执行器速率饱和下的系统归一化及控制性能定量评估

为解决控制器设计中是否需要对执行器速率饱和影响进行补偿的问题,针对速率饱和现象对控制性能的影响进行了定量分析.基于频域时间尺度变换特性,提出了一阶惯性时延被控对象所在闭环系统在执行器速率饱和下的参数归一化方法,将可变参数由4个简化为1个.采用近似最大灵敏度约束积分增益优化(AMIGO)和Skogestad内模控制(SIMC)2种比例积分微分(PID)整定方法来设计控制器参数.经过仿真和逆归一化处理,得到了在恒定系统超调下执行器临界速率饱和值与系统参数之间的数学模型.分析结果表明:AMIGO-PID和SIMC-PI控制器对应的数学模型的平均精度分别为13.89%和2.17%;在相同系统最大超调下,相较于AMIGO-PID控制器,SMIC-PI控制器对执行器的动作速率要求更低,说明SIMC-PI控制器对于执行器的速率饱和影响具有一定的缓和作用;当实际执行器速率饱和值小于模型估计值时,应对速率饱和的影响进行补偿,反之可忽略其影响以节约设计成本.

考虑作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域

针对作动器速率饱和引起的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO,Pilot Induced Oscil-lations)严重威胁先进战机飞行安全的问题,研究了计及作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域.建立了考虑作动器速率饱和的人机闭环系统非线性模型,引入增广状态变量以及饱和度函数处理速率饱和环节,应用椭球体不变集估计人机闭环系统的稳定域,得到了稳定域估计的一般算法.通过时域仿真研究了所估计的稳定域的保守性,研究了驾驶员操纵增益以及作动器速率饱和值对稳定域的影响.结果表明:稳定域法物理意义清晰、结果直观,可用于人机闭环系统稳定性的评估.研究结果可为先进战机飞行控制系统的设计提供理论依据.

具有角速率饱和约束的无人机机动控制设计

针对无人机机动飞行所具有的非线性、强耦合、舵面操纵效率低等问题,采用了Backstepping控制方法对无人机机动飞行控制律进行了设计。同时,为了解决舵面操纵效率低带来的舵面角速率饱和的问题,设计了舵机层控制律,减弱了舵机角速率饱和带来的影响。分析了该控制律克服舵机角速率影响的机理,并采用李雅普诺夫稳定性定理分析了该控制器的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制方法使无人机可以获得和矢量控制相似的机动效果,有效地解决了机动飞行过程中舵面角速率饱和带来的影响。

用新飞行模拟器试验由速率饱和引起的驾驶员在回路中的振荡

本文介绍了现代飞控系统由速率饱和引起的驾驶员的回路中振荡（ＰＩＯ）的新数据库生成。由五名有经验的试飞员在ＦＦＡ的地面模拟器上进行了大量的飞行模拟试验。鉴定了用三个横向数据库的飞机模型。总共进行了３４２次模拟器试验。介绍了两种不同驾驶任务的影响、模拟器运动系统的影响和不同驾驶员特点的模拟结果。按照在ＤＬＲ发展的新非线性ＰＩＯ预测准则－ＯＬＯＰ（开环起始点）准则分析了模拟数据。驾驶员模型几乎接近测得的数据，并用来验证ＯＬＯＰ准则。最后，讨论了用ＯＬＯＰ准则进行试验的结果。

升降舵速率饱和引发的纵向PIO趋势预测方法

随着全权限数字式高增稳电传飞控系统的广泛应用,以及飞机舵机本身的硬件限制,由舵面速率饱和引发的PIO事件已成为世界各型电传飞机发生飞行事故的首要因素。通过分析速率限制成因及效应,结合飞控系统稳定裕度概念,提出了一种由升降舵速率饱和引发纵向PIO趋势的预测方法,并基于YF12飞机空中加油任务的仿真数据,对其进行了分析和验证。结果表明,该方法分析结果正确、合理,可用于预测由升降舵速率饱和引发的纵向PIO趋势,在后续可逐渐推广到型号试飞中,为型号试飞安全提供保障。

舵机幅度与速率受限的船舶转向抗饱和控制

为了解决船舶转向控制中存在的实际问题—舵机幅度与速率饱和、模型不确定性、流体动力非线性,提出了转向抗饱和控制算法。在模型有效性的前提下,化不确定非线性船舶动力学模型为线性微分包含模型,应用线性系统理论求出静态无约束控制规律;在控制器中加入幅度与速率饱和模型,以最小化扰动到被调输出的非线性L2增益为目标,控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,进而求出静态抗饱和补偿增益。仿真结果满足实际转向控制要求。

船舶航向保持静态抗饱和控制

针对船舶航向保持时,由于舵机速率与幅值饱和,导致闭环系统性能下降,甚至不稳定问题,提出了静态抗饱和控制算法。首先用线性系统理论求出的静态无约束控制规律,在控制器中加入幅度与速率饱和模型,再以最小化扰动到被调输出的非线性L2增益为目标,使控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,进而求出静态抗饱和补偿增益。设计的控制器简单,满足船舶航向控制精度和节约能源性能要求,解决了由于舵机速率饱和导致的闭环系统不稳定问题,最后通过仿真进行了验证。

一种抑制电传系统 PIO 的非线性补偿方法

提出了一种不完全非线性补偿方法用来抑制电传系统飞行员诱发振荡，其补偿着眼点是电传系统内部的舵回路速率饱和。本文把新的补偿方法用于一个两回路的飞行控制系统中，其设计过程和仿真结果表明，该方法结构简单，可以有效抑制ＰＩＯ，而且不影响原有系统的正常工作，便于工程应用。

抑制俯仰Ⅱ型PIO的四种滤波器性能比较

FWB、DS、DASA、RLF作为4种成熟、有效的非线性滤波器均用于解决以作动器速率饱和为特征的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO)相位滞后的问题,从而抑制PIO发生.借助描述函数理论,对各滤波器中非线性环节线性化处理,得到4种滤波器拟线性传递函数和相频特性曲线,研究、比较各滤波器在不同参数、不同输入条件下开环相位补偿能力.针对俯仰PIO问题,选取本机动态特性较差、易发生PIO的纵向飞机模型,构建带速率限制作动器的人机闭环系统,通过3个典型的俯仰飞行仿真任务,从抑制作动器速率饱和能力、俯仰响应特性、相位补偿能力、减轻驾驶员操作负担4个方面全面比较各滤波器性能.实验表明:DASA滤波在抑制PIO、改善飞机俯仰响应特性方面相对较优.实验结果为滤波器设计、俯仰PIO抑制的相关研究提供有益参考.

盐析结晶法分离铬酸钾

关联了不同温度下K2CrO4在K2CrO4-KOH-H2O体系中的溶解度数据,分析了从K2CrO4-KOH-H2O体系中通过盐析结晶方式分离K2CrO4的可能性;通过K2CrO4-KOH-H2O体系中K2CrO4的盐析结晶实验,得出了初级成核现象发生时,体系的最大过饱和度与过饱和速率之间的动力学关系式及结晶过程中盐析剂浓度、盐析结晶终点K2CrO4收率、溶液体积等工艺参数间的关系,探讨了以KOH作为盐析剂,采用盐析结晶方法从K2CrO4-KOH-H2O体系中分离提纯K2CrO4的可行性,为K2CrO4的高效分离提供了一种新思路。

不同功能型植物光合特性及其与叶氮含量、比叶重的关系

以秦岭南部的宁陕县和黄土高原地区的富县和神木为研究地点,研究不同气候带区乔木、灌木和草本植物的光合特性及其与叶片氮含量(Nmass)、比叶重(LMA)的作用关系。结果表明,宁陕、富县和神木3个地区之间的乔木、灌木和草本植物的光饱和速率(Pmax)、光合氮利用效率(PNUE)、PSⅡ电子传递量子效率(ФPSⅡ)、Nmass和LMA差异均达显著水平(p<0·05),神木地区乔木、灌木和草本植物的Pmax均显著高于宁陕和富县。3个地区的乔木、灌木和草本植物之间的Pmax、PNUE、ФPSⅡ、PSⅡ最大光能转换效率(Fv/Fm)、Nmass和LMA差异均达显著水平(p<0·05),草本植物的Pmax和PNUE明显高于灌木和乔木。由南向北分布的宁陕、富县和神木3个地区,随着气候干旱的加剧,乔木、灌木和草本植物的LMA均呈增加的趋势,且不同功能型植物的LMA的大小比较为乔木>灌木>草本植物。宁陕、富县和神木地区近60种植物(包括乔木、灌木和草本植物)的LMA与Nmass、PNUE与LMA均呈极显著的负相关(p<0·01),而Pmax与Nmass呈显著的正相关(p<0·05)。对光合参数之间的相关分析表明,Pmax与PNUE呈极显著的正相关(p<0·01),而Pmax与ФPSⅡ呈极显著的负相关(p<0·01)。

不同功能型植物叶氮含量与光合特性的关系研究

在山西南部的霍山七里峪林场,确定乔木、灌木和草本物种共26个,用Li-3000A叶面积测定仪测量了叶面积的大小、用Li-6400便携式光合作用测定系统测定了叶光饱和速率(Aarea),计算了比叶重(LMA)、单位重量的光饱和光合速率(Amass)、单位面积叶氮含量(Narea)、单位重量叶氮含量(Nmass)及光合氮利用效率(PNUE),研究了它们之间的不同和相互作用关系。结果表明:不同功能型植物的Nmass、Aarea、Amass、Narea和PNUE差异显著(p<0.05),植物叶片氮含量与植物光合生理特性具有显著相关关系,Nmass与Aarea、Amass和PNUE呈线性显著的正相关(p<0.05);Narea与Aarea、Amass、PNUE之间呈极显著的负相关(p<0.01)。

太岳山典型阔叶乔木冠层叶片性状的分布格局

以太岳山4种阔叶乔木不同冠层高度的叶片为研究对象,用LI-3000A叶面积仪和Li-6400便携式光合作用测定系统分别测定了这4种乔木不同冠层高度叶片的叶面积大小和单位面积的叶光饱和速率(Aarea);同时测定了其叶氮含量;计算了其比叶面积(SLA)、单位面积叶氮含量(Narea)、单位重量叶氮含量(Nmass)、单位重量的叶光饱和速率(Amass)和光合氮素利用效率(PNUE),对植株不同冠层高度叶片的SLA、叶氮和光合特性的空间分布格局进行了比较研究,结果表明:Aarea、Amass、Nmass、PNUE、SLA和Narea在树冠上层、中层和下层的差异均达到了极显著水平(P<0.001),表明树冠不同高度的叶片性状参数差异较大;在相同SLA下,Nmass和Narea在冠层中的分布均表现为中层>上层>下层,并出现平行位移现象;Aarea和Nmass都以中层值最大,表明冠层光合能力分布格局以中层相对较高。

薇甘菊(Mikania micrantha)非同化器官光合特征及其生态学意义

薇甘菊因为其在新生境的强入侵能力而臭名昭著,有关其入侵的光合生理原因主要集中在叶片光合速率研究,而对非同化器官光合特性少见报道。以叶片为对照,对非同化器官花、果、茎、根的光合电子传递速率、PSII光化效率以及不同器官光合碳固定对群落碳平衡的影响进行了研究,发现尽管非同化器官光合电子传导速率均低于叶片,但是其色素利用效率(叶绿素和类胡萝卜素)显著高于叶片。在生殖生长季节,叶片光合能力明显下降的时期内,非同化器官的光合碳固定对薇甘菊生长起到积极作用。把不同器官的光合碳固定量尺度放大到群体水平发现,基于使用红外线CO2分析法和叶绿素荧光方法计算结果表明,单位土地面积上分布的薇甘菊非同化器官(生殖器官、茎和根等)分别占群体总光合能力的19%和49%,说明非同化器官光合在薇甘菊生长和入侵中可能具有的重要作用。尽管薇甘菊叶片为典型C3植物特征,结果发现了茎以及主叶脉内存在类似C4途径的、具有丰富叶绿体的维管束鞘结构。C4途径的光合效率远比C3植物高可能是薇甘菊非同化器官光合叶绿素效率高于叶片的一个原因,尚需要更多的直接生化证据支持。

调控剂对减缓水稻生育后期叶片衰老研究

齐穗期对7个水稻品种(组合)进行叶面喷施调控剂处理。结果表明,调控剂能提高叶片叶绿素含量、叶面积指数和剑叶饱和光合速率,与清水对照比较差异达到显著水平,从而显著提高产量并对降低稻米的垩白粒率有一定的作用。

长江上游几种林地表层土壤侵蚀率及与相关土壤性质关系

长江上游区域水土流失现象已引起广泛关注,通过土壤侵蚀的间接指标计算,表明长江上游亚高山天然林区表层土壤侵蚀率较小,丘陵区人工林区表层土壤侵蚀率较大。定量分析表明,土壤有机质含量、土壤团聚体稳定性、土壤渗透性能等因素对土壤侵蚀率影响较大,相关系数和回归分析均达到了0.01极显著性水平。其他因素如林地凋落物和地面植被也对土壤侵蚀产生明显影响。

考虑输入速率和幅值饱和的不稳定飞行器控制

针对指数不稳定对象的输入信号同时存在幅值和速率饱和的情况,介绍了一种抗饱和控制系统设计方法,该方法应用统一抗饱和结构,采用两步法设计控制补偿器,达到抗饱和效果。在补偿器作用下:当不存在执行机构饱和时,补偿器不产生作用,对象为标称控制器所控;当执行机构饱和时,补偿器起作用。给出了该方法的理论证明和实现过程,仿真结果证明,此补偿器可以对双饱和不稳定对象的控制系统的饱和非线性起到很好补偿作用,在保证稳定性的前提下依然满足跟踪性能。

冲击负荷对粪便污水土地处理效果的影响

以土壤、粗砂、高分子有机亲水材料等构建了一套新型的人工土柱系统,并将其应用于厕所化粪池出水的处理。结果表明,人工土柱对粪便污水中的有机物、氮、磷等污染物具有良好的去除效果和稳定性能,其对CODCr、BOD5、TN、NH+4-N、TP的平均去除率分别达91.7%、96.2%、95.6%、96.0%及99.8%。水力负荷考察表明,冲击负荷对CODCr、BOD5、TN、TP等污染物的去除率影响不大,但渗滤系统透水性能受冲击负荷影响较大,在水力负荷为50 cm/d时系统饱和渗透速率降到初始值的2/3;为保证系统的长期稳定运行,系统水力负荷应维持在31.25 cm/d以下。

一类饱和不确定非线性系统静态抗饱和控制设计

研究一类执行器幅值与速率饱和的不确定非线性系统静态抗饱和控制问题.采用线性微分包含的方法处理系统模型中的非线性项.给出了抗饱和补偿器设计方法,该方法能同时保证闭环鲁棒稳定及鲁棒性能.给出了此类非线性系统代数环良定的充要条件,从而将抗饱和补偿器设计问题转化为线性矩阵不等式约束的凸优化问题.最后通过仿真算例说明了所提出方法的有效性.

分子筛吸水速度研究

分子筛在高压电气产品中具有吸附气室水分和气室内电弧分解物的作用,对保持气室内气态平衡起到至关重要的作用。以分子筛为样本,以其饱和吸水率为基础,在相同条件下计算不同时间其达到饱和吸水率的百分比,拟合出吸水速率曲线,对高压产品装配具有指导作用。