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航空发动机分布式系统的事件触发滑模控制

航空动力学报 2024年第2期39卷 144-155页

作者：王玮轩彭靖波张志芬张驭谢寿生温广瑞郑劲松空军工程大学航空工程学院西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计... 详细信息

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计了状态观测器,并基于观测状态构造了积分滑模面。通过李雅普诺夫方法,得到了稳定性准则,并给出了线性矩阵不等式(LMIs)形式的控制器、观测器、事件触发器的参数计算方法。随后设计了滑模控制律,确保了滑模面的可达性。此外,为了提高LMIs的可行性,提出了基于iL-SHADE算法的LMIs参数优化方法。仿真结果表明,在给定的控制框架下,闭环系统能够保证较好的控制性能。在给定的仿真条件下,减少了96.5%的信号传输,极大节省了通信资源。

关键词：分布式控制系统时延和丢包动态事件触发机制滑模控制线性矩阵不等式

航空三级式发电系统非线性建模与硬件在环实现

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西安交通大学学报 2024年

作者：李添幸杜皓然刘勇智朱佩荣景博王龙空军工程大学航空工程学院

硬件在环技术在航空发电系统中的运用需要高保真度、高计算效率的发电系统非线性模型。本文首先利用电流-磁链神经网络拟合了电机电流-磁链的非线性关系；其次提出变参数平均值模型的改进型准确预测了旋转整流器的输出电压降；最后分析... 详细信息

硬件在环技术在航空发电系统中的运用需要高保真度、高计算效率的发电系统非线性模型。本文首先利用电流-磁链神经网络拟合了电机电流-磁链的非线性关系；其次提出变参数平均值模型的改进型准确预测了旋转整流器的输出电压降；最后分析了系统的信号传递逻辑，完成了对系统的非线性建模。结合航空三级式发电系统的非线性模型和RT-LAB实时仿真机完成了硬件在环测试平台的构建，并利用GJB181B—2012对平台进行了有效性验证和控制能力验证。验证结果表明该平台在小型单发飞机所需的发电系统输出功率为45kVA的条件下输出三相交流电的稳态电压为113.0174V、电压不平衡度为0.2532V、电压调制幅度为2.0596V，满足GJB 181B—2012对供电品质的要求；并且该平台还可以在30～50kVA内跟踪任意指定输出功率。该平台利用非线性建模技术、硬件在环技术打破了传统航空发电系统研究中对于实验环境的要求，可以降低研究成本、缩短研究周期，对于航空发电系统的控制器研究、航空发电系统的更新换代具有加速功能。

关键词：航空三级式发电系统非线性硬件在环

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基于多尺度特征的多模态激光雷达增强算法

激光与光电子学进展 2024年第18期61卷 238-246页

作者：罗一凯何林远马时平空军工程大学航空工程学院

激光雷达（LiDAR）通过扫描周围环境，获取测量数据构建三维（3D）点云来实现环境感知的功能，广泛应用于车辆环境感知任务。然而，激光雷达无法感知环境中的语义信息，一定程度上限制了其在3D目标检测中的效果。为增强激光雷达在复杂... 详细信息

激光雷达（LiDAR）通过扫描周围环境，获取测量数据构建三维（3D）点云来实现环境感知的功能，广泛应用于车辆环境感知任务。然而，激光雷达无法感知环境中的语义信息，一定程度上限制了其在3D目标检测中的效果。为增强激光雷达在复杂环境下的3D目标检测效果，设计了一种基于多尺度特征的多模态融合激光雷达增强算法，并在Transformer框架下进行了一定的创新。在编码器中，语义感知聚合模块提取的多尺度语义特征用于跨模态特征融合，而解码器中的尺度自注意力与提案引导初始化使得预测过程更加高效。还设计了一种用于辅助预测框位置回归的三角损失函数，将预测框的回归位置利用三角几何约束限制在2D标签与3D标签之间，以得到更好的预测效果。在nuScenes数据集上进行的实验证明了所提模型的有效性与鲁棒性。

关键词：激光雷达多模态融合 Transformer 三维目标检测鸟瞰图

基于截断p-shrinkage范数的航空发动机数据重构

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 39-47页

作者：张红梅武江南赵永梅曾航李全根空军工程大学装备管理与无人机工程学院西安710051

针对航空发动机传感器的数据缺失问题,提出基于张量奇异值阈值(TSVT)的张量重构模型LRTC-PTNN,对航空发动机的传感器数据进行重构。LRTC-PTNN模型运用截断pshrinkage范数的方式代替原始张量迹范数作为张量秩的凸包络,并根据TSVT的特性,... 详细信息

针对航空发动机传感器的数据缺失问题,提出基于张量奇异值阈值(TSVT)的张量重构模型LRTC-PTNN,对航空发动机的传感器数据进行重构。LRTC-PTNN模型运用截断pshrinkage范数的方式代替原始张量迹范数作为张量秩的凸包络,并根据TSVT的特性,计算了传感器之间的相关性,选取传感器截面作为重构精度最佳的数据输入方向,使用交替乘子法实现LRTCPTNN算法。选取NASA提供的PHM2008数据集进行实验,对数据集进行标准化,并在重构后进行恢复,将多个时间序列个数相近的发动机传感器数据构建为高维张量的形式,设置2种传感器的数据缺失场景进行实验,结果表明:重构后数据的均方根误差和平均绝对百分比误差范围分别为2.10~13.13和0.32~1.49,LRTC-PTNN模型优于现有的基线模型,且在极端情况下有较强的鲁棒性。

关键词：航空发动机数据缺失张量截断p-shrinkage范数交替乘子法

基于双层约束结构的不确定系统低复杂度预设时间跟踪控制

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控制与决策 2024年

作者：韩冲冲刘棕成李秋妮陈勇建佳龙孙亚楠空军工程大学航空工程学院

针对具有全状态非对称时变约束的不确定严反馈系统控制问题，本文首次提出了一种具有双层约束结构的低复杂度预设时间跟踪控制方法。首先，采用约束转换函数直接对系统状态施加约束条件，将状态约束问题转换为无约束状态的调节问题，消... 详细信息

针对具有全状态非对称时变约束的不确定严反馈系统控制问题，本文首次提出了一种具有双层约束结构的低复杂度预设时间跟踪控制方法。首先，采用约束转换函数直接对系统状态施加约束条件，将状态约束问题转换为无约束状态的调节问题，消除了可行性条件。其次，结合预设时间性能函数，提出一种新的坐标变换方法，对变换后的状态和跟踪误差进行重构，从而完成了双层约束结构，内层约束用以处理系统约束状态，外层约束用以设计虚拟控制和实际控制信号，有效解决了当系统状态接近约束边界时中产生的奇异性问题。最后，仿真结果验证了所提方案的有效性。

关键词：低复杂度控制双层约束结构状态转换函数全状态约束非线性系统预设时间跟踪控制

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InP中点缺陷迁移机制的第一性原理计算

物理学报 2024年第18期73卷 112-120页

作者：闫丽彬白雨蓉李培柳文波何欢贺朝会赵小红西安交通大学核科学与技术系西安710049 空军工程大学航空工程学院西安710038

磷化铟作为重要的第二代半导体材料,具有禁带宽度大、电子迁移率高、光电转换效率高、抗辐照性能强等优点,是制备航天器电子器件优良材料之一.但空间辐射粒子在磷化铟电子器件中会产生点缺陷,导致其电学性能发生严重下降.本文采用第一... 详细信息

磷化铟作为重要的第二代半导体材料,具有禁带宽度大、电子迁移率高、光电转换效率高、抗辐照性能强等优点,是制备航天器电子器件优良材料之一.但空间辐射粒子在磷化铟电子器件中会产生点缺陷,导致其电学性能发生严重下降.本文采用第一性原理方法对磷化铟中点缺陷的稳态结构进行研究,并计算了最近邻位点的缺陷迁移能.通过构建不同电荷态点缺陷的稳态结构,发现了4种稳态结构的铟间隙和3种稳态结构磷间隙.研究空位点缺陷的迁移过程,发现磷空位比铟空位迁移能高,同时带电空位点缺陷迁移能高于中性空位.对于间隙点缺陷迁移过程的研究发现,相较于空位点缺陷,间隙点缺陷迁移能更小.在不同电荷态的铟间隙迁移过程计算中,发现了两种不同的迁移过程.计算磷间隙的迁移过程,发现了特殊的中间态结构引起多路径迁移情况.研究结果有助于深入了解磷化铟材料中缺陷的形成机制和迁移行为,对于设计和制造空间环境中长期稳定运行的磷化铟器件有重要意义.

关键词：磷化铟第一性原理点缺陷迁移

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一种单信标测距辅助INS的导航方法

中国惯性技术学报 2024年第6期32卷 586-591,597页

作者：童余德查峰黄晓颖陈永冰李文魁海军工程大学电气工程学院武汉430033 海军工程大学作战运筹与规划系武汉430033

传统基于地球物理场的匹配辅助惯性导航方法在基础数据变化特征不明显或数据缺乏等苛刻条件下,难以实现有效匹配定位。为解决这一问题,提出了一种单信标测距辅助惯性导航系统(INS)的方法。首先,在单信标测距解析基准图上引入相关极值匹... 详细信息

传统基于地球物理场的匹配辅助惯性导航方法在基础数据变化特征不明显或数据缺乏等苛刻条件下,难以实现有效匹配定位。为解决这一问题,提出了一种单信标测距辅助惯性导航系统(INS)的方法。首先,在单信标测距解析基准图上引入相关极值匹配辅助导航算法并进行重新建模。然后,采用差分进化寻优算法对该模型进行解算,并设计了一种固定匹配序列长度的建模方法以解决相关极值匹配算法实时性差的缺点。所提方法在缺乏地球物理基础数据条件下,仅需在海底布放单只声信标即可实现局部海域水下高精度实时定位。同时,由于采用的测距基准图为解析形式,所提方法也能较好地解决离散匹配算法定位精度受限于基准图分辨率等问题。最后,设计了相关实测实验,实验结果表明当惯导定位误差累积为1529.4 m时,采用所提方法与单信标匹配,定位误差减小为111.8 m,算法的有效性得到了验证。

关键词：单信标实时相关极值匹配惯性导航

一种基于应力矩阵的无人机集群队形变换控制方法

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控制与决策 2024年第7期39卷 2195-2204页

作者：李欣蔡光斌吴彤杨芊火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

针对复杂环境下无人机集群队形变换与编队控制问题,提出一种可抑制外部干扰的无人机集群队形变换策略,设计基于滑模的编队控制方法.首先,考虑无人机集群中存在多个领导者,提出一种“双层领导者-跟随者”无人机集群协同队形变换控制策略... 详细信息

针对复杂环境下无人机集群队形变换与编队控制问题,提出一种可抑制外部干扰的无人机集群队形变换策略,设计基于滑模的编队控制方法.首先,考虑无人机集群中存在多个领导者,提出一种“双层领导者-跟随者”无人机集群协同队形变换控制策略,实现障碍环境下的编队队形变换;然后,基于图论、一致性理论和滑模控制理论设计针对无人机集群存在外部干扰条件下的从机时变编队控制律,能够实现无人机编队按几何参数和几何图案连续变化;其次,通过构造Lyapunov函数证明在扰动条件下多领导者无人机集群系统队形变换的稳定性;最后,利用数值仿真验证所提出队形变换控制方法的有效性.

关键词：无人机集群编队控制队形变换应力矩阵滑模控制

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无人作战飞机自主机动决策方法综述

航空学报 2024年

作者：罗越群丁达理谭目来刘屹东周欢空军工程大学研究生院空军工程大学航空工程学院

自主机动决策是空空对抗的一项关键技术，对自主机动决策的研究涉及到优化的机动动作求解方法。通过对自主机动决策方法的研究，可以提高无人作战飞机（Unmanned Combat Aerial Vehicle, UCAV）在空战对抗环境中自主做出机动决策的实时... 详细信息

自主机动决策是空空对抗的一项关键技术，对自主机动决策的研究涉及到优化的机动动作求解方法。通过对自主机动决策方法的研究，可以提高无人作战飞机（Unmanned Combat Aerial Vehicle, UCAV）在空战对抗环境中自主做出机动决策的实时性和准确性，在促进UCAV自主空战和有人/无人机协同空战等方面具有重要的理论研究意义和应用价值。当前，围绕数学求解、数据驱动、智能优化等理论及其应用进行了大量研究，对自主机动决策方法的研究及其应用有较大推动作用。首先阐述了无人作战飞机自主机动决策的基本概念，然后对机动决策方法的研究进展进行了述评，介绍了几种机动决策研究中常用的方法，对机动决策方法进行了分类和总结，并对几种典型机动决策方法在空战模拟对抗实验中的性能表现进行了比较，最后指出自主机动决策研究的难点和研究前景。

关键词：无人作战飞机自主空战自主机动决策数学求解数据驱动智能优化