接触力控制的单腿机器人姿态控制

为了使Acrobot(Acrobat类型的单腿机器人)在运动过程中相对地面没有滑动,设计了基于接触力控制的姿态控制系统,将水平方向接触力作为内环的控制对象并限制其大小,使其总能满足摩擦锥的约束,从而保证在小腿姿态角的跟踪过程中足与地面间不会产生滑动。在Acrobot的直立姿态处,对其动力学方程进行线性化,并得到驱动力矩—水平接触力—质心水平位置—小腿姿态角的传递函数链,进而设计小腿姿态角的多环控制系统。在MATLAB中用"Sim Mechanics"工具箱搭建了Acrobot的虚拟模型,仿真结果表明,所设计的多环控制系统在实现小腿姿态角跟踪控制的同时还能保证足与地面间不产生滑动。     

基于多点空间直线拟合的调炮精度检测方法

针对火炮身管上标记两个点检测调炮精度受制于单个空间点坐标测量精度的问题,提出通过增加身管上标记点的冗余数量来提高调炮精度的检测方法。应用最小二乘原理对多个空间点进行直线拟合,并采用Monte Carlo方法对身管指向的测量精度进行分析。结果表明:标记4个点、5个点、6个点和7个点与标记2个点(传统方法)相比,其身管指向的测量精度分别提高了约6%、18%、19%和21%。该方法适用于对调炮精度检测要求较高的场合,综合考虑工作效率和测量精度这两个因素,推荐标记5个点测量身管指向。     

卫星导航系统的体系安全性分析方法

为了应对卫星导航系统内部复杂关系等体系特征为其安全分析带来的挑战、全面识别和分析卫星导航系统面临的体系安全威胁、提高系统的安全性和服务能力,基于功能依赖网络分析理论提出了从体系角度研究卫星导航系统安全性的建模方法,重点对导航系统内组件系统之间交互关系导致的危险传播、任意失效组合进行了后果分析和原因调查。仿真结果表明该方法能清晰地描述危险传播和失效组合的过程以及进行正逆向的推理分析,也证明了该方法在卫星导航系统安全分析问题上的潜力和适用性。     

临近空间大型柔性充气囊体结构特性分析

以临近空间平流层飞艇柔性充气囊体为研究对象,根据充气结构设计理论对充气囊体结构的最小压差和应力进行计算,建立平流层飞艇充气囊体结构有限元模型。在模型验证的基础上,采用非线性有限元方法对平流层飞艇充气囊体结构特性进行仿真分析,得到了囊体结构在不同压差和吊舱载荷作用下应力和变形分布及变化规律,并分析了结构加强配置对囊体应力和变形的影响,为平流层飞艇结构设计提供技术支撑和参考依据。     

近距空爆载荷作用下双层防爆舱壁结构抗爆性能仿真分析

为探讨双层舱壁结构的抗爆性能,采用有限元仿真分析了近距空爆载荷作用下结构的动态响应过程和板材最大有效塑性应变随冲击波载荷强度的变化关系以及结构的失效破坏模式和动态吸能特性,并与相同材料同等重量的传统加筋板架进行了比较,最后对抗爆性能较好的CI型双层舱壁结构进行了结构抗爆的近似优化。研究结果表明:双层舱壁结构能够有效避免局部撕裂失效的破坏模式;相同冲击波载荷作用下,双层舱壁结构吸能较大,但结构板材的最大等效塑性应变却比加筋板架小,因而抗爆性能明显优于加筋板架;通过结构抗爆的近似优化可得到抗爆性能更优的双层舱壁结构,可为工程中双层舱壁结构的选型和抗爆防护结构单元的设计提供参考。     

高速射弹超空泡的形态特性

为了掌握高速射弹超空泡的形态特性,利用某口径火炮进行了射击试验,射弹最大初速达900m/s。获得了射弹超空泡形态的高速影像;分析了射弹超空泡形态演变过程及超空泡形态参量(长度、直径、长细比等)随空化数变化的规律。研究结果表明:空泡直径变化分为快速扩张阶段、缓变阶段和快速收缩阶段,三个阶段耗时比约为7∶12∶6;空泡的扩张过程与收缩过程耗时比约为2∶1;空泡无量纲长度、无量纲直径和长细比均随着空化数的增大而减小。     

高超声速滑翔飞行器气动性能的数值模拟研究

由于具有高的升阻比,乘波构型被认为是高超声速滑翔飞行器的重点参考外形.考虑到高超声速条件下严重的气动加热问题,乘波构型的尖锐前缘需要进行钝化处理,其表面流动特征及气动性能也随之发生变化.基于参考弹道,本文分析了高超声速滑翔飞行器沿飞行轨迹的表面流场特征,并对其在典型飞行工况下的气动性能开展了数值模拟研究.结果表明:对于采用乘波布局设计的高超声速滑翔飞行器,其驻点流动存在三维效应,不能简单视为球头或圆柱绕流;钝化可以缓和严峻的受热形势,同时对其气动力性能造成影响:在2cm钝化半径条件下,其升阻比下降12.34％;高超声速滑翔飞行器的表面受热存在明显的分区特征,不同区域可采用不同的防热处理方法.     

动态滑翔运动建模、机理分析与航迹优化

信天翁凭借动态滑翔的飞行技巧从梯度风中获取能量,从而在几乎不拍翅膀的情况下进行长时间、长距离飞行,这种技巧应用于小型无人机上可拓展其完成任务的能力。基于飞行器动力学对梯度风场中的无人机运动方程进行推导和简化处理;利用简化的运动方程,分别从非惯性参考系中的动能定理和机械能变化的角度,对动态滑翔获取能量的机理进行分析;利用微分平坦法,以最小平均控制输入变化率为目标函数,对徘徊模式和平移模式的动态滑翔航迹进行优化计算。分析结果表明:逆风爬升、顺风下滑是动态滑翔基本获能方式。优化结果表明:控制输入变得更加平滑,甚至出现阶段性的常值,使得控制更加简化;徘徊模式下,当风梯度作为决策变量时,优化过程可在[0,0.5 s-1]的区间上找到使得目标函数值最小的风梯度;平移模式下,目标函数值在该区间上单调递减。     

道路网络分层的快速路径诱导算法

路径诱导在现代交通和部队机动过程中具有重要应用,传统路径诱导算法(如Dijkstra算法)具有很高的计算复杂度和搜索空间,所规划路径仅仅是数学意义上的最短路径,很难满足实际道路交通导航诱导要求.为了降低路径诱导算法的搜索空间,同时使得规划的结果更能体现驾驶人员行车偏好,提出一种基于道路网络分层的快速路径诱导算法,在利用道路网络中道路的不同等级特性对路网进行分层处理基础上,通过限制算法搜索区域达到快速路径规划的目的.实验结果表明,该算法解算出导航路径中大部分是由快速路段组成,能很好地满足驾驶人员的选路偏好,路径搜索时间和搜索空间也大大减少.     

带末端机动的导弹再入段拦截问题研究

针对带末端具机动的导弹再入段特点,运用空气动力学理论探索导弹再入段拦截问题.首先通过分析,得到来袭导弹弹道轨迹.其次,根据来袭导弹的不同特点,分别设计了含滑动平均的比例导引律迭代算法和变比例导引律迭代算法,得到了在不同算法下的拦截仿真模型.使用Matlab进行模拟仿真研究,与传统比例算法下的拦截效果相比较,该算法不仅在末端不机动条件下,而且在末端带机动甚至复杂机动时,能够更精确地拦截目标,较好地满足了防御作战中的导弹拦截需求.