Quantitative feedback theory and zero phase error tracking control combined robust control for radar truck leveling simulator

Radar leveling system is the key equipment for improving the radar mobility and survival capability. A combined quantitative feedback theory (QFT) controller is designed for the radar truck leveling simulator in this paper, which suffers from strong nonlinearities and system parameter uncertainties. QFT can reduce the plant uncertainties and stabilize the system, but it fails to obtain high-precision tracking. This drawback can be solved by a robust QFT control scheme based on zero phase error tracking control (ZPETC) compensation. The combined controller not only possesses high robustness, but greatly improves the system performance. To verify the effiectiveness and the potential of the proposed controller, a series of experiments have been carried out. Experimental results have demonstrated its robustness against a large range of parameters variation and high tracking precision performance, as well as its capability of restraining the load coupling among channels. The combined QFT controller can drive the radar truck leveling platform accurately, quickly and stably.

Polarization characteristics and controllability mechanism of passive scattering elements

Polarization feature is one of the important features of radar targets,which has been used in many fields.In this paper,the grid models of some typical foreign moving targets are constructed on the simulation platform,such as glider,cruiser,fixed wing aircraft,and rotorcraft.The electromagnetic scattering characteristics of the moving platforms under the incidence of circular polarization waves are calculated.The typical polarization characteristics which the orthogonal and in-phase components have in the echoes are analyzed and proved.Based on the polarization scattering matrix(PSM)theory,from the point of view of the physical reproduction,the technical status quo that the existing technical approaches are difficult to realize the passive simulation of polarization characteristic of the target is summarized.To solve this problem,combined with the vector synthesis law,the realization mechanism of controllable polarization characteristic of target echoes is proposed,the analytical expressions of polarization control matrix and polarization ratio are deduced,and the controllability of polarization ratio feature in the case of circular polarization is verified by simulation calculation.

基于虚实结合的雷达操作训练方法研究

针对雷达训练中缺环境、缺装备的现状,提出了基于虚实结合的雷达操作训练方法。首先,分析了虚实结合概念的内涵;其次,研究了实体雷达与虚拟环境和虚拟雷达与实体环境两种虚实结合的交互方法;最后,结合具体训练需求,在同一场景中分析了实-实、实-虚、虚-实、虚-虚四种雷达与环境交互方法在雷达训练中的应用。

面向雷达分队指挥训练的分布式仿真系统架构研究

针对多雷达分队灵活的指挥训练需求,基于TCP/IP通信协议和两层配置文件,设计了面向多层服务的局域网模拟训练仿真系统架构,可实现模拟对象的在线随遇接入和数量上灵活扩展。详细介绍了多层服务设计思路和配置方法。

基于工业机器人技术的滑雪训练装备设计

介绍了基于工业机器人的滑雪训练装备的特性、设计思路及控制系统、软硬件设计方案。通过该设备可以实现不受季节限制的滑雪训练。特别是针对小回转滑雪运动训练,该设备可以主动地提供在线的智能化、个体化训练方案,通过实时响应记录数据曲线实现滑雪训练。随着设备功能、结构设计的不断进步和完善,该设备有望在未来的滑雪训练和相关领域发挥更大的作用。

基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制仿真研究

联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用。为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架。从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的数据结构、功能逻辑和联锁控制仿真算法,实现了铁路车站联锁的逻辑控制及人机交互仿真。采用面向对象的层次分级法,设计铁路车站设备三维模型的层次结构。通过创建预制体并修改其组件的方式,构建铁路车站列车运行三维虚拟场景模型。结合铁路线路逻辑模型,提出了面向联锁控制的列车运行虚拟寻路算法和列车运动驱动算法,利用该算法进行列车各车辆空间位置和姿态的连续计算,实现了在三维场景下铁路列车的启动,加减速运动,定点停车、换道等功能。在此基础上,在Unity引擎环境下开发了基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真系统,该系统支持铁路车站联锁控制人机交互仿真,并可在铁路车站三维场景中的不同视角下,以可视化方式观察信号设备状态变化以及列车的动态运行情况。通过给定的站内列车调度计划表,利用所开发的系统进行了铁路车站联锁控制及列车运行三维仿真。仿真实例表明,所采用的方法及技术方案在车站联锁的仿真演练与培训学习方面具有良好的应用前景和实际意义。

面向安全高效运行的重载列车智能操控关键技术

面向我国重载铁路自动化和智能化发展以及重载铁路运输需求持续增长对既有列车运行控制带来的严峻挑战,文章围绕重载列车智能操控关键技术展开了研究现状介绍,并分析了目前亟待解决的难题与未来发展趋势。首先,针对列车纵向动力学建模,已有研究多考虑单一环境、固定工况下机理建模及分析,难以精确表征列车运行过程中的内、外部参数时空渐变特性,因此,在已有机理模型基础上考虑未建模动态,并进行降阶等效是未来一个重要研究方向。其次,长编组列车车辆间非线性强耦合特性、空气制动特性对列车运行过程中纵向冲动的影响依旧为重载列车操纵优化带来了巨大的挑战,借鉴高速列车多车协同控制技术,研究考虑主动抑制纵向冲动的重载列车多机车分布式协同控制具有重要意义。最后,结合数据驱动与人工智能算法、多源信息融合等新兴技术分析了列车控制领域一些新的机遇,而耦合仿真平台与评估体系的搭建也将成为重载列车安全运行分析、评估与优化的一种有效途径。

绕月SAR天线热控设计

合成孔径雷达(SAR)天线是遥感卫星的重要载荷之一,面对月球轨道舱外天线复杂的外热流环境,结合轨道特点,对天线开展了详细的外热流分析,解析了月球环境的热设计难点,进行了针对性的热控设计,解决了极地轨道下天线在一个很大的外热流和极小的外热流间不断循环的问题。采用TMG软件对天线进行了热仿真分析,并利用热模拟件进行了热平衡试验。分析和试验结果表明,天线各单机温度满足指标要求。本文适用于平板SAR天线,对有源SAR天线的热控设计具有一定的借鉴意义。

高速列车开闭机构涡流发生器的气动减阻设计

为了降低列车高速运行受到的气动阻力,采用基于SST(shear stress transport)k−ω湍流模型的雷诺时均法研究高速列车尾车开闭机构位置安装涡流发生器对尾部流动特征以及列车气动载荷的影响。研究结果表明:涡流发生器能显著改变尾车周围的流场,产生一对与原涡流旋向相反的涡流结构,降低尾流涡强度和范围,在尾车安装涡流发生器后,气流流动受到涡流发生器的阻碍产生积聚,从而在尾车表面形成较大的正压区域,降低尾车压差阻力和气动升力;随着涡流发生器安装位置向尾车鼻尖靠近,减升效果逐渐降低,尾车最大减升率为36.8%;尾车阻力随着涡流发生器安装位置向后移动呈现出先减小后增大的趋势,尾车气动阻力最大减阻幅度为4.54%。合理的开闭机构涡流发生器能有效控制尾流结构,进而控制尾车气动力,为高速列车气动减阻提供新思路。

基于BIM的列控数据自动集成与可视化动态验证

为探究在列控数据验证领域中存在的工作量大、可视化效果差以及动态验证支持弱等问题的解决方案,提出基于BIM可视化的列控工程数据动态验证方法。该方法首先采用基于数据模型驱动的场景构建方法,在Unity平台实现3D站场的自动集成,生成接近真实的铁路站场;然后,基于铁路相关规范,采用连续碰撞检测技术实现列车运行的动态可视化仿真;最后,基于3D站场和列车仿真运行,完成对列控工程数据的动态验证。对于3D站场集成部分,该方案能够自动且迅速调用铁路基础设备模型,准确完成站场的3D构建,构建的设备包括线路轨道、道岔、信号机等。在列车3D模拟运行中,能够自动完成轨道区段占用检测及相应的信号机点灯、行车许可计算与执行、车地通信读取应答器数据等功能,并且能够根据行车许可,执行超速防护,控制列车在3D场景中仿真运行,模拟出铁路联调联试的场景。在模拟列车运行过程中,若出现失常,则判断该数据设计存在风险,验证结束并给出警告。代入黔常线咸丰站站场及相关区间数据进行实验,结果显示:(1)1LQG长度不符合规定,无法满足列车出站时80 km/h的初速度,建议1LQG长度由305 m增加至满足所有型号列车运行要求的525 m;(2)分相区与邻近信号机距离350 m无法满足CRH-200型列车正常运行通过分相区,数据存在问题,建议修正为524 m以上。该研究成果可为BIM方法在列控工程数据验证中的应用提供参考。

面向战术对抗模拟训练的导控系统

为满足战术对抗模拟训练需要,提升实战化水平和能力,研制某航空兵战术模拟训练导调控制系统。采用分布式仿真技术,基于自研的QuickLink分布式交互仿真平台,以及MapX、OSGEarth和Access等开发组件,研制导调控制、3维态势显示、训练信息管理、语音通信和视频监控等软硬件设备,实现任务背景设定、训练过程监控、训练结果评判及训练信息管理等功能。实际应用结果表明,该系统能为导控人员提供实用且优异的训练协调、控制和管理服务。

基于PLCSIM Advanced和Simulink的自动化生产线仿真实训平台设计

为解决自动化生产线实训线下课程实验硬件套数不足、实验时长和场地受限等问题,提升教学质量,设计了一种基于PLCSIM Advanced和Simulink的自动化生产线仿真实训平台。该仿真平台以实训设备为依托,使用Simulink搭建被控对象仿真模型,在PLCSIM Advanced仿真控制器中编写控制算法,通过应用程序接口(application programming interface,API)通信实现对象模型与控制器间数据的实时交换和仿真。以纸张张力控制设备为例,介绍了仿真实训平台搭建和实施过程。实践教学表明,该仿真平台提高了自动化生产线实训课程的教学成效,激发了学生实践学习的兴趣,提升了学生发现、解决复杂工程问题的能力,让学生深刻体会到团队合作和有效沟通的重要性。

一种面向空情雷达模拟训练的对抗操作性能级建模与仿真

针对面向模拟训练的空情雷达系统模型中反侦察、抗干扰对抗操作模型不完备的问题,以模拟训练领域对抗操作模型建模需求为牵引,从探测增益与探测损失两个角度出发,定义了各对抗操作的输出因子,建立了输入性能指标与输出因子间的映射关系,构建出一套典型对抗操作的性能级模型。在数字化软件工具中的测试应用表明,该套模型能够有效模拟对抗操作的使用效果,嵌入雷达系统功能级模型后能够提升雷达系统模型完备性,在模拟训练领域具有一定应用潜力。

列控系统仿真测试关键技术

随着我国高铁线路网络化规模持续扩大及列控系统运用需求日趋复杂,仿真测试手段作为高铁现场测试的有效补充和完善,已成为列控系统测试技术发展的必然趋势。开展适用于工程化的列控系统仿真测试技术研究,构建基于云平台的总体架构;重点研究平台快速搭建与切换、虚实结合与虚实互换、测试案例编制与序列自动生成等关键测试技术,从而实现仿真平台自动测试功能,并结合实际线路进行广泛验证。应用效果表明,仿真测试平台能有效提高测试的覆盖度和测试深度,并在现场试验前提前发现问题,满足工程化应用需求。列控系统仿真测试平台的成功研制,为现场联调联试提供了重要补充。

高速列车头车流线型区域吹气控制的气动减阻研究

为了探索头车流线型区域吹气减阻控制的可行性,采用改进的延迟分离涡模拟方法对不同吹气速度下的列车周围复杂流场进行模拟,通过风洞试验验证数值模拟结果的准确性。研究结果表明:在头车流线型区域采用吹气控制能够显著改变列车周围流场特性;吹气口产生的气流能够避免高速来流对列车表面的直接冲击,有效地减小头车的压差阻力与摩擦阻力;吹气对中间车和尾车的气动阻力影响较小;吹气对列车周围的流场产生干扰效应,使得列车表面部分区域的湍动能增加;当吹气速度增加时,3车模型的减阻率增加,归一化净节约功率增加;当吹气速度为来流速度的0.2倍时,3车模型的减阻率为8.44%,归一化净节约功率为6.74%。

钝头型市域列车尾流吸气主动控制减阻研究

为探究钝头外形的市域列车运行时尾部吸气控制对列车气动阻力的影响,缓解列车因提速造成的阻力增加问题,采用Realizable k-ε两方程模型的DDES数值仿真方法开展研究,通过风洞试验验证数值模拟方法后,以数值仿真得到的速度场、压力场及各节车的气动阻力分布及组成,分析吸气控制对钝头型市域尾车气动减阻的影响原因。研究结果表明:钝头型市域列车的尾车流线型表面由负压强主导,因此压差阻力占比较大,并且空气绕该部位流动时形成了2个比较明显且对称的流动分离泡,导致了尾车阻力系数尤其是压差阻力系数急剧增大,使尾车压差阻力比重最大,占整车阻力的36.71%;在列车尾部进行吸气控制能提升列车尾部中心区的压力,使尾车的压差阻力显著减小,进而实现整车减阻;在不同吸气方案下,尾车减阻率随着吸气面的增加而增加,当设置的所有吸气面工作时,对尾车的气动减阻率最高可达21.6%;列车离吸气面越远的部位减阻效果越不明显,位于尾部吸气控制上游较远的头车最大减阻率仅为1%,而中间车的减阻率为4%;随着吸气速度从0.2U提升至0.6U,尾车减阻率从17.9%提升至21.6%,整车减阻率从8.3%提升至10.3%,尾车流线型区域后方的正压区也越接近尾车流线型表面。研究结果可为钝头型市域列车主动控制的气动减阻提供参考。

基于混合现实的颅脑战伤损伤控制手术模拟训练平台构建

目的:构建基于混合现实(mixed reality,MR)的颅脑战伤损伤控制手术模拟训练平台,为军医的手术技能培训开辟一条新路径。方法:颅脑战伤损伤控制手术模拟训练平台主要由颅脑战伤损伤控制手术模拟训练软件、颅脑战伤损伤控制手术人体模型以及HoloLens 2 MR设备组成。模拟训练软件在构建手术决策训练体系、创建虚拟手术环境、实现功能模块的基础上,使用C#语言,借助MR、基础手势、空间扫描定位等核心技术进行开发。颅脑战伤损伤控制手术人体模型参照身高180 cm成年男性标准体型定制,同时开发电子芯片放置于人体模型头颅内部,可与模拟训练软件进行数据匹配。再将模拟训练软件于HoloLens 2 MR设备中安装运行,实现在虚实结合模型上进行颅脑战伤损伤控制手术模拟训练。结果:本平台实现了虚实结合模型重置定位、手术模拟训练与考核及现场示教功能,在激发学习兴趣和提供无风险、不受时间空间限制、沉浸式交互学习方法等方面优势明显,得到了受训者的普遍认可。结论:采用本平台进行颅脑战伤损伤控制手术模拟训练是一种创新性的、整体效益比较高的训练方法,可为其他方法提供有力补充,有助于提升军医的损伤控制手术能力。

导流板结构对高速列车转向架区域积雪结冰的影响

高速列车转向架在高寒风雪地区存在积雪结冰问题,影响列车的安全运行和运行稳定性能。为了解决高速动车组转向架区域的积雪结冰问题,以保证高速列车运行安全,提高列车冬季运行品质,提出基于流场控制的导流板结构,并针对简化的车体和转向架模型,采用三维雷诺时均Realizable k-ε湍流模型,耦合离散相模型(DPM)进行数值仿真,通过试验验证的湍流计算模型,模拟高速动车组转向架区域流场和雪粒分布情况,明确高速列车转向架区域积雪结冰成因,并分析导流板优化结构对防治积雪结冰的效果。研究结果表明:原始工况中,转向架区域气流速度较高,转向架表面压力较大,安装在前侧的导流板结构,能够有效地改变进入转向架区域的气流流向,降低转向架上方的气流速度,减轻气流对转向架底部表面的气流冲击,降低转向架周围的雪粒分布范围,减少转向架表面的粒子黏附数量。其中,对于第1台转向架,雪花黏附数量相对于原始工况依次减少22.56%、52.15%;对于第2台转向架,雪花黏附数量相对于原始工况依次减少48.50%、49.59%;对于第3台转向架,雪花黏附数量相对于原始工况依次减少50.03%、49.70%。但沿着列车运行方向,导流板的作用减弱。今后将研究真实编组的工况以进一步判断导流板的作用,并开展原理样机的相关试验工作。

运动员体能训练动作量化修正系统设计

跑步比赛中0.01s就能决定比赛的成败,为了确保教练和运动员能够获得更多的体能训练动作量化指标,设计运动员体能训练动作量化修正系统。基于Unity3D引擎设计控制模块、训练动作采集模块、训练动作模拟处理模块,利用灰色预测模型在提取体能训练动作特征的基础上识别训练动作,计算模拟动作系数,实现运动员体能训练动作量化修正。实验结果表明,该设计系统对跑步训练动作腿关节、踝关节角动作速率的识别准确性较高,体能训练动作数据管理效率较高,满足了节约运动员体能实际训练时间的需求。