航空工业西安飞行自动控制研究所数智化运营驾驶舱构建探索与实践

航空工业西安飞行自动控制研究所积极响应数字化与智能化管理变革趋势,以价值创造为目标,以业财融合为核心实践理念,从生产运营一级流程和重点应用场景出发,以商业智能技术为主要手段,通过数据治理、流程整合、模型构建,创建了数智化运营驾驶舱,提升了运营管控能力与管理效率,实现了业财深度协同与信息共享,有效支撑了运营决策,推动公司高质量发展。

基于ADRC和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究

直驱伺服阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势,逐渐扩展其应用场景。作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。本文针对某型航空用双系统直驱伺服阀存在的阀芯振荡问题,探究基于方法的伺服阀振荡抑制策略。建立了该直驱伺服阀系统的部件级数学模型,并与突变液流力模型联合运算;设计了自抗扰控制器(ADRC)和模型预测的复合控制方法,并与传统比例积分微分(PID)控制方法进行仿真对比。结果表明,ADRC和模型预测的复合控制方法对直线电机电流的高频小范围调节可有效抵消突变液流力对阀芯运动的影响,从而为直驱伺服阀在复杂受力环境下的控制器设计提供理论参考。

基于机器视觉的图书机器人取书路径控制方法研究

针对图书馆图书机器人的路径规划问题,通过结合Cartographer算法和激光视觉雷达技术来构建图书馆栅格地图,并采用改进的A*算法和蚁群优化算法进行路径规划,最后提出了一种新型机器人取书路径规划控制模型;实验结果显示,所提出的模型在权重系数为0.6时,其规划出的最优路径相比于其他模型最大缩短了8 m;其路径规划成功率达95%,且规划的路径拐点数较同类模型最多减少了4个;说明研究成功提出了一种有效的图书机器人取书路径规划模型,提高了取书效率,满足了机器视觉和移动机器人在图书馆取书过程中的应用需求。

飞行控制系统测试技术体系架构研究

针对飞机飞控系统测试技术覆盖面广、单点技术多、自身发展路线不清晰,导致无法对飞控系统型号研制起到牵引和推动作用的问题,提出了遵循系统功能层、试验需求层、测试技术实现层、测试技术验证层、标准规范层和测试技术产品层的分类方式,层次化构建飞控系统测试技术体系架构的方法。通过建立各层次内容和说明各层次之间的关系,明确了飞控系统测试技术体系架构及其内容,填补了国内在飞控系统测试技术体系上的空白,为飞控系统测试验证提供了一定的理论和体系支撑。

直升机吊挂飞行中载荷摆动控制方法研究

当直升机的吊挂载荷较大时,机体和吊挂相互耦合将会影响直升机的操纵性和稳定性。飞行员对直升机的操纵会引起吊挂载荷摆动,导致直升机产生剩余振荡,飞行员处理不当极易出现飞行员诱发振荡(PIO)现象。以某直升机为研究对象,通过一些假设简化直升机吊挂模型,提出一种面向工程应用的控制方法;以显模型跟随控制方法为基础架构,结合自适应控制和输入整形技术,对控制方法进行仿真分析。结果表明:该控制方法给飞行员提供了良好的操纵性,同时能够解决吊挂飞行时存在的剩余振荡问题。

面向军事应用的航空人工智能技术架构研究

通过全面梳理国内外面向军事应用的航空装备智能化发展现状,紧密围绕未来智能化空中作战的任务场景,给出航空军用人工智能技术的概念和内涵,并依据智能系统信息运行模型,提出不同运行层级的航空装备智能升级的途径和方法。在此基础上,形成包含基础使能、关键技术群、智能系统、运行层级的航空人工智能技术架构,对关键技术群按面向运行层级、面向功能需求、面向基础使能进行分析,得到重点技术发展方向,并给出提升我国航空装备智能化水平的具体措施建议,为制定相关航空人工智能技术规划提供参考。

军用飞机飞行管理系统适航性应用研究

在军用飞机飞行管理系统中开展适航性工作,是飞行管理系统研制过程中的难点之一。本文通过研究国外军用飞机适航性和飞行管理系统在军用飞机上的应用现状,对比分析我国军用飞机开展适航性的现状和难点,确定我国军用飞机飞行管理系统的适航性在设计研制过程中需遵循的规范和标准。此外,对军用飞机型号研制中开展飞行管理系统适航性的安全性做了分析,并对飞行管理系统适航性实现的设计要求和管理要求进行分析,探索了在我国现行的军用飞机机载产品的研制体系下,如何开展军用飞机飞行管理系统适航性工作。

某型航空液压泵低温渗油故障研究

某型号液压泵在进行低温试验过程中端面密封处发生低温渗油故障。通过建立端面密封故障树模型,从密封结构、密封圈材料、端面密封间隙等可能影响因素进行仿真计算及试验验证,确定了故障原因及机理,提出了解决方案并实际应用。

硅微谐振式加速度计相位控制环路优化研究

硅微谐振式加速度计(MSRA)凭借其潜在的高精度特点成为微加速度传感器领域的重点研究方向之一。相位环路的控制精度直接决定了MSRA的测量精度。在对MSRA工作机理进行简要分析的基础上,着重研究了现实验室加速度计样机的相位控制环路,分析了其相位误差的来源,并在原有环路滤波器的基础上增加了一种带参考电压的PI校正控制环节。实验结果表明,增加PI校正环节后,组成的四阶二型锁相环路可以使差分频率输出与温度线性拟合的相关系数从0.96291提高至0.98863,在±20 g量程围内,非线性度从430 ppm降低至154 ppm,硅微谐振式加速度计的零偏稳定性在常温下达到8.64μg。

无人机集群对抗决策算法研究综述

无人机集群博弈对抗已经成为未来战争的发展趋势,无人机对抗决策算法的选择对提升无人机集群作战能力至关重要。本文深入探讨了基于规则的、基于博弈论的和基于神经网络的三大类无人机集群博弈对抗决策算法,并对它们的优势和局限性进行了全面分析与总结。在此基础上,提出将“基于多智能体强化学习的信用分配模型”和“基于角色的多智能体强化学习模型”应用于无人机集群博弈对抗的研究思路。最后,强调了选择适当的决策算法对于提高无人机集群作战效能的重要性,并为未来无人机对抗决策的发展提出了有益的建议,为相关领域的研究和应用提供了深入见解。

面向ADS-33F品质规范设计的多响应类型切换控制研究

传统直升机多采用单一的响应类型,难以满足驾驶员操纵需求。试飞经验表明,多响应类型切换控制可以显著提升飞行性能并减缓驾驶员操纵负荷。本文针对某型有人直升机,结合最新版本的美军直升机飞行品质规范(Aeronautical Design Standard-33F,ADS-33F),研究基于六种响应类型的切换控制策略。各种控制策略的仿真结果表明,相应被控状态量可以按规范要求跟随指令信号,控制策略结合应用场景的仿真结果表明,所设计的控制系统可以显著减少操纵量,从而验证结论:设计的直升机多响应类型切换控制满足ADS-33F规定的响应要求,能显著提升飞行性能及驾驶员感受;响应收敛迅速,且能保证飞行安全和控制精度。

弹性高超声速飞行器可调Tube-MPC容错控制

针对反馈线性化后带有状态依赖输入饱和的弹性高超声速飞行器,并考虑执行器失效或随机漂移故障和参数不确定,本文提出了可调Tube预测控制(Tube-MPC)容错控制方法。首先,基于反馈线性化后的多胞线性参变模型,考虑到部分故障发生下的保守性问题,在传统Tube-MPC控制器中引入调节因子,将鲁棒正不变集进行等比例缩减,以平衡控制性能与鲁棒性。其次,基于缩减后的不变集,分别设计辅助鲁棒控制律和标称控制律。为处理虚拟输入饱和,将标称控制律设计为无约束和约束下的凸组合形式。同时,将实际输入约束转化为约束界限与飞行状态相关的虚拟输入线性多项式约束,并利用平方和(SOS)技术将多项式约束转化为线性矩阵不等式约束进行控制律求解。最后,仿真结果验证了控制方法的有效性。

基于蒙特卡罗搜索树的机动控制研究

高效解算飞机机动是无人自主空战中的必备部分,也是战机完成作战任务的重要保证。利用强化学习思想,将蒙特卡罗搜索树(Metro Carlo Search Tree)算法与飞行机动控制相结合,通过反复试错解算出飞机操纵序列,同时应用了多目标优化和滚动时域优化技术,克服了传统机动动作库方法的固有缺陷。最后,以上升转弯、桶滚机动及连续蛇形S机动为例,对某型六自由度飞机模型进行控制实现,证明了所建立的MCTS机动控制算法能够灵活可靠地实现机动控制,最后通过参数摄动实验验证了算法的鲁棒性。

考虑故障归一化的五相永磁电机低转矩脉动容错控制

五相永磁电机具有功率密度高、容错能力强的优点,能够满足多电/全电飞机高可靠作动器的应用要求。针对五相永磁电机不同类型的故障,提出一种故障归一化的低转矩脉动容错控制方法。建立了五相永磁电机不同类型故障下的降阶解耦矩阵和故障电机数学模型,剖析了五相永磁电机开路故障时二次、四次谐波转矩脉动产生的机理,提出基于双谐振控制器的谐波注入算法。同时,提出了基于转子位置的旋转变换方法,将15种不同的相绕组开路故障归一化为3种类型的故障,简化了容错控制算法。实验结果验证了该容错控制策略能有效降低五相永磁电机容错运行时的转矩脉动,提高控制系统的可靠性。

航空用油冷电机流场研究与仿真

航空用油冷电机将液压油引入电机本体形成散热油路,改善电机散热性能,提高电机功率质量比。电机通入液压油后,内部液压油的流动状态复杂,运用计算流体动力学的方法建立了航空用油冷电机CFD数学模型。对内部流场进行有限元计算与分析,得到内部流体分布和流动特性,并主要分析了电机定转子气隙高度和气隙进出口压差对定转子间气隙区域过流能力的影响,研究表明气隙高度对气隙区域流场过流能力的影响程度随着气隙高度增加而变小,而压差的变化量对过流能力的影响成线性关系。通过电机流场分析可判断油道设计是否合理并为电机油道结构优化设计提供参考。

人工智能等新技术在航空训练中的应用研究

本文系统地梳理了人工智能等新技术在战术对抗训练和机载训练系统中的应用,以及机器学习技术、混合现实技术在训练中的应用,分析了上述这些技术在航空训练领域的发展方向,研究发现人工智能等新技术已经在航空训练领域中推广应用,使训练方式从过去的集中式训练向基于云端的分布式训练转变,从以训练大纲为中心向以学员为中心转变。

异构多智能体的数据驱动输出一致性跟踪控制

针对一类异构多智能体编队一致性跟踪控制问题,考虑到实际系统中控制输入和输出均基于离散采样数据,且部分状态信息无法通过传感器获取,提出一种数据驱动的异构多智能体一致性输出跟踪控制方案。该方案利用数字采样控制方法和离散时间输入-输出采样数据,设计了包含无人机和无人车的异构多智能体一致性跟踪控制策略。通过状态观测器,利用降维输出信息实现了对全维状态信息的一致性跟踪控制。采用基于收缩映射原理的稳定性分析,验证了所提出的一致性跟踪控制方案对于每个闭环信号的有界性。同时,通过数值仿真验证了理论分析结果以及无人机和无人车的一致性跟踪控制性能。

变排量液压马达旋转驱动系统角位移控制技术

变排量液压马达旋转驱动系统具有效率高、响应快、高负载匹配性、低功率需求等优势,能够大幅提高飞机液压旋转驱动系统的效率。为实现对变排量液压马达旋转驱动系统的精确控制,需开展系统角位移控制技术研究。建立了系统的数学模型,搭建了AMESim仿真模型,分析了系统的运动特性及频域控制特性,提出了由排量回路、转速回路和角位移回路组成的三闭环串级控制方案,研究了不同控制参数对系统控制特性的影响。研究结果表明,双闭环控制无法满足旋转驱动系统的稳定条件,三闭环控制引入转速负反馈克服了双闭环控制中角位移对转速的正反馈效应,增大了位置回路的阻尼,能实现系统稳定控制。同时研制了原理样机并进行了测试验证,测试数据表明,三闭环控制方案能实现旋转驱动系统高精度位置控制,为变量马达在飞机液压旋转驱动系统中的应用提供了参考。

某型电液伺服阀振动故障研究

针对某型号伺服阀在进行试验过程中出现的振动故障,通过建立振动故障树模型,对可能造成伺服阀振动故障的污染因素、滑阀故障因素、力矩马达故障因素和前置级故障因素等进行试验验证及仿真计算,确定了故障原因及机理,并提出了解决方案。

机载捷联惯导系统振动性能提升研究

针对振动条件下,惯性测量组件产生耦合角振动,进而引起圆锥误差导致惯性导航精度降低的问题,提出了一种考虑减振器刚度不一致性与各向异性情况下,惯性测量组件振动耦合角运动的分析方法。从力学分析出发,推导了惯导系统空间六自由度矩阵振动微分方程;建立了惯导系统振动方程的数值解计算模型。其次,基于工程实际,使用数值仿真软件分析减振器批次刚度一致性和刚度各向异性的影响;并通过有限元仿真分析对比验证了减振器刚度波动导致的偏心距引起耦合角速度计算结果。最后分析了减振系统不同谐振频率对角振动幅值的影响机理。