成果名称：异类逼近器耦合协同设计与控制综合理论方法及应用
参与人员：陈谋 等
成果简介：
针对传统控制方法在先进飞行器中难以实用的难题，亟需构建函数逼近器、干扰观测器和状态观测器等不同逼近器对系统不确定、外部干扰和传感器故障等进行分类处理，创立异类逼近器耦合协同设计框架，提出具有强鲁棒、高精度和快适应能力的先进控制新理论与新方法，以全面增强系统的操控性和任务完成能力。
取得的主要创新性成果如下：
(1) 构建了面向复杂非线性动态系统的函数逼近器与干扰观测器、函数逼近器与状态观测器以及干扰观测器与状态观测器的耦合协同设计框架，发掘了异类逼近器之间的耦合协同设计机理，提出了融合异类逼近器的非线性鲁棒自适应控制新方法，解决了具有输入非线性的复杂非线性动态系统存在系统不确定、外部干扰和状态不可测任意两种情况下的跟踪控制难题；
(2) 揭示了函数逼近器、干扰观测器和状态观测器的并行耦合协同设计机理，提出了融合函数逼近器、干扰估计器以及状态估计器的非线性鲁棒自适应控制综合化设计方法，构建了异类多逼近器并行耦合协同设计与控制综合理论体系，攻克了复杂非线性动态系统在系统不确定、外部干扰、传感器故障和输入非线性耦合作用下的强鲁棒抗干扰保性能跟踪控制难题；
(3) 发明了面向高超声速飞行器、无人机和微小卫星等先进飞行器基于异类逼近器耦合协同的鲁棒自适应控制新技术，并在新一代战机维修平台和智能型液压启闭机等实际复杂非线性系统中进行了推广应用，解决了先进飞行器和智能型液压启闭机等在复杂工作条件下的鲁棒自适应控制应用难题，显著提升了闭环系统控制性能，取得了良好经济和社会效益。
项目5篇代表性论文成果均发表于本领域国内外权威期刊上，总共SCI他引568次(单篇最高SCI他引242次)，其中三篇为IEEE汇刊论文(ESI高被引论文2篇)，发表于《Chinese Journal of Aeronautics》的论文被评为该期刊2015-2018年高影响力论文。
项目第一完成人陈谋教授因其在飞行器先进飞行控制方面的突出贡献获批国家杰出青年基金；入选“国家百千万人才工程”、江苏省333人才工程第二层次和江苏省特聘教授；获得江苏省青年科技杰出贡献奖和自动化学会青年科学家奖；担任《IEEE Transactions on SMC: Systems》、《SCIENCE CHINA Information Sciences》、《自动化学报》、《航空学报》等9个国内外高水平期刊编委，出版中英文学术专著3部，在控制领域国内外重要期刊发表学术论文150篇，SCI总他引4953次，2019年获评“全球高被引学者”，具有良好的学术声誉。
成果名称：全复合材料飞机大部件的材料研发设计制造一体化技术及应用
参与人员：姚卫星 等
成果简介：
针对新型运输机、特种飞机研制中面临的减重设计和抗鸟撞设计等关键技术难点，提出了机体结构并行子空间多学科协同设计优化方法，解决了复合材料结构减重与结构强度之间的矛盾，使全复合材料前缘的抗鸟撞能力超越了传统纯金属结构。新研的大部件除紧固件和翼身接头等少数零件外，梁、肋、蒙皮等主承力件均采用复合材料制造，复合材料用量超过95%，紧固件用量减少10%，结构减重达25%，颤振临界速度提高28%。
针对大部件与机身连接部位具有承载高、受力特性复杂、面外载荷效应等特点带来的强度设计难点，建立了参数化建模及强度分析平台以及复合材料结构多层次“积木式”验证试验体系，攻克了机体结构在设计载荷和极限载荷作用下的强度设计和分析问题，高效、准确预测复合材料结构破坏、损伤和失效模式。大部件应变和变形预测结果与测试结果相差分别在5%和3%以内，为大部件后续制造、测试、试验验证等研制任务提供了保障。
针对大部件整体化制造过程中存在的整体加筋壁板内部质量一致性差、蜂窝夹芯零件胶接部缺陷频发、大尺寸零件回弹变形等技术难点，改进和完善了整体加筋壁板共胶接成型、蜂窝夹芯零件三步法胶接、大尺寸前缘回弹变形补偿等工艺，使得制造的复合材料大部件内部零缺陷，固化相对变形小于0.2%，并且有效降低了结构的内应力。
针对传统飞机装配模式下工装数量多、生产周期长、响应产品变化能力低，不能适应当前小批量、多品种的发展趋势，发明了适用于机体结构装配的柔性装配工装系统，解决了大部件装配工装快速设计制造、大部件精准连接、大部件快速装配等关键技术难题，成功应用于飞机水平安定面、方向舵、背鳍等大部件装配制造。
成果名称：压电智能结构的同步开关阻尼半主动减振降噪理论及应用
参与人员：季宏丽 等
成果简介：
结构振动噪声控制是提升高端装备性能、品质和可靠性的关键技术。基于压电智能结构的同步开关阻尼（SSD）半主动减振降噪方法，通过控制原理的创新，融合了主/被动控制优势，实现了压电器件的能量再利用，具有实施简单、易集成和低功耗的优点，应用前景广阔。然而，复杂服役环境下复杂结构的振动控制方法存在效率低、效果差、环境适应性弱等难题，如何建立高效的SSD压电智能结构控制理论是亟待解决的关键科学问题。项目从压电器件-被控结构-控制电路三个方面与环境载荷匹配出发，建立了压电智能结构的传感-驱动-控制协同优化理论，提出了一系列高性能的SSD控制方法，研制了高效、轻量、低耗的SSD半主动减振降噪系统。创新成果如下：
（1）提出了多步切割浇注的压电材料制备方法，制备了高性能压电纤维复合材料器件；建立了压电器件非线性、非对称特征的力电耦合本构模型，揭示了压电智能结构整体-局部的驱动与传感耦合影响机制；建立了器件-结构-电路全耦合的SSD控制理论，揭示了不同SSD拓扑结构及电路参数对压电智能结构能量转换效率的影响规律，为SSD控制方法和系统优化提供理论支撑。
（2）提出了能量阈值型开关切换方法，降低了SSD控制电路能耗，实现了电路与复杂结构的匹配，能量转换效率提升了3倍；提出了电压自适应SSD调控方法，避免了扰动引起的能量损失，实现了电路与复杂载荷的匹配，系统稳定裕度提升40%；发明了负电容SSD操控电路，克服了电感型电路品质因子低的难题，实现了电路与压电器件的匹配，控制效果提升了6 dB。
（3）建立了压电智能结构能量双向操控理论，实现了振动控制系统能量收集再利用的功能，降低了SSD系统的功耗需求；提出了升频式和非对称式能量转换方法，攻克了低频振动环境下能量转换功率低的难题，发挥了压电器件能量转换的极限；研制了轻量低耗的高性能SSD半主动控制系统，重量低至3 kg，功耗小于10 W，取得了良好的控制效果。
研究成果出版专著1部；获学科全国优博论文1篇，江苏省优博和优硕各1篇；发表SCI论文56篇，SCI他引1145次，中文权威期刊论文20篇；授权国家发明专利24项。5篇代表作含ESI高被引论文1篇，南京市优秀论文奖1篇，总他引425次，他引作者包括智能材料与结构的创始人、院士和学会Fellow等，被评价为“性能提升显著”、“方法稳定、简单”、“大幅提升能量转换效率”等。项目成员获国家级人才工程、教育部长江学者特聘教授、国家优青、ASME Fellow、江苏省333学术带头人、六大人才高峰等。举办APVC2017等国际学术会议7次，作相关主题大会/特邀报告33次，获会议最佳论文奖8次。研究成果获江苏省力学学会力学科学技术一等奖。
