化为阻力加速度再入飞行走廊,保证再入过程中始终满足路径约束,利用罚函数法处理终端约束,从而使得飞行器精确命中目标。最后,采用改进的麻雀智能优化算法对设计参数进行寻优,使得目标函数最优。仿真实验表明:本研究所提出的改进麻雀算法相较于原始麻雀算法、鲸鱼算法和粒子群算法收敛速度快,得到的高超声速滑翔飞行器再入轨迹精度有了进一步的提高;蒙特卡洛仿真实验说明,本研究所提出的高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化算法具有一定的鲁棒性。

关键词：高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化改进麻雀算法参数化设计蒙特卡洛仿真

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变体飞行器传感器故障在线主动容错控制

哈尔滨工业大学学报 2023年第8期55卷 60-71页

作者：毛定坤蔡光斌冯志超侯明哲班晓军火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为保证变体飞行器在传感器故障情况下的稳定飞行性能和良好跟踪效果,提高故障诊断准确度和容错控制能力,针对变体飞行器传感器故障诊断与容错控制问题,提出一种基于考虑属性可靠度的置信规则库(BRB-r)专家系统在线主动容错控制方法。首... 详细信息

为保证变体飞行器在传感器故障情况下的稳定飞行性能和良好跟踪效果,提高故障诊断准确度和容错控制能力,针对变体飞行器传感器故障诊断与容错控制问题,提出一种基于考虑属性可靠度的置信规则库(BRB-r)专家系统在线主动容错控制方法。首先,给出变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型,综合考虑外界扰动和传感器故障,利用最小二乘拟合方法和雅克比线性化方法,建立变体飞行器的切换线性变参数(LPV)故障模型;然后,基于BRB-r专家系统构建变体飞行器传感器故障诊断与容错控制模型,通过统计方法对传感器监测指标进行可靠性分析,并引入证据推理(ER)解析算法,提高故障诊断精度和容错控制效果;最后,利用基于投影算子的协方差矩阵自适应优化策略(P-CMA-ES)算法优化故障诊断与容错控制模型,降低系统的复杂度,提高了故障诊断效率。仿真结果表明,变体飞行器传感器故障诊断精度能够达到98.75%,当传感器故障程度小于50%时,所提方法能够有效克服传感器故障和外界扰动,保证变体飞行器的稳定飞行,具有较强的容错控制能力和鲁棒性能。

关键词：变体飞行器故障诊断容错控制传感器故障 BRB-r专家系统

扩散MRI评价轻中度孤立性侧脑室扩张胎儿脑白质纤维结构改变的价值

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中华放射学杂志 2024年第8期58卷 843-849页

作者：张超陈瑞可孙聪蔡先云陈欣吴丹王光彬山东大学山东省立医院影像科济南250021 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程系杭州310027 北京医院影像科北京100730 山东第一医科大学附属省立医院影像科济南250021

目的应用扩散MRI(dMRI)的扩散张量成像(DTI)模型和基于fixel分析(FBA)的方法探讨轻中度孤立性侧脑室扩张(IVM)胎儿脑白质纤维结构的变化情况。方法该研究为病例对照研究,前瞻性纳入2022年8月至2023年8月在山东第一医科大学附属省立医院... 详细信息

目的应用扩散MRI(dMRI)的扩散张量成像(DTI)模型和基于fixel分析(FBA)的方法探讨轻中度孤立性侧脑室扩张(IVM)胎儿脑白质纤维结构的变化情况。方法该研究为病例对照研究,前瞻性纳入2022年8月至2023年8月在山东第一医科大学附属省立医院就诊的轻中度IVM胎儿20例,胎龄为24~36(29.9±3.6)周,为IVM组。对照组纳入22例正常胎儿,来自中国胎儿脑dMRI图谱数据,胎龄为24~36(30.2±3.7)周。所有胎儿均采集dMRI数据,采用DTI模型获得胼胝体膝部、胼胝体压部、小脑中脚,双侧的皮质脊髓束、下纵束、下额枕束、丘脑前辐射7种主要纤维束的各向异性分数(FA)、平均扩散率、轴向扩散率和径向扩散率。采用FBA方法获得全脑纤维密度(FD)、纤维横截面积(FC)和纤维密度与横截面积(FDC)。IVM组与对照组间各纤维束DTI参数的比较采用独立样本t检验或Mann-WhitneyU检验。2组间FBA参数的比较使用协方差分析,使用MRtrix3软件包显示有差异的脑区。结果IVM组与对照组胎儿下纵束的FA值分别为0.142±0.012和0.133±0.015,差异有统计学意义(t=2.21,P=0.033),其余纤维束DTI参数差异均无统计学意义(P>0.05)。全脑FBA结果显示,与对照组比较,IVM组胎儿FD和FC改变的区域主要分布在胼胝体压部、穹隆、矢状层,其中FD降低而FC升高,FDC在皮质脊髓束降低。结论轻中度IVM胎儿存在脑白质纤维微观结构的改变,以位于侧脑室体部、三角区及颞角周围的白质纤维束为主。

关键词：胎儿磁共振成像脑室扩张扩散张量成像脑白质

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导弹测试设备故障模式分析与诊断技术

导弹与航天运载技术 2007年第2期 55-57页

作者：蔡光斌胡昌华王鑫第二炮兵工程学院西安710025

为实现导弹地面测试系统的故障诊断,依据系统的内部特点,按操作流程抽取电路子网络,研究了采用逆向推理的方法进行子系统电路的故障模式分析。考虑到抽取出来的电路子网络是较简单的开关/继电器组合,故采用采样点来表征电路信息,这样就... 详细信息

为实现导弹地面测试系统的故障诊断,依据系统的内部特点,按操作流程抽取电路子网络,研究了采用逆向推理的方法进行子系统电路的故障模式分析。考虑到抽取出来的电路子网络是较简单的开关/继电器组合,故采用采样点来表征电路信息,这样就可以利用状态点的信息组合来进行故障的检测和诊断。最后,通过实例验证了这一方法的实用性和有效性,为类似复杂电子系统故障诊断的实现提供了新的方向。

关键词：导弹测试设备故障模式分析故障诊断

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多禁飞区高超声速滑翔飞行器再入机动制导

兵器装备工程学报 2019年第8期40卷 32-39页

作者：高杨蔡光斌张胜修徐慧火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 西北工业大学航天学院西安710072

针对高超声速滑翔飞行器再入过程中面临的多禁飞区约束问题,提出了一种基于三触角预测方法的侧滑角瞬变规避机动制导策略。该机动制导策略通过最大转弯轨迹计算飞行器的航向角约束,预测时只发出三条“触角”预测线,根据航向角与禁飞区... 详细信息

针对高超声速滑翔飞行器再入过程中面临的多禁飞区约束问题,提出了一种基于三触角预测方法的侧滑角瞬变规避机动制导策略。该机动制导策略通过最大转弯轨迹计算飞行器的航向角约束,预测时只发出三条“触角”预测线,根据航向角与禁飞区等约束终止预测并计算预测终止的优先级,然后引入侧滑角延时计数开关后选择侧滑角,规避禁飞区到达终点。基于三触角预测方法的侧滑角瞬变策略完成了纵横向制导策略的设计,降低了机动制导中侧滑角的控制难度,缩短了轨迹预测时的计算时间。通过两种飞行器的仿真结果表明,机动制导时采用侧滑角瞬变策略能够有效规避未知形状的多个禁飞区,预测轨迹的计算时间满足机动制导的要求,同时蒙特卡洛仿真实验也验证了模型的鲁棒性。

关键词：高超声速滑翔飞行器再入机动制导禁飞区触角探测侧滑角瞬变策略

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聚酰胺6接枝线性聚磷腈的结晶行为研究

材料导报 2023年第S1期37卷 552-557页

作者：宋文龙严鹏威颜春陈刚祝颖丹徐海兵吕晓静吕东喜蔡广斌中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省机器人与智能制造装备技术重点实验室浙江宁波315201 浙江工业大学化学工程学院杭州310014

以聚(对苯氧基羧酸)磷腈和己内酰胺为原料,合成了聚酰胺6接枝线性聚磷腈(PA6-g-PPZ)树脂。研究了不同磷含量PA6-g-PPZ树脂的非等温结晶行为,并采用Avrami方程分析了其非等温结晶动力学。研究结果表明,PA6-g-PPZ的结晶速率随着冷却速率... 详细信息

以聚(对苯氧基羧酸)磷腈和己内酰胺为原料,合成了聚酰胺6接枝线性聚磷腈(PA6-g-PPZ)树脂。研究了不同磷含量PA6-g-PPZ树脂的非等温结晶行为,并采用Avrami方程分析了其非等温结晶动力学。研究结果表明,PA6-g-PPZ的结晶速率随着冷却速率的增加而增加;在相同的冷却速率下,PA6-g-PPZ的结晶速率随其磷含量的增加而降低。进一步采用Kissinger法计算出了不同磷含量PA6-g-PPZ的结晶活化能,发现其结晶活化能随磷含量的增加而增加,表明其结晶能力降低。通过X射线衍射分析了PA6-g-PPZ树脂的晶型,发现其γ晶型随着磷含量的增加而增加。

关键词：聚酰胺6接枝线性聚磷腈非等温结晶结晶动力学结晶活化能