座舱功能试验压力控制系统建模与PID控制器设计

针对座舱功能试验压力控制系统参数调试不允许在飞机座舱上直接进行的问题,建立了包括气动减压阀阀芯构件动态特性与试验管道压力变化过程等因素在内的座舱功能试验压力控制系统模型,可使压力控制系统设计客观化、解析化.通过对系统模型进行线性化和拟合降阶,再根据降阶模型应用解析化方法,设计了座舱功能试验压力控制系统的比例、积分、微分（PID）控制器,并对设计结果进行了仿真验证.结果表明,解析化方法设计的PID控制器可以满足飞机座舱功能试验压力控制系统的技术要求.
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座舱压力控制系统控制重构设计

座舱压力控制系统(CPCS)的传感器、执行器等部位会存在一些潜在的故障,它们严重威胁了机组人员生命安全。因此,提出了一种基于模型跟随的重构方法来补偿故障产生的影响,从而保证座舱压力控制系统能够安全稳定运行。综合考虑座舱压力控制系统的机理特性,首先将线性化后的座舱压力控制系统数学模型作为参考模型,然后通过故障注入得到系统故障模型,接着利用模型跟随法对典型故障模型进行控制重构,并采用粒子群优化算法对重构控制律的参数进行寻优,最后针对特殊故障的重构问题设计了三热一冷的余度结构。为了接近真实情况,本文设计了飞机从起飞到着陆的整个飞行包线,在此基础上进行仿真研究。仿真结果表明,所研究方法对故障系统具有良好的重构效果,保证了系统发生故障后的安全性与可靠性,而且基于线性模型的重构算法设计简便,工程实用性强。     

碳纤维机敏混凝土梁弹性应力自监测实验研究

基于碳纤维混凝土材料的压力机敏性,采用两电极法研究了CFRC梁构件弹性应力自监测的规律．循环荷载实验结果表明,试验梁受压区CFRC弹性应力状态开始变化时,其电阻变化率存在滞后反应现象,但在随后的应力状态变化过程中该滞后反应消失,且电阻变化率与弹性压应变基本保持一定的线性相关关系．测试结果具有良好的可重复性．基于实验所得CFRC电阻变化率与弹性压应变的相关曲线,可实现碳纤维机敏混凝土梁控制截面的弹性应力自监测．     

考虑主、轮缸液压力差异的制动增强控制

现有电子液压制动系统（EHB）在常规制动工况下均是以主缸液压力传感器为反馈进行液压力控制,而忽略了主、轮缸液压力的差异性对制动控制带来的影响。针对此,首先通过电磁阀测试台架测试了液压控制单元（HCU）增压阀在全开工况下的正、反向的压差流量特性。之后,通过制动测试台架测试了轮缸压力体积（PV）特性,建立了非极限工况下的主、轮缸液压力的动态模型,并通过试验数据验证了模型的准确性。将由上述模型估计的轮缸液压力作为反馈,替换原始的主缸液压力传感器信号,引入到EHB的液压力控制算法中,而并不改变原控制算法。基于经典控制理论,分析了该新控制系统的快速性和稳定性。最后进行了液压力控制的实车试验,结果表明,在相同的目标阶跃工况下,相比于主缸液压力反馈控制,所提出的新控制系统可将轮缸液压力及制动减速度的响应速度提高12 %左右,从而缩短紧急制动工况下的制动距离。此外,由于估算的轮缸液压力比主缸液压力更加平稳且没有超调,新控制系统在快速建压过程中运行更加平稳,显著提升噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能。最后,多工况下的实车试验表明新控制系统是稳定的。     

油囊式压力模拟控制系统设计与试验研究

设计了深海压力釜压力模拟控制系统,针对大容积、高精度、实时响应的压力控制要求,提出了油囊式压力模拟控制方式.压力模拟控制系统中设计了带油囊的油水隔离腔,通过油囊实现了油水隔离和压力传递.采用电液伺服技术实现了大容积压力釜内水压的高精度、实时压力控制,并通过压力试验有效地验证了所设计控制系统的可行性和先进性.该系统可应用于水下滑翔机耐压外壳承压性能、密封性能和压力的模拟测试方面的研究.     

抽注水作用下含水层砂土变形特征试验

基于抽注水条件下含水层土体应力状态和应力路径的理论分析,采用FlowTracⅡ增量固结试验系统,通过控制孔隙水压力实现了对实际含水层抽注水条件下土体应力状态和应力路径的模拟,探讨总应力不变条件下,孔隙水压力诱发的土体变形特征;指出常规单向压缩试验结果描述抽注水条件下含水层土体变形特性存在局限性,验证了土体变形特性随应力水平η变化的规律;不同粒径砂土的孔压加载试验表明抽水条件下含水层砂土的变形不是瞬时产生的,其变形存在滞后效应及蠕变特性,抽水应力路径下砂土的平均应变速率与时间关系在双对数坐标中呈现近似线性关系。     

水下焊接机器人智能潜水送丝系统的研制

文中针对水下机器人焊接的特点,研制了一种可用于水下熔化极气体保护焊的全数字智能潜水送丝系统.以数字信号控制器(DSC)级ARM CortexTM-M4架构的STM32F405RGT6微处理器为控制核心开发了全数字控制系统;设计了基于电机电枢电压负反馈的脉宽调制型半桥可逆斩波的送丝驱动电路,以补偿负载转矩变化带来的送丝速度的变化;开发了基于电涡流式接近开关的焊丝状态检测模块,实现了焊丝状态的非接触、实时监测.实验结果表明,所研制的系统能可靠地监测焊丝状态,在送丝软管状态变化的情况下能够均匀、稳定地送丝,送丝速度变化率小于±3.5%,远低于国家标准规定的数值.     

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力的影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常被设置在隧道路面下以排出基岩渗水.文中利用动三轴试验模拟了基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响,建立了动态回弹模型以表征其力学特性,并采用非线性有限元法分析了路面受力.结果表明:动三轴试验可较好地模拟级配碎石层的实际受力状态;Uzan模型考虑了材料的剪切性能,更能反映级配碎石在隧道路面中的应力状态;随含水量的变化,Uzan模型中回归系数的变化呈明显的非线性特征,进而显著影响级配碎石动态回弹模量的变化;级配碎石模量越大,路面底的最大拉应力变化率越小;为了兼顾级配碎石层的排水渗透功能和改善路面受力状态,应严格控制级配,特别是粒径0.075mm以下的含量宜控制在5%～7%,级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间.     

电控旁通阀涡轮增压器匹配计算研究

采用发动机性能仿真软件GT-power建立了带废气旁通阀电控系统的涡轮增压汽油机模型,基于增压压力随旁通阀开度变化的情况,确定了控制系统的特性参数值.根据不同增压压力下涡前压力的变化规律以及汽油机动力性能的要求对废气旁通阀开度进行标定,分析了增压器与汽油机联合运行性能并进行了实验验证.结果表明,选配的小尺寸涡轮确保了汽油机的低速性能;建立的控制系统实现了对增压压力多目标值的连续控制,高速时没有发生因增压压力过高而导致爆燃和增压器超速的现象.     

TJ 1模拟月壤承载特性物理模型试验研究

借助现代土力学试验技术研究月壤工程特性,是解决月球上岩土工程问题的一个可行方法.室内载荷物理模型试验是研究土体承载特性的重要方法.本研究自行设计加工了一套可以实现加载速率控制的加载装置,采用试验材料为Tongji-1(简称TJ-1)模拟月壤,对4种不同尺寸的圆盘载荷板进行加载速率控制条件下的载荷模型试验,同时测定了基底土压力分布.试验结果表明:在相同载荷板条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随加载速率的增加而增加;在相同加载速率条件下,TJ-1模拟月壤的地基极限承载力和变形模量随载荷板尺寸增加而增加;加载时基底中心土压力最大.     

移动卫星天线μ鲁棒控制设计

建立了基于移动卫星天线的控制系统,并针对移动卫星天线模型,设计μ鲁棒控制器,试验结果证 明了控制器有效性;尽管外界环境道路变化不同,移动卫星天线控制系统表现出满意的控制性能。     

基于转速控制的柴油机动态特性建模与仿真

为了仿真柴油机动态特性,建立了基于转速控制的柴油机模型.基于台架稳态试验数据计算得到柴油机扭矩MAP图,并通过动态修正方法获得柴油机动态扭矩;划分了柴油机运行状态,采用基于油量的控制方法,分别设计了全负荷、部分负荷和限速工况下的控制策略;在Matlab/Simulink环境下建立了柴油机仿真模型,集成传动相关总成建立整车动力学模型,并进行了两种工况仿真,仿真与试验结果表明：模型设计合理,有效模拟了柴油机稳态及瞬态工况;所提出的建模方法解决了在有限试验数据下的发动机动态特性建模问题,研究结果可为快速建立柴油机动态性能预测模型提供参考.     

基于逆系统方法的航空发动机逆模型控制系统设计

航空发动机是一个典型的强非线性系统。传统的PID控制通常是对发动机的设计点进行线性化,但这种方法仅能保证发动机在设计点有较好的控制性能,在其他状态的控制性能则较差。针对这个缺点,利用逆系统方法,建立发动机的逆模型,并基于此逆模型设计发动机的逆模型控制系统。仿真结果表明,逆模型控制系统具有较快的响应速度,同时精度符合控制要求。     

模糊定子电阻辨识在直接转矩控制系统中的应用

直接转矩控制在低速运行时,电机定子电阻的变化影响了系统的低速性能.由于定子电阻的变化随端部绕组温度及其变化率的变化关系具有非线性、时变性等特点,难以建立精确的数学模型.本文介绍一种基于模糊控制理论的定子电阻辨识直接转矩控制交流电机调整系统,该方法结构简单.仿真结果表明,此方法能够精确辨识定子电阻,有效的改善了直接转矩控制系统的低速性能.     

液压机控制系统的多任务可调度性研究

针对嵌入式控制系统,通过液压机控制系统的设计与仿真,提出了控制与调度协同设计方法。首先,分析液压机控制系统功能和性能需求,研究了实时系统的选择和控制任务划分对嵌入式控制系统性能的影响;接着分析固定优先级算法、单调速率算法、最短时间限优先算法及抖动控制;最后,采用Matllab/Simulink和Truetime工具箱,通过调整任务划分、模型及调度算法等,对液压机控制系统的多任务进行仿真验证。仿真结果表明：可以获得最优的调度算法、任务划分及减小的输出抖动,这证明了控制与调度协同设计方法是有效的。     

改进插补算法在数控雕刻系统中的应用

根据雕刻机控制系统的设计需求,采用TI公司的32bit定点数字信号处理器TMS320F2812作为下位机控制系统核心处理单元,并与FPGA相结合取代目前市场上主流的单片机与高速运动控制芯片相结合的联机控制.运用模块化设计思想进行了雕刻机控制系统软硬件设计.在轨迹控制中,运用快速数字积分插补算法替代普通数字积分插补算法,使控制器对插补过程的运算效率更高,减小了控制器的运算压力;试验证明了所设计的基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统方案及数字积分改进算法的可行性和可靠性,雕刻机的加工速率提高了大约20%.     

大型客机座舱内空气环境控制的关键科学问题研究中期报告

大型客机座舱空气环境是国际热点研究问题,我国的大型客机项目对安全、健康、舒适座舱环境研究的需求紧迫。该研究针对国际航空界的最新关注点和研发大型客机的重大需求,重点解决大型客机座舱空气环境控制的两个关键科学问题:(1)座舱环境空气非定常分布与污染物非线性传递机理;(2)座舱环境多场耦合的物理特征与多参数目标控制的原理。并围绕上述关键科学问题,开展了6个方面的研究:(1)座舱空气非定常流动特征及数值模拟策略;(2)低压座舱内多种污染物产生和扩散的非线性规律;(3)座舱空气质量与热舒适系统实验评估准则;(4)座舱环境设计参数体系与适航标准的符合性验证方法;(5)座舱环境多场耦合反向设计基本原理;(6)座舱环境控制系统全飞行状态的动态调节机理。     

基于扩展状态观测器的锅炉-汽轮机组模糊模型预测控制

针对锅炉-汽轮机组易受扰动、非线性等特点,提出一种基于扩展状态观测器的模糊模型预测控制方法。首先,基于实际被控对象的输入输出数据建立1 000 MW锅炉-汽轮机组的模糊模型;然后利用输出代价函数在模糊模型上设计一个稳定的模糊模型预测控制器,以实现节流蒸汽压力、分离器蒸汽焓和负荷的稳定、快速和准确跟踪。将一种改进的线性扩展状态观测器与预测控制器相结合,以增强其抗干扰性能,该观测器可以在线估计系统的行为变化和未知干扰,通过设计合适的李雅普诺夫函数证明了整个控制系统的闭环稳定性。在对某1 000 MW锅炉-汽轮机组模型的节流阀压力、蒸汽分离焓和有效功率(负荷)参数的仿真中,具有扩展状态观测器的模糊模型预测控制超调量和调节时间等指标均优于积分模型预测控制、稳定模型预测跟踪控制器(stable model predictive tracking controller, SMPTC)和广义扩展状态观测器的控制(generalized extended state observer control, GESOBC),证明了所提出方法的有效性。     

网络控制系统的模糊动态调度算法研究

针对多回路的网络控制系统,本文同时考虑系统误差和误差变化率,设计了一种基于神经网络的模糊动态调度算法.该算法根据系统中各回路的误差和误差变化率,利用神经网络模糊控制的方法实时调整各回路的优先级,从而实现对网络控制系统的调度.最后,利用TrueTime工具箱建立了包含模糊动态调度器的网络控制系统仿真模型,并将其与RM和EDF调度算法进行对比.仿真结果表明,在相同的网络带宽占用条件下,本文所设计的模糊动态调度算法相比于RM和EDF调度算法,产生的网络诱导时延更小,且具有较好的控制性能.     

盾构机密封舱土压力分布的有限元数值模拟

为了确定盾构机密封舱渣土的非线性本构模型及其模型中的参数,提出了基于三轴压缩实验数据的参数反演方法。基于土压力理论,建立了盾构机掘进工作面土压力分布模型。基于Duncan-Chang非线性双曲线本构模型,数值模拟了土压平衡盾构机密封舱内的土压力分布特性。数值模拟结果表明:密封舱隔板上的土压力与掘进工作面土压力存在压力差,其大小与刀盘开口率有关。数值模拟的密封舱内土压力分布场为密封舱土压力分布式控制系统提供了参考模型。