旋翼飞行器飞行动力学系统辨识建模算法研究

描述了旋翼飞行器飞行力学模型的系统辨识建模算法,从旋翼飞行器飞行动力学建模的共性问题入手,首先采用机理建模的方法分析了旋翼飞行嚣主要气动部件所受气动力.考虑旋翼挥舞运动对旋翼飞行器飞行动力学特性的影响,建立了旋翼飞行器的飞行力学系统辨识参数化模型集.其次以子空间方法辨识初始飞行动力学模型,采用加权频域预报误差法获得最优模型的两步辨识方法解决旋翼飞行器这一非线性不稳定,多输入-多输出系统辨识问题,且所辨识模型与机理模型具有相同的结构.最后对样例直升机的悬停飞行状态模型辨识进行了数值与试飞试验验证,表明了方法的有效性.     

航空发动机PID控制参数优化的改进遗传算法

提出一种基于参考模型特征指标的P ID控制参数寻优算法。采用遗传算法(GA)优化某型涡扇发动机P ID控制参数,以理想二阶系统作为参考模型,将其与实际闭环系统输出差值平方的时间积分作为系统的适应度函数。设计过程中只需选择二阶系统的自然频率和阻尼比就能准确地实现期望的动态和稳态性能。与传统的基于系统性能指标加权的适应度函数相比,新的适应度函数计算方法避免了加权系数与系统响应形式没有明确对应关系的缺陷。新方法所选参数物理意义明确,算法简单,易于实现。     

均布压力作用各向异性矩形薄板大挠度问题

基于冯·卡门模型，选择中心挠度为摄动参数，利用摄动方法将正交异性矩形薄板大挠问题的非线性偏微分方程组逐级线性化，导出了各级摄动对应的几个线性偏微分方程组，然后再借助变分法求解，得到了均布载荷作用下正交异性矩形薄板的载荷-挠度曲线。     

数码相机标定方法研究

数码相机在计算机视觉中的应用逐渐普及和深入，在应用中数码相机的标定是相当重要的，根据数码相机的特点，提出了一种新的标定方法，针对数码相机的某一状态，先确定其内部参数矩阵，再通过采集的图像术出外部参数矩阵，首先建立了相机成像的几何模型，并将此模型分解成内、外参数矩阵。文中详细介绍了数码相机内部参数矩阵中的各元素 应的物理参数以及求解它们的原理和方法，从而建立内部参数矩阵，推导了求解外部参数矩阵的计算公式，并且介绍了相应的求解方法，再由外部参数矩阵求解出对应的物理参数，通过实验表明这种方法有相当高的精度，且操作方便。     

用卡尔曼滤渡技术识别振动系统参数

本文提出了利用卡尔曼滤波技术识别线性定常振动系统参数的方法。 首先,将系统动力学方程转化为离散的可观标准型状态方程;为了应用卡尔曼滤波技术,再将一个单输入多输出系统的标准型参数识别问题转化为若干个单输入单输出系统的状态估计问题。接着,介绍了三组实用的滤波公式以及选取滤波键所需的初始信息的方法。然后,列出了由滤波得到的标准型参数求得振动系统的复模态参数和固有模态参数所用的转换公式。最后讨论了本文所提出的方法,并给出了一个模型的模拟试验结果。     

切比雪夫多项式在动态载荷识别中的应用

依据广义正交域理论,应用一维切比雪夫广义多项式的正交性解决单自由度系统动态载荷时域识别问题,获得了基本计算模型。通过假定数据条件下定频模拟激励动态载荷,根据满足普遍意义的单自由度系统动力学方程计算出系统的加速度响应,结合应用广义正交多项式进行载荷识别的基本计算模型进行动态载荷仿真识别,并将仿真识别结果和激励动态载荷进行比对,对比识别结果,确定一维切比雪夫广义加权正交多项式应用于时域动态载荷识别在理论上具有可行性。在理想条件下,飞行器单处测点满足单自由度系统,应用试验记录的其加速度响应,通过载荷识别计算模型对其动态载荷进行了识别,给出了时域内的载荷识别结果,由于对计算模型及识别对象做了简化处理,在一定程度上降低了动态载荷识别的复杂度,因此,在将结果应用到工程实际中时还需进一步拓展。     

一种带负载工业机器人动力学模型辨识方法

针对带负载工况下六自由度关节型工业机器人动力学模型的辨识问题，提出了一种带负载机器动力学模型的参数辨识方法。在获 得机器人本体动力学模型的前提下，用Newton Euler法建立负载动力学模型进行补偿，设计激励轨迹获取负载贡献的力矩，然后用加权最小二乘法辨识出负载模型中未知参数。最后对得到的带负载完整机器人动力学模型进行验证与分析，结果表明通过辨识得到的预测力矩与测量力矩有较好的跟随性，所提出的辨识方法具有一定的工程参考价值。     

基于机器学习的机翼气动载荷重构及传感器优化布置

风洞实验通过在机翼表面布置传感器来测量相应位置的气动载荷，由于传感器布置数量有限，难以直接得到整个机翼全息气动载荷分布。本文采用机器学习方法通过有限传感器数据重构机翼表面全息气动载荷，并提出了利用仿真数据对传感器进行优化布置的方法。从计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）计算所得的机翼全息气动数据中选取有限位置数据模拟传感器实验数据，对比深度学习模型、高斯过程回归（Gaussian process regression, GPR）、支持向量回归（Support vector regression, SVR）与BP神经网络（Neural network, NN）对气动载荷的重构精度。通过评估由传感器数据重构的全息载荷精度对传感器布置方式进行优化设计。以M6机翼为例在给定的两个工况条件下验证本文所提出的方法。实验结果表明，GPR模型获得了最高气动载荷重构精度；给出了M6机翼在不同传感器总数下最优的截面数和单个截面布点数，最低传感器布置数下的最优布置方式，以及流场变化相对剧烈的前缘区域与展向截面的传感器布置方式。     

复合材料层合板屈曲优化设计的模拟退火算法应用

利用复合材料可设计性的特点对层合板结构进行优化设计具有重要意义。本文给出了一种基于模拟退火算法作为全局优化方法的复合材料层合板屈曲优化设计方法。以面内受压层合板的临界屈曲载荷最大化为目标函数,以层板各铺层方向角为离散设计变量,采用整数符号方法进行编码。对标准模拟退火算法进行改进,通过引入升温过程获得合适的初始温度,并在优化过程中记忆到当前所得到的最优值,避免概率接受方法造成的最优解丢失。编写了应用程序,对算例在不同载荷条件下进行了优化设计,并研究了模拟退火算法关键控制参数对优化结果的影响。结果表明,模拟退火算法可以应用于复合材料层板铺层顺序优化问题,且通过改进算法和控制关键参数可以有效提高算法收敛性能。     

基于ACA的飞行仿真伺服系统LuGre摩擦参数辨识

针对LuGre摩擦模型的高度非线性问题，提出了一种新型的基于ACA的飞行仿真伺服系统摩擦参数辨识方法。ACA是近几年优化领域中新出现的一种仿生进化算法，该算法采用分布式正反馈并行计算机制。在简要介绍LuGre摩擦模型的基础上，推导了ACA的LuGre模型静态摩擦参数和动态摩擦参数辨识方法，并将该辨识方案应用于某型电动飞行仿真伺服系统。实例仿真验证了本提出的基于ACA的LuGre模型摩擦参数辨识方案的可行性和有效性，该方案为辨识LuGre模型摩擦参数提供了一条新的途径。     

风洞天平动态特性多阶惯性补偿技术研究

在高超声速风洞测力试验过程中，冲击载荷或动态载荷激励测力系统结构振动，天平输出信号中包含了振动干扰量，可通过动态补偿方法进行改善，但现有方法处理方式单一，精度受限。根据测力系统结构特点，将测力系统简化为带集中质量的悬臂梁模型，应用振动理论方法，得到了该系统的自由振动解析结果。在自由振动特性研究中，考察了各个振型对测力的干扰以及各个振型加速度分布规律，提出了天平"多阶惯性补偿方法"，并得到了理论补偿系数；进而利用有限元仿真和小波变换后处理方法，对该方法进行了仿真验证。结果表明，相比传统方法，该方法有效提高了天平动态性能。     

高空发动机试车台矢量推力现场动态校准技术

根据发动机试车台矢量推力现场动态校准需求，通过系统化论证，针对试车台的技术要求及校准需求，解决发动机试车台现场实际使用和实验室校准条件不同造成的附加测量误差、试验台推力无法整体校准等问题。文中提出了利用摆锤式动态力加载装置实现标准矢量力加载的方案，为了验证设计方案的可行性，利用现有的设备研究验证校准方案，通过试验和分析给出了校准不确定度。结果表明：该方案动态性能优异，响应迅速，动态校准不确定度为2.2%，能满足高空发动机试车台矢量推力测试的需求，为后续进一步准确测试矢量推力提供了依据。     

基于非复位多元加载系统的天平体轴系静校方法研究

介绍了一种通过测量加载头位移并进行载荷轴系转换的方式获得天平体轴系校准公式的非复位式多元静校系统。基于加载方式建立了载荷地/体轴系转换方法;优化了加载头结构以保证其上所有加载点都位于加载头的纵、横向中心对称线上,从而避免了附加力矩的产生;分析了位移测量方式引入误差的原因并给出了抑制误差的方法。比较采用此静校方法获得的天平公式与采用复位式多元加载静校系统获得的天平公式处理同一次吹风数据的结果表明,本文所述的静校方法所校天平有较为理想的综合加载重复性和综合加载精度。     

脉冲燃烧风洞测力天平研制与应用

介绍了一种用于脉冲燃烧风洞高超重载模型冷、热态测力试验的腹支内式六分量应变天平研制方案。燃烧脉冲风洞试验时间短、冲击载荷大，模型重量大，要求天平能够快速响应，设计方案兼顾了刚度和灵敏度，天平静校指标满足要求。试验结果表明，天平输出信号与燃烧室压力的跟随性良好，能够正确反映模型的受力状态，轴向力系数的重复性精度达到了1.6%，天平性能稳定，由模型/天平/支架构成的测力系统在轴向力、法向力和俯仰力矩3个分量上输出信号的主频均满足脉冲风洞的测力要求。该天平方案满足重载模型在脉冲燃烧风洞试验中的测力要求。     

二维网格局部动态细化的关键技术及其在切削仿真中的应用

为了解决仿真过程中网格畸变导致的计算终止以及计算精度与效率低等问题,本文利用Python对ABAQUS有限元仿真软件进行了二次开发,提出一种二维局部网格动态细化算法。该算法通过研究网格细化准则和细化方法以及物理场的传递过程,完成了整个算法程序的开发,并应用该算法实现了在二维切削仿真中局部网格动态细化。与全局加密网格的模型相比,在保证仿真精度误差为5%以内的情况下,采用局部网格动态细化时计算效率提高了210%。最后,通过试验验证了采用该算法所建立的二维切削仿真模型的准确性,仿真结果与试验结果基本吻合。     

内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术研究

在高速风洞中对内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术进行了研究,弹舱长深比(L/D )为6.5。分析了舱门开闭动态试验风洞模拟准则,研制了气缸驱动和电机驱动两种舱门开闭运动机构,发展了舱门开闭动态试验测试技术与数据处理方法,获得了舱门运动特性及武器舱系统动态载荷特性。本文给出了 Ma =0.6,Re =1.28×107/m 的试验结果。研究结果表明:运动机构设计合理,气缸驱动与电机驱动两种方式均可实现舱门的快速开闭运动,采用电机驱动时,舱门运动速度可在较宽范围内调节;测试系统可靠,可准确获得高速气流条件下舱门开闭过程中的动态载荷及舱门运动规律;数据处理方法可行,获得了测点的能量分布特性及频谱特性,并对弹舱流场及舱门动态载荷特性进行了研究。     

轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应

建立了一种普遍的解析理论用于研究确定性载荷作用下轴向受载的单对称Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应。首先通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程，给出了计算其自由振动的精确方法，并导出了轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁自由振动主模态的正交条件。然后利用简正模态法研究了确定性载荷作用下轴向受载的Bernoulli—Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应，该梁所受到的载荷可以是集中载荷或分布载荷。最后假定确定性载荷是谐波变化的，得到了各种激励下封闭形式的解，并针对具体算例讨论了动力弯曲位移和扭转位移的数值结果。     

简化的混合估计算法及其在GPS／SINS深组合中的应用

为解决GPS/SINS深组合导航系统滤波的非线性和噪声的不确定性的问题,针对深组合模型特点,设计了一种简化的基于U滤波的多模型混合估计滤波器。根据系统模型中状态方程是线性方程、观测方程是非线性方程的特点,提出了一种简化的U滤波算法(Ultra tight coupling unscented Kalman filter,UTCUKF),然后针对噪声变化建立了非线性模型,多模型混合估计滤波器的输出为各滤波器的概率加权融合,因此模型概率是根据噪声变化而调整的,从而也使系统输出对噪声变化具有一定自适应能力。最后进行了仿真,并与基于普通U滤波的多模型混合估计算法进行了比较。结果表明,本文算法的解算时间短,模型切换速度更快,而估计的精确度与同条件下的基于普通U滤波的多模型混合估计算法相当,更符合深组合系统高动态的要求。     

影响天平测量精准度的主要因素及解决措施

天平是影响风洞中气动力测量精准度的关键因素之一,气动力实验误差的30～60%来源于天平。影响天平测量精准度的主要因素有静校误差、温度效应、位置误差和天平系统动力特性误差。本文阐明这些因素影响的程度及产生的原因并提出了一些切实可行的解决措施。