Design of a Three-Dimensional Centrifugal Fan with Controlled Blade Loading Approach

The high flow-rate centrifugal fan needs a three-dimensional impeller to achieve a high efficiency. In this paper, the design procedure of a high-efficiency three-dimensional centrifugal fan is presented. First, the main dimensions of the fan were calculated by using the conventional one-dimensional method. Then, the blade loading or the angular momentum distribution along the meridional streamline on the blade surfaces is prescribed. After that, the three-dimensional blade is determined by using the streamline curvature method. With the aid of numerical simulations, the performance of the three-dimensional fan was improved and some of the key influence factors were investigated. The analyses indicate that, as to the high flow-rate centrifugal fan, the Stanitz modified formula is recommended to calculate the separation radius, rb. A proper increase in the separation radius is beneficial for the fan’s performance. It is also indicated that a decrease in the angular momentum on the hub leads to an increase in total pressure efficiency, under the condition of a given constant mean angular momentum at the outlet of the blade. In addition, the installation of a fairing on the hub plate can improve the fan’s efficiency evidently when the streamline curvature method is adopted to design the three-dimensional impeller.

基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究

扇翼机兼具固定翼飞机和直升机的优越性能,通过在厚机翼前缘嵌入横流风扇代替传统固定机翼,可同时提供升力和推力,并会附加一定的低头力矩,使得扇翼机纵向高度控制和姿态控制存在强耦合。独特的动力结构使扇翼机具有较高的静稳定性,但扇翼机机载空间有限,基于此提出基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究,并分析了控制系统的频域和时域特性。通过非线性仿真对比分析,验证了简化配置控制方案的有效性,且纵向简化配置相较于全配置更适合扇翼机纵向的飞行控制。

误差源对半捷联导引头信息提取精度的影响

针对导引头半捷联稳定平台设计过程中存在的各项误差及其影响问题,首先分别基于空间角度关系及四元素法,建立了半捷联平台角速度及框架角控制模型;进而以角速度指令转换、角速度测量及匹配滤波为主要误差源,分析了对稳定平台控制与角速度信息提取精度的影响机理,并进行了仿真计算。研究结果表明,平台框架角速度测量误差受其它误差源的影响较小,位置传感器微分后的测速误差对视线角速度测量误差的影响较大,半捷联导引头的稳定性能主要取决于校正控制回路的设计和匹配滤波器的设计,而匹配滤波器将决定平台稳定的精度及隔离度水平。

制导控制一体化有限时间收敛控制算法

针对拦截高速机动目标的需求,研究了一种完全制导控制一体化有限时间收敛控制算法。首先,根据传统完全制导控制一体化模型,推导了导弹完全制导控制一体化视线角速率有限时间收敛模型;其次,构造了带补偿函数的非线性滑模切换函数,根据有限时间收敛终端滑模控制理论,设计了基于完全制导控制一体化的有限时间收敛控制算法,并通过自适应方法对系统不确定性的最大值进行了估计、运用高阶滑模微分器对视线角速率和弹目相对距离的高阶导数进行了解算;最后,仿真结果表明,与一般的控制算法相比,论文所设计的有限时间收敛控制算法能够达到视线角速率有限时间收敛,且具有更小的脱靶量和更短的飞行时间。

角速率轰炸火控系统精度分析及优化设计

角速率轰炸火控系统具有精确对地攻击能力,与传统火控系统相比具有很多优点。针对飞机角速率轰炸火控系统的组成结构,描述其火控工作原理,给出了CCRP方式下基于角速率轰炸原理的火控工作式。通过对系统误差源的分析,结合蒙特卡罗法建立了系统精度分析模型。对各种典型投弹条件下的仿真计算结果进行分析后,提出了提高系统精度的优化措施。该火控系统精度分析方法与优化设计方案已在实际工程中获得较好的应用效果。

推力矢量技术在空空导弹上的应用分析

研究了两种应用于空空导弹的推力矢量技术对导弹总体性能的影响问题。首先建立导弹推力矢量、运动学、动力学以及弹目相对运动数学模型,其次通过导弹性能数字仿真对比分析了两种推力矢量技术的优缺点,最后得到相关研究结论,可为导弹总体设计提供参考依据。

带有惯性敏感元件的新型陀螺测试转台系统控制器设计

传统原理的陀螺测试转台使用测角元件测量转台的角速率,其精度与所选的角度(或时间)间隔关系极大,即使综合使用各种控制方法也难以达到理想的速率精度和速率平稳性。提出一种新的测速原理,将惯性敏感元件引入转台测试系统测量瞬时角速率,瞬时速率能够很好地反映速率精度和速率平稳性,通过反馈与控制瞬时角速率信息提高转台的速率精度和速率平稳性。探讨了带有惯性敏感元件的新型转台的控制系统组成,进行控制系统设计时,将闭环系统按功能划分成测量回路和稳定回路,并运用数字控制解决控制器综合问题,使用Matlab软件分析系统主要变量响应过程。最后,由控制器设计过程和所得模型分析结果证实,相对传统转台,新型转台的数字控制系统具有较高鲁棒性,响应时间缩短为0.15 s,更适宜于陀螺仪表的动态测试。

金属壳谐振陀螺大量程角速率信号检测方法研究

针对传统多回路角速率检测方法无法适应金属壳谐振陀螺大量程应用的难题,提出基于自适应滑模变结构控制器的大量程角速率信号检测方法.通过对典型金属壳谐振陀螺的动力学方程进行分析,建立出包含干扰和参数摄动部分的状态方程;采用指数趋近律选取比例积分滑模面,设计出一种适用于金属壳谐振陀螺的滑模控制器,可有效估计大量程角速率信号.仿真及试验结果表明,该解算方法能够稳定控制金属壳谐振子振型,并能准确检测大量程角速率,满足金属壳谐振陀螺的大量程环境应用.

角速率火控系统计算延迟问题的研究

提出解决角速率火控系统计算延迟问题的两种方法，为深入研究角速率火控计算进行了新的探索。

一种基于自激励的核磁共振陀螺仪闭环控制方法

维持气室内原子稳定进动的磁场闭环控制是核磁共振陀螺仪的关键控制技术之一。在目前广泛应用的闭环控制方法中,相位闭环无法实时补偿,且存在由于晶振时钟频率受限造成的量化噪声,导致陀螺零偏稳定性较差且转速分辨率较低,限制了核磁共振陀螺的应用范围。为解决以上问题,提出了一种基于自激励的闭环控制方法,通过理论仿真模型和实验设计,验证了其正确性与可行性。仿真结果表明,采用所提出闭环控制方法的陀螺漂移可达到9×10^(-4)°/h,角速率分辨率可达到0.1°/s以内。实验结果表明,与传统方法相比,采用所提出的方法使得陀螺漂移精度提高了一个数量级,同时,为未来核磁共振陀螺小型化奠定了基础。

由四个速率积分陀螺组成的惯性姿态敏感器

本文介绍一种由四个液浮速率积分陀螺组成的卫星用惯性姿态敏感器,给出了结构实施方案、角速度测量原理及可靠性分析,从而说明这是一种行之有效、经济实用的可行方案。

基于改进的分段常数自适应动态逆控制方法研究

针对非线性动态逆控制在扰动影响下鲁棒性不足的问题,提出一种适用于工程的基于改进分段常数自适应动态逆控制方法,用于增强控制系统对干扰的鲁棒性以及提高控制响应的准确性。在扰动影响下对模型做出合理的分析;提出了适用于飞行控制系统的改进的分段常数自适应动态逆控制方法;证明了设计的控制器在扰动影响下的稳定性和动态特性,以及改进后的分段常数自适应的误差收敛范围;对飞机模型进行描述给出了符合实际战斗机控制需求的自适应动态逆角速度控制策略,并且基于改进后的方法设计控制律并在执行机构故障和重心突变扰动下进行仿真,对比验证了基于改进的分段常数自适应动态逆方法设计的控制器的鲁棒性和动态性能。结果表明基于改进的分段常数自适应动态逆控制具有鲁棒性强、控制精度高的特点。

微小型金属壳谐振陀螺幅值稳定控制方法研究

针对金属壳谐振陀螺振子小型化设计,电极控制力过小导致响应时间慢的问题,传统四回路PI控制难以有效解决,提出一种微小型金属壳谐振陀螺幅值控制方法,有效提高响应速度。在分析微小型金属壳谐振陀螺工作原理的基础上,对传统四回路PI控制器进行研究,提取幅值作为被控对象,设计微分先行控制器,搭建算法仿真平台。通过仿真验证,文中方法比传统四回路PI控制方法响应速度提高,角速率解算时间缩短。

基于视线角速率的最优增量制导技术研究

提出一种基于视线角速率最优的制导方案。方案从最优控制的性能指标函数出发,通过求解一个Riccati方程和相关约束条件,并对系统进行一系列的相关的理想化的假设,得到系统的一般形式的制导指令。同时,为了避免制导指令在正负之间的频繁切换,根据偏置比例制导的原理,在制导指令中引入一个制导指令的增量,来减轻这一问题,并与传统的比例制导进行比较。仿真结果表明,这种制导方法相对于比例制导律而言,精度较高,性能优良,具有一定工程参考意义。

微小卫星多约束姿态机动规划方法

针对微小卫星姿态控制中存在的多重指向约束和角速率约束问题,提出一种基于对数型势函数的多约束姿态机动规划方法。首先针对微小卫星携带的光学传感器需躲避强光天体而天线需指向地面保证对地通信这一约束特性,采用对数型势函数方法保证约束姿态指向满足任务要求;其次,针对姿态角速率限制的问题,引入障碍Lyapunov函数确保姿态角速率始终处于约束范围内。与在线优化方法相比,该方法具有计算量小的显著优势,非常适合星上处理能力有限的微小卫星。此外,考虑外界干扰力矩的影响,引入自适应干扰估计律,增强了控制系统的鲁棒性。最后,通过数学仿真对本文方法进行了校验,仿真结果表明,该方法能够快速实现卫星姿态机动到期望指向,与此同时,在整个姿态机动过程中,均满足多重指向约束和姿态角速率约束要求。

基于角速率的低配置小型无人机高度控制律设计

采用鲁棒伺服最优控制方法(robust servo linear quadratic regulator,RSLQR)设计了基于角速率的某小型无人机高度控制律。该方法将鲁棒指标和时域控制品质相融合,将跟踪误差扩展到系统动态模型中,利用线性二次型最优控制理论,设计了控制律结构和参数,实现了高度的无静差控制,保障了控制器的鲁棒性能。与常规控制器对比结果表明:基于角速率的控制器具有良好的高度跟踪效果和抗干扰能力,满足了小型低配置无人机的飞行控制要求。

MUH姿态增稳控制系统设计与实现

为使微小型无人直升机(MUH)可以在各种地理环境及天气状况下平稳飞行,设计实现一个低成本的姿态增稳控制系统。其中,姿态获取模块通过基于滤波切换的重力场互补滤波估计算法得到高精度的姿态反馈,增稳控制模块采用多回路串级模糊PI控制,利用角速率内环提高系统的稳定性。实验结果表明,该系统具有良好的增稳控制效果,且成本低廉,便于应用推广。

“自主式”角速率火控系统弹道气象修正问题研究

弹道气象修正是火控系统不可缺少的关键环节，对“自主式”角速率火控系统来说更是个技术难题。文中提出的弹道气象修正数学模型，解决了“自主式”角速率火控系统中的弹道气象修正问题。不仅考虑了其原理的正确性，而且分析了其实现的可行性。本模型与文献￣［１］的解相遇原理公式组成一整套通用、完备的“自主式”解算数学模型。

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法

针对现有姿态控制系统检控分离导致姿控系统存在异位控制等突出问题,提出了一种基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法。建立了基于磁悬浮控制力矩陀螺金字塔构型的动力学模型,根据惯量矩定理分析了基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器测控一体化机理,并通过金字塔构型中3个磁悬浮控制力矩陀螺的联合求解,得到了航天器姿态角速率的解析表达式。仿真结果证明了该方法的有效性和优越性。

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。