仿鸟扑翼飞行器动力学建模

针对仿鸟扑翼飞行控制算法设计和验证需要,建立了仿鸟扑翼飞行器的动力学模型和仿真系统.在建立仿鸟扑翼飞行器柔性翼模型的基础上,基于非定常空气动力学原理,用修正的准定常气动力计算模型估算出了翅膀扑动产生的高升力;估算了平尾产生的控制力矩.在分析惯性力的基础上建立了扑翼飞行器的状态空间方程,进而基于Matlab语言和Simulink环境设计了微型扑翼飞行器仿真系统,并给出了相应的仿真结果.     

虚拟微型扑翼飞行器建模仿真

针对扑翼飞行控制算法设计和验证需要，研究了扑翼飞行器数学建模和仿真系统建立问题。构造了一个虚拟微型扑翼飞行器（VFMAV：Virtual Flapping wing Micro Air Vehicle），基于非定常空气动力学原理，用修正的准定常气动力计算模型估算出了翅膀扑动产生的高升力。分析惯性力的基础上建立了扑翼飞行器的状态空间方程，进而基于Matlab语言和Simulink环境设计了虚拟微型扑翼飞行器仿真系统（VFMAVS：Virtual Flapping wing Micro Air Vehicle Simulator），并给出了相应的仿真结果。     

基于MEMS技术的扑翼式微飞行器的研究

在低雷诺数环境下对长度大约15cm，重量在20～60g的直翅类昆虫的飞行进行了空气动力学的建模研究，对扑翼式微飞行器的系统结构进行了详细的分析论述；通过仿真软件建立了所需要的扑翼飞行机器人的数学模型，并对其进行了仿真研究，从而为扑翼飞行器的研制提供理论依据。     

微扑翼飞行器气动力和位置控制研究

随着微扑翼飞行器研究的不断深入,对其控制问题研究已引起了人们的重视.基于准稳态气动力模型,研究了微扑翼飞行器气动升力和阻力,建立了微扑翼飞行器纵向动力学模型,针对微扑翼飞行器非线性强耦合特点,采用切换控制策略进行纵向位置控制,选择扑动平面夹角和扑动幅度作为控制参数,利用位置误差和速度误差线性组合作为反馈信号,通过数值方法计算平均力,确定控制参数取值,完成了切换控制律设计.最后进行了微扑翼飞行器爬升飞行和水平飞行的控制仿真实验.     

微型飞行器空气动力学研究

围绕与微型飞行器相关的低雷诺数空气动力学问题,进行了低雷诺数翼型气动特性的数值分析研究、低马赫数低雷诺数流场数值计算方法研究、考虑扑翼结构弹性变形的气动特性估算方法研究、微型飞行器气动特性估算的非定常涡格法研究和微型飞行器的风洞试验研究,取得的研究成果对微型飞行器的发展具有重要的参考价值和指导意义.     

仿鸟扑翼飞行器的时变反馈镇定

针对仿鸟扑翼飞行器的欠驱动特性,提出了一种简化其飞行控制问题并实现其局部渐进稳定的控制方法.首先分析仿鸟扑翼飞行器的动力学和运动学模型,证明其控制问题等价于升力、推力、俯仰力矩和横滚力矩独立可控情况下的姿态控制问题;进一步分析的结果表明,仿鸟扑翼飞行器的升力、推力、横滚力矩和俯仰力矩都是独立可控的,因此可将其控制问题等价为两控制器刚体的姿态控制问题.通过设计光滑时变反馈控制律实现对姿态控制的局部渐进稳定,从而解决扑翼飞行器的飞行控制问题.     

微扑翼飞行器驱动装置设计与翅翼轨迹控制仿真研究

将压电陶瓷驱动器和柔性铰链四杆放大机构融为一体,设计了结构紧凑的微扑翼飞行器驱动装置;采用拉格朗日方程建立了驱动装置动力学模型;提出了模糊自适应迭代学习控制策略,并进行了微扑翼飞行器翅翼轨迹模糊自适应迭代学习控制仿真试验,仿真结果表明：这种控制策略是可行的,翅翼取得了较好的轨迹跟踪效果。     

扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种新颖的非线性H∞控制方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、时变参数以及各种干扰。为此提出了一种全局非线性H∞控制策略,系统控制综合是基于李亚普诺夫理论而非求解HJI偏微分方程。该方法克服了时变参数及未知干扰对系统的影响。证明了控制器的全局渐进稳定性并将其用于扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制系统的仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

扑翼微型飞行器的动力学建模

对鸟和昆虫的飞行机理进行了有价值的探讨,并对扑翼式微型飞行器机体动力学和机翼空气动力学进行了详细的分析。由此分析得出结论:机体所受外力为空气动力、自身重力和机翼作用于机体的驱动力,而采用扑动与扭转两个自由度飞行的机翼所产生的机体驱动力就是由瞬时平移力和旋转循环力合成的瞬时空气动力,从而得出了相应的参数方程以及整机动力学模型。对所建模型的仿真结果表明,只要合理选择参数,各种飞行过程能得到很好的模拟。     

扑翼微型飞行器自适应鲁棒姿态控制

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种自适应鲁棒控制的新方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制器的设计极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、不确定性、多变量参数耦合以及各种干扰。由于自适应鲁棒控制不依赖系统的精确数学模型,所以将系统分为名义模型、结构不确定性和非结构不确定性,对其分别设计直接反馈控制器、自适应控制器和鲁棒控制器,并用李亚普诺夫定理分析了系统的稳定性。仿真结果证实了所提方法的有效性。     

微尺度学在微型燃料电池数学模型中的应用

以微型质子交换膜燃料电池（μPEMFC）为研究对象，结合传统燃料电池的数学理论，运用微尺度流体学，建立了电池的数学模型。该模型根据动量守恒、质量守恒以及电化学、微／纳米尺度流体学，分析了微通道特性对电池性能的影响。通过仿真曲线与已公开的实验结果地比较，验证了模型的准确性。     

机翼结构布局的知识驱动设计

探讨了机翼结构布局设计知识驱动方法的实现问题。对布局设计的各类知识、求解策略、知识驱动的黑板模型进行了讨论,将它们纳入到一个统一的知识管理和问题求解系统框架中。开发了机翼结构布局智能设计系统原型,并应用于某战斗机机翼结构布局。系统能根据给定的设计要求,形成一个结构布局合理的初始方案。研究表明,开发知识驱动的设计工具,是解决机翼结构布局设计问题的一条可行途径。