包含有界切换增益的空间惯性传感器输出调节积分模型参考自适应控制

基于输出调节的多变量模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)用于解决系统状态不可直接获取时,多变量系统向参考系统的稳定输出跟踪问题.在空间引力波探测航天器内部惯性传感器静电悬浮控制中,考虑到其作为航天器平台惯性基准的稳定需求,双质量块动力学中存在的不连续干扰影响,以及应对不同工作模式的瞬态切换,提出一种基于积分输出调节MRAC的静电悬浮控制方案,引入有界的切换自适应校正增益及自适应积分修正项,用于系统不连续情况下的抗输入饱和、瞬态抑制及惯性传感器非敏感轴各自由度向参考状态的稳定逼近.基于Filippov集与广义梯度的Lyapunov分析验证该方案下,不连续系统中各闭环信号的收敛性,数值仿真验证样例空间引力波探测航天器中,作为关键载荷的双质量块空间惯性传感器各非敏感轴自由度针对位移噪声及残余加速度及切换瞬态的良好抑制效果.     

航空集群构型控制及其演化方法

基于交感网络的适应性能力涌现是航空集群的基本特征,其构型控制与演化是产生适应性能力涌现的关键.根据航空集群构型演化与控制的基本原则和需求,将航空集群构型控制组织结构分为任务层、决策层、执行层,提出基于事件触发-规则驱动的构型演化机制;针对航空集群以实现面向任务的适应性能力涌现为目标的构型设计准则,提出将复杂任务按照能力需求分解为原子任务;以航空集群协同反隐身、无源定位、空战攻击为例,分析航空集群典型能力-构型的映射关系,结果表明,不同的构型将涌现出不同类型和层次的能力;基于多智能体系统一致性理论设计了航空集群构型生成与保持控制协议.最后,通过仿真和搭建航空集群作战演示验证系统,对所提出的理论结果进行了验证.     

三值光计算机的基本原理

提出了用垂直偏振光、水平偏振光和无光强三个稳定的光状态表示信息的三值光计算机基本原理, 分析了用现有微型或集成光学、光电、电光元件实现三值光计算机核心部件的可行性, 讨论了三值光计算机的基本特征. 这些基本原理也适用于基于线偏振光的三值光纤通信.     

液体火箭增压输送系统多学科动力学研究

通过多学科动力学建模方法研究,首先建立了平台供气系统机械、气动与控制动力学特征模型,并对不同工况下系统动态性能进行数值仿真,着重研究调压压力、系统阻尼、充压方式、管路特性等对系统动态稳定性的影响,为系统动态稳定性分析及稳定性改进提高提供指导;最后结合某型号飞行过程中增压系统故障问题,建立了冷氦增压系统机械、气动、电磁、热与控制多学科动力学仿真分析模型,通过系统流量及压降分析进行故障定位,进一步探讨多学科动力学仿真在增压输送系统中的应用.     

热毛细对流自由面微弱位移信号高灵敏度相位检测系统

在流体力学的研究领域,流体自由面的变化是一种非常重要的物理现象.针对自由面的形变位移,研制一套双频激光相位光电检测系统.将光学干涉技术与相位计相结合,实时获得相位计输出的反映流体表面形变的信号.本文详述了此双频激光相位光电检测系统的原理和装置.通过高精度PI步进电机驱动物体移动,标定系统的性能特性.应用激光位移传感器验证该系统的精度,同时分析环境对干涉测量系统的影响.将该系统应用于浮力热毛细对流自由面形变测量中,获得有意义的实验结果.     

应用于热光伏电池的一维Si/SiO_2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率.针对锑化镓(GaSb)电池热光伏系统的光谱控制要求,选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构;重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配,对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构;采用光学镀膜技术加工了滤光器结构,并测试其光谱特性,根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度.最后,测试了滤光器的抗高温性能.     

不同方法制备的Pt对电极染料敏化太阳能电池的光电性能研究

采用磁控溅射（sputtering）、高温热分解（high-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液和低温化学还原（low-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液等方法在FTO导电基片上制备了三类不同的Pt对电极,通过改变磁控溅射时间或旋涂退火循环次数,对FTO上不同对电极的载Pt量进行了调节.分析了三种不同方法制备的对电极的晶相结构、表面形貌以及透光率等特性.基于纳米管阵列和不同条件制备的对电极组装了系列染料敏化太阳能电池.测量了正照射和背照射条件下的电池光电性能,并分析了制备方法对对电极微结构和形貌的影响,以及对组装电池光电性能的影响,并对其各自的适用性和优缺点进行了比较分析.     

包含高相关度密集模态的结构低阶振动控制

为度量密频结构中密集模态组内各模态之间的相关度,定义了模态相关准则,阐述了结构系统具备一定条件时会出现模态频率集聚及对应模态相关度高的特性.在此基础上,通过可控/可观性Gram阵的分块解析形式,分析了作动器/传感器的配置方式对模态相关度高的密集模态组内各模态可控/可观度的影响,据此简化了基于模态可控/可观度准则的元件优化配置问题.此外,证明了密频组模态相关度高时,独立模态控制中可降低控制/观测向量的维度,即减少作动器/传感器的数目,在不损失性能的前提下实现对密频组的降维控制.最后通过算例仿真证明,对包含强相关性密集模态的结构,基于本文理论可简化作动器/传感器的配置问题,并且根据本文理论设计的低阶降维控制系统可实现对结构有效的振动抑制。     

电光调Q晶体研究进展

电光调Q激光系统由于峰值功率高,在医疗、美容、测量、加工以及军工等领域得到了广泛应用,而电光调Q晶体是获得高峰值功率激光脉冲输出的核心光电材料,随着短脉冲、高重率、大功率激光系统的应用需求发展和技术进步,对电光调Q晶体的性能要求也不断提高.本文对目前常用的电光调Q晶体的基本特性、晶体制备技术和电光调Q应用技术等研究进展进行了综述,主要包括铌酸锂晶体、磷酸二氘钾晶体、低温相偏硼酸钡晶体、磷酸氧钛铷晶体和硅酸镓镧晶体等,认为实用化的电光调Q晶体材料研究和开发工作亟待突破,在相当长一段时期内,电光系数高、激光损伤阈值高、性能稳定、温度适用性高和成本低的电光晶体材料探索仍然是晶体材料研究领域的重要课题.     

新型配流副液压变压器研究

提出一种新型液压变压器配流副结构以扩展其输出压力,建立了恒压网络实验系统以测试液压变压器的性能．通过仿真和实验研究来探讨液压变压器的输出压力、排量特性及速度稳定性．研究结果表明：所设计的液压变压器能够实现压力调节功能,输出压力由配流盘控制角度决定同时受负载的影响,负载压力与油源压力之比的变化范围大致为0-1.2.液压变压器是一个变排量液压元件,排量由配流盘的控制角度决定,而不受负载的影响．液压变压器的速度稳定性随着配流盘控制角度的增加而提高,当配流盘控制角度小于15°时,液压变压器存在运动死区．液压变压器的高瞬时驱动扭矩波动是其速度稳定性差的主要原因．研究结果将有助于进一步提高液压变压器的性能．     

先进民机飞控系统发展的需求与设计考虑

随着现代民用航空业的发展以及日益激烈的市场竞争环境,对民用飞机机载设备的要求不断提高,尤其是安全性、经济性、舒适性和环保性需求.飞行控制系统如何实现技术能力提升来满足这些需求,成为先进民用飞机的飞行控制系统设计与研制必须考虑的问题.本文分析和回顾了国内外典型系列民用飞机的飞行控制系统技术的发展趋势,提炼了民用飞机的飞行控制系统进一步发展面临的需求,并针对性地提出了对飞行控制系统的设计考虑.     

结构系统可靠性分析的发生函数法

发生函数法是多状态系统性能评估的重要工具. 本文在结构系统强度可靠性分析中引入并发展发生函数法, 分别构造描述强度(抗力)、应力(载荷)、安全裕度、疲劳寿命等概率分布的发生函数, 定义各类发生函数之间的复合算子及相应的性能结构关系, 实现静定、静不定结构系统静强度可靠性和结构系统疲劳强度可靠性的建模. 在发生函数的复合运算中, 通过同类项合并、近似项合并技术缩减计算量以提高效率. 理论分析和数值算例表明: 发生函数形式统一、表达简洁、宜编程、通用性强, 适用于具有多层次结构的系统概率建模. 新方法充分考虑了结构元件之间因孪生载荷而引发的失效相关性, 可为存在多模式损伤耦合的土木工程结构、机械装备系统静、动强度可靠性分析提供理论参考及有效工具.     

新型分裂绕组双凸极变速永磁电机的分析与控制

提出了一种新型分裂绕组双凸极变速永磁(doubly salient permanent magnet, 简记为DSPM)电机,对其磁场、静态特性、控制策略等进行了系统深入的理论和实验研究. 在理论上,给出了DSPM电机的稳态和动态数学模型,进而导出了该电机的输出方程,并论证了采用分裂绕组拓展电机转速范围的可行性. 用有限元法分析了电机磁场,计及该电机所特有的外漏磁. 根据DSPM电机工作原理和静态特性,提出相应的控制策略,制定了控制方案,并在以单片机为核心的控制器上实施. 针对4相8/6极电机的特点,提出了无中线四相半桥式功率变换器拓扑结构,简化了控制系统. 样机实验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且表明该新型电机驱动系统具有优良的稳态和动态性能,在很宽的功率范围内具有高效率,分裂绕组能有效拓展电机运行范围.     

应用于热光伏电池的一维Si／SiO2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率．针对锑化镓（GaSb）电池热光伏系统的光谱控制要求，选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构；重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配，对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构；采用光学镀膜技术加工了滤光器结构，并测试其光谱特性，根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度．最后，测试了滤光器的抗高温性能．     

某型航空用棘轮棘爪离合器动力学仿真分析

棘轮棘爪离合器是航空发动机双速传动装置的重要组成部分,棘轮棘爪机构能否安全稳定的运转,直接关系到该离合器能否顺利实现啮合转换过程以及能否正常可靠地工作,从而确保飞行安全.通过计算得到各工况下棘轮棘爪结构的动力学特性参数,利用Solid Works建立棘轮棘爪离合器的结构模型,并将其导入ADAMS多体动力学仿真软件进行仿真,将仿真结果与实验数据对照验证模型的正确性及可靠性,并在此模型的基础上建立离合器平面涡卷弹簧各预紧力矩下的脱啮转速变化曲线,得到了平面涡卷弹簧的理想工作区域.通过改变模型参数实现棘轮棘爪离合器加工及装配误差下的特殊工况,深入探讨了离合器的加工参数对脱啮转速的影响,并在力学理论上对影响因素及产生原因进行分析;同时,研究了离合器装配误差状态下的脱啮转速及状态的变化特性,得到了离合器装配误差的有效控制范围.通过研究,以期能够对此型离合器的结构设计及维修提供理论依据和技术支撑.     

新型分裂绕组双凸极变速永磁电机的分析与控制

提出了一种新型分裂绕组双凸极变速永磁(doublysalientpermanentmagnet,简记为DSPM)电机,对其磁场、静态特性、控制策略等进行了系统深入的理论和实验研究.在理论上,给出了DSPM电机的稳态和动态数学模型,进而导出了该电机的输出方程,并论证了采用分裂绕组拓展电机转速范围的可行性.用有限元法分析了电机磁场,计及该电机所特有的外漏磁.根据DSPM电机工作原理和静态特性,提出相应的控制策略,制定了控制方案,并在以单片机为核心的控制器上实施.针对4相8/6极电机的特点,提出了无中线四相半桥式功率变换器拓扑结构,简化了控制系统.样机实验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且表明该新型电机驱动系统具有优良的稳态和动态性能,在很宽的功率范围内具有高效率,分裂绕组能有效拓展电机运行范围.     

粘弹性多维隔减震结构竖向振动台试验与研究

粘弹性多维隔减震装置是一种新发明的被动控制装置, 同时具有多维隔震和减震性能. 为掌握该装置在竖向地震作用下对结构的隔减震效果, 本文首先对加与未加装置的钢框架结构进行了竖向振动台对比试验, 然后对其动力特性、加速度反应和位移反应进行了比较分析, 最后将隔减震模型结构的有限元分析结果与试验结果进行了对比分析. 试验和理论研究表明该装置在竖向对结构具有良好的隔减震作用.     

355nm脉冲激光清洗溶胶-凝胶膜面颗粒污染

在强激光系统中,光学元件表面的颗粒污染极大地限制了元件的使用寿命.本文在355 nm纳秒脉冲激光入射下,采用激光等离子体冲击波光栅式扫描技术,清洗了溶胶-凝胶Si O2薄膜表面的石英颗粒污染.当瞄准距d取为0.5~1.5 mm时,膜面的清洗效率η达到90%以上.当d0.5 mm时,膜面易产生等离子体灼伤.当d接近3 mm时,清洗效果基本丧失.采用紫外-可见分光光度计、静滴接触角测量仪与原子力显微镜对样品进行测试.结果表明,冲击波清洗之后,元件透射峰能恢复到污染前的状态.由于冲击波对颗粒的碎裂作用,清洗后膜面均方根粗糙度由1.755 nm增大为2.681 nm,膜面与水的接触角由48°减为6°,其抗污染能力明显变差.     

结构动力分析实际地震动输入的选择与能量评价

针对结构动力分析过程中实际地震动记录的合理选择问题,对选择实际地震动记录的思路、选择过程中数据库的建立及记录的筛选、选择地震动记录的原则、幅值调整和样本数量等问题进行了分析,提出了采用遗传算法和贪婪算法相结合的方式优化选择地震动记录样本的方法,对目前采用匹配设计加速度谱方法选择的实际地震动记录的输入能量特征进行了分析.采用所提出的优化选择方法可以使选择的记录均值谱与目标谱在控制周期段内较好的吻合,各记录反应谱之间的离散性较小,而且可以控制重要周期段各周期点均具有比限值更小的误差.考虑结构的累积损伤或分析具有明显耗散特性元件的结构,采用仅匹配加速度设计谱选择的记录并不适用,建议了考虑输入能量需求选择地震动输入的方法.     

氢燃料电池热特性测试平台设计和应用

国内氢燃料电池大功率、全负载的发展面临温度一致性与余热利用的热管理挑战.为了获得大功率氢燃料电池的能量转化与温度分布等热特性规律,搭建了模块化的氢燃料电池热特性测试平台,并进行应用研究,验证了该平台的功能性和实用性.该测试平台包括冷却散热模块、热特性测试模块、数据采集模块与控制模块等,能够在对热管理关键温度进行监测并对氢燃料电池产热特性进行实时测量分析的基础上,利用红外热成像与热电偶阵列对燃料电池各单元间的温度一致性进行测试与评价,旨在为余热利用、提升温度均匀性等先进热管理技术的研究提供测试手段与数据基础,对推进氢燃料电池汽车的节能化、高效化具有重要意义.