RLV上升轨迹机载快速优化

考虑地球自转引起哥氏力和牵引力的影响下建立RLV上升段的运动方程，引入新的假设，对运动方程进行简化处理．然后利用参数优化法将轨迹最优控制问题转化为一个约束非线性规划问题．在此基础上，选用乘子法对终端约束进行处理使其转化为无约束非线性规划问题，并采用变尺度法BFGS求解该问题。最后分别求解空中载机发射方案和火箭助推垂直发射方案的上升优化轨迹。结果显示该算法具有较好的鲁棒性和很快的收敛速度。     

一种基于解析方法的滑翔再入轨迹快速规划方法

采用数值方法对再入飞行器进行在线轨迹规划时,计算量大,针对此问题,研究了一种基于解析方法的滑翔式再入轨迹规划方法,该方法能够快速规划出高精度的滑翔再入轨迹。基于飞行器再入运动特性,对飞行器滑翔再入的阶段进行了划分,并给出了阶段划分依据; 基于运动方程,推导了一类含轨迹参数的滑翔式再入轨迹的高精度解析解; 根据推导的再入运动解析解,将再入相关约束转化为轨迹参数约束; 引入参数校正方法,根据轨迹参数与待飞航程间一一对应的关系,在轨迹参数约束范围内规划出能满足任务需求的再入轨迹。仿真结果表明,分阶段推导的解析解的精度要高于罗赫二阶解,与数值解相近; 基于解析方法的滑翔再入轨迹规划方法避免了数值方法的大量积分运算,并能快速规划出满足任务要求且精度与数值方法相当的滑翔再入轨迹。     

翼伞系统5段归航轨迹优化研究

为实现翼伞系统精确空投和方便归航过程下拉操控，需对翼伞归航轨迹分段处理并优化。建立翼伞系统高精度9自由度动力学模型，通过数值分析得到稳态滑翔比以及转弯角速率限值。以耗能最小为目标函数，耗时和转弯半径为输入变量，建立5段归航轨迹优化模型。将5段归航轨迹作为初始条件，利用伪谱法进行轨迹优化，给出归航最优参考路径，并对比分析了5段归航与直接归航过程能量损耗。仿真结果表明，所提出的5段归航轨迹优化策略，具有其控制量函数形式简单、便于应用的优点。     

基于混合粒子群优化的动力飞行器再入轨迹优化

研究了一类含动力再入飞行器的跳跃轨迹优化问题。首先将动力学方程中的控制量进行有限维数的参数化,减少优化算法的搜索空间。然后利用约束PSO算法和Powell优化算法相结合的混合优化算法求解满足再入过程约束和末端约束的最优滑翔轨迹。最后通过对高升阻比再入滑翔飞行器CAV-H的仿真分析,验证了该混合优化算法的有效性。     

以飞行成本最优为目的的大型飞机的性能优化

以飞行成本最优为目标，对不同时间成本指数下飞机的最优飞行轨迹进行仿真比较。结果表明，不同的时间成本指数对最优飞行轨迹的飞行参数有不同的影响，可以通过控制时间成本的方式进行轨迹优化以得到客户期望飞行参数的飞行轨迹。     

飞行器轨迹优化的造型降维方法

提出一种基于Bezier曲线造型的降维轨迹优化方法,用于提高轨迹优化的精度。该方法利用Bezier曲线优良的形状刻画能力描述最优轨迹,将优化问题的边界条件化为Bezier曲线的造型参数约束,从而使原问题表示为较低维含造型参数的优化问题,减少了计算量。轨迹造型法可有效协调飞行器动力学模型中不同时间尺度变量动态特性差异对非线性规划求解条件数的不利影响,更易于得到光滑最优解。按照常规高斯伪普法和网格自适应伪谱法分别对一种轨迹优化的原问题和造型降维问题进行了仿真验证,证明了所提出方法的可靠性。     

可重复使用运载器滑翔段轨迹快速优化方法

针对滑翔段轨迹多约束、强耦合、高非线性等特点,设计了一种全新的纵向飞行剖面,实现了终端约束和拟平衡滑翔条件的自动满足,并将滑翔段轨迹优化问题转化为一个双参数寻优问题。同时考虑倾侧角大小及其变化率约束,对侧向轨迹进行了设计。最后,设计了一种改进粒子群优化算法,通过外点法对约束条件进行处理,并提出一种变异策略对种群多样性进行准确控制,避免粒子陷入局部最优。仿真结果表明,该优化方法能够快速生成满足所有约束条件的最优滑翔轨迹;对于航程超过3000 km的场景,轨迹优化平均时间仅为5.94 s,最大终端相对误差不超过1%。     

一种采用自适应变终止结点的样条求解最优轨迹的新算法

探讨了采用样条函数求解弹道参数最优问题的优越性,提出了一种自适应变终止结点的样条插值新算法,用此算法对制导航弹的弹道轨迹进行优化,得到了非常接近实际最优轨迹的解,从而证明了此算法的有效性.此新算法的优点在于它可用于求解复杂模型的轨迹最优问题,对解决实际工程优化问题具有实用价值.     

飞行器最优滑翔弹道研究

利用动态规划法研究并求解了飞行器轨迹优化问题.根据最优性原理确定了最优滑翔弹道问题的最优性条件.建立了求解最优控制问题的连续微分动态规划算法步骤.遵循此步骤,对具体问题进行数值求解.计算结果表明,该方法是求解轨迹优化问题的一种有效方法,时飞行器的气动力设计和最优制导律设计有重要意义.     

过载限制下气动力辅助变轨的最优解与平衡滑行解

基于庞特里亚金最大值原理，获得了最优飞行轨迹中升力系数和滚转角的表达式以及平衡滑行解。平衡滑行中航迹角很小并且保持近似恒定。在数值优化计算中，初始值的估计是非常困难的。由于平衡滑行附近的近似解与精确最优解是很接近的，这意味着可以以平衡滑行解作为优化分析中的初始值，从而克服了初始值估计的难题。对最优气动力辅助变轨的各种参数进行了综合分析。     

助推-滑翔导弹最大射程优化

对助推-滑翔导弹弹道进行数值优化有利于提高综合飞行能力,针对此问题,给出了一种求解其最大射程弹道的整段优化方法,建立了其纵平面运动模型和弹道优化模型.在考虑攻角、法向过载、分离点衔接及落地条件等约束下,应用序列二次规划法求解了最大射程弹道.结果表明,助推-滑翔导弹比常规弹道导弹射程显著提高,其最优弹道有效地提高了射程和突防能力.     

Optimal Guaranteed Cost Control Algorithm for Automatic Chain Shell Magazine

The automatic chain shell magazine is the primary subassembly of the automatic ammunition loading system of a big-caliber howitzer. Due to the change of the shell amount in the magazine during firing, its positioning control is a kind of control problem of systems with uncertain parameters. In order to realize accurate control of shell position, an optimal guaranteed cost control algorithm based on linear matrix inequality (LMI) theory was put forward. The motion equations of the magazine were built, and the motion equations for four special load situations were linearized; according to the basic theory of the guaranteed cost control, the motion equations were written as the standard forms for linear uncertain systems; the optimal guaranteed cost control law for the position control of the magazine was obtained by use of LMI toolbox in MATLAB package. Using this control law, the controlled dynamic simulation of the shell magazine was carried out. The simulation results indicate that the control algorithm has high control precision.     

Optimization of Submarine Hydrodynamic Coefficients Based on Immune Genetic Algorithm

Aiming at the demand for optimization of hydrodynamic coefficients in submarine's motion equations,an adaptive weight immune genetic algorithm was proposed to optimize hydrodynamic coefficients in motion equations.Some hydrodynamic coefficients of high sensitivity to control and maneuver were chosen as the optimization objects in the algorithm.By using adaptive weight method to determine the weight and target function,the multi-objective optimization could be translated into single-objective optimization.Fo...     

大口径平顶弹体击水动力学方程研究

针对大口径平顶弹体高速入水时,弹体击水运动过程中弹体与水之间的能量转化以及运动状态变化的问题,基于动量定理与动量矩定理,通过简化弹体击水模型,进行坐标变换及数学推导,得出了平顶弹体击水三自由度方程组。计算了大口径平顶弹体击水瞬间的动力学响应。基于Matlab/Simulink模块编写软件进行了算例分析,得到了弹体击水过程中速度、轴向载荷、径向载荷以及力矩变化。结果表明,该方法可以为水中兵器强度设计,以及入水载荷问题的研究提供一种物理模型,并为后续研究此类问题提供参考。     

AUV Load Separation Motion with Constraint of Anchor Chain

Motion equations of AUV（autonomous underwater vehicle） load separation with the constraint of anchor chain is derived. Based on proper engineering assumptions for anchor chain, system viewpoint is used to found the motion equations, and the D＇ Alemhert principle is used to eliminate the constraint force of anchor chain. Based on the equations, the motion simulation is carried out to a certain AUV, which reflects the actual condition, and is used for the reference of resrarching AUV load separation motion with the constraint of anchor chain.     

自主水下航行器的分离运动安全性研究

为给自主水下航行器(AUV)的分离方式选择提供理论依据，对重力解脱方式和推冲分离方式下AUV的分离运动安全性进行了定量分析。考虑到载荷与运载体之间相互影响的差异，利用多刚体力学原理，建立了两种方式下的AUV分离运动方程。根据彻底分离后载荷与运载体之间的相对距离检测，提出了一种分离安全度模型。结果表明，当载荷的重力大于浮力时，前种方式下的分离安全度随着分离前速度或辅助推力的增加而提高，预定分离角过大或过小会使其降低；对于后种方式，在低速、大推冲力条件下其分离安全性较前种方式高，在高速时则可能导致碰撞。     

超空泡运动体通气加速阶段非定常过程研究

依据空泡不同闭合形式的气体泄漏规则和通气系统,建立了空泡内气体的平衡方程.给出用于计算运动体姿态的动力学方程,分析了局部空泡及超空泡航行状态的受力特性.综合考虑了空泡内气体平衡、空泡的发展及运动体姿态的耦合方程,给出通气加速阶段数值求解的方法.获得通气加速阶段通气量、助推推力、运动体姿态及航行弹道的关系.随着推力的增加,依靠推力加快加速过程的优势越来越不明显,且对通气系统的性能要求逐渐增加.     

空射运载火箭轨迹/穿越距离优化设计

空射运载火箭轨迹设计受载荷、载机安全性、姿控能力等多因素限制,为了解决空射运载火箭面临的复杂多约束条件下的轨迹优化问题,提出了一种考虑穿越距离、最大载荷约束、最大控制能力的轨迹优化设计方法。建立了机箭穿越距离模型与载荷计算模型,通过将上述模型转换为过程约束引入轨迹优化问题中,利用伪谱法对轨迹优化问题进行求解,从而实现多约束条件下的空射运载火箭上升段轨迹快速优化。在此基础上,梳理了空射运载火箭轨迹设计中影响火箭穿越距离、最大载荷的典型参数,分析了参数间的制约关系。仿真结果表明:该方法能够实现多约束条件下的空射运载火箭上升段轨迹优化,为空射运载火箭研制提供参考; 从降低火箭最大飞行载荷以及总体性能提升角度考虑,空射运载火箭应在较高高度进行投放,投放后以最大角速率将攻角调节至最大值,保证火箭快速穿越稠密大气,同时应尽可能缩短穿越距离,避免火箭在低空加速。     

相空间中非完整非保守力学系统的一个动力学逆问题

研究了相空间中非完整非保守系统的动力学逆问题。分别建立了相空间中完整非保守系统和非完整非保守系统的运动微分方程,将系统的一个已知积分对时间求导数,引入Еругин函数,得到一个一阶常微分方程,分别考虑非保守力仅依赖于广义坐标和仅依赖于广义动量两种情况,由这个一阶常微分方程并利用系统的运动微分方程得到了确定非保守力的代数方程组,系统的非保守力可通过解此代数方程组来确定。文中举例说明了结果的应用。     

恰普雷金系统相对运动的稳定性

研究了恰普雷金非完整系统相对运动的稳定性。建立了恰普雷金系统相对运动的2种形式的受扰运动微分方程;给出了系统的能量变化方程,并基于能量变化方程构建李雅普诺夫函数;得到了恰普雷金非完整系统相对运动的一个稳定性判据。基于李雅普诺夫一次近似稳定性理论,研究了恰普雷金非完整系统相对运动的一次近似的稳定性。文末举例说明结果的应用。