低轨纳卫星质量矩姿态控制技术研究

针对气动力矩严重影响低轨纳卫星姿态控制效果的问题,创新性地提出了利用质量矩技术将气动干扰转化为控制力矩的解决方法.由于气动力矩矢量垂直于大气来流速度方向,因而采用质量矩与磁力矩相结合的方式三轴全驱动控制卫星姿态,从而避免系统欠驱动. 建立双执行机构控制方式的姿态动力学模型,并根据各干扰项的影响简化了控制方程.针对气动力不确定、星体参数误差、未知环境影响等复杂干扰,设计了针对理想控制力矩基于干扰观测器的滑模控制器. 为减小滑块附加干扰力矩,研究了理想控制力矩的最优分配策略. 最后, 为双执行机构搭建了半物理仿真平台,结果表明: 姿态机动过程中, 与滑块加速度相关的附加惯性力矩远大于其他干扰项,最优力矩分配策略能够大幅减小快时变的附加干扰, 优化效果明显; 姿态保持过程中,干扰观测器能有效观测系统慢时变干扰, 提高滑模控制律的姿态控制精度,姿态角收敛误差小于$\pm $0.1$^\circ$.最终验证了在低轨纳卫星上利用质量矩技术控制姿态的可行性.      

p型G aSb窗口层在热光伏电池中的应用研究

为了提高GaSb热光伏电池的转换效率,在电池结构中引入p+-GaSb窗口层,研究了生长基底、衬底温度和反应物源温度对p+-GaSb薄膜性能的影响,并优化了电池结构中p+-GaSb窗口层的厚度和掺杂浓度.实验结果表明,生长基底和温度等制备参数影响着p+-GaSb薄膜的结构特性和电学特性,而且,较薄的高掺杂p+-GaSb层有利于提高电池性能.通过测试和仿真,热光伏电池的转换效率达到9.49;(AM1.5测试)和20.34;(AFORS-HET仿真).     

塞曼效应仿真实验平台

塞曼效应实验是学生了解原子具有磁矩和空间取向量子化现象的重要实验,至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一.为了能够让学生更加清楚地了解塞曼效应实验的基本原理和操作规程,针对教学中的重点和难点,运用flash软件制作出塞曼效应仿真实验.该程序可全程高度仿真实验过程,具有界面友好、易于操作、无需安装等优点.为实验教学提供了一种新的辅助方式.     

小直径棒材超声横波检测仿真分析

采用超声水浸聚焦斜入射方式进行小棒材表面、近表缺陷检测时,声波在水/棒和棒/缺陷界面会发生反射、折射、散射、衍射及波形转换等一系列物理变换。此时缺陷可检性对声波入射条件十分敏感,常出现由于检测条件设置不当而导致缺陷漏检、误检的情况。为解决这一问题,本文针对小棒材超声斜入射检测中的主要参数——入射角和水距,开展声场及缺陷声响应仿真,研究检测参数对不同部位缺陷检测能力的影响,并对仿真结果进行试验验证。通过研究得到了检测水距、入射角度对缺陷检测能力的影响,并得到最优检测条件。试验验证结果表明研究制定的检测方案可有效检测出表面、近表面裂纹缺陷。     

离子能量分析器测量特性的仿真研究

针对空间等离子体及其模拟环境、空间原子氧及其模拟环境对离子能谱测量的需要,利用仿真软件COMSOL,对离子能量分析器的低能离子测量特性进行了仿真研究。介绍了离子能量分析器的工作原理,对离子能谱测量过程进行了公式推导。通过对三种待选仪器设计方案进行离子透过率仿真分析,确定了一种较优的仪器设计方案。多种离子温度下的误差分析结果也表明,该设计方案能够较为准确地测量离子能量分布。分析了电场畸变、等离子鞘层、栅网对齐方式和离子温度对测量结果的影响,根据仿真结果对一些仿真实验现象做出了合理的解释。     

G波段500 W带状注扩展互作用速调管设计研究

针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题,设计了一个G波段带状注速调管,展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A,1 mm×0.15 mm的椭圆电子注,以及与之相匹配的互作用系统,即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔,可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示,在考虑实际腔体损耗的情况下,能够获得超过500 W的功率,电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现,输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约;输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著,工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。     

面向装配节点平衡的产品生产物流协调优化研究

在由多个并行零件生产线和装配线组成的产品生产物流中, 各生产线的瓶颈工序制约了装配节点及其整个生产物流的平衡. 为此, 基于约束理论和JIT(Just In Time)思想, 提出主、次瓶颈的概念及其判别方法和主瓶颈拉动次瓶颈、瓶颈前后拉动生产与平行顺序移动生产相结合的生产策略, 研究了基于负荷率的瓶颈工序负荷控制方法和主瓶颈触发次瓶颈拉式生产的时间控制方法, 使瓶颈工序利用率最大化, 各个零件到达装配节点的同步性得到改善. 算例的SIMIO仿真结果表明, 装配节点的在制品存量大幅度减少, 利用率提高.     

高炮电视跟踪系统对超低空目标截获概率仿真实验研究

针对高炮电视跟踪系统目前无法通过实装试验方式对超低空目标截获概率进行考核的问题,分析了影响截获概率的因素,如地面图像和目标同时处于光电系统视场中对光电系统图像处理的影响,通过搭建软件和硬件环境,建立了一种基于三维虚拟试验场的仿真试验方法。构建了典型的测试用例,利用仿真系统采集视频,将图像输入到视频跟踪器中进行处理,通过对输出数据进行处理,可定性或定量判定是否可以截获目标。该方法应用于某型轮式弹炮结合防空武器系统试验,验证了该方法的有效性。     

圆柱形光声池结构及环境因素对声学本征频率的影响

以典型的圆柱形光声池为研究对象,建立光声池声学仿真有限元模型,并在此基础上,研究了光声池中谐振腔、缓冲腔、进出气孔结构参数以及温度、湿度因素对其声学本征频率的影响规律.研究结果表明:圆柱形光声池的进、出口孔对其声学本征频率影响极不敏感,设计计算中可以忽略不计,谐振腔的长度影响最为敏感,其次为谐振腔的直径.此外缓冲腔的长度与直径对其亦有一定影响,因而在准确计算时需要加以考虑.温度与湿度对光声池声学本征频率的影响均呈现正线性增长规律,温度的影响随着谐振腔长度的增大而减小,湿度的影响随着温度的升高而增大,仅计算光声池的声学本征频率时,湿度的影响在室温环境下且湿度变动较小的条件下可以忽略.     

共焦显微镜扫描工作台的系统建模与动态分析

共焦显微镜扫描工作台动态模型是研究控制系统的重要依据,它直接影响工作台的重复定位精度.提出了将机械部分和电气部分分开建模的方法,建立了系统数学模型,该方法具有较好的可移植性,建模过程简单,有利于分析系统各环节对系统控制性能的影响.在MATLAB/Simulink下进行仿真,2 s内系统达到了稳定状态,证明了系统具有很好的动态特性,满足控制的要求.