Modeling and control of the pulley buffer system of arresting cable for shipboard aircraft based on magneto-rheological fluid

Taking the MK7-3 of USA hydraulic buffer arresting device as the research subject, the dynamical model for the shipboard aircraft arresting system is established, and the magneto-rheological (MR) damper is applied to pulley shock absorbers for shipboard aircraft block system. Due to the effect of the MR damper has not been known completely and so far MR damper model has not been defined, we use a set of characteristic test of the MR damper, through the process of parameters identification, to establish the dynamical model for the MR damper based on the Bingham plastic model. Then, the fuzzy control rules are designed, the buffer control for the pulley buffer of shipboard aircrafts is completed in touchdown moment based on MR technology. Compared with blocking device of hydraulic pulley buffer in the same condition, the simulations results show that the proposed MR pulley buffer can effectively recognize the impact energy for shipboard block system and reduce the pull peak of arresting cable. It improves significantly safety during landing of the air vehicles and lowers the risk of accidents.     

磁流变半主动座椅悬架建模及振动特性分析

磁流变阻尼器力学模型及控制电流逆模型对半主动控制系统的控制精度具有重要影响.采用正弦及余弦型魔术公式，基于骨架曲线与滞回分离的建模方法，建立改进的磁流变阻尼器动态阻尼力模型；采用基于Sobol序列的差分-禁忌混合优化算法对阻尼力模型进行参数识别，构建包含激励特性及控制电流参数的通用数学模型；在试验测试及正向模型基础上，利用自适应神经模糊系统建立阻尼器控制电流逆模型.研究结果表明：本文建立的正逆模型均能够有效表征磁流变阻尼器的非线性行为及滞回特性；改进魔术公式模型在不同激励特性及电流工况下的平均百分比误差在3.4%附近变化；逆向动力学模型计算的控制电流误差均方根值为0.086 9～0.1171 A；经过控制电流逆模型与阻尼器正向模型串联模型计算的预测阻尼力误差均方根值为阻尼器最大阻尼力的5.6%；通过试验测试与仿真结果对比，验证了本文提出的阻尼器数学模型具有较好的精度和适用性，能够改善座椅悬架系统振动传递特性.     

Impact arresting process mechanical modeling and sliding model buffer control based on magneto-rheological fluid

The research on the form and control method of impact load arresting buffer has been an active topic in the field of buffer arresting system (BAS). It becomes significant on reducing the weight of arresting system, improving the hindered efficiency, and guaranteeing the security of BAS. The hydraulic hindered device of impact load is currently used in BAS. There are some problems. For example, the system needs large power sources. However, once the power of active hydraulic control system is turned off, there arise unpredictable security risks. An arresting form of semi-active control based on magneto-rheological damper (MRD) is proposed, and the mechanical model of the BAS is established. Meanwhile, the state equation of impact load BAS is established according to the characteristics of impact load buffer arresting, and its sliding model buffer control is achieved. Due to the chattering characteristic of the output signal of sliding mode controller, the method to prevent chattering is designed based on short-term energy and zero-crossing rate detection. For the model and chattering suppression of sliding model buffer control algorithms, simulation results show that the proposed state equation and the arresting model are reasonable, and the design of semi-active control algorithm is effective. On the condition of the buffer control system requirement and the accuracy, the proposed algorithms effectively control the chattering of sliding mode control algorithms, and improve the security of the BAS.     

内置磁流变阀对磁流变阻尼器动力性能的影响

为提高阻尼器在结构尺寸受限时的输出阻尼力，以磁流变阻尼器为对象，研究了内置磁流变阀结构对磁流变阻尼器动力性能的影响；通过改进传统磁流变阻尼器活塞头结构，将磁流变阀内置于阻尼器内，设计了一种内置阀式磁流变阻尼器，阐述了内置阀式磁流变阻尼器的结构与工作原理；对阻尼器的磁路进行了简化，并利用磁路欧姆定律对其进行了磁路分析；根据磁流变阻尼器的工作模式，建立了内置阀式磁流变阻尼器的阻尼力数学模型；利用有限元软件ANSYS对阻尼器的电磁特性进行了仿真分析，得出了不同电流下液流通道内磁感应强度的分布情况；结合阻尼力数学模型，利用MATLAB软件对阻尼器的动力性能进行了仿真分析；为验证阻尼器设计的合理性，搭建试验台对阻尼器的动力性能进行了测试分析，并将试验与仿真结果进行对比。研究结果表明:仿真与试验结果具有较好的一致性；不同外界激励与速度变化对输出阻尼力影响较小，内置阀式磁流变阻尼器能在不同工况下输出稳定的阻尼力；输出阻尼力与阻尼可调系数近乎线性随励磁电流增长；当电流为1.2 A时，输出阻尼力高达7.521 kN，阻尼可调系数可达9.7。可见，内置磁流变阀结构可在受限体积下有效延长阻尼通道长度，使磁流变阻尼器输出较高的阻尼力，且具备较宽的阻尼可调范围。      

磁流变减振器结构设计与试验研究

针对设计制造的基于混合工作模式的单级磁路与双级磁路磁流变减振器,在伺服试验台上对所设计制造的减振器进行了试验研究。分析了两种结构的磁流变减振器在不同激励电流的作用下示功特性曲线的特点及速度特性曲线特点。试验表明:双级磁路活塞减振器阻尼力变化范围更大,比同样结构的单级磁路活塞减振器性能更为优越,为磁流变减振器的进一步优化设计提供了依据。     

磁流变阻尼器的神经网络建模及在半主动控制中的应用

应用神经网络技术建立了磁流变阻尼器的逆向模型,该模型含有4个输入神经元、1个输出神经元和15个隐层神经元．利用Bouc—Wen修正模型数值仿真生成数据,然后采用Levenberg—Marquardt法和OBS策略对逆向模型的结构进行训练和修剪．最后,将所建的磁流变阻尼器逆向模型应用于1／4车悬挂模型中,进行半主动控制的仿真分析．结果表明,所建立和优化的逆向模型可以较好地预测所需电流指令,应用于半主动控制中的效果明显．     

磁流变气动变阻尼系统应用的实验研究

磁流变液是一种智能材料,基于磁流变液阻尼器的气动伺服系统具有阻尼率高,可控性好等优点.基于自行搭建的实验平台,针对磁流变液气动伺服系统中所出现的非线性现象,可重复性低等固有问题,分析了问题及其产生的原因,提出了部分解决方案,并通过仿真或实验加以验证.     

磁流变减振座椅模糊控制器的设计与仿真

采用半主动控制理论和方法,建立了座椅可控磁流变阻尼非线性控制系统的数学模型。采用模糊控制策略设计了控制器,实现阻尼力的连续控制,从而改善座椅的动态特性,提高乘座舒适性。对系统进行了模拟仿真,结果表明减振效果良好,具有实用价值。     

基于时间富余度控制的滑行道调度优化模型

针对机场场面运行中部分航空器剩余滑行时间较短、准时性低的现状,研究滑行道调度优化问题。在构建基于时间富余度控制的滑行道调度优化模型中,优先考虑以剩余滑行时间为主的航空器动态优先级;以我国某大型机场的场面运行数据为基础,采用生物地理学算法进行仿真验证。结果显示：与经典的先到先服务策略相比,航空器到达滑行终点的误差由1499 s降至553 s,降低了63.1%,冲突航空器到达误差从371 s降至147 s,降低了60.3%;在冲突解脱方面,由剩余滑行时间较多的航空器承担更多的冲突等待,有效减少航空器滑行冲突次数,保障后续停机位指派与跑道调度的有效性,大大提高了滑行道的滑行效率。     

粘弹性阻尼器隔震结构的振动控制研究

对设置粘弹性阻尼且基础隔震结构的混合振动控制问题进行了研究.采用开尔文模型模拟粘弹性阻尼器所产生的非线性力,推导出混合控制的运动微分方程,结合线性二次型最优控制理论（LQR）,用MATLAB编制相应的动态仿真程序进行动态仿真.研究结果表明：设置粘弹性阻尼器隔震结构采用混合控制是有效的,结构的隔震层相对位移和顶层位移反应大大降低.     

磁流变阻尼器减振性能的试验研究

在对磁流变阻尼器的结构特点和材料选择原则分析的基础上,设计制作了磁流变阻尼器,计算了阻尼器的磁通量等参数.制定了试验方案.采用磁流变阻尼器作为被动控制器件,以拉索为试验对象,进行了磁流变阻尼器在人工激振下的试验和简谐激振下的试验,给出了试验结果.并探讨了阻尼器在不同电流输入时的减振效果,研究了不同索力和不同电流输入时磁流变阻尼器对拉索模态频率的影响.     

一个鲁棒性冲突解脱轨迹规划模型

针对固定航路飞行条件下高密度运行空域多航空器实时冲突解脱轨迹规划问题,为了获取高空风场数值及增强航空器冲突解脱轨迹的鲁棒性,根据航空器的运行状态构建了高空风场线性和非线性滤波模型.采用模型预测控制理论,通过将预测模型的校正过程转化为高空风场数值的滤波过程,在给各航空器设定解脱优先权重及考虑两类解脱变量物理约束条件的前提下,从航空器的动态协同特性出发,构造能够反映控制输入量优劣的指标函数,提出一种能够适应空域环境变化的冲突解脱航迹在线滚动规划方案.算例分析表明,所提出的在线解脱轨迹规划方案可行有效.     

基于约束编程的飞机排班问题研究

飞机排班是航空运输生产计划的重要环节,对航空公司的正常运营和整体效益有着决定性影响.飞机排班通常构建为大规模整数规划问题,是航空运筹学研究的重要课题,构建的模型属于严重退化的NP Hard问题.本文把飞机排班问题构建为多商品网络流模型,并应用列生成算法求解;在列生成子问题中,引入约束编程系统实现快速求解航班连线（航班串）并计算各航班串简约成本,动态选择列集并与限制主问题进行迭代.最后,利用国内某航空公司干线航班网络实际数据验证模型和算法的有效性,并与航空公司实际排班进行比较研究.     

考虑多因素的不正常航班飞机计划恢复模型

为降低不正常航班给航空公司带来的负面影响,提出了一个以加权成本最小为目标的考虑 多个影响因素的不正常航班飞机计划恢复模型。模型目标函数考虑的因素包括航班延误与取消、飞机维护以及航班运行过程中与飞机和机场相关的各项改变,并且在约束条件中考虑了过站时间 等因素。针对所提出的模型设计遗传算法进行求解。基于大规模航班数据设计算例对模型和算法进行验证,研究结果表明：遗传算法适用于求解所提出的模型;通过对模型求解可以得到合理的 飞机计划恢复方案;除机场关闭之外,飞机维护任务、过站时间等因素对于航班的执行具有重要影响,因此在飞机计划恢复问题中应该考虑多方面的因素。算例结果证明了模型和算法的正确性 和有效性。     

航空器推出决策的优化研究

航空器推出决策一直是机场场面管理的重要研究方向和研究难点．目前,航空器推出决策一般是基于航班飞行计划和地面管制员而给出的,基于航班飞行计划是一种被动型不灵活的手段,地面管制员是根据人工估计滑行道的航空器架次和起飞跑道容量,从而发出推出许可指令,这种做法造成了跑道和滑行道利用率的降低．文中提出一种基于场面监视系统的航空器推出决策优化方法;然后建立了航空器推出决策优化模型,并使用最有可能状态（MLS）启发式算法进行求解;最后对武汉天河国际机场的航空器推出决策优化进行仿真验证,结果表明,优化的航空器推出决策与传统方法相比跑道利用率最大可提高4．8％．     

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为改进航空器计量方法在评估交通态势复杂度时的局限性,本文建立了一种空中交通复杂性评估模型.基于空中交通的结构因素,模型构建了距离因子和冲突因子,能够反映航空器之间的相对距离与航迹交叉作用对于复杂性的影响.针对广州区域扇区进行的交通复杂性指标评估结果表明：航空器数量的变化会引起目标空域交通复杂性的变化,但后者对前者的响应并非完全同步;两者的变化程度不完全相同,且变化趋势可能相反.对相应交通态势的回溯和分析表明,相比基于航空器数量的评估方法,交通复杂性指标能够更加客观地反映空域状态的变化特征.     

基于BADA及航空器意图的四维航迹预测

为了提高航空器四维轨迹预测的准确性,提出了基于航空器性能数据以及航空器意图的四维航迹预测方法.通过统计分析航空器实际雷达轨迹数据,根据水平轨迹、高度和速度剖面等构建了航空器意图模型.采用航空器意图模型与航空器动力与运动学模型相结合的方法,考虑气象因素,基于性能数据设计了四维航迹预测模型.以国内某机场进场航班ACA025与CES2161为例进行了模拟,将预计到达时刻与实际到达时刻的误差作为评价指标,结果表明:本文提出的算法可以将通过航路点时刻的误差控制在30 s以内.      

基于复杂性的多扇区移交策略优化

现有多扇区移交间隔管理研究往往忽视扇区复杂性，可能出现扇区局部复杂性不均衡等问题，对空域造成一定安全隐患。本文充分考虑多个管制扇区复杂程度，提出一种新的管制移交间隔优化方法。首先，基于扇区之间复杂性的相互影响关系，建立大型区域管制中心多扇区网络模型。其次，提出航空器进入多扇区边界时刻调整，航空器进入各个扇区时刻调整以及航空器高度层重新配备等3种策略，建立以多扇区复杂性的均值、均衡程度和航空器总延误为目标的移交策略优化模型，并采用多目标遗传算法进行求解。最后，基于北京区域管制中心(ZBAAAR)的实际运行数据进行仿真分析。结果表明：3种策略可使复杂性均值分别降低2.2%,2.8%,6.0%，可使复杂性均衡程度分别提高1.76%,1.83%,1.38%，基于航空器进入时刻控制的两种策略导致航班平均延误时间分别为-295 s和-214 s，验证了模型及算法的有效性。     

基于颗粒阻尼的矿用自卸车振动舒适性

采用颗粒阻尼技术对驾驶室座椅进行减振, 提高其振动舒适性; 选择与驾驶室底板和座椅连接的基座作为颗粒阻尼器, 建立了基座阻尼器的离散元模型; 模拟整车在发动机最高转速下的振动环境, 针对不同阻尼器方案(颗粒材质、阻尼器分层数、颗粒粒径和颗粒填充率), 通过离散元仿真计算逐一进行耗能分析, 得到了最优方案; 对实物模型进行试验, 对比原结构与增加阻尼颗粒后基座的加速度均方根, 确认减振效果, 将试验与仿真计算结果进行趋势对比, 验证了离散元模型的可行性; 在实际样车试验中应用最优方案, 采集了座椅在发动机不同转速下的响应, 进行了数据分析; 针对最高转速的工况, 进行了人体振动暴露的舒适性分析。研究结果表明: 从频域图的单峰最大值来看, 减振前座椅最大加速度响应出现在425 Hz处的0.643 4 m·s-2, 安装颗粒阻尼器后最大值为25 Hz处的0.087 5 m·s-2; 从时域图来看, 当发动机转速分别为750、1 110、1 470、1 830、2 200 r·min-1时, 安装颗粒阻尼器后座椅加速度均方根综合减幅分别达到24.2%、29.6%、34.7%、39.2%、46.0%, 发动机转速越高, 颗粒阻尼器的减振效果越好; 安装颗粒阻尼器后各频段舒适性界限时长均有大幅度增加, 频段为3.1和4.0 Hz时, 安装颗粒阻尼器后舒适性界限时长均提升了1.50倍, 为20 Hz时, 安装颗粒阻尼器后舒适性界限时长提升了1.57倍。      

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航班计划运行仿真是一个高效的、低成本的、高准确度的、动态的航班计划评估方法. 随着国内航空运输量的增加和航线网络的扩展,对航班计划的可行性和经济性提出了更高的要求. 本文以ServiceModel仿真软件为平台,构建了一个国内航班计划在航线网络层面运行的仿真模型. 仿真模型通过模拟航班在地面过站和天空飞行等运行过程（包括国内150个机场）,不但可以根据航班延误时间,缓冲时隙,轮挡时间,飞机利用率等参数评估任何一个国内航班计划,还可以在运行过程中为不正常航班恢复系统提供随机延误航班,并对恢复结果进行评估.