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基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

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控制理论与应用 2023年第11期40卷 1972-1980页

作者：李佳玮刘明曹喜滨哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并... 详细信息

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.

关键词：卫星姿态跟踪干扰观测器终端滑模有限时间二阶滑模控制

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一种可变形机翼的变形策略及其协同控制

哈尔滨工程大学学报 2023年第9期44卷 1563-1570页

作者：邓孝伟李晓磊向治桦张贤相孙光辉哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

针对可变形机翼的变形及其协同控制问题,本文提出了一种保证变形翼面光滑且便于实施控制的变翼型策略,设计了一种基于交叉耦合的分布式同步控制器,很好地解决了翼型变形过程中的同步问题。通过计算流体力学仿真方法,分析了变翼型对气动... 详细信息

针对可变形机翼的变形及其协同控制问题,本文提出了一种保证变形翼面光滑且便于实施控制的变翼型策略,设计了一种基于交叉耦合的分布式同步控制器,很好地解决了翼型变形过程中的同步问题。通过计算流体力学仿真方法,分析了变翼型对气动参数的影响特性,以及变翼型对变形装置负载的影响。本文建立了翼型变形系统的动力学模型,提出了一种交叉耦合同步偏差生成方法,利用同步偏差表征同步性能,设计了分布式同步控制器使同步偏差收敛到零,在实现翼型变形的同时保证变形同步。通过数值仿真验证了该协同控制方法的有效性和稳定性。相比于并行控制方法,本方法的同步性能和稳态性能均有显著提升。

关键词：可变形机翼变翼型机翼变形策略协同控制交叉耦合控制误差加权矩阵计算流体力学仿真负载估计

含常数激励非对称Duffing系统的主共振响应及鞍结分岔研究

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振动工程学报 2022年第3期35卷 569-576页

作者：罗钢侯磊任双兴陈予恕哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

针对含常数激励的非对称Duffing系统开展鞍结分岔特性研究。采用谐波平衡法求得系统在主共振下的周期解,采用Floquet理论分析周期解的稳定性,利用幅频响应曲线上鞍结分岔点处具有切线铅直的几何特征,计算系统关于常数激励和简谐激励频... 详细信息

针对含常数激励的非对称Duffing系统开展鞍结分岔特性研究。采用谐波平衡法求得系统在主共振下的周期解,采用Floquet理论分析周期解的稳定性,利用幅频响应曲线上鞍结分岔点处具有切线铅直的几何特征,计算系统关于常数激励和简谐激励频率的鞍结分岔集,并分析阻尼和简谐激励幅值对系统鞍结分岔集的影响规律。结果表明,在常数激励与简谐激励频率构成的参数平面上,鞍结分岔集由两条曲线组成,其中一条为软特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,另一条为硬特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,两条曲线包围的参数区域为多解参数区,在两条曲线交叉形成的参数区域内,系统存在5解共存现象以及复杂的振动突跳现象。随着常数激励的增大,系统软特性逐渐增强、硬特性逐渐变弱,两者对应的共振滞后区从分离到交叉,直到硬特性共振滞后区消失。增大系统阻尼或减小简谐激励幅值有助于抑制系统主共振响应中的多解及复杂振动跳跃现象。

关键词：非线性振动常数激励非对称Duffing系统鞍结分岔振动跳跃现象

石墨烯/陶瓷颗粒增强聚氨酯基复合材料动态压缩性能

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兵工学报 2023年第3期44卷 728-735页

作者：邹广平吴松阳徐舒博唱忠良王宣哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

聚氨酯良好的力学性能使其广泛应用于各种领域,通过在聚氨酯基体中引入石墨烯增强体,能够大幅度增强聚氨酯基复合材料的各项性能。为得到具有高抗冲击能力的聚氨酯基复合材料,使用原位聚合法制备氧化石墨烯增强聚氨酯,通过霍普金森杆装... 详细信息

聚氨酯良好的力学性能使其广泛应用于各种领域,通过在聚氨酯基体中引入石墨烯增强体,能够大幅度增强聚氨酯基复合材料的各项性能。为得到具有高抗冲击能力的聚氨酯基复合材料,使用原位聚合法制备氧化石墨烯增强聚氨酯,通过霍普金森杆装置对其进行不同应变率下的动态压缩试验。采用无压渗透法加入直径3.3 mm的Al_(2)O_(3)颗粒陶瓷作为新的增强相。对石墨烯/颗粒陶瓷增强聚氨酯基复合材料进行动态围压实验,得到试样的应力-应变曲线。应用LS-DYNA动力学仿真软件建立复合材料有限元仿真模型,结合实验数据验证仿真的可靠性。分析复合材料在动态围压下的变形过程和损伤机理,开展不同粒径试样在动态围压下的仿真分析,讨论不同粒径的颗粒陶瓷对复合材料动态压缩的力学性能影响。研究结果表明:颗粒陶瓷粒径与复合材料的抗压强度密切相关,随着陶瓷颗粒粒径减小,即陶瓷颗粒数量增多,间隙减小时,复合材料的抗压性能也相应提高。

关键词：复合材料聚氨酯颗粒增强动态性能数值仿真

考虑交换功率费用的多区互联电热联合系统协调消纳弃风分析

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电力自动化设备 2022年第4期42卷 48-54页

作者：刘书彦廖扬柴庆宣胡林献李延松哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

随着风电并网容量及弃风量的增加,远距离、大容量异地消纳风电已成为降低弃风率的有效策略。针对区域间以特高压直流为主要输送通道的发展格局,建立了区域间直流联络线模型;在考虑各区域电热联合系统信息保密及调度独立性的前提下,基于... 详细信息

随着风电并网容量及弃风量的增加,远距离、大容量异地消纳风电已成为降低弃风率的有效策略。针对区域间以特高压直流为主要输送通道的发展格局,建立了区域间直流联络线模型;在考虑各区域电热联合系统信息保密及调度独立性的前提下,基于目标级联分析法,将调度问题分为上级优化主问题和下级优化子问题,并以联络线功率为协调变量,建立了考虑联络线交换功率费用的多区互联电热联合系统分散协调消纳弃风调度模型;通过算例仿真,详细分析了联络线电价、互联区域系统特性和消纳弃风措施对多区互联电热联合系统风电消纳率的影响。研究表明,计及联络线交换功率费用且合理选择联络线电价,优先选择与电负荷较高、热负荷和热电机组比重较低、风电渗透率较低的区域互联以及在互联区域内采取弃风消纳措施都有利于风电富裕区域电热联合系统的风电消纳。

关键词：多区互联电热联合系统分散协调调度交换功率费用消纳弃风

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表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分

中国光学 2020年第5期13卷 975-987页

作者：高萍萍陆敏王治乐郭继锴何晓博哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析... 详细信息

为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析得到不同缺陷环境、不同观测条件对两种表面缺陷粒子偏振散射特性的影响。结果表明:利用p偏振光入射表面,而后探测p偏振光的双向反射分布函数值随散射方位角的变化趋势可区分两种表面缺陷;无论表面下方气泡粒子位置如何改变,均不影响该趋势的变化情况;不同光学元件表面材料、缺陷粒子种类、缺陷粒子大小对两种表面缺陷的偏振散射模型有一定影响,但整体趋势不变。实验中,针对本文所述两种表面缺陷进行区分时,可选取入射角度和探测散射角度均为45°,采用较小波长入射光进行实验。

关键词：瑞利粒子缺陷类型偏振散射模型模型适用范围最佳观测条件

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Buck变换器的改进型互补滑模控制

控制理论与应用 2023年第10期40卷 1873-1879页

作者：蔡中泽曾庆双孙谷昊哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150006

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略.首先,建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型,将模型改写为标准二阶积分型控制对象,将式中干扰统一为匹配干扰和不... 详细信息

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略.首先,建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型,将模型改写为标准二阶积分型控制对象,将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰.其次,设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰,实现有限时间内跟踪干扰信号,以抵消各种不确定性对系统的影响.然后,设计互补滑模面,提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律,保留边界层内鲁棒性的同时,提升控制器的动态性能,减小静态误差,拓宽边界层参数选择范围.最后,基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性.数字仿真表明,提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰,同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.

关键词： Buck变换器匹配和不匹配干扰干扰观测器改进型互补滑模控制鲁棒性李雅普诺夫稳定

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地球静止轨道CW方程建模误差分析

哈尔滨工程大学学报 2021年第6期42卷 785-792页

作者：任家栋张大力曾庆双哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

针对地球静止轨道的小倾角、小偏心率的特点,本文在瞬时密切轨道坐标系推导分析了CW方程的各类误差要素,包括地球非球形摄动、三体引力等环境误差,以及线性化误差、非圆轨道相关误差等。采用误差线性化方法结合CW方程解析解得到了J_(2)... 详细信息

针对地球静止轨道的小倾角、小偏心率的特点,本文在瞬时密切轨道坐标系推导分析了CW方程的各类误差要素,包括地球非球形摄动、三体引力等环境误差,以及线性化误差、非圆轨道相关误差等。采用误差线性化方法结合CW方程解析解得到了J_(2)、偏心率相关误差项的解析表达式。数值计算表明:地球静止轨道下CW方程的误差项要素较多,与相对运动构型的尺寸、漂移特性等均相关。二次项误差、偏心率相关误差、J_(2)项相关误差量级相当,是地球静止轨道CW方程的主要误差源,同时呈现出常数和低频波动相结合的误差形式,分析结果可作为地球静止轨道高精度相对导航和制导设计的理论依据。

关键词：地球静止轨道卫星相对运动 CW方程 J_(2)项摄动太阳光压摄动三体引力摄动误差分析

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回转体低速串联入水空泡及运动特性试验研究

兵工学报 2020年第7期41卷 1375-1383页

作者：余德磊曹伟魏英杰哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

为研究回转体串联入水过程中的空泡演化及运动特性,基于高速摄像及时序释放系统,开展了不同入水初始间距的回转体低速串联入水试验。利用图像处理技术对采集图像序列中的回转体运动进行识别提取,得到入水初始间距对回转体的入水空泡、... 详细信息

为研究回转体串联入水过程中的空泡演化及运动特性,基于高速摄像及时序释放系统,开展了不同入水初始间距的回转体低速串联入水试验。利用图像处理技术对采集图像序列中的回转体运动进行识别提取,得到入水初始间距对回转体的入水空泡、纵向位移及偏转角的影响规律。试验结果表明:较小入水初始间距的回转体串联入水过程中,两运动体的空泡结构及尺寸均受到影响;随着入水初始间距增大,回转体串联入水过程中依次出现碰撞扰动、封闭空腔扰动、过渡扰动与弱扰动4种运动模式,在不同的运动模式中,两运动体的空泡及运动特性存在较大差异,其中碰撞扰动模式对回转体的运动特性影响最大。

关键词：两运动体低速入水空泡演化运动特征