桥式起重机分布式质量吊重系统双摆滑模控制

随着吊装作业的多元化发展,起重机吊装对象也从传统的质点式吊重向分布式质量吊重方向发展。针对桥式起重机在吊装分布式质量吊重时吊重的大摆角抑制和小车定位控制问题,提出了两种基于滑模控制理论的、用于吊重消摆和小车快速定位的方法。首先,综合考虑了桥式起重机吊装对象的结构特征、小车电机的驱动特性、摩擦阻力以及环境中的随机扰动对吊装作业的影响,建立了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学模型;然后,设计了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学普通滑模控制器(OSMC)和分层滑模控制器(HSMC),采用Lyapunov函数和Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性;最后,利用数值仿真研究了OSMC和HSMC在分布式质量吊重减摆控制方面的性能差异。仿真及研究结果表明:与OSMC相比,采用HSMC不仅可以在12 s内实现小车精确定位目的,而且可以实现对分布式质量吊重在5°~9°摆动范围下的快速抑制目的,完成了对系统状态变量的有效控制;同时,对比结果表明HSMC对起重机系统内部和外部扰动变化有很强的鲁棒性和抗干扰性。

重型车底盘测功机油耗的测试和统计

为实施国Ⅳ油耗标准对重型车的策略,针对中国内地目前重型车的油耗水平,研究了车辆轻量化对100 kmt体积油耗的影响。统计分析了1408辆满足国Ⅲ油耗标准重型车的底盘测功机认证数据,采用100 kmt体积油耗来衡量重型车的燃油经济性。结果表明:半挂牵引车的平均油耗与国Ⅳ限值之间的偏差最大,约为8.0%;货车的平均油耗与国Ⅳ限值之间的偏差为3.0%;对于最大设计总质量(GVM)超过20 t的货车,城市工况是油耗优化的主要策略。车辆100 kmt体积油耗与载质量成负相关;随着GVM的增加,货车和自卸汽车的100 kmt体积油耗呈下降趋势;半挂牵引车的100 kmt体积油耗基本不变,约为1.0 L。因而,采用车辆轻量化技术有利于降低100 kmt体积油耗。

基于扰动观测器的四旋翼无人机自适应姿态控制方法

针对四旋翼无人机携带未知质量载荷对机体姿态控制带来的影响,提出了一种基于扰动观测器的自适应控制方法。该四旋翼无人机在携带未知质量载荷时的动力学模型,针对未知质量载荷对四旋翼无人机造成的干扰,设计了扰动观测器并基于此提出了一种自适应姿态控制器。使用Lyapunov方法证明了该控制器的稳定性。同时,在四旋翼无人机上携带一个未知质量的载荷,分别使用自适应控制器和反步控制器控制四旋翼无人机姿态来进行对比实验,验证控制器的有效性。

柔性梁与带摆动荷载小车的耦合动力学分析

起重机桥架结构的振动以及荷载的摆动会使桥架结构产生疲劳损伤并影响荷载的精确定位.基于荷载、起重小车组成的椭圆摆与移动质量通过桥梁模型,起重机柔性梁与带摆动荷载的移动小车多体刚柔耦合动力学系统,并采用拉格朗日方程推导了耦合系统的运动微分方程组.采用Newmark-β逐步积分方法进行数值求解,分析了起重小车的运动速度、荷载质量等参数对桥架结构振动以及荷载摆动的影响.研究结果表明:起重小车的运行速度会影响桥架结构的振型,桥架结构的最大振动幅度与荷载质量成正比;耦合系统桥架结构中点的挠度比采用ANSYS软件计算的静挠度增大4%;荷载的摆动导致起重小车的驱动力与驱动功率周期性地改变,起重小车驱动力以及驱动功率变化的幅度范围正相关于起重小车的加速度值.

以RBCC为动力的巡航飞行器有效载荷质量敏感性分析

基于飞行轨迹及质量分析数学模型,对以RBCC为动力的巡航飞行器有效载荷的敏感性进行了分析,主要考虑了发动机比冲、发射马赫数、发射高度、模态转换点(转换马赫数)及惰性质量系数等对有效载荷质量的影响。分析结果表明,提高发射马赫数和发射高度、增加发动机比冲、降低模态转换马赫数及飞行器惰性质量系数有利于提高巡航飞行器的有效载荷质量。其中有效载荷质量对惰性质量系数最敏感,当惰性质量系数分别减小7.3%和增大7.3%时,有效载荷质量的增大量和减小量将分别达到58%和103.7%。

面向有效载荷质量的平流层飞艇设计参数优化

最大有效载荷质量是衡量平流层飞艇设计方案优劣的重要指标,最大有效载荷质量与飞艇设计的许多因素相关联,为此建立平流层飞艇各性能指标估算模型,在此基础上,提出以飞艇最大有效载荷质量为优化目标,综合考虑浮重平衡、推阻平衡、能源平衡、材料强度等方面约束的平流层飞艇设计参数优化模型,并基于混沌粒子群算法进行实例计算。研究结果表明:设计平流层飞艇时以阻力最小、质量最轻等常见指标为优化目标不能反应飞艇适应任务的能力。此外,平流层飞艇的设计是一个各子系统紧密耦合、相互制约的求解过程,与基于经验值设计的参考方案相比,经过设计参数优化后的平流层飞艇最大有效载荷质量能增加50%。

基于RLV飞行过程的氢氧发动机参数设计模型

为了考察氢氧发动机参数选择对可重复使用运载器性能的影响,基于氢氧发动机参数建立了可重复使用运载器入轨飞行过程的计算模型,包括运载器运动方程、飞行控制条件和质量模型,研究了发动机混合比对运载器飞行参数和运载器质量的影响规律.在运载器总质量恒定的情况下,随着发动机混合比由4增大到14,推进剂质量和发动机质量先减小后增大,储箱质量减小,三者的综合效果使得有效载荷质量先增大后减小.

质量特性调整机构在航天器中的应用

质量特性调整机构具有成本低、体积小、重量轻、工作寿命长、可靠性高的优点,被用于在轨精确调整航天器的质量特性,从而确保航天器能够提供高精度的姿轨控以及部分有效载荷的正常工作。文章首先介绍了质量特性调整机构的设计原理和方案,以及在航天器中的应用情况和研究现状;其次对质量特性调整机构需要解决的关键技术进行了分析;最后对其在我国航天活动中的应用进行了展望。

基于载荷质量调节的同步电磁线圈发射器速度相似性分析

电磁线圈发射器相似性关系是开展缩比试验研究的基础,通过分析同步电磁线圈发射器的发射机理和物理过程,推导了基于速度、应力和温度相等条件下的发射器系统参数比例关系,针对系统中电阻和质量的不相容性问题,提出了通过调整载荷质量实现发射出口速度相等的电磁线圈发射相似关系模型,并通过仿真计算验证了相似模型中速度具有相似性,磁力和温升关系相对缓和。系统参数相似关系和调整载荷质量实现发射出口速度相等的方法对电磁线圈发射器缩比试验研究具有一定的指导作用。

探空仪分离冲击载荷下的减振问题研究

研究某型探空火箭的小质量有效载荷(探空仪)在分离冲击环境下的减振问题。首先进行了振源特性分析、减振方案设计、减振特性测试及验证,最终通过分离试验测试结果,验证减振方案的有效性。试验研究及测试结果表明:在低频冲击环境下,橡胶减震器应用于小质量有效载荷探空仪的减振效果不明显;在高频冲击条件下,探空仪的薄壁结构,适合使用约束阻尼层的减振方法,并经验证效果明显。

模态有效参数在卫星有效载荷力学特性仿真中的应用

为保证在相应力学环境下卫星有效载荷的可靠性,将模态有效参数引入到某卫星有效载荷整机力学特性仿真中,得到有效载荷的模态有效质量、模态参与因数和模态有效质量分数.该方法可有效判断有效载荷3个轴向整机固有频率,判断求解模态数目是否满足求解精度要求,为模态试验中传感器布置和测量点的选择提供参考.试验结果也表明模态有效参数在卫星有效载荷3个轴向整机模态识别上的可靠性.

民机不同商载配置对机身着陆载荷的影响分析

重量分布和重心位置是影响起落架和机体地面载荷的重要因素,在无穷多种商载分布及装载方案中,挑选出机身载荷的严重情况具有重要的意义。选取部分典型商载配置情况,以刚性机体机身着陆载荷为算例,分析不同商载配置下的机身垂直剪力和垂直弯矩,并针对不同商载重量和分布分别进行对比分析。结果表明:商载重量的大小对机身载荷起了决定性作用;对于最大商载下的几种不同重量分布情况,机身垂直剪力和垂直弯矩量级相当。

传统星-箭连接PAF的改进及其减振性能

为实现发射段卫星的整星减振,提出了一种改进传统星-箭连接适配器(PAF)以增大其阻尼的方法。根据建立的PAF-卫星系统纵向振动简化模型,分析了改进型PAF阻尼比、质量比和频率比对振动传递率的影响。有限元仿真结果表明,该改进方法可获得较好的整星减振性能,且方法简单,易于工程实现。

空间核电推进系统比质量优化建模及其木星探测应用分析

空间核电推进(Nuclear Electric Propulsion,NEP)系统是一种将核热能转换成电能,并驱动大功率电推力器而产生推力的革命性空间推进技术。和传统推进技术相比,NEP具有高比冲、大功率、长寿命等技术优势,非常适合未来大规模深空探测任务。基于NEP系统组成和小推力轨道理论,建立了以有效载荷为目标的NEP系统比质量优化模型。该模型能够解析NEP航天器的轨道运行时间、比质量、功率与有效载荷比的复杂耦合关系,为任务优化提供了计算依据。最后,利用该模型对NEP系统完成NASA "Juno号"航天任务进行了技术指标评估分析。计算表明,当NEP系统比质量达到4.8 kg/kWe时,其能将"Juno号"航天任务的地木转移时间由2 266 d缩短至665 d,有效载荷由160 kg提高到1 179 kg,极大地提高了航天器的探测能力,为任务方案的可行性论证和后续设计提供参考。

深空探测科学仪器研究进展

深空探测是对宇宙中地球以外的行星、卫星、小行星和彗星等星体或空间环境的探测活动.合理选择深空探测科学仪器,了解被测星体的物理及化学性质、地表地貌、动态特性以及有机物和水的存在,对人类了解地外水和生命信息、认识太阳系的起源和演化有着重要意义,是深空探测的重要任务.本文总结了深空探测的科学目标,介绍了近50年来典型深空探测任务中探测器所搭载的科学仪器及其特点,包括质谱仪、光谱仪、探地雷达和磁力计等,整理了其性能参数及面向的探测功能任务,最后讨论了深空探测科学仪器目前呈现出的小型化、低功耗、更强的环境适应能力和多仪器联合使用的发展趋势.

深空探测真空/机电热类有效载荷浅析

通过对国外深空探测任务的综合分析和总结,特别针对深空探测活动中对空间尘埃、空间辐射、行星大气等方面的探测载荷展开了深入调研和分析,文章主要介绍了尘埃探测器、大气结构分析仪、辐射评估探测器和空间质谱计等几种真空、热、机、电类的有效载荷,主要从它们的功能、目标、原理、关键技术和应用情况5个方面进行了阐述。

多星发射上面级变结构鲁棒控制

针对多星发射上面级释放掉1颗卫星后,因质心横移较大而产生质量不对称,通道间存在耦合的情况,提出采用变结构鲁棒控制的方法,使结构干扰和通道间的耦合对系统的影响衰减到一个给定的水平ρ,同时获得一个给定的H∞跟踪性能指标。理论分析和仿真结果表明,本文设计的控制系统对干扰和耦合量进行了有效的衰减,并使系统具有良好的鲁棒性。

高超声速巡航飞行性能的优化分析

高超声速巡航速度获得和维持都要消耗很多燃料,通过分析它们与飞行参数的关系,给出了高超声速巡航飞行的最佳速度.在相同飞行距离下,高超巡航飞行性能和最小能量弹道的比较表明,基于火箭动力的高超声速巡航导弹在现阶段很有竞争力.

基于子空间方法的柔性空间机械臂未知末端载荷质量参数辨识

空间机械臂捕获非合作目标后,需要及时辨识获取机械臂末端未知载荷的质量参数,以便于控制系统参数的修正。为此,提出一种柔性机械臂末端载荷质量参数的递推辨识方法。该方法基于投影估计子空间追踪(Projection approximation subspace tracking,PAST)方法,将系统的动力学模型在某一工作点附近进行线性化。在此基础上,进一步将动力学方程中的机构运动和结构振动进行解耦,从而能够在辨识该构型下的系统频率值的同时,通过提取对应的分块矩阵,计算得到未知载荷的质量参数。在数值仿真中,建立双连杆柔性空间机械臂系统的动力学模型,分别讨论在不同载荷质量以及臂杆构型情况下的参数辨识问题,计算结果证明了所提出的这种递推方法能够有效辨识空间机械臂的末端载荷质量参数。此外还将该递推方法与常用的代数辨识方法进行比较,仿真结果表明了与传统的代数方法相比,这种递推方法可以更为快速地获得载荷的质量参数。