Adaptive functional link network control of near-space vehicles with dynamical uncertainties

The control law design for a near-space hypersonic vehicle (NHV) is highly challenging due to its inherent nonlinearity, plant uncertainties and sensitivity to disturbances. This paper presents a novel functional link network (FLN) control method for an NHV with dynamical thrust and parameter uncertainties. The approach devises a new partially-feedback-functional-link-network (PFFLN) adaptive law and combines it with the nonlinear generalized predictive control (NGPC) algorithm. The PFFLN is employed for approximating uncertainties in flight. Its weights are online tuned based on Lyapunov stability theorem for the first time. The learning process does not need any offline training phase. Additionally, a robust controller with an adaptive gain is designed to offset the approximation error. Finally, simulation results show a satisfactory performance for the NHV attitude tracking, and also illustrate the controller's robustness.     

在飓风心脏捕捉数据的机器人

机器人当哨兵 这台担当哨兵的机器人名叫"水星",由美国海洋和大气管理局在飓风来临前部署在新泽西州附近海域.它的设计者是加州的"液体机械"公司,这家公司研发了一系列被称为"海浪滑翔者"的海上作业机器人,"水星"即是其中一款.从外形上看,水星由两部分组成,一个是由工作时始终位于海面上"浮器"组成;还有一个是装有水翼的"潜器",它位于海平面以下.浮器和潜器之间由一根长约6米的缆线相连.这台机器人的好处在于不需要装备马达,上下分离的设计使它能够将海浪中的能量转化为前进的动能.     

高超声速飞行器再入过程改进气动系数模型

针对高超声速飞行器再入过程气动系数模型和参数辨识问题,基于公开的气动系数数据,综合考虑攻角和马赫数两个主要因素,分析了气动系数与二者的函数关系,建立了高超声速飞行器的改进升力系数和阻力系数模型,采用非线性最小二乘法进行模型参数辨识,得到参数辨识结果。将已知的气动数据与改进气动系数模型计算值进行对比,升力系数和阻力系数的相对误差平均值均小于5.10%,表明所建立的改进气动系数模型具有较高的精度,可以用于高超声速飞行器再入轨迹优化和仿真。     

高超声速飞行器自抗扰姿态控制器设计

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)及非线性状态误差反馈律(nonlinear law state error feedback, NLSEF),分别设计了高超声速飞行器内环和外环自抗扰姿态控制器。将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用NLSEF抑制补偿残差。自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)设计无需精确的飞行器被控模型,也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真结果表明,控制系统能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性。     

高超声速飞行器轨迹跟踪控制仿真研究

针对高超声速飞行器纵向模型的快时变、强耦合和高度非线性的特点,在考虑模型不确定性的情况下,采用李导数的方法对某型高超声速飞行器进行输入输出的精确线性化。基于线性化后的模型,提出一种非线性动态逆控制的方法,并对其稳定性进行分析,实现对该型高超声速飞行器的轨迹跟踪控制。并利用Matlab搭建仿真平台,仿真结果显示仿真平台的正确性和控制算法的有效性。     

基于超声脉冲反射回波法的声速设计性实验

基于超声脉冲反射回波法原理,设计了测量超声波声速实验。采用这种方法对液体、固体等不同样品进行测量,得出了合理实验结果。该方法原理清楚,装置结构简单易行,适合作为大学物理设计性实验项目开设。为培养学生创新设计能力提供了一种新的思路及方法。     

煤矿岩体分级定量指标的相关关系研究

文章对淮北临涣煤矿收集的矿井巷道岩石样本进行点荷载、超声声速和抗压强度试验,通过对试验结果的相关分析,说明岩石标准抗压强度与超声声速、点荷载的相关性,得到抗压强度、超声声速和点荷载之间的函数关系式;由测量数据计算岩体完整性系数、岩体体积节理数和岩石质量指标修正的岩芯采取率,并分析其相关关系。     

基于奇异摄动的最优滑翔制导律

针对高超声速滑翔式再入飞行器轨迹优化和制导关键技术,设计了一种新型的最优滑翔制导律.首先,通过对再入飞行器运动学、动力学状态变量变化特点的假定,将其进行三个快慢时间尺度的划分;然后,应用最优控制理论分别求解三个不同时间尺度上的子问题,得到其解析解;在此基础上,基于奇异摄动方法,设计出具有闭环反馈形式的最优滑翔制导律;最后,对所求制导律的有效性进行了数学仿真验证.仿真结果表明:该制导律能在三维空间内导引/再入飞行器朝目标方向最远距离滑翔飞行;该算法得出的闭环解析解满足制导过程中实时计算需求,具有工程应用前景.     

气体分析仪比例稀释系统设计

大气分析仪精确度高但量程较小,无法满足对污染源的监测,该文依据临界声速孔理论的原理,推导出临界压力比和临界质量流量公式,设计实验对稀释采样的可行性进行验证,设计稀释系统满足在较复杂的环境下保证稀释比例稳定,稀释比例范围5～200,使大气分析仪能直接用于污染源的监测,并针对不同使用条件提出2种稀释方案,分析由温度、湿度、气压引起的稀释误差.     

超声光栅测量钠光波长的研究

本文介绍了一种新的测量钠黄光波长的方法,并与理论值结果进行了比较。我们对氦氖激光和钠光在乙醇(97%)形成的超声光栅中衍射光谱进行了测量研究,首先计算得到了超声波在乙醇中的传播速度,并分析了温度的影响,然后以超声波波速出发,计算了钠光的波长,得到的结果与标准值相比的相对误差为0.93%。与利用牛顿环干涉装置测量结果的相对误差0.67%有可比性。从实验结果可以说明本方法是一种操作便易,精度高,误差小的方法。