复合风场影响下RLV着陆段固定时间控制

本文针对垂直起降的可重复使用运载器(RLV)返回着陆段面临多类型复合风场干扰影响导致的姿态跟踪控制收敛时间上界与初始状态强耦合及跟踪性能严重下降等问题,提出一种基于双幂次固定时间稳定理论的快速高精度控制方法。首先,对可重复使用运载器返回着陆段所受的自然风场进行分类建模,并分析风场对着陆段姿态控制的影响;其次,基于反步法框架,设计高低幂次加权多项式形式的趋近律,以保证系统状态误差在固定时间内收敛,且收敛时间和上界与初始状态无关;同时,为降低风场扰动对着陆段控制系统性能的影响,保证着陆段控制性能的稳定性及着陆安全性,引入固定时间扩张状态观测器对风场扰动进行估计和补偿;最后基于Lyapunov理论,证明了所设计的控制律可使RLV返回着陆段姿态控制误差在固定时间内收敛;多组数值仿真验证了所提方法的有效性。

基于STFT-AOK的星箭力学环境等效频谱分析

星箭力学环境的频谱特性研究对于力学试验环境条件设计非常重要。工程上通常基于冲击响应谱变换获得力学环境参数等效频谱,然而该方法受稳态放大系数Q取值的影响较大。为此,文章提出一种基于短时傅里叶变换–自适应优化核函数(STFT-AOK)融合技术的星箭力学环境等效频谱分析方法。研究结果表明:STFT-AOK方法可在AOK准确定位频率成分和瞬态特征时频区域的基础上,结合STFT的准确幅值,构造出频率分辨率高且幅值准确的时频分布,实现力学环境等效频谱的有效获取,适用于各种复杂瞬态星箭力学环境参数的频谱分析。

谷神星一号运载火箭的时变模态参数辨识

针对运载火箭这一大型复杂系统,单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型,借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求,发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输出递推辨识方法,引入指数加权遗忘机制进行时变特性跟踪,能够在激励未知的情况下仅基于响应数据准确快速辨识运载火箭的时变模态。以谷神星一号运载火箭为例,开展飞行遥测数据的快速处理,准确辨识发射准备阶段和飞行阶段的关键低阶时变模态,辨识结果与有限元分析结果的变化规律相互吻合,验证了所提时变模态仅输出递推辨识方法是有效可行的,服务了运载火箭有限元模型修正和姿控系统设计的实际工程需求。

海上热发射过程中发射船系泊布置方式研究

海上发射平台/船在进行热发射作业过程中,会受到火箭冲击和风、浪、流的联合作用。由于系泊系统的布置方式不同,海上发射平台/船的运动响应与系泊的应力状态均会受到影响,进而影响到平台/船-箭的安全,因此该文探究了多因素耦合作用下的海上发射船系泊布置方式,包括系泊点位置布置和系泊线长度变化对海上发射船运动响应和系泊应力状态的影响。研究发现将系泊点置于发射船水线以下以及适当增加系泊线的长度,将更加有利于海上发射作业的进行,为今后的海上发射船系泊系统布置提供技术参考。

基于非线性滤波器和动态面的指定时间预设性能导弹冷发射响应控制

围绕车载导弹发射平台无依托垂直发射过程,提出一种通过液压执行器主动调节发射筒摆振进而控制弹体出筒姿态的思路,以保证发射安全性和车载导弹发射平台对发射场坪的适应性。考虑发射筒-适配器-弹筒之间的相互作用关系,建立6自由度发射系统动力学模型,并结合液压压力动态方程推导出7阶状态空间方程。为避免高阶非线性系统控制器反步设计存在的“微分爆炸”问题,引入一种基于光滑的非线性滤波器的动态面技术以简化控制器设计。为抑制难以建模因素对发射响应控制的影响,引入时延估计控制方法进行未建模误差和外部扰动的估计和衰减。结合指定时间预设性能控制方法,实现弹体跟踪快速收敛,并满足摆振幅度和角速度的预设指标。通过数学模型和有限元模型的仿真结果比较,验证了新提出的发射动力学模型的正确性。同时,对PID控制器、动态面控制器、动态面和时延估计结合的控制器以及在此基础上加入指定时间预设性能的控制器影响下的发射动态响应结果进行比较。新提出的控制器能够保证弹体出筒时刻弹体角度被约束在0.5°之内,角速度被约束在1.5°/s之内,其控制性能更优越。

运载火箭的飞行模态辨识技术研究

模态参数是表征运载火箭动态特性的重要指标,对姿控系统设计、动载荷设计、天地差异研究和系统优化设计等具有重要意义。燃料快速消耗和结构分离导致飞行状态下的运载火箭表现出显著时变特征,通过有限元分析或地面振动试验难以获得真实飞行状态下运载火箭的时变参数,开展飞行模态辨识前沿理论研究和关键技术攻关尤为重要。面向工程实际需求,分别发展了基于时间序列分析和动态模式分解的两类时变模态输出递推辨识方法,应用于液体火箭的遥测数据快速处理,准确辨识得到模态参数随时间的变化规律,并展望了运载火箭飞行模态辨识技术的未来应用前景。

基于单点顶推的双幅六跨刚构桥一次性合龙关键技术研究

依托全国首例双幅六跨连续刚构桥合龙项目,阐明了一次性合龙施工过程的单点顶推技术要点。针对主桥顶推施工难点,从局部构造和整体受力方面进行了优化,保证了顶推过程的可控性。在现场施工重难点梳理的基础上,针对合龙前的合龙温度选择、测量监控以及合龙过程中挂篮吊架设置、平衡配重、顶推布置、锁定、体系转换等关键技术严格把关,保证一次性合龙施工的可靠性,可为类似双幅多跨连续刚构桥合龙施工提供解决方案。

基于IGBT时序控制的磁阻发射无级调速实现

为了实现磁阻发射无级调速威力可控,构建了IGBT时序控制无反拉力作用的二级磁阻发射电路,研究了电枢在线圈内弹道的速度-时间曲线,采用最小二乘原理对速度-时间曲线进行了分级多项式拟合;基于电枢终点效应及电枢飞行阻力系数,构建了弹丸飞行方程组及电枢出口速度的数值推导求解方法;当电枢目标出口速度小于第一级线圈所能达到的最大速度时,第二级线圈不工作,通过第一级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;当电枢目标出口速度高于第一级线圈最高速度时,第一级IGBT按最大速度设置通断时序,通过第二级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;最后通过实验对测试结果与理论值进行比较与分析,得出了通过选择正确的IGBT通断时序可以实现磁阻发射无级调速的结论。

一种起飞零时检控台的设计与实现

针对目前航天发射场高密度、多点位并行开展发射任务的情况,为满足测发、测控系统需求,研制了一种基于STM32的起飞零时(T0信号)检控设备。硬件以STM32F407作为微处理器,外围电路包括GPS/BD接收、IRIG-B(DC)码电平转换、起飞触点检测、触摸屏通信、网络传输等功能模块,基于嵌入式应用软件开发技术,实现了T0信号的3种触发方式(触点、手动和倒计时)以及GPS/BD、IRIG-B(DC)时间码的接收,产生的T0信号通过网络发送给中心计算机系统。测试结果表明,该设备人机交互性好,具有小型化、低成本、高可靠性等优点,对同类型产品的设计具有借鉴意义。

航行体水下连续发射尾涡遭遇与运动干扰特性

为研究不同发射时间间隔下航行体水下连续发射尾涡干扰与弹道特性,基于Realizable k-ε湍流模型和能量方程、流体体积方法和重叠网格技术,开展数值方法和网格无关性验证,数值模拟结果与实验测试结果吻合度较好。建立航行体水下连续发射数值模拟方法,研究航行体尾流区涡结构的演变机理、次发航行体表面压力分布、弹道以及俯仰姿态演变规律。研究结果表明:航行体水下连续发射过程中在其尾流中发现了发卡涡形态的流动结构,该涡结构由涡头与两条涡腿组成,通常以多个共同组合的形式存在于航行体尾部的流场区域中;沿涡腿内侧发生喷射事件,沿涡腿外侧发生扫掠事件,同时在涡结构内部形成一定流向尺度的低速条带区域;在横流效应下,当次发航行体表面穿过尾流中涡结构中的低速条带区时,迎背流面压力分布特性得到较大的改善,增加了弹道姿态稳定性。

发射时刻对固体火箭海上热发射的影响研究

为探究海浪激励作用下发射时刻对固体火箭热发射过程的影响,建立了固体火箭海上热发射系统柔性化动力学模型。在考虑六自由度海浪激励的基础上,以船舶横摇运动为参照,选择运动特征点作为发射时刻,对比不同船舶状态下火箭发射过载和发射精度。结果表明,选取船舶横摇运动曲线的零点位置发射火箭时,火箭各方向的离轨姿态相对较小,为安全发射时刻,而波谷位置则相对危险。

基于IGBT时序控制磁阻发射特性分析

针对光电控制磁阻发射系统对弹丸存在反拉力作用而造成弹丸的减速问题,提出了一种基于IGBT时序控制的磁阻发射系统。通过构建单级具有铁轭的磁阻发射机电控制数学模型,对弹丸在线圈中的受力过程进行了分析,得到了弹丸在线圈中的受力过程符合磁阻最小基本原理的结论,且当弹丸受到反拉力时刻线圈电流减小至0,可避免线圈对弹丸产生反拉力作用,从而达到提高弹丸出口速度的目的;通过对控制电路中的各个支路上IGBT启闭时间的设置,可实现弹丸加速结束时线圈电流快速降低至0,且线圈电流在弹丸加速时间段内对时间的积分值越大,弹丸加速效果就越明显。

基于改进遗传算法的协同发射控制软件设计

根据火箭炮武器系统多弹种协同发射的需求,分析了现有发控软件的不足和设计多弹种协同控制软件过程中存在的问题。采用设定禁忌搜索表的改进遗传算法,通过对基因编码、交叉等过程最终实现对多型火箭弹时序协同问题的求解。在此基础上设计的火箭弹协同控制模块的软件架构,为后续实现多种火箭弹协同发射的方式提供了有力支撑。

一种特定爪具的带电更换绝缘子作业机器人系统设计

针对传统人工更换绝缘子作业劳动强度大、效率低、危险性高等问题,设计了一种特定爪具的带电更换绝缘子作业机器人,包括塔上作业的执行装置和塔下人员远程操控装置2部分。首先,分析更换绝缘子原理,规划机器人更换绝缘子的动作流程,并设计机器人的整体结构,以提高绝缘子更换效果,减少动作失误。其次,开发了基于UCOS和QT的机器人远程控制硬软件系统,实现了操作人员对机器人进行远程实时监控。最后,搭建功能测试平台进行机器人推力及更换绝缘子能力实验,并在实际线路上进行应用试点实验。实验结果表明:当设定电机转速为50%~60%时,机器人能够完整地完成更换绝缘子作业流程,相较于传统人工作业,完成时间缩短了18 min,效率提升42.8%。

重型运载火箭预设时间自适应控制

针对存在模型不确定性及未知外部干扰的重型运载火箭姿态控制问题,提出一种新型预设时间自适应控制方法,使得姿态控制误差收敛时间与系统初始状态无关且可预先设定。首先设计一种新型预设时间滑模面,采用滑模面切换的方法避免系统出现奇异;然后设计预设时间滑模控制器,采用神经网络估计系统集总扰动并在控制器中进行补偿,设计自适应律自适应调整神经网络权重系数,基于Lyapunov稳定性定理证明了所设计控制器的预设时间稳定性;最后通过数值仿真验证了所提方法的可行性及有效性。

中波广播发射台实时监控系统关键技术

中波广播发射台实时监控系统是广播电视节目安全播出的重要保证,主要利用高速采集、智能分析与处理等技术实现对发射台主要设备的信号分析、性能监测、智能预警以及维护管理,有效提升中波广播发射台站的智能化能力。基于此,介绍中波广播发射台实时监控系统组成和技术路径,重点解析系统软硬件实现所涉及的关键技术和核心功能,以期为中波广播发射台监控系统建设提供参考。

基于PXI机箱的导弹自动化火工品模拟设备设计

在导弹的日常测试中,需模拟导弹发射流程对导弹的各个设备的功能、性能和工作时序进行测试,由于弹上火工品对导弹发射时序起至关重要的作用,但火工品常常比较危险,且不能在日常测试中使用,因此本文设计了一种基于PXI机箱的导弹自动化火工品模拟设备,可采集火工品的点火电压,并根据点火时序自动进行控制切换,可配合导弹进行完整的发射模拟测试,并对导弹点火逻辑进行监测。

有约束重复使用运载器障碍变换预设时间控制

针对姿态角受约束的重复使用运载器(RLV)再入段姿态跟踪控制问题,提出了一种基于障碍变换的预设时间控制方法。首先建立了面向控制系统设计的RLV动力学模型,设计障碍函数对动力学模型中受约束的状态量进行变换,得到等价无约束变量及控制模型;然后针对变换后控制模型,基于反步法思想设计了预设时间控制律,采用指令滤波器避免微分膨胀问题,并引入RBF网络对再入过程中RLV所受不确定扰动进行了补偿。Lyapunov方法证明了姿态跟踪误差可在预设时间内收敛至原点附近邻域,且姿态角满足时变约束。数值仿真验证了所提方法可保证姿态角满足约束,实现姿态跟踪误差预设时间收敛,且具有更佳的跟踪控制性能。

基于随动时变风载荷的车载导弹发射动力学研究

为探究随动时变风载荷作用下车载导弹武器系统发射时的响应特性,基于动力学原理与有限元方法在ABAQUS中建立了车载导弹武器系统有限元仿真模型,并运用了ABAQUS用户子程序进行联合二次开发以实现随动风载荷的实时加载,分析了在不同风速、不同发动机推力偏心角和不同地面倾角条件下风载荷作用力对导弹姿态的影响规律与发射筒的振动情况。研究结果表明:风载荷不仅对导弹出筒姿态与发射筒振动情况有较大影响,而且会对发动机推力偏心角与地面倾角引起的发射精度偏差产生促进或阻碍作用。

强电磁脉冲环境下火箭尾段线缆皮电流计算

为有效开展箭上系统强电磁脉冲防护,分析了火箭尾段的强电磁脉冲环境,利用时域有限差分法计算了尾段线缆在强电磁脉冲照射下的感应皮电流,研究了火箭尾段线缆不同长度、不同线缆布线高度以及入射场不同极化方向3种工况下线缆端点皮电流的变化规律,同时探讨了尾段线缆皮电流分布的波动性,为工程应用分析提供了有力支撑。