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关键词： 高超声速飞行器   不确定性   线性/非线性切换自抗扰控制   自适应切换   滑模控制  

摘要： 高超声速飞行器被定义为能够在临近空间以超过5倍声速持续飞行的飞行器。因其出色的隐蔽性和突袭防御能力,在军事和民用领域上都具有极其重要的价值。由于高超声速飞行器具有快时变、强非线性、强耦合性以及强不确定性等特点,因此在控制器设计中不仅要满足约束条件下的高精度制导要求,还需要控制系统具备强鲁棒性。针对上述问题,本文以自抗扰和滑模控制为基础,深入研究使控制系统具备高精度和高抗扰能力的控制设计。主要工作如下: (1)针对高超声速飞行器需要实现高精度的姿态跟踪控制问题,提出一种线性/非线性切换自抗扰控制。首先,在刚性模型基础上重构面向姿态控制模型。其次,将实时控制系数和线性/非线性切换扩张状态观测器的估计信息引至线性/非线性切换控制律设计,进而完成控制和补偿作用。最后,通过仿真表明,与线性和非线性自抗扰控制相比,该方法能够在不同干扰因素下具备更高的控制精度和更高强的鲁棒性。 (2)针对高超声速飞行器需要在实现速度和高度控制的同时保证其姿态角的稳定问题,提出一种基于线性/非线性切换自抗扰控制的同步自适应切换策略。首先,在刚性模型基础上重构面向速度和高度控制模型。其次,针对多回路系统设计控制器,将同步切换思想应用于同一子系统的多回路控制,以保证切换的稳定性。再次,利用神经网络实现切换策略的自适应性,以此提高控制系统的性能。最后,通过仿真表明,该控制方法能够解决多回路的频繁切换和不同步切换问题,并且与线性和非线性自抗扰控制相比,在其速度和高度的跟踪控制上仍具备更优的控制性能。 (3)为进一步考虑高超声速飞行器存在的弹性模态和非匹配干扰问题,提出一种基于扩阶线性/非线性切换扩张状态观测器的积分终端滑模控制。首先,在弹性模型基础上重构面向速度和高度控制模型。其次,设计能够同时估计匹配和非匹配干扰的线性/非线性切换扩张状态观测器,并对其进行收敛性分析。再次,将估计信息引入积分终端滑模面,从而完成积分终端滑模控制律的设计,并对其进行稳定性分析。最后,通过仿真表明,其控制方法能够有效抑制非匹配干扰的影响,并且相较于基于线性和非线性扩张状态观测器的积分终端滑模控制,其切换控制方法具备更高的控制精度和更强的抗干扰能力。

关键词： CiADS反应堆   二回路系统   熔盐   湍流混合对流换热   雷诺应力模型  

摘要： 铅冷快堆作为第四代先进核能系统的六种堆型之一,具有中子能谱硬、固有安全性高和热工水力特性良好等优点,其被选为我国“加速器驱动嬗变研究装置”(China initiative Accelerator Driven System,CiADS)的乏燃料处理终端。CiADS次临界反应堆正常运行时,通过主换热器将堆芯产生的热量传递到二回路系统,然后由二回路系统空冷器再传递到大气环境中。熔盐是CiADS次临界反应堆二回路系统的备选介质,在二回路系统换热器运行过程中熔盐介质内部会产生温度差和密度差,当换热器的热流密度达到一定值时,重力作用下的密度差会在熔盐换热过程中产生较大的浮升力,可能会将湍流强制对流换热转变为湍流混合对流换热,而目前国内外对熔盐的湍流混合对流换热特性研究并不充分。因此开展基于CiADS反应堆二回路系统的熔盐湍流混合对流换热特性研究具有重要意义。 CiADS反应堆二回路系统的熔盐介质方案主要包含两类换热器,分别是翅片管熔盐空冷器和铅铋-熔盐主换热器。本文基于这两类换热器的设计需求开展了水平、倾斜条件下冷却圆管内湍流混合对流换热特性模拟研究,完成了主换热器原理样机设计并分析了浮升力对其换热能力的影响。研究取得的主要成果如下: 1)通过文献中方管内熔盐湍流混合对流换热的实验结果对包括RNG k-ε模型,Realizable k-ε模型,SST k-模型和基于ε的雷诺应力模型在内的多种湍流模型和壁面设置的适用性进行评估,发现基于ε的雷诺应力模型结合增强壁面处理的方法能够给出较好的预测结果。 2)通过对不同直径下水平管道内Hitec熔盐湍流混合对流换热特性分析,发现浮升力引起的二次流会导致管道上半部分壁面的换热能力随着浮升力的增加而增加,管道下半部分壁面的换热能力随着浮升力的增加而降低,管道整体平均换热能力随着浮升力的增加先增加后降低。本文基于数值研究结果提出了用于表征浮升力效应的准则数Bo,并提出了浮升力开始影响换热以及总体换热能力开始下降的Bo临界值。同时本文针对水平管道不同区域的换热特性,分别给出了管道不同区域的平均湍流混合对流换热关系式。 3)在水平管道的基础上研究了倾斜冷却圆管内Hitec熔盐的湍流混合对流换热特性,分析了冷却向上流动时出现的二次流削弱及流动反转现象,以及冷却向下流动时出现的二次流增强及流动加速现象。同时本文基于不同倾斜角度下的换热特性,针对管道不同区域壁面分别提出了包含倾斜角度为自变量的平均湍流混合对流换热关系式。 4)基于水平和倾斜角度下Hitec熔盐湍流混合对流换热特性研究结果,对CiADS反应堆二回路系统熔盐方案空冷器的设计选型提出建议:优先选择竖直向上流动布置,此时换热始终得到增强;不推荐水平布置或者接近水平的倾斜布置,此时会在管道截面引起较大的换热不均匀性;倾斜布置时优先考虑冷却向上流动,但此时要避免过大的Bo值,以防出现流动反转现象。 5)基于CiADS次临界反应堆主换热器的设计和实验验证需求,开展了主换热器原理样机设计,并设计了一套测量系统和配套的仪表定位工装,同时分析了浮升力对主换热器原理样机换热特性的影响。 本研究部分满足了熔盐介质换热器的工程设计需求,给出了水平圆管内浮升力开始影响湍流换热的判断标准,分析了倾斜角度对熔盐湍流混合对流换热特性的影响,并针对管道不同区域提出了不同倾斜角度下的熔盐湍流混合对流换热关系式,同时设计了主换热器原理样机。本研究内容可为CiADS次临界反应堆二回路系统熔盐介质方案换热器的设计提供支撑。

关键词： 内部控制   业务财务一体化   优化策略  

摘要： 当前企业在实施业财一体化过程中存在内部控制制度不完善、财务信息化滞后等问题。为了提升企业资源配置效率与风险管理水平,本文围绕基于内部控制的业务财务一体化策略展开探究,探讨了内部控制在业财一体化中的理论基础与实际应用,提出了完善内部控制制度、推进财务信息化建设,以及优化业务财务流程等策略,以期为企业实现精细化管理与风险管控提供理论支持与实践指导。

关键词： 腔镜手术机器人   远心机构   力感知手术器械   夹持力传感器   控制系统   主从控制  

摘要： 腔镜手术机器人在医疗领域扮演着重要角色,它们可以提高手术的精准度和安全性,但在手术过程中依旧存在夹持力与外作用力耦合从而导致力检测不准确的问题。针对如何解除夹持力与外作用力的耦合以及如何通过搭建软硬件平台实施主从遥操作来验证腔镜手术机器人夹持力与外作用力解耦方法的有效性和力检测的准确性的问题展开研究。论文的主要工作如下: 搭建腔镜手术机器人系统。腔镜手术机器人系统包括主手端和从手端,从手端主要为远心机构和腔镜手术器械。根据手术的临床实际要求,设计基于双平行四边形结构的三自由度远心机构,该机构具有两个转动关节和一个直线移动关节。其次是腔镜手术器械,该器械具有四个自由度,提供偏航、俯仰、开合、横滚运动。 提出夹持力与外作用力解耦方法,设计单轴夹持力传感器。为解除夹持力与外作用力的耦合,设计机械解耦机构,通过解耦机构中的解耦线轮间接测出钢丝的张紧力。设计单轴夹持力传感器,将解耦机构集成在夹持力传感器中,对传感器进行优化和静态标定,验证传感器的合理性。将夹持力传感器与手术器械集成,有效检测与患者组织接触时产生的力分量。 构建基于Windows系统的实时控制系统。采用Windows实时操作系统为底层,搭建腔镜手术机器人的控制系统软硬件架构,并针对控制软件实施分层设计。任务按照功能进行划分,明确具备实时性质的任务的构造与优先次序。对于系统的实时性能进行评估和分析。 提出腔镜手术机器人主从控制策略与方法。针对手术机器人系统的主从异构的特性,提出一种建立在笛卡尔坐标系上的增量式主从控制方法,以达到医生操控时手与视觉的同步控制效果。建立从手远心机构的运动学模型,提出主从一致性映射方法。开发主从术中同步调整、主手抖动滤除以及手术操作的安全性约束诸多主从控制功能。 对腔镜手术机器人系统进行轨迹跟踪和组织触摸体外实验。将远心机构和力感知手术器械进行集成,根据控制系统和主从控制策略对腔镜手术机器人机器人系统进行实验研究。在训练单元上执行轨迹跟踪操作,根据主手末端与器械末端的空间位置,检验控制系统的即时响应性以及主从控制策略的准确性。进行组织触摸实验,通过组织刚度图来验证夹持力与外作用力解耦方法的可行性以及力检测的准确性。

摘要： 教育部教育考试院编写的《高考试题分析(2024年版)》于2023年8月由语文出版社正式出版。本套书是教育部教育考试院唯一授权出版的高考复习类指导用书。一、主要内容本套书分为语文、数学、英语、文综、理综、日语和俄语7个分册,深入分析20套2023年高考全国卷,包括全国甲卷、全国乙卷、新课标Ⅰ卷、新课标Ⅱ卷。不仅呈现高考真题、提供参考答案,还对试题进行分析。

关键词： 高超声速飞行器   多源不确定性问题   自抗扰控制   滑模控制   固定时间控制  

摘要： 高超声速飞行器作为新世纪世界各国军事博弈的重要战略武器平台,同时有着显著的经济价值,受到了世界大国的广泛关注。但是与传统飞行器相比,高超声速飞行器不仅会面临极端的飞行环境,而且其推进系统和结构动力学之间具有的强烈相互作用以及刚性和弹性动力学之间的强耦合都很难被测量,都将会对飞行器控制系统造成不可避免的干扰,这些不确定性问题不仅会导致飞行器的操纵性能受到影响,使其难以准确地响应飞行指令,还会使飞行器的稳定性下降,甚至会导致执行器失去操纵能力而产生灾难性的后果。针对高超声速飞行器巡航段的跟踪抗干扰控制问题,本文考虑外部干扰因素及执行器故障等多源不确定性,展开了以下研究: (1)在纵向通道分别阐述了刚性及弹性高超声速飞行器巡航段的数学模型,并对开环系统进行了零极点分析,以进一步探究飞行器系统的稳定性特征。此外,高超声速飞行器在巡航段容易受到参数摄动、执行器故障、外部干扰等多源不确定性的影响,因此对多源不确定性模型进行介绍,为后续控制器的设计做铺垫。 (2)针对高超声速飞行器不确定性问题,提出了一种以自抗扰控制与积分滑模控制为基础的跟踪策略。首先,通过对高超声速飞行器模型的分析,将其转变为速度子系统和高度子系统。然后,采用跟踪微分器安排系统的过渡过程,使用扩张状态观测器对系统总扰动进行估计。最后,设计积分滑模控制律代替自抗扰控制中的非线性状态误差反馈控制律。结果表明所设计的跟踪控制策略对不确定性具有很强的鲁棒性,与传统滑模自抗扰控制相比,其在调节时间、跟踪精度和控制信号平滑性方面更有优势。 (3)针对存在多源不确定性的弹性高超声速飞行器,提出了一种复合控制方案。首先,将飞行器的动力学模型转化为五个面向控制的子系统。其次,使用改进的固定时间滑模观测器来估计多源不确定性问题,并结合积分终端滑模控制技术,设计了速度和高度跟踪控制器。最后,对闭环系统的稳定性进行了分析,结果表明所设计的控制系统渐近稳定。与其他固定时间控制和有限时间控制系统相比,本文所设计的控制器在控制性能方面具有很大优势,对多源不确定性和执行器故障具有较强的鲁棒性和容错性。 (4)同样针对弹性高超声速飞行器巡航段的多源不确定性问题,提出了固定时间控制策略。首先,对上述固定时间观测器引入关于误差的滑模面,实现对外部干扰及弹性耦合效应的估计,通过对比表现了该观测器的精度得到了提高。其次,结合改进观测器和固定时间相关理论,设计固定时间滑模控制律,实现对速度和高度的跟踪。最后,通过闭环系统的稳定性分析,证明了所设计的控制系统固定时间稳定,通过对比实验,说明了所提控制器的有效性与优越性。

关键词： 高超声速飞行器   攻角   可变比热容   弯曲壁面   有限差分法  

摘要： 随着科技的飞速发展,高超声速飞行器作为一项极具突破性的技术,无论在军事领域还是在民用领域都有巨大的潜力,也因此受到世界各国的重视。但是,这一技术同样面临着极其复杂的气动力学问题,其中一项便是高温引起的严峻的热负荷。因此,研究飞行器在高速高温环境下的流动和传热规律至关重要。本文分别针对平板和弯曲壁面讨论了高超声速流体边界层的流动和传热性能。 1)根据空气动力学理论,本文利用萨瑟兰(Sutherland)公式得到粘度,通过普朗特数的计算公式得到导热系数,并分析温度对定压比热容的影响,构建了具有小攻角的高超声速飞行器的层流流动和传热边界层控制方程。利用麦考马克(Mac Cormack)有限差分法获得了稳态数值解,且验证了算法的有效性,分析了攻角和马赫数的变化对气动热的影响。结果表明:在马赫数为5时,与0°攻角相比,3°攻角时近壁面最高温度提高了约25%。通过数值计算结果拟合了近壁面最高温度与攻角和马赫数的关系。此外,对于所有选定的攻角值,飞行器近壁面处的最大切应力都超过2500Pa。随着攻角和马赫数的增加,最大壁面切应力对应的位置向后移动。 2)针对飞行器具有弯曲壁面的特点,基于粘度、定压比热容和导热系数与温度的非线性函数关系,本文在正交曲线坐标系下建立了高超声速边界层内的质量、动量和能量方程。利用有限差分方法进行数值模拟,讨论了不同攻角下速度场和温度场的分布特性。此外,与零攻角平板边界层内的变化规律进行了对比分析,结果显示具有弯曲壁面的飞行器近壁面切应力更小。 本文构建的高超声速飞行器在平板和弯曲壁面下的层流模型为进一步研究复杂流场的变化奠定了基础。根据数值计算结果所建立的经验公式可估算小攻角下的传热行为,而且不同条件下计算得到的切应力可为飞行器材料的选择提供相关数值参考。

关键词： 低雷诺数   斜沟槽   压气机叶栅   角区分离损失  

摘要： 随着燃气轮机技术飞速发展,燃气轮机被广泛应用于发电、飞机推进和其他各种工业方面。与传统的燃气轮机组相比,微小型燃气轮机具有效率高、污染小、体积小等优点,是未来动力推进领域的重要发展方向。一方面,由于微小型燃气轮机尺寸小,进口雷诺数较低,叶片表面层流区极易发生层流分离,随后触发转捩,造成较大的叶栅流动损失,严重影响其效率和稳定性。另一方面,进口雷诺数较低也容易导致了三维流动分离现象的加剧。因此,在低雷诺数的条件下控制压气机叶栅边界层分离,改善其气动性能,对提高微小型燃气轮机的性能具有重要意义。本文采用数值模拟方法,在低雷诺数(Re=2.1×10～5)条件下对斜沟槽阵列控制叶栅分离流动机理进行详细研究,本文主要内容如下: 1.在压气机叶栅的吸力面不同起始位置(10%～54%C、30%～74%C、50%～94%C)布置斜沟槽阵列,探究其对叶栅气动性能的影响。数值结果表明,不同起始位置的斜沟槽阵列均对叶栅通道内的流动结构产生显著影响。其中在50%～94%C处布置沟槽(Case3)为最佳方案,减损率可达10.32%,在30%～74%C处布置沟槽(Case2)的改型方案也能达到5.30%的减损率。改型叶栅中的斜沟槽阵列通过诱导边界层内低能流体重新分布,增强了边界层的抗分离能力。 2.选用对叶栅气动性能改善较为明显的沟槽方案,在此基础上探究不同几何参数下斜沟槽对叶栅气动性能的影响规律。数值结果表明,改型叶栅的减损率随着沟槽角度的增大呈现出递减的趋势,当斜沟槽角度为60°时,改型叶栅的总压损失系数达到最小值,当斜沟槽角度大于60°时,叶栅的总压损失系数急剧上升。此外,随着沟槽间距的增大,斜沟槽阵列中的沟槽数量相应减少,这在某种程度上降低了壁面摩擦损失。另外,改善叶栅角区分离损失的能力随着沟槽深度的增大而增大,并且存在最佳的几何设计方案(Case12)。 3.在不同进气角条件下(α=37°～39.5°),对叶栅气动性能改善较为显著的沟槽方案(Case2、Case3)进行数值研究。研究结果表明,30%～74%C起始位置的改型方案(Case2)在进气角α=37°～38°范围内降低了叶栅流动损失,提高了静压比。当进气角α≥38°时,其增大了叶栅出口总压损失系数。而50%～94%C起始位置的沟槽方案(Case3)在进气角α=37.5°～38.5°范围内提升了叶栅整体性能。从整体上看,两种方案在不同进气角条件下均减小了角区分离损失,增加了叶中部分流动损失。