三轴陀螺稳定平台控制系统设计与实现

针对高精度光电导引系统快速隔离扰动、稳定视轴的要求，设计了以速率陀螺为核心构成的三轴陀螺稳定平台。结合某型号电视导引头设计过程，详细介绍了该三轴陀螺稳定平台的结构组成、主要元器件选型，以及软硬件实现。分析了陀螺稳定平台的隔离扰动原理，设计了多闭环复合控制结构，给出了系统各组成部分的模型，合理简化后建立了系统数学模型，并按照频域分析法设计了控制算法。对于陀螺信号噪声问题，设计了小波阈值滤波方法，有效地消除了反馈信号的噪声，提高了系统控制精度。整机测试表明，该陀螺稳定平台满足了导引头系统设计指标要求，具有较高的跟踪精度；能够在实验室条件下，进行多种电视跟踪模拟实验，为实际设备的研制提供了真实有效的数据。     

GPS／SINS组合导航系统的动基座快速初始对准方法

—本文首先建立了ＳＩＮＳ的误差模型，并对系统模型进行了可观测性分析，然后基于ＳＩＮＳ误差模型的特点，通过对所采用卡尔曼滤波器仿真结果的分析，提出了一种快速估计方位失准角Ｄ的方法，从而大大缩短了初始对准时间，提高了对准速度。最后计算机仿真结果表明了该方法的有效性。     

地下水流并行有限层方法及同伦反演研究

根据有限层求解格式存在的解耦性，实现了地下水三维流问题的高效并行化计算。在此基础上，结合非线性同伦方法，提出了地下水参数反演分析的并行同伦算法，利用MATLAB编译了相应的正反演计算程序。与已有解析解和有限差分解的对比以及数值算例，验证了并行化正反演方法及程序的正确性，探讨了并行算法的计算效率。研究表明，并行方法可以有效提高计算速度，较串行方法具有明显优势，同时同伦反演方法具有大范围收敛的特点，不依赖于参数值的初始选取。     

钢-混凝土组合梁受扭性能全过程分析

在合理假定的基础上，根据混凝土、钢梁和钢筋的本构关系，利用平衡及变形协调条件，推导出了适用于组合梁受扭全过程分析的一系列方程式，并提出了组合梁受扭分析的简化算法。然后，用VC 6．0编制了分析程序，制作了输入和输出的可视化界面。最后，对实验和理论分析结果进行了对比，结果表明方法合理，精度满足要求。     

基于Simulink的高精度重力仪稳定平台水平误差仿真

给出陀螺稳定平台水平误差的数学模型，然后介绍了Simulink的稳定平台水平误差建模方法，并建立了系统的Simulink仿真图形模型，对稳定平台水平误差及其；引起的重力仪测量误差进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。该仿真方法避免了求拉氏变换和拉氏反变换所带来的大量运算，不仅能保证误差分析的精度，而且使系统的误差分析过程变得容易、直观、迅捷。Simulink仿真表明，稳定平台不水平引起的重力仪测量误差为2．12mGal，远大于重力仪的设计误差0．5mGal。因此，必须补偿水平加速度引起的重力仪测量误差。     

三维约束Delaunay三角化的边界恢复和薄元消除方法

提出一种有效的三维约束Delaunay三角剖分的边界恢复算法，该算法综合了P．L．George算法和N．P．Weatherill算法的优点，通过将约束边和约束面加以恢复，保持了实体边界的完整性，解决了经典Delaunay算法不能剖分凹域的问题，从而实现了复杂三维实体的网格剖分。提出了一种简易而有效的消除薄元方法——薄元分解法，彻底解决了三维Delaunay三角剖分过程中所产生的薄元问题。实践证明，本文提出的边界恢复算法和薄元消除算法健壮有效，生成网格的质量高，并且易于实现。     

力学环境约束下剪切销可靠性分析及优化设计

剪切销是火工装置关键部件，其可靠性不仅表现为点火作用下可靠剪断，还表现为受力学环境激励不发生断裂。本文中以多项式混沌展开方法为基础，建立了力学环境约束下的剪切销分析模型，结合序贯优化与可靠性分析方法，提出了剪切销可靠性优化设计的思路。以某型火工作动装置为应用实例，依据实用的力学环境，进行了剪切销可靠性分析及优化设计，揭示了设计参数与力学环境之间的关系，并获得了影响可靠性的关键参数。最后，开展了优化后的火工作动装置实验测试，结果佐证了优化设计的有效性。     

斜拉桥塔锚固区光弹性应力分析与等倾线图像处理

本文采用光弹性冻结应力法，对独塔斜拉桥塔锚固区进行了应力分析，给出了有关截面的边界应力分布及主应力迹线，从而为优化工程设计提供了重要的参考依据。本文还提出了一种新的提取等倾线的方法──图像对数增强相减法，实现了等倾线与等差线条纹的分离，同时使条纹得到了细化，提高了处理等倾线的速度与准确度。编制了自动绘制主应力迹线的程序，利用它绘制了桥塔截面的次主应力迹线。     

磁悬浮飞轮转子组件温度场分析与研究

磁悬浮飞轮作为一种航天器的姿态控制执行机构当其工作在高真空环境下时，散热条件差，系统温度过高，导致转子组件热膨胀，产生热应力或改变磁轴承及电机的间隙，则会降低系统的可靠性。利用有限元软件ANSYS对一种磁悬浮飞轮系统的转子组件进行了温度场仿真，考虑了传导及辐射的传热方式，得到了飞轮转子组件的温度场分布，并且分析了组件材料属性对温度场分布的影响，最后对飞轮系统的强化传热进行了研究。分析所得温度值与实验测值相符，为磁悬浮飞轮系统的热设计及总体结构设计提供了重要依据。     

融合伪距和载波相位的DGPS/惯性组合导航

本文利用卡尔曼滤波方法对码伪距测量和载波相位测量进行了最优融合，并得到了融合后的伪距测量误差标准差曲线，用融合后的伪距作为观测量和惯导系统进行组合，可以有效地提高导航精度，避免整周模糊度的确定。本文研究了这种组合导航系统，进行了仿真试验，仿真结果表明该组合系统的精度得到了很大的提高，定位精度在1m以内，是一种高精度的导航系统。     

压电智能结构模糊自学习控制(FSLC)

将模糊逻辑与学习控制的基本思想相结合,根据控制系统的动态输出特性,采用模糊控制对学习控制律中的参数进行实时校正,实现系统的动态学习过程,提出了一种适用于压电智能结构振动控制的模糊自学控制方法FSLC（FuzzySelf-LearningContr01）。分别采用三维8节点实体单元（Solid45）和耦合单元模拟主结构和压电致动器／传感器,基于ANSYS参数化语言编写了压电智能结构振动控制分析的有限元程序。通过数值仿真证明了模糊自学习控制方法能有效控制压电结构的振动,并提高了自学习控制的收敛速度和获得了很好的控制效果。     

基于多体系统传递矩阵法的多管火箭定向器振动控制

应用多体系统传递矩阵法,建立了全新的多管火箭发射动力学控制模型,以二次型性能指标为成本函数, 设计了脉冲推力器为控制执行机构的振动主动控制律,并设计了多管火箭发射系统在燃气流冲击下定向器的振动主动控制系统,获得了最优脉冲控制力幅值和脉冲推力器工作次数. 应用设计的控制律数值仿真了某多管火箭定向器无控和受控状态下的振动响应,仿真结果表明该法可有效地降低定向器的振动.该方法易于工程实现,对控制多管火箭发射系统的振动、提高多管火箭射击的精度具有重要意义.      

全柔性空间机器人运动振动一体化输入受限重复学习控制

探究基座、臂、关节全柔性影响下空间机器人动力学模拟、运动控制及基座、臂、关节三重柔性振动主动抑制的问题, 设计了不基于系统模型信息的运动振动一体化输入受限重复学习控制算法. 将柔性基座与关节等效为线性弹簧与扭转弹簧, 柔性臂视为欧拉-伯努利梁模型, 利用拉格朗日方程与假设模态法建立动力学模型, 然后, 用奇异摄动理论将模型分解为包含刚性变量与臂柔性振动的慢变子系统, 包含基座、关节柔性振动的快变子系统, 并分别设计相应的子控制器, 构成了带关节柔性补偿的一体化控制算法. 针对慢变子系统, 提出输入受限重复学习控制算法, 由双曲正切函数, 饱和函数与重复学习项构成, 双曲正切函数与饱和函数实现输入力矩受限要求, 重复学习项补偿周期性系统误差, 以完成对基座姿态、关节铰周期轨迹的渐进稳定追踪. 然而, 为了同时抑制慢变子系统臂的柔性振动, 运用虚拟力的概念, 构造同时反映臂柔性振动与系统刚性运动的混合轨迹, 提出了基于虚拟力概念的输入受限重复学习控制器, 保证基座、关节轨迹精确追踪的同时, 对臂的柔性振动主动抑制. 针对快变子系统, 采用线性二次最优控制算法抑制基座与关节的柔性振动. 仿真结果表明: 控制器适用于一般柔性非线性系统, 满足输入力矩受限要求, 实现对周期信号的高精度追踪, 有效抑制基座、臂、关节的柔性振动, 证实算法的可行性.      

微重力下Stewart平台的主动减振系统研究分析

Stewart平台是一种并联减振机构,因其具有承载能力强、刚度大、结构稳定、精度高等优点,广泛应用于航天航空和精密仪器领域。采用Cubic构型Stewart平台并对压电陶瓷的力一位移关系线性化后,可简化成单自由度的线性主动控制系统,对六自由度的Stewart平台分散控制,在随机平稳白噪声的激励下考虑时滞影响,并对其解耦后的Stewart平台进行LQR数值分析,用Adams预测公式进行时滞补偿。分析结果表明：Stewart平台具有较好的减振性能,能有效减小平台在微重力干扰下引起的位移反应;时滞因素会降低LOR的控制作用;可通过Adams预测公式对时滞影响进行较好地补偿。     

全弹性平面运动机器人的高精度运动控制和振动抑制算法研究

为实现对基座、关节和臂均存在弹性的空间机器人运动高精度控制及多重振动抑制,建立了基座、关节和臂全弹性空间机器人动力学模型,并采用运动有限维PD重复学习控制及振动同步抑制方案进行研究.首先,利用线性弹簧、扭转弹簧和欧拉-伯努力梁理论,假设模态法和动量守恒定律,采用拉格朗日方程建立了弹性基座、柔性关节和柔性臂空间机器人动力学模型,之后,选取反映柔性臂振动的前两阶模态及基座和关节刚性运动变量为慢变子变量,选取基座和关节弹性振动变量为快变子变量,根据奇异摄动理论将系统降维分解成慢、快变子系统.最后设计了慢变子系统的运动有限维PD重复学习控制及快变子系统的线性最优双重减振控制构成的总控制器.数值仿真结果验证了算法的有效性.     

动力吸振器复合非线性能量阱对线性镗杆系统的振动控制

研究了线性动力吸振器复合非线性能量阱对线性镗杆在外部简谐激励下的振动控制. 忽略镗杆系统中的非线性因素, 建立了附加线性动力吸振器和非线性能量阱的镗杆系统的三自由度运动方程, 研究了附加复合式动力吸振器的镗杆系统的受迫振动. 通过平均法得到了附加复合式动力吸振器的镗杆系统的近似解析解, 并利用数值解验证了近似解析解的准确性, 两者具有很好的一致性. 利用近似解析解详细分析了线性动力吸振器和非线性能量阱的参数对镗杆振动抑制性能的影响. 对给定质量的复合式动力吸振器进行了参数优化, 其中线性动力吸振器参数采用H_∞优化方法的近似解析解进行了优化, 非线性能量阱的阻尼利用系统的近似解析解进行了优化. 分析结果表明, 线性动力吸振器与非线性能量阱组合可以有效抑制线性镗杆系统的振动, 而且采用参数优化后的复合式动力吸振器可以获得更好的减振效果. 通过附加非线性能量阱, 不但可以提高线性动力吸振器的振动抑制效果, 而且还可以提高振动控制系统的鲁棒性.      

一种含放大机构的负刚度动力吸振器的参数优化

在大多数情况下机械振动是有害的,它不仅产生噪声还会降低设备的工作精度和使用寿命.采用正刚度特性的吸振、隔振系统往往难以达到满意效果,这种情况在低频振动控制系统中尤其明显.放大机构与负刚度元件在振动控制领域均表现出良好性能,但是较少有对同时含有放大机构与负刚度装置的动力吸振系统的研究.以Voigt型动力吸振器为基础提出了一种将放大机构应用于含负刚度弹簧元件的动力吸振器模型,对该模型的最优参数进行了研究.首先建立了系统的运动微分方程并得到了其解析解,发现该系统存在两个固定点,利用固定点理论得到了动力吸振器的最优频率比.根据负刚度的特性,在保证系统稳定的前提下得到了最优负刚度比,并推导了系统的近似最优阻尼比.通过数值仿真验证了解析解的正确性.与多种动力吸振器在简谐激励与随机激励下进行了对比,说明了本文模型相比于已有的动力吸振器,能够大幅降低共振振幅、拓宽减振频带并且降低系统的谐振频率,为设计新型动力吸振器模型提供了理论依据.      

迭代学习型瞬时最优控制及其收敛性分析

将传统的瞬时最优化控制和智能算法中的迭代学习控制相结合,提出了基于最优化控制算法和智能控制算法的迭代学习型瞬时最优化控制算法.该方法以线性系统为模型,以系统的响应与期望响应的差值为反馈,以二次型性能泛函为目标函数,通过迭代学习修正主动控制器的控制信号,提高主动控制的效果.针对迭代学习型瞬时最优化控制算法迭代的特性,本文采用范数方法给出了该方法收敛的充分条件.为验证方法的有效性,选取第二代基准模型作为计算模型,埃尔森特罗地震波南北分量作为输入载荷,数值仿真结果表明,迭代学习型瞬时最优控制算法较传统的瞬时最优控制算法有更好的控制效果.     

Active control of an aircraft tail subject to harmonic excitation

Vibration of structures is often an undesirable phenomena and should be avoided or controlled. There are two techniques to control the vibration of a system, that is, active and passive control techniques. In this paper, a negative feedback velocity is applied to a dynamical system, which is represented by two coupled second order nonlinear differential equations having both quadratic and cubic nonlinearties. The system describes the vibration of an aircraft tail. The system is subjected to multi-external excitation forces. The method of multiple time scale perturbation is applied to solve the nonlinear differential equations and obtain approximate solutions up to third order of accuracy. The stability of the system is investigated applying frequency response equations. The effects of the different parameters are studied numerically. Various resonance cases are investigated. A comparison is made with the available published work. The English text was polished by Keren Wang.     

车载系统主被动联合振动控制研究

针对车载系统行进过程中产生的结构振动,提出被动隔振和主动减振相结合的方法对结构弹性振动和刚体振动进行抑制．一方面,针对结构弹性振动,在车载结构和车体之间安装隔振装置,选择合适的隔振器参数,对车载结构的弹性振动进行隔离．另一方面,结合刚体振动抑制的需求,进一步研究小阻尼隔振器带来的结构低频刚体振动．对隔振器和车载结构形成的新系统采用主动控制方法设计最优控制器,对这一类过驱动控制系统进行主动控制研究．通过主被动控制结合,实现车载结构全频段范围内的振动抑制,能够将系统刚体振动的位移均方根值抑制到无控制时的5%以下．