基于相空间重构的PHM数据处理算法研究

采集数据的非线性特性极大地限制了故障预测与健康管理技术(PHM)在飞机自主保障能力中的应用,提出了一种基于相空间重构的数据处理方法;首先,对PHM技术进行了系统研究,并对数据处理进行了分析;然后,根据数据处理的特点,分别采用自相关法、复自相关法、FNN法和C-C法计算相关的延迟时间及嵌入维数;最后,通过仿真对比分析以上几种方法得到的延迟时间与嵌入维数;结果表明作为一种联合计算延迟时间和嵌入维数的数据处理方法,C-C法可以同时计算延迟时间τ为3和嵌入维数m为6。     

折叠翼面展开过程中气动载荷特性数值模拟

针对某飞行器翼面高速展开过程,采用定常和非定常数值模拟两种不同方法,进行折叠翼面展开过程气动载荷分析研究,其中定常方法主要研究翼面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性,分析展开角、来流参数对外翼面气动力的影响;非定常方法主要模拟折叠翼面展开角速度变化,从而获得典型工况下翼面展开过程的载荷情况,分析非定常效应对气动载荷的影响.研究发现,当翼面展开速度与来流速度相近时,则非定常效应不可忽略而必须采用非定常模拟方法.      

无缝襟翼吹气控制机理和地面效应分析

基于Coanda效应的无缝襟翼吹气控制能大幅度提升机翼升力, 改善大型运输类飞机起降性能, 因此研究起降阶段地面效应对吹气控制的影响十分必要。通过数值模拟方法, 从流场变化的角度分析了无缝襟翼吹气控制机理, 以及有/无襟翼吹气时地面效应对翼型气动性能的影响。襟翼吹气使Coanda表面产生局部低压区, 形成指向Coanda表面的压力梯度, 进而引起射流上方的主流偏转和加速, 使整个翼面近壁区产生顺时针方向的速度增量; 翼面压力面的压力增大, 吸力面的吸力增强, 其中主翼上翼面吸力增强是翼型升力增加的主要来源。无吹气时, 地面效应使翼型上/下翼面附近的流速均降低, 上/下翼面的压力均有所提高, 整体上使翼型升力降低。有地面效应时的襟翼吹气增强了下翼面对来流的阻滞作用, 进一步提高了下翼面的压力; 襟翼吹气使上翼面气流加速, 可抵消地面效应引起的上翼面气流减速, 一定程度上减小了地面效应引起的上翼面吸力损失。      

航空发动机无模型自适应生物智能控制方法研究

针对航空发动机动态过程特性复杂、现有控制策略保守性较强的问题,在无模型自适应控制研究的基础上,结合生物内分泌智能控制原理,提出了一种新型无模型自适应生物智能控制(Model Free Adaptive Intelligent Control,MFAIC)方法。首先根据航空发动机强非线性的特点,根据被控对象I/O数据建立了无模型自适应控制(Model Free Adaptive Control,MFAC)系统;然后创新地应用生物内分泌调节原理构建自适应控制模块(Biological Endocrine Intelligent Control, BEIC),目的是依据跟踪误差快速、准确地调整控制参数,从而自动优化控制效果;控制器设计完成后对MFAIC与PID这两种控制方法在动态过程中的控制效果及抗扰动能力进行对比分析。仿真结果表明,该无模型自适应生物智能控制方法具有全包线稳定和动态响应性能好、鲁棒性强的优点;且提出的生物内分泌调节新颖算法计算量合理,自适应调节能力强,具有较高的工程实践意义。     

基于远场信息和卷积神经网络的波前重构方法

探测波前相位信息是实现自适应光学波前补偿的关键,使用卷积神经网络（CNN）代替波前传感器进行波前重构,系统简单易于实现,同时重构过程不依赖迭代运算,快速实时。为准确提取远场中的波前特征,CNN需要事先使用大量样本进行训练。研究中根据4～30阶大气湍流泽尼克像差系数与其远场强度的对应关系,仿真制作样本数据集,训练CNN从输入的一帧远场图像中预测出畸变波前的泽尼克像差系数,重构原始波前。验证结果表明,该方法能快速实时地还原出波前相位信息,重构波前较原始波前具有极高的波面吻合度和较小的残差剩余量,有望实现实际自适应光学系统中的闭环校正。     

机载多功能调压器的设计和实现

根据国内机载调压器的调压速度快、具备故障保护功能以及可配置的调压时机等需求特点,提出了机载多功能调压器设计和实现。首先介绍了快速调压功能的原理;其次,在快速调压功能的基础上,详细阐述机载多功能调压器中高相限制、过流保护、数字保护扩展接口和禁止调压等新增功能的设计。本机载多功能调压器已成功运用于飞机交流发电机的控制中。实践证明,本方案运行可靠,成本低廉,具有良好的经济效益。     

对数函数控制器的一种改进

根据自适应控制器的快速控制效果及其所提供的控制力的特点,对已有的对数函数控制器进行改进。通过对原对数函数控制器的函数进行适当的坐标平移,可使其控制力与自适应控制器类似,对离子一直起到聚焦作用。利用改进的对数函数控制器进行模拟控制,结果显示不仅所需的控制时间明显减小,而且控制器同时起聚焦作用,可省去原先需要的聚焦磁场设备,因而可为强流离子加速器的设计提供参考。     

一种适用于飞行器航电综合的故障检测和重构方法

鉴于特殊的飞行任务需求,某型号航电综合单一的故障逻辑难以满足多元故障状态下自主重构需求,降低了系统容错性。为解决航电综合多元故障模式难以量化表征影响故障重构的工程难题,创新的提出了一种适用于航电综合的故障检测和重构方法,基于决策表数据挖掘技术的航电综合故障预测流程和多源信息故障检测技术确保常规故障检测率大于98%,航电系统重构状态的量化表征分类方式确保了系统快速重构设计,本文提出的故障检测和重构方法极大地提高航电综合系统的故障检测率与容错能力。     

一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法研究

为解决在强噪声背景下获取超声信号的难题,基于粒子群优化算法和稀疏分解理论提出一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法.该方法将降噪问题转换为在无穷大参数集上对函数进行优化的问题,首先以稀疏分解理论和超声信号的结构特点为依据构建了粒子群优化算法运行所需要的目标函数及去噪后信号的重构函数,从而将粒子群优化算法和超声信号降噪联系在一起;然后根据粒子群优化算法可以在连续参数空间寻优的特点建立了用于匹配超声信号的连续超完备字典,并采用改进的自适应粒子群优化算法在该字典中对目标函数进行优化;最后根据对目标函数在字典上的优化结果确定最优原子,并利用最优原子按照重构函数重构出降噪后的超声信号.通过对仿真超声信号和实测超声信号的处理,结果表明本文提出的方法可以有效提取信噪比低至-4 dB的强噪声背景下的微弱超声信号,且和基于自适应阈值的小波方法相比本文方法表现出更好的降噪性能.     

小波变换在区域波前重构算法中的应用

在自适应光学中使用区域法进行波前重构的一个主要困难是计算量非常大。通过对重构矩阵进行小波变换 ,并对生成的矩阵选取门限 ,获得稀疏矩阵 ,从而可在对重构精度仅有轻微影响的情况下 ,显著降低计算量 ,提高计算速度。文中根据 Bowman[1 ]的理论分析 ,证实了小波变换应用于 Kolmogorov大气扰动重构的适用性 ,提出了适合工程设计应用的门限选择方法和评价参数 ,针对 Kovlmogorov大气扰动进行了计算机仿真 ,给出了有实际应用价值的结果     

无模型自适应控制在飞机防滑刹车中的应用

针对飞机防滑刹车系统的复杂性和非线性,在分析滑移率控制式飞机防滑刹车系统的工作原理基础上,提出了一种基于无模型自适应控制的飞机防滑刹车控制算法;该算法无需精确的动力学模型,直接利用输入输出信息实现飞机防滑刹车的最佳滑移率控制;仿真结果表明:采用无模自适应防滑刹车控制算法,在5s之内就能获得稳定的滑移率,为提高飞机刹车的效率提供了一条新的思路。     

Dynamic Active Noise Control of Broadband Noise in Fighter Aircraft Pilot Helmet

This paper presents the development of a dynamic Active Noise Control (ANC) algorithm aimed towards reducing the broadband noise inside the helmet earcups of a fighter aircraft pilot helmet. The dynamic ANC involves a Variable Step-Size Griffiths (VSSG) FxLMS algorithm to attenuate noise entering directly through helmet, a LMS based adaptive noise canceller to attenuate noise entering through the pilot microphone, and energy detectors for failure protection and optimized battery power usage. The algorithms are implemented on Texas Instruments’ TMS320C6748 processor and are tested in a helmet ANC experimental setup.     

一种提高RS422通信BIT可靠性的设计方法

电动静液作动器是飞机操纵系统的关键部件,要求有较好的速度平稳性。系统内存在泄漏非线性和摩擦非线性等影响速度平稳性的因素。滑模控制可以有效抑制系统内非线性因素的影响,但是由于抖振现象的存在限制了速度平稳性的进一步提升。针对固定切换增益的滑模控制方法的不足,提出一种基于变结构滤波器的自适应滑模控制方法。采用变结构滤波器估计系统状态信息,估计的系统状态信息用于构建滑模面,采用自适应切换增益来导出控制率,有效减小了抖振幅度。仿真结果证明了自适应滑模控制方法的有效性,采用这种方法提高了电动静液作动器的速度平稳性。     

嵌入式波前处理与控制系统设计

建立了一种嵌入式波前处理与控制系统的架构模型,实现对波前畸变的实时测量、重构与校正,并给出了重构与控制算法的理论分析。针对系统设计,引入全数字化设计思想,利用数字电路在底层硬件中完成海量数据计算处理与控制参数生成,讨论了高速波前处理模块与驱动控制模块设计。系统利用嵌入式自适应控制手段,可完全工作于无人值守模式,实现对激光系统光束质量的实时闭环控制。     

A multi-input multi-output adaptive feed-forward controller for vibration alleviation on a large blended wing body airliner

Turbulent atmosphere, gusts, and manoeuvres significantly excite aircraft rigid body motions and structural vibrations, which leads to reduced ride comfort and increased structural loads. In particular BWB (Blended Wing Body) aircraft configurations, while promising a significant fuel efficiency improvement compared to wing-tube configurations, exhibit severe sensitivity to gusts. In general, a flexible aircraft represents a lightly damped structure involving a large variety of uncertainties due to fuel mass variations during flight, control system nonlinearities, aerodynamic nonlinearities, and structural nonlinearities, to name just a few. Especially at the beginning of flight testing of a newly developed aircraft type, plant models generally require a lot of verification and adjustment based on obtained flight test data, before they can be used reliably for control law design. Adaptive control already is a well-established method for many active noise and vibration control problems, and thus is proposed here for application to the problem of gust load alleviation. However, safety requirements are significantly higher for gust load alleviation systems than for most noise and vibration control systems. This paper proposes a MIMO (Multi-Input Multi-Output) adaptive feed-forward controller for the alleviation of turbulence-induced rigid body motions and structural vibrations on aircraft. The major contribution to the research field of active noise and vibration control is the presentation of a detailed stability analysis of the MIMO adaptive algorithm in order to support potential certification of this method for a safety-critical application. Finally, the proposed MIMO adaptive feed-forward vibration controller is applied to a longitudinal flight dynamics model of a large flexible BWB airliner in order to verify the derived vibration controller on a challenging control problem.     

基于SOPC的微小型无人机容错飞行控制平台设计

针对微小型无人机的高可靠性和微型化要求,将可编程片上系统(SOPC)技术和容错技术相结合,设计出一套双余度容错飞行控制平台。从容错方案的选取到硬件和软件的实现给出了具体实施方案,并对同步技术、故障诊断与定位、动态重构与隔离等关键技术进行了研究。经过仿真验证和试验表明,该方案设计合理,系统平台不仅可以实现无人机飞行控制的基本功能,而且具有很高的集成度和灵活性,并且满足一次故障安全。     

语音控制的四旋翼飞行器设计与实现

基于语音识别技术,设计了一套语音远程控制四旋翼飞行器的系统。使用LD3320语音处理芯片和STM32微处理器实现语音识别功能,采用NRF24L01将识别结果传输到飞行器。选用STM32作为四旋翼飞行器的主控芯片,采用六轴运动组件MPU6050、三轴数字罗盘HMC5583L等传感器对飞行器的姿态进行实时测量,再利用数字滤波器对姿态信息进行处理,然后采用四元数进行姿态解算,最后运用双闭环PID控制算法实现姿态控制的要求。测试结果表明,通过语音可以控制四旋翼的正常飞行及姿态变化,系统稳定可靠。     

基于多变体的控制软件异构冗余与动态重构技术研究

针对控制软件的防篡改需求,提出利用多变体技术和虚拟化技术实现软件运行态异构冗余、动态重构及多余度表决的动态目标防御方法,介绍了技术路线、系统架构、动态重构策略、表决算法和同步机制。研究结果表明,该技术在提高控制系统可靠性的同时,实现了信息安全主动防御,能够部分解决目前工控系统面临的安全问题。     

高速飞行器失控成因及操稳判据发展综述

首先介绍了高速飞行器设计所面临的静稳定裕度、航向操纵性、三通道耦合、安全边界等问题,进一步梳理了高速飞行器的失控成因,包括飞行环境、飞行姿态、控制耦合、惯性耦合、动力学耦合等因素,在此基础上,回顾了一系列适用于飞行器设计的典型抗失控判据,如横航向稳定性参数、动态航向稳定性参数、横/航向操纵偏离参数、Weissman组合判据、横向稳定性特征参数等.这些参数或判据不仅可以在设计初期预测气动布局的好坏及其对操稳特性的影响,帮助工程师改进气动布局以使飞行器获得最佳的性能,还可用来预测飞行器在当前气动布局下所需要的控制资源以帮助飞行器合理应对耦合的影响,最后在设计完成后还可用这些判据分析飞行器飞行过程中的稳定性以及控制策略的合理性.      

Altitude and airspeed effects on the optimum synchrophase angles for a four-engine propeller aircraft

Noise and vibration is a serious problem in all types of aircraft. Any techniques that lower cabin noise and vibration levels by even a few decibels with little or no weight or performance penalties are worth pursuing. Propeller synchrophasing is one such technique that has shown potential in aircraft with two or more propellers; however this technique is not being used to its full potential because the synchrophase angles are typically fixed. This paper provides a detailed examination of how the optimum synchrophase angles in a typical four-engine propeller aircraft vary with different altitudes and airspeeds, and how this information could lead to the design of new adaptive propeller synchrophasing systems and potentially yield improvements to other active noise control measures in propeller aircraft.