为提高高速磁浮直线同步电机模型精度，基于电磁铁模块磁共能重构，提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法. 首先，建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型，利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据，通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型；其次，根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程；然后，根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型，并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度；最后，通过硬件在环仿真系统进行实验验证. 试验结果表明：本文所提建模方法与传统建模方法相比，推力波动幅值增加超过6.8%；并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响，当励磁电流谐波幅值增加0.5、1.0、2.0 A时，推力波动幅值分别最大增加54.3%、26.2%、83.7%；当励磁电流谐波频率为5、10、20 Hz时，推力的谐波频率最大达到5.14%，21.75%和14.17%.

为研究和识别转子系统在轴承处发生的平行角度混合不对中，提出一种频谱辨识转子-磁轴承系统固有不对中量大小的方法. 采用动量矩定理将圆盘不平衡力对转轴的影响等效到转子轴向力上，建立考虑轴向径向耦合效应的刚性双偏置圆盘转子-磁轴承系统的动力学模型；通过SIMULINK仿真得到系统时域下的位移和电流响应，分析不对中条件下转子系统动力学特性，并利用快速傅里叶变换将时域响应转换为频域响应，基于频域下最小二乘算法得到转子系统不对中量大小. 结果表明：在冲击激励影响条件下，采用该方法计算的不对中量大小误差均在5.0%以内，当转子受到外界扰动力时，该算法能够准确定量识别转子的不对中量，可为不对中转子-磁轴承系统故障诊断及自修复提供理论参考.

在多电航空发动机中，主动磁悬浮轴承因其耐高温、非接触等特性可以突破温度对支承部位的限制，使支承部位能够更靠近燃烧室. 为探究温度对磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响规律，提出一种高温磁悬浮轴承转子系统动力学建模方法. 通过仿真得到转子在不同温度下的温度分布，并使用多项式拟合转子轴向温度分布；基于有限元方法推导柔性转子单元的动力学模型，引入温度影响，建立考虑温度影响的磁悬浮轴承转子系统整体动力学模型，并通过模态试验验证模型的准确性；基于理论动力学模型分析系统的动态特性. 结果表明：温度升高会导致转子的前三阶支承模态频率下降，增大各阶幅频响应幅值；当温度从常温升至450 ℃时，转子的前三阶弯曲支承模态频率分别降低了3.818%、5.670%、3.183%，前三阶弯曲模态幅频响应幅值分别升高了83.4%、34.4%、24.1%.

磁悬浮轴承-转子系统中，螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动，同时振动频率随转速明显变化. 为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制，提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法. 首先，通过建立考虑界面接触的动力学模型进行仿真预测，获得振动频率的变化范围；其次，通过频响拟合的方式对转子传递函数进行重构，并将仿真得到的振动频率变化范围以加性不确定性方式引入到重构传递函数中，得到考虑模态频率不确定性的被控对象模型；最后，基于该模型设计兼顾参数摄动和外力扰动的鲁棒性、闭环系统稳定性和防止控制电压饱和等多功能的H∞ 鲁棒控制器. 数值仿真结果表明：该控制器在模态频率处具有宽频带阻的频响特性，能够抑制磁悬浮轴承转子系统的弯曲模态振动；采用该方法设计的H∞ 鲁棒控制器后，转子弯曲模态振动幅值最少减小90%.

针对存在非线性、耦合性和不确定性的磁悬浮转台的高精度运动控制问题，提出一种基于非线性干扰观测器的分数阶滑模控制方法以提高跟踪精度. 首先，基于系统电磁力模型和动态解耦方法，构建六自由度磁悬浮转台系统动力学模型；其次，设计非线性干扰观测器，对包含系统误差、六自由度间耦合项和外界干扰的集总扰动进行估计，证明了估计误差有界且可调节到任意小；然后，在离散域提出了一种分数阶滑模面，采用分数幂函数替代传统符号函数来抑制抖振，引入分数阶微积分来减小跟踪误差；最后，设计有限时间收敛的分数阶滑模控制策略，并利用李雅普诺夫稳定性理论证明闭环系统稳定性. 实验结果表明：与整数阶滑模控制方法相比，采用所提方法，2个水平自由度和绕竖直方向旋转自由度对三角波的跟踪误差均方根分别减小了12.8%、16.8%和23.7%，最大跟踪误差分别减小9.26%、13.00%和33.20%；跟踪圆形轨迹时，2个水平自由度的跟踪误差均方值分别减小6.39%和12.40%，最大跟踪误差分别减小9.90%和12.10%.

由于直线感应电机特殊结构和动态边端效应等影响，其励磁电感和次级损耗电阻的变化机理和规律复杂，为提高观测器对励磁电感和次级损耗电阻的辨识精度和性能，提出一种基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机双参数在线辨识方法. 首先，根据考虑动态边端效应的直线感应电机T型等效电路，建立双参数变化的电机状态空间方程，并分析参数变化及耦合特性对电机极点影响；其次，为减小参数耦合对辨识精度的影响，建立双参数互联的低耦合辨识模型，完成互联型全阶自适应观测器设计，采用Popov超稳定性理论推导励磁电感和次级电阻在线辨识的自适应律，实现双参数在线辨识；然后，为提高观测器的稳定性和收敛速度，结合新型极点配置法完成反馈增益矩阵的推导与设计；最后，搭建仿真模型和硬件在环辨识模型进行实验验证. 结果表明：新型全阶自适应观测器在启动加速阶段时励磁电感和损耗电阻辨识误差在0.01%左右；在负载动态时损耗电阻辨识误差在0.03%左右.

为提高混合电磁铁磁力计算的准确性和效率，综合考虑解析法计算速度快和有限元法计算精度高的优势，提出一种基于非线性电感的混合电磁铁磁力计算方法. 首先，分析混合电磁铁电感与电流的关系，建立考虑磁饱和的非线性电感模型；然后，采用等效面电流法，将 2 种典型的混合电磁铁结构（结构a、结构b）等效为多电磁线圈的纯电磁铁结构，进而利用能量平衡法推导出通用于串联磁路型混合电磁铁磁力表达式，其中非线性电感的参数变量由有限元仿真法拟合得到. 研究结果表明：结构 a 和结构 b 利用本文所述方法得到的电磁力计算结果与传统有限元仿真结果的平均偏差为2.54%和2.37%，结构a与实验测量的平均偏差为2.63%，且与传统有限元法相比，计算效率极大提升，即本文所述方法通过较少任务的有限元仿真得到远高于现有解析公式准确性的电磁力计算结果.

代替透析膜的持续离心分离新方法提高了依赖血液透析治疗的肾脏病患者生活质量，随之，人工肾脏泵的研究被很多学者关注. 但传统人工肾脏泵采用滚动轴承进行支撑，存在溶血高、血栓率高等问题，为此，本文利用磁悬浮轴承的非接触、无润滑、高转速等优点，研发了一种应用于人工肾脏泵的结构紧凑且节能的单自由度控制型磁悬浮轴承. 利用有限元分析软件进行仿真，探索径向被动控制部分和轴向主动控制部分的设计参数，并对总体进行仿真验证，进而对磁悬浮轴承进行结构性能评估. 结果表明：仿真与实验的径向位移刚度系数分别为47.432 N/mm和49.531 N/mm，轴向电流刚度系数分别为0.144 N/AT和0.135 N/AT，轴向位移刚度系数为223.071 N/mm，满足该磁悬浮轴承的五自由度稳定悬浮要求；所设计的磁悬浮轴承简化了系统结构，减小了控制难度以及降低了系统功耗.

永磁磁浮交通系统利用车载永磁体和永磁轨道间的磁斥力实现悬浮，理解并掌握永磁体磁力与其空间位姿参数的关系对磁浮车辆走行部及轨道结构设计具有重要意义. 参考兴国县永磁磁浮交通系统，建立车载永磁体和永磁轨道的三维磁场有限元模型；计算不同悬浮间隙、横向偏移、点头角、侧滚角和摇头角条件下车载永磁体受到的磁力，重点分析车载永磁体悬浮力和横向力随5个位姿参数的变化规律及其相关程度. 结果表明：车载永磁体的磁力主要受悬浮间隙和横向偏移量的影响，受摇头角的影响较大，受点头角和侧滚角的影响很小；在设定的参数变化范围内，悬浮力最小值和最大值与额定悬浮力之比分别约为0.75和1.16，横向力最大值达到额定悬浮力的50.42%；车载永磁体横向力的方向与其横向偏移方向一致，摇头力矩与其摇头方向相同，需要为永磁悬浮系统设置导向装置，防止车载永磁体横向晃动和偏航运行.

为研究控制器时滞对磁浮列车悬浮系统稳定性的影响，首先，以位移-速度为反馈控制参数，建立考虑控制器时滞的二自由度磁浮列车悬浮系统模型；其次，通过Routh-Hurwitz稳定性判据得到无时滞系统的稳定性区域，同时，依据特征根穿越虚轴边界条件，获得系统发生Hopf分岔的控制器时滞临界值；最后，分析反馈控制参数及系统参数与控制器时滞临界值的关系. 研究结果表明：当系统参数一定时，控制器时滞临界值随位移控制增益的增大而减小，随速度控制增益的增大先增大后减小；当反馈控制参数一定时，控制器时滞临界值随二系刚度的增大而减小，随二系阻尼的增大而增大；当系统时滞以10⁻⁶数量级在时滞临界值附近渐渐增大时，系统会从稳定—周期运动—不稳定逐渐变化，期间发生超临界Hopf分岔.

为探讨随机轨道不平顺作用下中低速磁浮列车和桥梁的动力响应，将虚拟激励法引入磁浮车桥振动分析中，提出中低速磁浮车辆-悬浮控制系统-桥梁耦合系统随机振动分析方法. 将中低速磁浮列车简化为弹簧阻尼器连接的多刚体，悬浮系统中电流使用比例-微分（PD）控制方法进行主动控制，采用有限元方法对桥梁进行建模，将随机轨道不平顺转换为一系列简谐波构成的虚拟激励；编制中低速磁浮车桥动力系统随机振动分析程序，自动生成系统随机振动方程，利用分离迭代方法对磁浮车辆控制方程和桥梁动力方程进行求解计算. 研究结果表明：虚拟激励法能够高效计算中低速磁浮车桥系统随机动力响应，其计算效率约为蒙特卡洛方法的1/11，基于虚拟激励法能够获得中低速磁浮车桥动力系统均值、标准差和时变功率谱密度等统计结果.

为提高高速磁浮列车测速定位的精确性，本文针对基于长定子齿槽检测的常导高速磁浮列车测速定位方法在列车运行过程中可能因测速定位信号缺失、干扰、测速定位安装误差等原因引起的定位不准问题，提出一种基于加权融合无迹卡尔曼滤波（UKF）的常导高速磁浮列车测速定位算法. 介绍了高速磁浮列车基于长定子齿槽的测速定位方法，并对多路冗余速度位置信息进行预处理和自适应加权融合处理；给出基于加权融合UKF的常导高速磁浮列车测速定位算法模型；基于磁浮列车测速定位在环测试试验台试验，对改进后的无迹卡尔曼滤波磁浮定位算法与原定位算法进行了对比分析. 分析结果表明：磁浮列车平均速度误差减小了32.6%，速度极差降低了49.3%，有效消除了信号采集噪声，提高了磁浮列车测速定位精度.

精准、平稳停车是磁浮列车自动驾驶制动控制的重要目标. 中低速磁浮列车停站制动过程受到电-液混合制动状态强耦合等影响，基于制动特性机理模型的传统制动控制方法难以保障磁浮列车的停车精度和舒适性. 本文提出一种基于混合制动特征自学习的磁浮列车强化学习制动控制方法. 首先，采用长短期记忆网络建立磁浮列车混合制动特征模型，结合磁浮列车运行环境和状态数据进行动态制动特征自学习；然后，根据动态特征学习结果更新强化学习的奖励函数与学习策略，提出基于深度强化学习的列车制动优化控制方法；最后，采用中低速磁浮列车现场运行数据开展仿真实验. 实验结果表明：本文所提出的制动控制方法较传统方法的舒适性和停车精度分别提高41.18%和22%，证明了本文建模与制动优化控制方法的有效性.

磁浮列车悬浮系统控制参数取值不当可能导致车-桥系统异常振动. 因此，明确悬浮系统控制参数与磁浮车-桥系统动力响应之间的关系十分重要. 首先，建立包含比例-微分控制的5节编组磁浮列车动力学模型和20跨简支梁桥有限元模型；其次，与实测结果进行对比验证所建立模型的正确性；最后，计算车速430 km/h时不同控制参数下列车和桥梁的动力响应. 结果表明：增大比例系数会使悬浮和导向系统刚度增大，增大微分系数会使悬浮和导向系统阻尼增大；车体竖向加速度随比例和微分系数的增大而增大，车体横向加速度随比例系数的增大而增大；悬浮间隙和桥梁竖向加速度均随比例系数的增大而减小，随微分系数的增大而增大；导向间隙随微分系数的增大而减小，比例系数对导向间隙的影响较小；桥梁横向加速度随比例系数的增大而减小，随微分系数的增大而增大；桥梁竖向加速度主要受电磁力中悬浮电磁铁长度特征频率1倍～12倍频的影响，桥梁横向加速度主要受导向磁极长度特征频率及其2倍频和导向电磁铁长度特征频率2倍频及4倍频的影响；为减小车-桥系统动力响应，综合建议竖向比例和微分系数的取值范围分别为3000～4000和10～25，横向比例和微分系数的取值范围分别为4000～5000和10～25.

为改善传统线性隔振系统尺寸参数确定后就无法取得更低起始隔振频率的缺陷，基于电磁线圈嵌套永磁体结构，提出一种具有高静-低动刚度特性的电磁式可变刚度隔振系统. 采用分子电流法建立隔振系统磁力的数学模型；充分考虑隔振系统力学模型中二次与三次非线性刚度项的影响，建立单自由度被动隔振系统强非线性动力学模型；采用增量谐波平衡法（IHB）求解动力学模型，分析激励、电流等对隔振系统位移传递率的影响规律；构建实验测试系统，验证所提出新型隔振系统的有效性. 实验结果和理论计算表明：通入电流比未通入电流时隔振系统的起始隔振频率降低了19.25%，拓宽了隔振频带，实现了其对不同振源的适应性.

针对中低速磁浮分离式轨道梁建筑高度较大、无法考虑F轨刚度贡献等问题，提出了一种开孔钢板式梁轨一体轨道梁结构，并针对其钢-混结合部的静力性能开展足尺模型试验和有限元仿真计算分析. 首先，介绍了梁轨一体轨道梁工程背景以及钢-混结合部的结构特征；其次，设计了钢-混结合部静载模型试验，测试F轨、钢连接件和混凝土等构件在各级荷载下的应力和位移；最后，建立了钢-混结合部实体有限元模型，并结合试验数据分析了钢-混结合部的受力性能、传力机理以及设计参数影响. 研究结果表明：1） 在1.50倍设计荷载内，钢-混结合部基本处于弹性状态，连接件承载力满足设计要求；荷载继续增大时，F轨的荷载-应力曲线表现出一定的非线性; 5.47倍设计荷载下，混凝土梁体发生开裂破坏. 2） F轨内外磁极位移均较小，钢-混结合部刚度较大；F轨内外磁极位移差在设计荷载下满足设计限值；1.58倍设计荷载下内外磁极位移差达到0.54 mm，开始超过位移差限值；表明钢混结合部刚度的富裕量小于强度，钢连接件应以刚度控制设计. 3） 在正常运营状态，磁浮列车荷载主要由钢连件的钢板承压传递，焊钉与开孔钢板传力比例较小；钢连接件中开孔直径、贯穿钢筋直径对传力影响较小，钢连接件腹板厚度增加使得钢混结合部处传力更加平顺.

无人机具有快速部署、成本低廉等优势. 无人机空地网络通过将基站设备部署至升空无人机平台，能从空中快速构建对地覆盖网络，因而在应急救灾、偏远覆盖、智能交通、智慧城市等方面具有广阔的应用前景，近年来受到广泛关注. 面向无人机空地网络应用场景，结合无人机的机动、组网、载荷等特点，围绕无人机空地网络覆盖性能提升、无人机空地网络通感算一体化设计、智能反射面技术辅助的无人机空地网络、鲁棒无人机空地网络四个维度，从网络场景、关键技术挑战、性能优化控制方法等几方面梳理无人机空地网络的研究现状，并探索优化提升无人机空地网络性能的未来研究方向.

为研究应急通信场景中无人机网络自主控制问题，采用多架旋翼无人机搭载6G一体化基站，通过机间组网形成低空单层无人机网络，对地面任务区域内的用户提供无线网络服务；针对典型场景构建数值模型，利用多智能体强化学习方法求解无人机网络的优化控制策略，并分析无人机基站数量、无人机基站通信距离对于任务地域无线网络覆盖效果的影响. 研究结果表明：利用强化学习方法得到的优化控制策略收敛效果较好；无人机网络覆盖得分和公平覆盖指数的学习曲线变化趋势相似，在第1000～2 000个episode之间快速增长，随后进入平台区；在无人机基站通信覆盖距离1.0 km、飞行高度300 m条件下，将无人机基站数量从3个增加到7个，网络覆盖得分提高53.28%，公平覆盖指数提高43.57%；当无人机基站数5个、飞行高度300 m条件下，基站通信距离从1.0 km增加到2.5 km时，无人机网络覆盖得分提高86.01%，公平覆盖指数提高41.47%.

无人机协同目标感知技术是有人机无人机混合运行的重要安全保障. 针对复杂空域环境下的感知可靠性问题，分析大中型无人机的复杂融合空域运行场景，并确定无人机协同目标感知的精准性、高实时性、抗干扰性和低载荷性等需求，提出一种四单元阵列天线和数字化射频体制的无人机协同目标感知系统架构；同时，结合空管雷达信号特性和天线体制，设计方位感知算法，通过修正协方差矩阵、信号子空间加权和噪声子空间加权等方法，设计基于多信号分类（multiple signal classification，MUSIC）的空间谱估计算法，并提出基于子空间分解的幅相误差在线估计算法；最后，开展算法仿真试验和实际空域环境飞行试验. 研究结果表明：相比传统MUSIC算法，优化算法的方位感知高分辨性能提升23.3%，并改善了无人机协同目标方位感知的高实时性、抗干扰性和低载荷性.

在多无人机超可靠低时延通信（ultra-reliable low-latency communications，URLLC）网络中，为满足超可靠低时延要求，引入空中智能反射面（intelligent reflecting surface，IRS）辅助通信，提出一种多智能体深度确定性策略梯度（multi-agent deep deterministic policy gradient，MADDPG）方法. 首先，建立URLLC多无人机系统模型，其中，多架主无人机作为空中基站为多个地面用户提供服务，一架辅无人机携带IRS作为空中无源中继，辅助主无人机与地面用户通信；然后，考虑多种信道条件和能耗，分别建立复合信道模型和总能耗模型；接着，对问题进行分析，在满足有限块长、无人机能量以及IRS相移的约束下，通过联合优化通信调度、IRS相移以及块长，达到总解码错误率最小化的目标；最后，考虑集中式训练在URLLC场景下的时延敏感限制以及分布式训练在无人机资源限制下的能量限制，设计集中式训练、分布式执行的MADDPG框架. 研究结果表明：总解码错误率随着IRS反射单元的增加而急剧下降；同时，总解码错误率随着块长和发射功率的增大而减小，具体来说，块长每增加20 个符号，总解码错误率减小91.1%.

为提升基于正交频分多址接入模式无人机辅助无线通信系统的网络性能，首先，以提升用户的公平性为系统方案设计指标，将包括子信道分配、调制模式选择、功率分配等通信资源和无人机位置联合建模为一个混合整数非线性优化问题；进一步，利用迭代优化的方式解决变量耦合性及非凸性等问题，将最大-最小问题转换为两个子问题：子信道分配和调制方式选择联合优化、无人机位置和子信道功率联合优化；然后，通过适当变换将子信道分配和调制方式选择联合优化建模为0-1线性优化问题进行求解，而无人机位置和子信道功率联合优化建模为凸优化问题求解；最后，进行实验仿真验证. 研究结果表明，所提联合优化算法相比基本方案可有效提升网络用户的公平性.

在无人机通信场景中，机载通信感知一体化系统受到本地信号发射带来的强烈自干扰影响，导致系统对目标的感知性能降低. 针对这一挑战，提出基于正交频分复用（OFDM）的通信感知一体化自干扰消除方法. 首先，建立基于OFDM的通信感知一体化系统回波模型，并引入自干扰信号；然后，利用最小二乘算法估计自干扰信号的信道增益，并利用该增益对自干扰信号进行重建和抑制；最后，通过无人机通信场景下的仿真实验验证所提方法的有效性. 结果表明，该方法能够将自干扰信号抑制到噪声功率水平，将目标回波信号的信干噪比提升近10.00 dB，从而有效提高系统的感知性能.

针对传统联邦学习在无人机群应用中的局限性——要求所有参与者执行相同任务并拥有相同的模型结构，本文探索一种适用于无人机群的多任务联邦学习方法，设计一种新的编-解码器架构，以加强执行不同任务的无人机之间的知识共享. 首先，为执行相同任务的无人机建立直接的知识分享机制，通过直接聚合方式实现同任务知识的有效融合；其次，对于执行不同任务的无人机，从所有无人机的编-解码器架构中提取编码器部分，构建一个全局编码器；最后，在训练环节，将本地编码器和全局编码器的信息整合到损失函数中，并通过迭代更新使本地解码器逐步逼近全局解码器，从而实现跨任务间的知识高效共享. 实验结果表明：相较于传统方法，所提出的方法使无人机群在3个单任务上的性能分别提升1.79%、0.37%和2.78%，仅在1个任务上性能略微下降0.38%，但整体性能仍提升2.38%.

无人机是世界军事强国执行战术行动的重要武器装备，利用无人机实现战场数据存储是保障作战的重要手段. 为更好地满足无人机集群在恶劣战场条件下数据存储需求，在分析无人机数据存储军事应用背景基础上，总结战场无人机数据资源特征和数据存储技术军事需求，并提出适用于我军无人机战术行动的数据存储设计方法流程；结合学术和产业界的成果，梳理数据存储技术的分类和发展历程，并总结数据存储的主要类型；提出面向无人集群战术行动场景的分布式数据存储关键技术方法和存储系统；介绍国内外学者在分布式存储海量数据处理、数据实时传输和数据可靠性等相关算法模型的研究现状；展望未来战术行动中无人机数据运用方法的研究趋势，强调在战场条件下无人机集群数据存储是未来重要的研究领域.