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基于x-LMS算法的直升机主动消振电力作动器系统研究

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第1期41卷 53-65页

作者：郝振洋杨健张嘉文曹鑫王涛南京航空航天大学自动化学院南京211106

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并... 详细信息

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并进行了减振实验。首先,通过比较确定了单台作动器中两台电机同向旋转的方案。通过两台作动器的组合使用,推导出输出力的数学模型。其次,采用负载相位差交叉耦合的控制策略设计系统控制框图。针对存在耦合的相位外环,通过回差阵特征值法确定满足系统稳定裕度要求的参数范围,再根据灵敏度函数和输入跟踪性能在所得的参数稳定域内寻找最优解。然后,提出了基于x-LMS算法的直升机主动振动控制系统,并通过仿真验证了该系统的减振效果。最后,研制的实验样机进行了动稳态实验以及减振实验,验证了系统的实际减振效果。

关键词：结构响应主动控制消振电力作动器回差阵特征值法 x-LMS算法

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双轮支柱式起落架刹车振动分析与减振优化

振动与冲击 2024年第5期43卷 328-337页

作者：蒋伟张明胡晓航朱鑫唐立明南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016 南京航空航天大学航空学院南京210016

以某型双轮支柱式起落架为研究对象,对飞机刹车诱导低频振动问题进行了研究,首先建立了完备的飞机着陆刹车滑跑整机六自由度数学模型,并在Simulnk中完成模型的搭建,用以分析了刹车控制律的部分参数对抖振的影响。其次,以轮轴中心航向加... 详细信息

以某型双轮支柱式起落架为研究对象,对飞机刹车诱导低频振动问题进行了研究,首先建立了完备的飞机着陆刹车滑跑整机六自由度数学模型,并在Simulnk中完成模型的搭建,用以分析了刹车控制律的部分参数对抖振的影响。其次,以轮轴中心航向加速度的RMS值作为振动量化指标,与结合系数效率一同设置为优化目标,基于NSGA-Ⅱ算法对液压刹车控制系统参数进行多目标优化设计,得到了优化变量的Parato最优前沿面和TOPSIS方法折衷最优解。最后,根据得到的优化设计方案对比分析优化前后的轮轴中心振动响应,并设置多组仿真工况检验了优化方案对不同着陆环境的适应性。结果显示优化后的起落架轮轴中心加速度Rms值最大降幅能达到14.53%,结合系数效率最大增幅为3.65%,表明所提出的起落架减振优化设计方法具有良好的实现性。

关键词：飞机刹车系统起落架抖振多目标遗传优化数学模型刹车诱导振动

弱电网下应对复杂稳定性问题的并网逆变器改进电压前馈通路研究

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电工技术学报 2024年第16期39卷 4955-4967页

作者：刘昊方天治张惠丽朱延涛南京航空航天大学自动化学院南京211106

在并网逆变器中,锁相环和电网电压前馈是提高并网电流质量和输出性能的环节。然而在弱电网下,这两个环节均有可能对并网系统的稳定性产生影响,同时两者的影响范围存在重叠,导致稳定性问题变得更为复杂。该文针对这一复杂稳定性问题展开... 详细信息

在并网逆变器中,锁相环和电网电压前馈是提高并网电流质量和输出性能的环节。然而在弱电网下,这两个环节均有可能对并网系统的稳定性产生影响,同时两者的影响范围存在重叠,导致稳定性问题变得更为复杂。该文针对这一复杂稳定性问题展开研究,分析弱电网下两个环节导致系统不稳定的原因,并进一步提出优化方案。首先考虑加入加权系数,讨论其对于电网电压前馈以及锁相环的影响,兼顾这两种因素,需要对加权系数进行权衡取值;然后考虑在更弱电网下,只加入加权系数对于系统稳定性提升效果是有限的,因此需要增加一条用于改善输出导纳相位的电压前馈通路;最后通过实验证明,加入改进方案后的并网逆变器,在阻抗变化较大的弱电网下依然保持良好的鲁棒性。

关键词：并网逆变器弱电网鲁棒性锁相环电网电压前馈

基于层级结构的空−地协同预设时间最优容错控制

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自动化学报 2024年第8期50卷 1589-1600页

作者：成旺磊张柯姜斌南京航空航天大学自动化学院南京211106

研究了发生执行器故障的无人机−无人车异构编队系统的层级预设时间最优编队控制问题.以保容错性能和收敛速度的优化控制为研究主线,以层级控制、图博弈理论和预设时间控制为技术基础,构建了一种预设时间最优容错控制算法.虚拟层设计了... 详细信息

研究了发生执行器故障的无人机−无人车异构编队系统的层级预设时间最优编队控制问题.以保容错性能和收敛速度的优化控制为研究主线,以层级控制、图博弈理论和预设时间控制为技术基础,构建了一种预设时间最优容错控制算法.虚拟层设计了基于一致性跟踪误差和能量消耗的二次型性能指标函数,借助耦合哈密顿−雅克比−贝尔曼(Hanmilton-Jacobi-Bellman,HJB)方程和强化学习求解近似最优控制策略,实现多智能体的同步最优控制和交互纳什均衡.实际控制层基于最优信号并利用滑模控制和自适应技术,设计了预设时间容错跟踪控制器,实现对最优编队轨迹的有限时间跟踪.在保证全局收敛时间完全不依赖于系统的初始状态和控制器参数的同时,也有效实现对执行器故障参数的逼近.最后,通过仿真实验验证了所提控制策略的有效性.

关键词：空−地协同执行器故障预设时间编队图博弈最优控制

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基于RBFNN的双星协同仅测角定轨方法

中国惯性技术学报 2024年第5期32卷 449-456页

作者：龚柏春刘一澎马艳红任默南京航空航天大学航天学院南京210016 北京控制工程研究所北京100094 航天系统部装备部北京100094

针对空间非合作目标空间态势感知任务中弱可观测无源定轨状态的快速捕获问题,提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)的双星协同稀疏无源测角定轨方法。首先,在限制性三体问题的假设下建立了考虑地球非球形J2项摄动的轨道动力学模型... 详细信息

针对空间非合作目标空间态势感知任务中弱可观测无源定轨状态的快速捕获问题,提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)的双星协同稀疏无源测角定轨方法。首先,在限制性三体问题的假设下建立了考虑地球非球形J2项摄动的轨道动力学模型和赤经赤纬测量模型。然后,构建了基于RBFNN的双星协同仅测角定轨框架,设计了训练数据集生成器、数据预处理方法和RBFNN结构。最后,利用地球静止轨道任务进行了数值仿真验证,并对测角频率等参数的定轨敏感性进行分析。仿真结果表明,在240 s内仅进行三次角度观测的条件下,该模型对初始相对距离估计的平均绝对百分比误差约为0.36%,目标轨道速度的估计误差在米/秒量级,可实现高精度的超短弧段稀疏无源测量定轨。

关键词：空间态势感知初始定轨仅测角径向基函数神经网络双星协同

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无人机非确定性等价自适应容错飞行控制

控制理论与应用 2024年第4期41卷 587-596页

作者：季海宁陈谋雍可南南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞... 详细信息

针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞行控制设计中,通过引入辅助系统并动态调节因子,构造非确定性等价原理中偏微分方程的近似解,以简化自适应律设计复杂度.此外,借助Lyapunov稳定性分析方法,证明了在所设计的自适应容错控制器作用下闭环系统的稳定性.最后,仿真验证表明所设计的控制方法能够保证故障无人机的闭环系统性能.

关键词：无人机非确定性等价容错控制

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二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度研究

推进技术 2024年第2期45卷 38-53页

作者：王震宇谢文忠袁世杰南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 西安航天动力研究所陕西西安710100

为了研究内收缩比和来流马赫数对二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度的影响规律及失稳机制,采用二维非定常仿真方法研究了内收缩比(ICR)为1.04~1.25的进气道在来流马赫数Ma0为2.4的条件下,以及内收缩比为1.08的进气道在来流马赫数为2... 详细信息

为了研究内收缩比和来流马赫数对二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度的影响规律及失稳机制,采用二维非定常仿真方法研究了内收缩比(ICR)为1.04~1.25的进气道在来流马赫数Ma0为2.4的条件下,以及内收缩比为1.08的进气道在来流马赫数为2.2~2.8条件下,其由稳态向失稳状态转变的过程。研究结果表明:(1)当Ma0=2.4时,在1.04≤ICR≤1.12内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度ζ减小;1.16≤ICR≤1.25内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度增大。(2)在内收缩比为1.08的条件下,马赫数变化引起的分离激波角和分离包再附压升两个关键因素变化共同主宰着进气道亚临界稳定裕度的变化趋势。(3)总体上,根据稳定亚临界初始状态的三相点无量纲高度?b是否大于1可将进气道的亚临界稳定裕度变化情形分为两类,当?b 1时,ζ随着?b的增加而增加。

关键词：亚燃冲压发动机超声速混压式进气道内收缩比来流马赫数稳定裕度三相点

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折叠翼垂直起降飞行器多体动力学建模和控制

上海交通大学学报 2024年

作者：吕海龙刘燕斌陈柏屹何真贾军南京航空航天大学航天学院南京航空航天大学自动化学院上海机电工程研究所

针对旋翼飞行器续航能力有限及固定翼飞行器飞行场地受限的问题，提出了一种可垂直起降的多单元翼串联式总体布局方案。通过多体串联运动学和升力线理论，分析了集中式变形的气动特性，并确定了变形过程中的飞行攻角限制。采用拟拉格朗... 详细信息

针对旋翼飞行器续航能力有限及固定翼飞行器飞行场地受限的问题，提出了一种可垂直起降的多单元翼串联式总体布局方案。通过多体串联运动学和升力线理论，分析了集中式变形的气动特性，并确定了变形过程中的飞行攻角限制。采用拟拉格朗日方程，建立了完整描述各单元翼间相对运动特性的非线性多体动力学模型，并对比了固定翼与折叠翼在爬升过程中的飞行效率，验证了折叠翼的长续航能力以及良好的操纵性。对定直平飞状态下折叠翼姿态与结构耦合特性进行了模态分析，据此设计了串级PID控制器，实现了倾转折叠过程中的稳定控制。

关键词：垂直起降变体飞行器拟拉格朗日方程模态分析飞行控制

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复合材料表面超疏水-电热防除冰实验研究

南京航空航天大学学报 2024年第2期56卷 327-333页

作者：于大川王敬鑫王渊朱春玲王逸斌南京航空航天大学航空学院南京210016

针对无人机复合材料蒙皮表面结冰问题,设计了一种超疏水-电加热膜-复合材料一体化结构,结合超疏水制备技术与嵌入式电加热膜一体化成形工艺制备多层复合结构。其中,环氧树脂基的超疏水涂层具有优异的疏水性能,水滴延迟结冰时间增加18倍... 详细信息

针对无人机复合材料蒙皮表面结冰问题,设计了一种超疏水-电加热膜-复合材料一体化结构,结合超疏水制备技术与嵌入式电加热膜一体化成形工艺制备多层复合结构。其中,环氧树脂基的超疏水涂层具有优异的疏水性能,水滴延迟结冰时间增加18倍,提高防冰效果;加热膜与复合材料的一体化结构,增强热传导方向,提高电热转化效率,从而提升除冰效果。通过自主搭建试验台,对超疏水-电加热膜-复合材料一体化构型进行防除冰实验。实验结果表明,超疏水-电加热膜-复合材料一体化方法在达到防除冰效果的同时,除冰节能35%左右,具有高效防除冰和降低能耗的可行性。

关键词：超疏水电加热一体化结构防除冰实验节能