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共轴高速直升机增益自适应多模式切换控制

航空学报 2024年第9期45卷 211-228页

作者：郑峰婴沈志敏李雅琴徐楷钊王新华南京航空航天大学航天学院南京210016 南京航空航天大学自动化学院南京210016

针对共轴双旋翼高速直升机非线性强耦合多模式切换稳定控制问题,提出一种基于增益自适应的平均驻留时间切换控制策略。首先,根据共轴高速直升机动力学模型,分析其舵面操纵特性,构建多模式增益自适应切换控制结构。提出非仿射非线性小增... 详细信息

针对共轴双旋翼高速直升机非线性强耦合多模式切换稳定控制问题,提出一种基于增益自适应的平均驻留时间切换控制策略。首先,根据共轴高速直升机动力学模型,分析其舵面操纵特性,构建多模式增益自适应切换控制结构。提出非仿射非线性小增益高频滤波自适应律,可快速补偿多模式切换的不确定性并降低高频噪声以保证系统的稳态和暂态性能。然后,建立包含不确定项的切换子模型集,结合自适应增益设计平均驻留时间切换控制律,基于小增益定理和Lyapunov稳定性理论证明该闭环系统的控制稳定性,保证共轴高速直升机低速-过渡-高速全模式下的稳定切换控制。最后,通过与现有控制方法的比较,验证了所提出的控制策略的可行性和有效性。

关键词：共轴高速直升机非线性小增益自适应控制平均驻留时间切换控制

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满足多维功能需求的通用机场区域布局研究

地球信息科学学报 2024年第5期26卷 1296-1314页

作者：姜雨刘猛猛李智超薛清文戴垚宇南京航空航天大学民航学院南京211106 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京211106

目前通用机场建设是我国通航产业发展的重点,合理的通用机场布局是后续通航产业发展的基础,因此本文构建多维需求分析-布局选址-功能定位研究框架,为区域通用机场布局规划提供科学性方法。本文首先构建通用机场运输需求及非运输需求影... 详细信息

目前通用机场建设是我国通航产业发展的重点,合理的通用机场布局是后续通航产业发展的基础,因此本文构建多维需求分析-布局选址-功能定位研究框架,为区域通用机场布局规划提供科学性方法。本文首先构建通用机场运输需求及非运输需求影响指标体系,采用组合赋权法获得通用机场区域运输需求及非运输需求分布;其次改进多边形支配点集法为通用机场多维功能需求最大覆盖问题提供候选设施区位,以最大化多维功能需求覆盖和改善机场可达性为目标构建通用机场布局规划模型,设计NSGA-Ⅲ算法进行求解;最后提出基于k-means聚类的通用机场功能定位方法,实现通用机场差异化功能定位。以某地区为实例,实验结果显示,在近期规划中当通用机场数量增加29个,区域运输需求覆盖率达58.78%,非运输需求覆盖率达66.17%;在远期规划中,当通用机场数量增加64个,运输需求覆盖率达89.20%,非运输需求覆盖率达97.57%,基本覆盖通用机场多维功能需求。在近期和远期规划中,该地区通用机场1 h通勤区域占比由目前28.73%分别提升至60.63%和78.35%。本文根据远期布局方案确定通用机场等级及功能,使得机场功能定位与多维功能需求分布相适应,为通用机场的规划和建设提供理论依据。

关键词：航空运输机场布局优化多维功能需求多边形支配点集法连续设施选址最大覆盖模型 NSGA-Ⅲ算法功能定位

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基于综合赋权的目标可攻击价值综合评估排序

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1731-1737页

作者：孙学安王寅周齐贤南京航空航天大学航天学院南京211106

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标... 详细信息

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标的打击价值,建立空地目标价值综合评估的指标体系,采用熵权法和层次分析法相结合的主客观综合赋权法对指标进行赋权,最后通过扇形雷达图法对空地目标价值综合评估排序,并通过实例仿真计算多个空中和地面目标的价值,得出了符合常规的目标价值排序。

关键词：自主攻击目标排序综合赋权扇形雷达图法威胁评估

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空间飞行器的指向误差混合分布模型

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 449-460页

作者：曹冬平井庆丰仲伟志南京航空航天大学航天学院南京211106

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合... 详细信息

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合分布模型,将多种误差源同时考虑在内,极大地提高了模型的准确性.首先,根据多个空间飞行器奥林巴斯通信卫星OLYMPUS、工程测试卫星ETS-VI、光学轨道间通信工程试验卫星OICETS和量子科学实验卫星MICIUS角微振动信号的功率谱密度拟合指向误差信号.然后,对比单一分布模型和混合分布模型与指向误差拟合信号的确定系数R^(2),确定最优分布模型.结果表明:由高斯分布和莱斯分布组成的混合分布模型拟合度最高.以OLYMPUS飞行器为例,高斯-莱斯混合分布模型的拟合度比单一分布模型中的瑞利模型提高27.44%,误比特率偏差降低2.87 dB.

关键词：空间飞行器角微振动指向误差模型单一分布混合分布

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高超声速飞行器时间协同预测校正鲁棒制导

宇航学报 2024年第3期45卷 421-432页

作者：魏昀鹏都延丽王文凯刘燕斌南京航空航天大学航天学院南京211106

针对存在参数不确定性的多高超声速飞行器滑翔段协同制导问题,提出了一种时间协同的预测校正鲁棒制导方法。首先,基于剩余飞行时间的动态航向角误差走廊实现了横向协同制导,为调整飞行时间提供了有利条件;设计了随协同飞行任务进程变化... 详细信息

针对存在参数不确定性的多高超声速飞行器滑翔段协同制导问题,提出了一种时间协同的预测校正鲁棒制导方法。首先,基于剩余飞行时间的动态航向角误差走廊实现了横向协同制导,为调整飞行时间提供了有利条件;设计了随协同飞行任务进程变化的权值函数,将剩余飞行时间引入纵向制导的预测校正过程中,确保协同飞行任务落点和协同时间的精度。其次,基于改进无迹卡尔曼滤波估计的方法对气动参数的不确定性进行估计,通过对剩余飞行时间与剩余能量的综合分析,修正了航向角误差走廊和标称迎角剖面,以提高协同制导系统的鲁棒性能。最后,分别在标称环境和参数不确定环境下开展了仿真实验,其结果证明了该协同制导方法的可行性和鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器预测校正时间协同制导鲁棒制导无迹卡尔曼滤波

面向无人机自主着陆的视觉感知与位姿估计方法综述

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自动化学报 2024年第7期50卷 1284-1304页

作者：马宁曹云峰南京航空航天大学航天学院南京211106

自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域... 详细信息

自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域中基于视觉的着陆场检测与位姿估计方法研究进展进行总结.首先,在分析无人机自主着陆应用需求的基础上,指出机器视觉在无人机自主着陆领域的应用优势,并凝练出存在的科学问题;其次,按不同应用场景划分对着陆场检测算法进行梳理;然后,分别对纯视觉、多源信息融合的位姿估计技术研究成果进行归纳;最后,总结该领域有待进一步解决的难点,并对未来的技术发展趋势进行展望.

关键词：自主着陆无人机机器视觉着陆场检测位姿估计信息融合

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基于波动控制的直升机吊挂鲁棒减摆技术

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1629-1638页

作者：李红宏韩艳铧南京航空航天大学航天学院南京211106

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动... 详细信息

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动模型,采用小扰动的方法在平衡点处对所建模型进行线性化;在此基础上,基于特征值配置法设计状态反馈控制器;设计波动控制器来减小摆角控制具有良好的动态性能和稳态性能。在仿真中对吊挂载荷质量进行拉偏,证明所设计波动控制器具有较强的鲁棒性,结果表明:所设计波动控制器有效。

关键词：直升机吊挂系统动力学模型状态反馈波动控制减摆控制器

基于改进DRSN的航空发动机故障风险预警模型

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航空动力学报 2024年第2期39卷 133-143页

作者：毛浩英孙有朝李龙彪晏传奇南京航空航天大学民航学院南京211106

航空发动机属于多发性故障机械,运用先进的计算训练方法可有效地实现准确的风险预警分析,为发动机的运维指导提供参考。在发动机故障风险预警征兆数据集中提取多变量时间序列样本,将样本矩阵化,转换为灰度图样本。预处理并增强图像数据... 详细信息

航空发动机属于多发性故障机械,运用先进的计算训练方法可有效地实现准确的风险预警分析,为发动机的运维指导提供参考。在发动机故障风险预警征兆数据集中提取多变量时间序列样本,将样本矩阵化,转换为灰度图样本。预处理并增强图像数据样本,热编码化序列样本标签。深度残差收缩网络(deep residual shrinkage network,DRSN)中融入深度注意力机制与带有阈值的残差收缩块,获取高判别性特征,实现软阈值化。结合长短时记忆神经网络层与多个隐层,改进DRSN模型,使用主成分分析重构特征与主元提取,累积可解释方差贡献率为93.7%。对潜在20种故障征兆识别、分类并预警,训练精确度为96.1%。提出了改进DRSN航空发动机故障风险预警模型,与其他算法相比有较强的鲁棒性,预警正确率至少提高4.4%。

关键词：故障风险预警深度残差收缩网络深度注意力机制软阈值化深度学习

纤维增强树脂基复合材料筋/拉索数值模拟研究综述

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1653-1671页

作者：朱江涛赵杏南京航空航天大学民航学院南京210016

纤维增强树脂基复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体组合而成的一种材料,在各种领域中拥有广泛的应用。利用数值模拟方法可以更加简单、精确地预测FRP筋/拉索性能,从而加快设计效率、减少试验工作量,因此大量学者针对FRP筋/拉索进行了数值... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体组合而成的一种材料,在各种领域中拥有广泛的应用。利用数值模拟方法可以更加简单、精确地预测FRP筋/拉索性能,从而加快设计效率、减少试验工作量,因此大量学者针对FRP筋/拉索进行了数值模拟研究。本文主要介绍了单向纤维增强聚合物复合材料的模拟控制因素和需求,在微观、细观和宏观尺度下研究FRP的理论模型和分析方法,提出了在不同尺度下对FRP筋/拉索进行数值模拟的不足之处及数值模拟在微观、细观和宏观层面中的应用。重点论述了不同尺度数值模拟方法在FRP筋/拉索中的应用和最新多尺度数值研究进展及FRP筋/拉索在锚固区的数值模拟方法及现状,最后简要阐述了FRP筋/拉索数值模拟在未来可能的研究发展方向。为建立精细化FRP筋/拉索损伤和性能预测模型发展提供参考。

关键词： FRP结构数值模拟多尺度分析有限元法耐久性