飞行控制系统故障诊断与重构技术研究

对于高空长航时无人机高性能要求,提出一种多等级余度飞行控制系统。结合飞行控制系统各组成部分的结构特点,给出了传感器信号的余度信号管理技术,机载计算机通道故障诊断与仲裁技术;伺服子系统故障隔离和控制分配重构技术。试验结果表明该飞行控制系统故障诊断与重构方案设计合理可行,不仅较好地完成了飞行控制系统的余度管理任务,而且有效提高了故障检测率抑制了虚警,保证了系统的可靠性与容错能力。     

基于CompactRIO的四旋翼飞控实时仿真平台设计

针对四旋翼无人机实时飞行控制系统的控制算法设计与参数整定,设计了一种基于CompactRIO的飞行控制系统实时仿真平台,该平台使用两台CompactRIO作为主控制器,分别在其嵌入式实时系统(VxWorks)中运行Simulink设计的无人机动力学模型与飞行控制系统模型,并使用LabVIEW开发PC上位机监控程序,用于调整飞行状态和整定控制参数。经试验证明,该平台实用性强,可视化程度高,实时性好,能较好地对四旋翼飞控系统进行实时仿真验证。     

无人机飞行仿真平台控制系统设计

为了便于在实验室模拟无人机在空中的偏航、俯仰、翻滚3个自由度的飞行姿态,设计了一套用于验证飞行控制系统的三轴转台半物理仿真系统;给出了系统的硬件结构和控制策略;转台系统采用TMS320LF2407作为核心处理器并采用旋转变压器作为反馈环节组成位置和速度的闭环控制;为了提高传统PID的控制精度,提出了一种速度、加速度前馈补偿PID控制方法,有效解决了位置随动系统的快速性和准确性这一矛盾;实验运行结果表明,该平台运行良好,控制精度高,能较好实现对无人机飞行姿态的模拟。     

基于双处理器的小型无人机飞行控制平台设计

针对传统的基于单处理器的飞行控制平台处理速度慢、解算精度低的不足,开发了一种基于ARM微处理器和DSP芯片双CPU架构的小型无人机飞行控制平台;描述了该平台的体系结构及各部分实现,给出了关键技术解决方法;通过搭建地面实时仿真环境,对GPS地速与空速、刹车控制量及反馈量等进行仿真,结果表明,飞控平台的处理速度和解算精度大大提高,满足系统控制要求, 具有较好的实用性。     

高空无人机自动加油对接过程轨迹控制研究

针对无人机在高空自动加油对接过程中容易出现偏差的问题,提出了无人机空中自动加油精准对接的优化控制方案,研究并分析了影响加油锥管与受油接口快速准确对接的主要因素,通过运动轨迹生成器对浮锚加油锥套的运动轨迹进行模拟,无人机的自动飞行控制系统根据轨迹跟踪曲线对无人机的飞行姿态进行调整,引导无人机的受油接口与加油锥管进行精确对接,整个飞行轨迹跟踪控制过程优化了复杂高空环境中无人机加油对接的精准性。通过仿真实验表明,本高空无人机加油对接引导方法提高了空中管口对接的速度与抗干扰能力,可以满足各种复杂高空环境的无人机加油任务。     

无人机自主着陆高度控制系统设计研究

无人机自主着陆是无人机任务执行后顺利回收的重要阶段。论文根据固定翼无人机着陆滑跑的特点,设计了无人机着陆滑跑的下滑高度轨迹及高度控制回路。在已知无人机着陆性能和空气动力学模型的情况下,根据无人机飞行任务的需求,研究了直线下滑段的轨迹设计,利用指数拉平方法设计了末端拉平段的轨迹,并结合PID控制技术对无人机的纵向俯仰控制回路以及整个无人机高度控制回路进行了建模和详细研究,利用MATLAB仿真技术对设计的控制方案的性能进行了详细分析,获得了相应的关键设计参数。对设计的高度控制回路方案的数学仿真和基于FlightGear飞行环境模拟系统的半物理仿真验证了所设计的自主着陆高度控制系统的可行性,具有一定的参考实用价值。     

基于VxWorks的小型无人机飞行控制软件设计

针对小型无人机功能日益复杂,迫切需要提高实时性与可靠性等现状,开发了一套基于VxWorks实时操作系统的小型无人机飞行控制软件,实现了无人机自主起飞、空中巡航和自主着陆等飞行控制功能;在完成软件需求分析的基础上,设计了飞行控制软件的总体结构,并结合VxWorks操作系统的运行机制给出飞行控制软件模块化设计方案,着重介绍了多任务环境下任务划分及优先级分配策略;半物理飞行仿真试验表明:该飞行控制软件能够实现自主、指令、人工3种飞行模式下的飞行控制功能,具有良好的实时性和可靠性,满足飞行控制软件最初的设计需求,同时大大降低了开发难度,提高了软件的可维护性和可移植性。     

基于特征结构配置的飞翼无人机纵向控制律设计与 试飞验证

针对飞翼无人机的纵向、横侧向静稳定性较差,飞机纵向短周期模态稳定性不足等问题,以某小型飞翼无人机为对象,研究了特征结构配置方法,并提出了基于特征结构配置方法的前向增益型、误差积分型控制律设计方案;利用线性模型设计了该飞机的纵向控制律,通过非线性仿真分析、飞翼无人机的试飞验证了该控制方案的可行性与有效性;仿真及试飞结果表明：采用特征结构配置方法设计的飞行控制系统具有较好的控制效果,改善了飞翼飞机的飞行品质。     

无人机匹配地形飞行的无线紫外光引导方法

使用紫外光引导无人机飞行,具有抗干扰能力强、全天候非直视通信、保密通信能力强和适用于特殊场合等优点。因此,提供一种无人机匹配地形飞行的无线紫外光引导方法,以辅助无人机匹配不同地形飞行。提出一种基于紫外光的光功率控制方法,调整紫外信标发送端的角度和发射功率,使得到达无人机飞行平面的紫外光的功率相等,从而保障无人机安全飞行。对功率控制方法进行了计算机仿真。实验结果表明,紫外光LED发送张角不超过80°时,功率容易控制,信标集成易于实现,且受地形、高度等因素影响较小。     

超导量子计算系统中的容错技术

随着超导系统中的量子控制技术日益成熟,量子纠错技术也在不断发展。最近,已有一些平台实现了超越量子纠错盈亏平衡点的里程碑式突破。然而,要实现最终目标——容错量子计算,仍需要拓展系统的维度并进一步压制噪声。文章以超导量子系统为例,首先介绍了四种实现容错错误症状测量的思路;以此为基础,讨论了实现容错量子计算的三个关键阶段以及各阶段所面临的挑战,包括超越盈亏平衡点、达到容错阈值和实现完备逻辑门操作。为了实现这些目标,将按照连通性从低到高归纳三种可能的拓展系统规模的方案。此外,还总结了实验上纠错技术的进展以及对连通性的探索,最后讨论当前关键的研究问题。     

基于伪微分和加速度反馈的航空光电稳定平台控制方法

为了提高航空光电稳定平台的扰动隔离度,在传统平台的电流反馈、速度反馈、位置反馈的基础上增加了高增益加速度反馈,并利用伪微分反馈的控制技术设计出新的控制器来代替传统的速度反馈的PI控制器。实验结果表明,在模拟转台以1°、0~2.5 Hz的正弦干扰下,相对于传统的航空光电稳定平台,基于伪微分和加速度反馈控制的光电稳定平台的阶跃响应超调量减小了约7.8%,扰动隔离度提高了约8.7 d B;相对于基于PI控制器和加速度反馈控制的航空光电稳定平台,基于伪微分和加速度反馈控制的光电稳定平台的阶跃响应超调量减小了约2.6%,且平台的过渡过程加快。该控制系统能够有效地抑制扰动力矩的影响,具有较好的通用性和实用性。     

基于小波和神经网络的风机故障诊断系统设计

本文在LabVIEW平台下,设计了一种基于小波和神经网络的风机故障在线诊断系统。以风机产生的噪声为诊断依据,用噪声信号的功率谱重心、A声级、小波分解后相关频段的能量构成故障诊断的特征向量,以BP网络作为故障的智能分类器,建立起智能诊断系统。实验结果表明,采用小波和神经网络相融合的诊断与识别技术,是提取风机故障特征,进行状态识别的一种有效方法。所设计系统有较强的学习能力和容错能力。诊断结果比较可靠、准确。     

液位传感器容错控制方法研究

传统的PID(比例-积分-微分)控制法在液位过程控制中占据主要地位,但由于液位控制系统,特别是其系统传感器容易发生故障,使得PID控制法具有抗故障能力不足的缺陷,对生产生活造成重大损失,因此需采用容错控制方法使得液位传感器发生故障时仍能较为正常运行,提出状态观测器估计传感器液位故障值的容错控制方法,使状态观测器对故障状态产生观测跟踪,将故障状态作用于原控制器,并使原控制器弃置已经存在故障的传感器信号,使得故障值被抵消。     

PHM模型的工程化验证方法研究

模型验证技术在故障预测与健康管理(PHM)系统研制中受到高度重视,特别是如何将验证方法在具体的工程应用中体现规范性、系统性、通用性和实用性,已成为亟待解决的技术问题;在分析国内外相关研究现状的基础上,对PHM模型验证方法进行了系统深入的研究,阐述了故障数据获取方法和故障诊断和预测性能指标体系,并以机载诊断模型为例,对PHM模型验证流程作了详细介绍;最后,将此方法应用到了PHM验证平台的设计、开发和具体实现中,充分体现了PHM模型验证方法的工程化特点。     

三模冗余计算机系统在深潜救生艇舵机控制中的应用研究

随着海洋技术的发展,潜艇的应用越来越广泛,在深海下潜艇一旦出事故很难像陆地上一样进行救援,因此深潜救生艇的应用必不可少;而深潜救生艇在水下航行中难免会发生故障,针对舵机可能发生的故障,设计了一种应用于深潜救生艇控制系统的TMR(triple modular redundancy)运动控制计算机系统;该系统以研究能满足于高可靠性系统的冗余技术为立足点,采用故障检测算法和表决算法,研究适用于它的冗余管理方案,以最大限度的提高冗余系统的故障容错能力;最后为验证设计方案的可行性,设计了故障模拟实验,将设计的TMR运动控制计算机系统应用于深潜救生艇的舵机控制中,用于验证冗余设计方案以及故障检测算法和表决算法的可行性;通过仿真结果证明了该控制系统对深潜救生艇舵机控制的有效性。     

飞参系统实时监视技术研究

针对飞机研制阶段各系统交联试验时故障定位慢、检查测试手段匮乏的问题,设计了飞参系统的实时监视功能。飞参系统中的机载设备与地面设备通过以太网进行数据交互,实现飞机状态的实时监视。分析了实时监视功能的作用与优势,并从某型飞参系统功能需求出发,阐述了机载设备的硬件配置及软件架构。基于UDP通信协议,提出了一种机载设备与地面设备交互的数据收发策略。该策略通过地面设备控制数据通信周期,机载设备采集的数据按周期发送给地面设备还原显示,实现了飞行数据的一边记录一边监视。实际应用表明,飞参系统的实时监视功能丰富了试验测试手段,提高了各个系统试验效率,实现了对飞机实时状态的监测,为航前快速检测技术的发展奠定了基础,具有很高的工程实用价值。     

基于1553B总线三冗余飞行控制系统设计与可靠性研究

对系统可靠性的探讨一直是航天飞行器设计过程中的首要议题，飞行控制系统作为核心系统，一旦出现故障会导致整个飞行任务的失败。以提升飞行可靠性需求为出发点，提出了一种基于1553B总线的飞行控制计算机三冗余设计方案，给出了冗余飞控系统的架构设计、控制板硬件构成、三模块同步方案和表决算法等设计方法，完成了飞行控制系统的冗余设计策略研究。为适应飞控系统的国产化、小型化、轻质化设计趋势，采用了基于国产SoC芯片的SiP模块以实现工程化。为研究三冗余系统方案可靠性，分析其工作状态建立了Markov模型。最后以Simulink图形化建模方法完成了相关仿真，通过对系统进行典型故障注入验证了冗余管理算法，仿真结果表明提高系统故障检测覆盖率有利于增强系统可靠性。     

Fault-tolerant topology in the wireless sensor networks for energy depletion and random failure

Nodes in the wireless sensor networks(WSNs) are prone to failure due to energy depletion and poor environment,which could have a negative impact on the normal operation of the network. In order to solve this problem, in this paper, we build a fault-tolerant topology which can effectively tolerate energy depletion and random failure. Firstly, a comprehensive failure model about energy depletion and random failure is established. Then an improved evolution model is presented to generate a fault-tolerant topology, and the degree distribution of the topology can be adjusted. Finally, the relation between the degree distribution and the topological fault tolerance is analyzed, and the optimal value of evolution model parameter is obtained. Then the target fault-tolerant topology which can effectively tolerate energy depletion and random failure is obtained. The performances of the new fault tolerant topology are verified by simulation experiments. The results show that the new fault tolerant topology effectively prolongs the network lifetime and has strong fault tolerance.     

基于虚拟仪器的装备ATS系统硬件平台设计与实现

在对现有维修检测设备存在不足分析的基础上,结合武器装备的维修技术保障需求,利用分块设计思想,采用虚拟仪器、人工智能、计算机通讯与控制等技术,搭建了基于虚拟仪器的装备自动测试系统硬件平台整体架构,在对系统各功能模块原理进行分析之后,对系统主控电路、电磁兼容性进行了设计。采用虚拟仪器的装备自动测试系统硬件平台,具有智能化、通用化、可视化的特点,通过试验结果分析,测试系统硬件平台能够实现装备的性能检测和故障诊断,测试数据符合任务要求,能满足各级修理机构维修测试需求。     

Stability and performance analysis of a jump linear control system subject to digital upsets

This paper focuses on the methodology analysis for the stability and the corresponding tracking performance of a closed-loop digital jump linear control system with a stochastic switching signal. The method is applied to a flight control system. A distributed recoverable platform is implemented on the flight control system and subject to independent digital upsets. The upset processes are used to stimulate electromagnetic environments. Specifically, the paper presents the scenarios that the upset process is directly injected into the distributed flight control system, which is modeled by independent Markov upset processes and independent and identically distributed(IID) processes. A theoretical performance analysis and simulation modelling are both presented in detail for a more complete independent digital upset injection. The specific examples are proposed to verify the methodology of tracking performance analysis. The general analyses for different configurations are also proposed. Comparisons among different configurations are conducted to demonstrate the availability and the characteristics of the design.