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空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统高性能控制关键技术

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航空学报 2024年第15期45卷 109-121页

作者：卜飞飞董兆鹏张得礼黄文新徐振缘孙鹏宇南京航空航天大学自动化学院南京211106 南京航空航天大学机电学院南京210016

为满足航天伺服系统高性能控制需求,针对空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统存在的电流环延迟问题,提出了一种基于无差拍控制的电流环延迟补偿策略,设计延迟补偿环节抑制电流环中存在的延迟,同时设计误差校正器提高电流采样精度,保证电流... 详细信息

为满足航天伺服系统高性能控制需求,针对空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统存在的电流环延迟问题,提出了一种基于无差拍控制的电流环延迟补偿策略,设计延迟补偿环节抑制电流环中存在的延迟,同时设计误差校正器提高电流采样精度,保证电流预测的准确性。在应对系统外部复杂扰动的挑战上,提出了一种扰动观测结合转子位置追踪的扰动抑制策略,设计了基于内模控制思想的新型外环控制器,并将微分结构引入观测器中实现无滞后扰动观测。对于柔性系绳易产生张力冲击的问题,提出了一种基于参数自适应调节器的防冲击张力控制策略,通过对张力调节器参数的动态调整实现张力的快速准确调节。最后,成功研制了空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统实验平台,并进行了相关实验验证。实验结果显示,提出的控制策略有效消除了电流环中的延迟,提升了电流环的动态和稳态性能;同时,能够对外部扰动进行精确估计与实时补偿,提高了整个伺服系统的抗扰性能;此外,成功实现了对柔性系绳张力的精确控制,防止了张力冲击现象,从而实现了空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统的高性能控制。

关键词：永磁伺服柔性系绳直驱技术张力控制扰动抑制电流控制

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复杂盒形件拉深气胀精确热成形工艺

稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1582-1591页

作者：乔旭东陈明和谢兰生南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对复杂盒形零件一次拉深成形不足的问题,提出了一种拉深气胀复合精确热成形工艺,其成形零件的外形及壁厚均满足设计要求。以TC2钛合金复杂盒形件为研究对象,研究了TC2钛合金在550~800℃和0.001~0.1 s^(-1)条件下的高温成形性能。设计... 详细信息

针对复杂盒形零件一次拉深成形不足的问题,提出了一种拉深气胀复合精确热成形工艺,其成形零件的外形及壁厚均满足设计要求。以TC2钛合金复杂盒形件为研究对象,研究了TC2钛合金在550~800℃和0.001~0.1 s^(-1)条件下的高温成形性能。设计了一套可一次性完成拉深、气胀的模具。基于有限元仿真模拟软件PAM-STAMP对零件成形过程进行模拟,获得了优化工艺参数并进行实验验证。结果表明:PAM-STAMP仿真软件可以预测零件拉深和气胀缺陷,优化了工艺参数和模具形状并进行实验验证。实验在800℃、气体压力2.5 MPa条件下获得了壁厚、侧边高度均符合设计要求的零件,验证了该拉深气胀复合工艺的可行性。

关键词： TC2钛合金高温流变性能复合工艺数值模拟

基于无源电压纹波注入的24脉航空交直流变换器

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哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 590-598页

作者：史艳博葛红娟王永帅潘怡晨南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单... 详细信息

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单元,该拓扑利用12脉变压器和2组整流桥实现了24脉波直流输出。本文详细描述了基于纹波电压极性,通过等比例交替调整2组整流桥输出电压矢量幅值,形成新的输出电压矢量,达到脉波倍增的过程;推导了相关表达式。本文对提出的变压整流器的工作模式、等效容量、源侧谐波含量等展开了详细分析;研制了样机,并通过实验研究验证了拓扑的可行性和正确性。

关键词：变压整流器脉波倍增无源电压纹波注入谐波抑制匝比多电飞机平衡电抗器移相变压器

基于中心点注意力的多视角多人三维人体姿态估计

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计算机科学 2024年

作者：江以恒李洋刘春颜赵蕴龙南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京航空航天大学无人机研究院

多视角多人三维人体姿态估计被广泛应用于各类计算机视觉任务中。当前基于空间体素的方法由于消耗巨大的资源难以实现在边缘计算设备上的实时性运算；而回归方法则由于缺乏几何约束导致泛化能力有限。在新的环境中无法直接应用而需要采... 详细信息

多视角多人三维人体姿态估计被广泛应用于各类计算机视觉任务中。当前基于空间体素的方法由于消耗巨大的资源难以实现在边缘计算设备上的实时性运算；而回归方法则由于缺乏几何约束导致泛化能力有限。在新的环境中无法直接应用而需要采集数据进行微调。本文通过结合空间体素方法与基于回归的姿态估计方法，融合二者特点提出了基于中心点注意力回归的多视角多人三维人体姿态估计模型，该模型通过一个小规模的体素网络粗略估计人体中心点位置，并以此构建初始姿态，随后在人体中心点的范围内进行回归预测得到更精确的人体姿态。本研究通过结合空间关键点位置，使得模型的回归预测更加准确，在大尺度上平均准确率提升1.16%，同时使得模型非常容易训练，在小样本微调中准确率最多提升12%。这使得基于回归的模型可以在新的场景下通过小数据量的训练快速部署而实现大幅扩展此类模型的泛化性能和通用性。

关键词：三维人体姿态估计多视角中心点预测网络中心点注意力 Transformer 体素网络

空基回收拖曳系统直线-盘旋转接段运动轨迹设计

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北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2565-2574页

作者：陈海通苏子康李春涛李雪兵孟冲张朋南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对气流扰动下空基回收拖曳系统在直线-盘旋转接段飞行过程中的拖曳浮标稳定问题,提出一种基于微分平坦理论的拖曳系统转接段运动轨迹的设计方法,通过设计母机运动轨迹间接地控制拖曳浮标沿着预设的转接轨迹安全、平稳、精准地转接飞... 详细信息

针对气流扰动下空基回收拖曳系统在直线-盘旋转接段飞行过程中的拖曳浮标稳定问题,提出一种基于微分平坦理论的拖曳系统转接段运动轨迹的设计方法,通过设计母机运动轨迹间接地控制拖曳浮标沿着预设的转接轨迹安全、平稳、精准地转接飞行。采用质点-弹簧离散缆绳模型构建母机-缆绳-浮标组合体多体动力学模型;在证明拖曳系统具备微分平坦特性的基础上,以拖曳浮标三轴位置为平坦输出,所提方法以期浮标沿着预设安全转接段轨迹飞行;结合拖曳浮标直线飞行状态与盘旋飞行状态设计拖曳浮标转接段飞行轨迹。通过平静大气、多种常值风及阵风气流扰动场景下的仿真算例结果表明,所提方法能够实现拖曳浮标在直线-盘旋转接段的稳定飞行。

关键词：空基回收无人机运动轨迹设计微分平坦过渡飞行

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基于学习观测器的航天器指定时间跟踪控制

控制与决策 2024年第2期39卷 519-526页

作者：曹腾龚华军薛艺璇肖慧雨诺南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对一类含有外部扰动和执行器故障的刚体航天器姿态控制系统,提出一种基于自适应学习观测器的指定时间容错控制器的设计方案.首先,系统性地给出一种改进型自适应学习观测器设计方案,基于自适应学习观测器框架,设计航天器姿态系统的学... 详细信息

针对一类含有外部扰动和执行器故障的刚体航天器姿态控制系统,提出一种基于自适应学习观测器的指定时间容错控制器的设计方案.首先,系统性地给出一种改进型自适应学习观测器设计方案,基于自适应学习观测器框架,设计航天器姿态系统的学习观测器实现对系统的综合扰动值估计;然后,利用综合扰动的估计信息和滑模控制理论设计指定时间容错跟踪控制器,使得系统的姿态角能够在指定时间跟踪指令信号,系统的收敛时间可通过容错控制器的参数预先设置,且与系统的初始状态值无关;接着,基于Lyapunov稳定性理论验证含有故障的姿态控制系统能够在指定时间内稳定;最后,通过数值仿真,与已有的观测器和有限时间控制方案进行对比,表明所提出方案的有效性和可行性.

关键词：航天器姿态控制自适应学习观测器容错控制指定时间控制

基于交互式多模型因子图的自适应组合导航算法

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中国惯性技术学报 2024年第4期32卷 346-353页

作者：曾庆化王守一李方东邵晨南京航空航天大学自动化学院南京210016

针对复杂城市环境下因外部干扰或传感器故障而引起的传统车载导航系统定位精度下降的问题,提出了一种基于因子图的交互式多模型车载导航算法。基于因子图优化算法建立了IMU/GNSS/LIDAR组合导航系统模型,引入了交互式多模型对子系统传感... 详细信息

针对复杂城市环境下因外部干扰或传感器故障而引起的传统车载导航系统定位精度下降的问题,提出了一种基于因子图的交互式多模型车载导航算法。基于因子图优化算法建立了IMU/GNSS/LIDAR组合导航系统模型,引入了交互式多模型对子系统传感器量测进行建模并构建变量节点,利用模型概率更新来优化传感器权重,并依据因子图非线性优化和增量平滑理论实现车载导航系统的解算与更新。实验结果表明:相比于自适应因子图算法,所提算法在复杂城市环境下的定位精度提高了26.2%。

关键词：因子图交互式多模型车载导航复杂场景

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基于数据驱动的无人机集群故障检测与诊断

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1586-1592页

作者：李润泽姜斌余自权陆宁云南京航空航天大学自动化学院南京211100

无人机集群系统对安全性和稳定性要求极高,实时的故障检测与诊断技术是保证安全可靠运行的有力手段。提出一种基于统计模型和改进宽度学习(BLS)模型的故障诊断方法。所提方法通过多元数据统计分析表征无人机集群系统在正常与不同故障模... 详细信息

无人机集群系统对安全性和稳定性要求极高,实时的故障检测与诊断技术是保证安全可靠运行的有力手段。提出一种基于统计模型和改进宽度学习(BLS)模型的故障诊断方法。所提方法通过多元数据统计分析表征无人机集群系统在正常与不同故障模式下的行为特征,采用改进的BLS模型实现准确、快速的故障诊断。在此基础上,开发无人机集群系统的高逼真可视化仿真验证平台对所提方法的合理性与有效性进行验证。实验结果表明,所提方法与目前主流方法相比具有明显的诊断优势。

关键词：无人机集群故障诊断统计模型宽度学习仿真验证

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局部非线性结构自由界面子结构模态综合法

航空学报 2024年第13期45卷 296-308页

作者：谭星陈卫婷王陶何欢南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学振动工程研究所南京210016 南京工业大学应急管理学院南京210024

为了提高局部非线性结构的动响应计算效率,提出了一种考虑一般黏性阻尼的自由界面子结构模态综合法。首先,将整体系统按照局部非线性的位置划分为各个线性子结构。然后,利用一种不需要考虑子结构是否有刚体模态的剩余模态集构造方式,构... 详细信息

为了提高局部非线性结构的动响应计算效率,提出了一种考虑一般黏性阻尼的自由界面子结构模态综合法。首先,将整体系统按照局部非线性的位置划分为各个线性子结构。然后,利用一种不需要考虑子结构是否有刚体模态的剩余模态集构造方式,构造出用于降阶的缩减模态集。在降阶过程中,通过忽略与高阶模态相关的阻尼力和惯性力,建立了非线性界面力和模态位移、模态速度之间的近似关系式。基于此关系式,将非线性界面力、模态位移和模态速度作为变量放入状态空间,并利用界面协调关系进行子结构降阶模型综合。最后,通过一个含立方非线性弹簧与阻尼连接的弹簧质量块系统和一个含非线性中介支承的双转子系统对所提方法的有效性进行了验证。

关键词：局部非线性一般黏性阻尼子结构模态综合自由界面双转子系统