本文關(guān)鍵詞：飛行器動(dòng)力學(xué)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

科學(xué)研究

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飛行器動(dòng)力學(xué)與控制研究所

當(dāng)前位置：

飛行器動(dòng)力學(xué)與控制研究所

所長(zhǎng)

龐巖

副所長(zhǎng)

譚述君

研究方向：飛行器動(dòng)力學(xué)與控制

包括：

1 航天器動(dòng)力學(xué)與控制

復(fù)雜衛(wèi)星在軌動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)

大型液體火箭“姿控-結(jié)構(gòu)-推進(jìn)”大回路耦合系統(tǒng)

大型索網(wǎng)天線形面精度分析與控制

空間太陽(yáng)能電站在軌動(dòng)力學(xué)特性分析與控制

2 復(fù)雜控制系統(tǒng)建模與非線性控制

混雜系統(tǒng)建模與控制方法

非線性廣義最小方差控制理論與方法

3 高精度保結(jié)構(gòu)數(shù)值算法研究

精細(xì)積分方法

保辛攝動(dòng)方法

科研成果

1 建立了大型液體火箭“姿控-推進(jìn)-結(jié)構(gòu)”大回路耦合系統(tǒng)模型及軟件，探討了大回路耦合機(jī)理及重要參數(shù)對(duì)大回路穩(wěn)定性的影響，復(fù)現(xiàn)了C2F火箭飛行中的POGO現(xiàn)象，為新型火箭的研制提供了參考。

*首次指出增加阻尼比有可能提高、也有可能降低耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性，分析了傳統(tǒng)臨近阻尼比法的適用性問(wèn)題。

*提出了復(fù)雜液路推進(jìn)系統(tǒng)的純微分方程模型及其自動(dòng)化建模方法，可直接應(yīng)用于POGO回路及大回路的穩(wěn)定性分析和仿真。

臨界阻尼比圖 和 大回路仿真圖

2 航天器編隊(duì)飛行隊(duì)形重構(gòu)的時(shí)變控制器設(shè)計(jì)。

以雙星編隊(duì)重構(gòu)為例對(duì)航天器編隊(duì)的遠(yuǎn)/近程逼近的最優(yōu)控制方法展開(kāi)了研究，基于自主研發(fā)的PIMCSD Toolbox設(shè)計(jì)了時(shí)變控制器，并且在航天器飛行控制仿真平臺(tái)上通過(guò)了驗(yàn)證，，研究了時(shí)變控制器對(duì)航天器編隊(duì)控制精度、燃料消耗的影響，以及在不顯著降低系統(tǒng)性能指標(biāo)的情況下對(duì)時(shí)變控制器的簡(jiǎn)化。

仿真結(jié)果（如圖2.1和表2.1所示）表明：相對(duì)于傳統(tǒng)的定�？刂破鞣桨福碌臅r(shí)變控制器方案可以在更短的控制時(shí)間內(nèi)，以更少的燃料消耗，達(dá)到更高的終端控制精度；同時(shí)所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化形式的時(shí)變控制器不僅具有良好的性能指標(biāo)，也便于工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。為航天器編隊(duì)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了重要的參考。

2.1 定�？刂破骱蜁r(shí)變控制器控制結(jié)果比較

控制方案

控制

時(shí)間

時(shí)間

節(jié)省

燃料

消耗

燃料

節(jié)省

控制精度

(x,y<1 )

定常控制器

1

/

1

/

(0.496, 0.017)

時(shí)變控制器1

0.587

41.3%

0.722

27.8%

(0.374, 0.590)

3 混雜系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制

應(yīng)用實(shí)時(shí)系統(tǒng)理論，離散系統(tǒng)理論 ，線性規(guī)劃，動(dòng)態(tài)規(guī)劃， 博弈論等方法發(fā)展了混雜系統(tǒng)控制器分析方面新理論。此理論已被應(yīng)用于（1）機(jī)場(chǎng)飛機(jī)交通控制。 其結(jié)果是使得飛機(jī)既避免了碰撞并能安全到達(dá)機(jī)場(chǎng)跑道，又能使損耗（能源消耗）降到最低。（2）自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)控制。由于活塞運(yùn)動(dòng)自由（沒(méi)有連接裝置限制）因此不容易達(dá)到穩(wěn)定，這樣就給活塞運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)很大困難。為解決這一困難，通過(guò)用混雜系統(tǒng)來(lái)建模和控制，并用Simulink 進(jìn)行仿真, 取得很好的結(jié)果，使得系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化，控制結(jié)果優(yōu)化。

  圖飛機(jī)交通控制

4多變量系統(tǒng)的非線性控制

傳統(tǒng)的控制與辨識(shí)理論主要是基于線性系統(tǒng)的，多變量非線性控制仍是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。課題組在非線性控制理論的主要貢獻(xiàn)有：非線性廣義的最小方差（NGMV）方法對(duì)于依賴狀態(tài)的多變量系統(tǒng)的控制 以及非線性廣義的最小方差控制器對(duì)于混雜系統(tǒng)的控制。除了以上理論創(chuàng)新還建立了新的計(jì)算方法,并設(shè)計(jì)了控制器.這些理論已被應(yīng)用于無(wú)人機(jī)控制，船舶控制，化工控制，汽車(chē)牽引力的控制等等，并已被證明能夠比傳統(tǒng)的非線性控制器得到更好的性能指標(biāo)。同時(shí)還開(kāi)發(fā)了其Matlab工具箱軟件包，具有良好的商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)前景。

圖 NGMV 控制工具箱

5 大型索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)分析的參變量變分原理及有限元方法

大型索網(wǎng)天線結(jié)構(gòu)分析是進(jìn)行找形分析和形面精度調(diào)整的基礎(chǔ)，而索單元拉壓模量不同引起的本構(gòu)非線性和大變形引起的幾何非線性是分析的難點(diǎn)。對(duì)此，我們結(jié)合參變量變分原理和非線性有限元方法，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為非線性平衡方程和互補(bǔ)方程的求解，提高了分析精度和收斂性，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)軟件。

圖 大型索網(wǎng)天線失效單元

6提出了處理初值、邊值問(wèn)題非齊次項(xiàng)的擴(kuò)展精細(xì)積分方法。該方法避免了系統(tǒng)矩陣的求逆運(yùn)算，而且當(dāng)非齊次項(xiàng)為多項(xiàng)式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、正/余弦函數(shù)及其組合函數(shù)的形式時(shí)，可以得到計(jì)算機(jī)精度的數(shù)值解。并推廣應(yīng)用于：非線性微分方程數(shù)值算法的構(gòu)造，無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間及變系數(shù)兩點(diǎn)邊值問(wèn)題的求解，周期時(shí)變Floquet 、Riccati、Lyapunov、Sylvester 等矩陣微分方程的求解，以及含矩陣指數(shù)函數(shù)積分的計(jì)算等問(wèn)題的研究。

  本文關(guān)鍵詞：飛行器動(dòng)力學(xué)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。