弹道导弹中段机动变轨模型研究

鉴于弹道导弹在中段机动变轨会导致飞行轨迹和落点的改变,对弹道导弹中段机动变轨进行了研究.针对弹道导弹中段飞行,引入小火箭的推力作用,建立弹道导弹中段变轨运动模型,运用四阶Runge-Kutta积分法求解其飞行轨迹,并将两种时机的机动变轨结果与自由飞行情况进行了比较,变轨时的中段结束点位置改变较为明显.仿真结果表明了该模型的有效性.该变轨模型可为目标的跟踪研究提供依据.     

超远程火炮弹药的无控及滑翔弹道优化研究

研究并揭示超远程炮弹无控段及滑翔段的弹道特性.建立无控弹道数学模型和大气数学模型,研究初始射角和发动机点火时间的双参数寻优以及弹道下落段最佳起始滑翔点的确定,建立弹道滑翔段最优控制数学模型,研究最优滑翔弹道.超远程弹弹道无控段采用初始射角和发动机点火时间的双参数寻优使无控射程最远,弹道下滑段根据弹道高度确定最佳起始滑翔点,通过将变终值时间的双边界值最优控制问题转化为方便求解的固定终值时间的优化问题,提出求解超远程弹最优滑翔弹道实际工程问题的有效方法.     

用可控偏心器控制井眼轨迹的方法研究

井控轨迹自动控制技术是钻井行业急待解决的最前沿课题,用可控偏心器可以实现井眼轨迹自动控制,提高井眼轨迹控制精度,降低钻井成本。可控偏心器是一种井下可调的、可采用转盘钻进方式的井下寻向工具,它由翼片体转轴、翼片体、翼片和测控总成组成,在钻井过程中,通过随时调节可控偏心器翼片对井壁的作用力或伸缩来实现对井眼轨迹的控制。在使用可控偏心器进行钻井作业时,不需要频繁起下钻就可以在井下实现对井眼轨迹的控制,这对高难度密集丛式井、各种曲率斜井、水平井、加密井和抢险井等在完成各自的钻井目的方面有重大意义和极其宽广的应用前景。     

Trajectory Optimization Design for Morphing Wing Missile

This paper presents a new particle swarm optimization (PSO) algorithm to optimize the trajectory of morphing-wing missile so as to achieve the enlargement of the maximum range. Equations of motion for the two-dimensional dynamics are derived by treating the missile as an ideal controllable mass point. An investigation of aerodynamic characteristics of morphing-wing missile with varying geometries is performed. After deducing the optimizing trajectory model for maximizing range, a type of discrete method is put forward for taking optimization control problem into nonlinear dynamic programming problem. The optimal trajectory is solved by using PSO algorithm and penalty function method. The simulation results suggest that morphing-wing missile has the larger range than the fixed-shape missile when launched at supersonic speed, while morphing-wing missile has no obvious range increment than the fixed-shape missile at subsonic speed.     

基于分布式光纤传感系统的车辆轨迹提取方法

分布式光纤传感系统(distributed acoustic sensing,DAS)具有可获取连续分布信息、受环境影响小、成本低等优势,作者提出了一种利用DAS系统进行车辆轨迹提取的方法,为实现智慧化高速公路环境中全时空交通状态感知提供基础.首先,利用基于Φ-OTDR原理的DAS检测设备和高速公路通信光纤中的空闲纤芯...     

Trajectory shaping guidance law with terminal impact angle constraint

In order to strike hard targets underground or warships and tanks with expected impact angle by missiles or guided bombs,trajectory shaping guidance law with terminal position and impact angle constraints is derived based on linear quadratic optimal control theory.The required acceleration expressed by impact angle and heading error is obtained in lag-free guidance system in order to find the optimal relationship of those angles in terminal phase.The adjoint systems of miss distance and impact angle error of first-order guidance system are established based on statistical linearization adjoint method(SLAM)in order to study the impact performances of the guidance law.Simulation results show that the miss distance and impact angle error of trajectory shaping guidance law are both according with the impact position and angle constraint and the required acceleration at impact can be decreased by an optimal relationship of impact angle and heading error.     

一种新的弹道导弹弹道仿真方法

针对现有弹道导弹运动轨迹模拟中普遍存在的简化运动起始状态、模拟的弹道轨迹无法全面反映弹道导弹主动段实际运动特点的问题,提出了一种新的弹道仿真的方法.该方法采用控制力加速度转弯,利用弹道导弹仰角角速度和方位角角速度求解控制力加速度,建立了弹道导弹的动力学模型,实现了弹道导弹运动轨迹的模拟.仿真结果表明,该方法能够更加逼真地模拟弹道导弹主动段的运动轨迹,为弹道导弹的弹道特性分析和进行弹道导弹的跟踪算法研究提供数据支持.     

一种面向定点轨迹数据的行程识别方法

为了对长周期定点轨迹数据进行行程识别,提出了一种基于动态阈值的定点轨迹数据行程识别方法.首先,采用聚类方法确定与阈值相关的时空多粒度参数;其次,根据参数对历史记录进行统计,计算参数对应的阈值;利用时空相关参数获取对应阈值,对轨迹进行分段,进而实现行程识别.基于真实的城市交通卡口数据的实验结果表明,使用时空相关的动态阈值方法对定点轨迹数据进行行程识别在准确率和覆盖率上都要优于传统基于固定和单一阈值的方法.     

面向仿生机器人的青蛙跳跃轨迹采集方法

青蛙跳跃运动的轨迹和姿态变化规律是研究仿生机器人生物运动机理的基础,针对其运动信息难以获得的问题提出了一种空间运动轨迹提取方法。该方法能同时获取青蛙运动的侧视图和俯视图,在进行透视效果修正后,可得到关节点的三维坐标,并通过迭代方法降低了修正系数引起的误差。针对逐点逐帧分析造成计算量大的问题,建立了一套采集程序对图像进行处理,最终可输出青蛙各点位置、速度和加速度曲线及其各个关节角随时间的变化曲线。实验得到的运动信息及分析结果,可用于跳跃机器人的设计与控制。     

Trajectory design and simulation in injection phase for hyper-velocity kinetic energy missile

A movement law of laser beam facula is designed for the injection trajectory of hyper-velocity kinetic energy missile to eliminate the influence of motor exhaust smoke on laser signal transmission.Taking guidance loop of hyper-velocity kinetic energy missile as plant,a closed loop control system with desired step response characteristics is constructed and the movement law of laser beam facula for the missile injection trajectory is designed based on the output signal of the closed loop controller under a step input.Six degree-of-freedom trajectory simulations show that by the guidance of the laser beam facula moving with designed law,the missile can finish transition from the initial trajectory to a stable tracking trajectory without overshoot within the required time.     

Trajectory Optimization for 7-Dofs Space Manipulator

The space manipulator is always designed to have 7 degrees of freedom (Dofs) with the consideration of energy limitation, as well as the flexible moving possibility. Therefore, how to plan the trajectory is important to improve the performance of the manipulator. In this paper, the speed of the end effector is configured as a projecting parameter, when a constant acceleration is applied to adjust the velocity. To implement this trajectory planning strategy, an optimization algorithm through the pseudo inverse of Jacobin matrix is designed, which adjusts the weight functions of joints. According to the functional theory, this algorithm is analyzed and the optimal solution is found in numerous sets of planning. A MATLAB simulation platform is established and the results verity the effectiveness of the algorithm.     

上肢康复训练轨迹定制优化及柔顺跟踪控制

卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。针对多数上肢康复机器人将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,或者缺乏三维个性轨迹的光滑优化以及训练过程中的安全柔顺交互的问题。本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先,在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后,用道格拉斯-普克法压缩原始轨迹数据得到型值点,保留初始轨迹的拓扑形状。用非均匀有理B样条曲线(NURBS)进行插值,并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(BOA)优化拟合的轨迹。最后,设计基于RBF网络的滑模自适应以及速度前馈加PID的控制策略实现末端轨迹跟踪,并增加导纳-阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制,保证较大人机交互力时的安全。结果表明定制机器人末端轨迹的拖动力在5N以内;改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度,优化的轨迹曲率和更小;轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6mm内;模式切换在0.3s内响应并顺应较大交互力而提高训练的安全性。     

一种RLV末端能量管理段的轨迹实时规划方法

提出了一种能适应较大初始误差,使可重复使用运载器(reusablelaunch vehicle,RLV)最终达到自动着陆段初始要求的末端能量管理段(terminal ar-ea energy management,TAEM)的轨迹规划方法。该方法基于二次多项式形式的动压剖面,只需任意选取2个末端能量管理段的几何参数值,就可以规划出一条满足末端能量管理段终端约束的轨迹,同时航向调整圆锥位置和进场方式可调节。仿真结果表明:所提的轨迹规划方法能够实时生成一条满足要求的参考轨迹线,验证了该方法的合理性。     

井眼轨迹误差椭球三维可视化方法研究

通过井眼位置进行监测,对轨道偏移进行提前预测,能够很好地对井眼轨道控制提供判断依据.综合考虑导致轨道偏移的系统、仪器等各方面因素,对误差椭球三个半轴的计算进行研究,加入绕主法线旋转角度,使得误差椭圆角度更准确.利用OpenGL技术,实现了误差椭球的三维可视化,从而能够直观地看出误差的大小以及下一步发展方向,为井眼轨道控制以及井眼防碰提供参考.     

倾转旋翼机短距起飞单发失效着陆的轨迹优化

为进一步改善倾转旋翼机短距起飞单发失效后着陆轨迹优化的操纵策略,建立适用于倾转旋翼机单发失效后轨迹优化的增广飞行动力学模型并进行计算分析.首先,在基本纵向刚体模型的基础上建立关于操纵量的代数方程和微分方程组,形成增广飞行动力学模型,从而能反映出旋翼拉力系数、后倒角与驾驶员操纵杆量之间的关系,同时也能在轨迹优化中考虑到操纵系统特性对操纵量变化速度的限制,避免操纵量在优化过程中跳跃不连续;然后,采用直接转换法将着陆过程中的最优操纵策略和最优轨迹问题转化为非线性规划问题,并使用序列二次规划算法进行求解;最后,以XV-15倾转旋翼机为例,计算了短距起飞单发失效后安全着陆的最优解,并与相关文献数据进行对比.结果表明,在飞行路径、地速、旋翼转速和俯仰角的变化趋势与文献基本一致的情况下,需用功率、拉力系数与纵向周期变距杆位移等变化更加柔和,此外优化结果还包含了现有方法无法得到的操纵量和操纵速率信息.由增广飞行动力学模型得到的轨迹优化结果可以为单发失效时驾驶员实施安全着陆提供更多有用的依据.     

基于扰动大气模型的空基拦截器轨迹规划

针对运行于地球低轨的威胁目标,提出了一种可用于空基拦截器的精确轨迹规划方法. 考虑了大气密度与风场的系统性扰动,建立了有限推力拦截器最优控制问题动力学模型,并用直接配置法与序列二次规划法(sequential quadratic programming, SQP)进行了数值求解,得到了更加精确的拦截轨迹. 最后用算例证明了方法的有效性.     

模型车智能轨迹跟踪控制系统设计

模型车轨迹跟踪控制系统是以Freescale公司的HCS12系列单片机MC9S12DG128B作为主控制芯片,采用红外光电传感器来检测白色跑道上的黑色导引线,通过控制舵机的转角来操纵小车前进的方向的智能控制系统。它通过PID算法对模型车的转向和速度进行闭环控制,从而实现了优秀的路径搜索和良好的轨迹跟踪。实践表明,该系统运行稳定可靠。     

基于雷达跟踪的修正弹道辨识精度分析

为了得到适用于射程修正引信的弹丸落点预测方法,研究了基于扩展卡尔曼滤波的雷达跟踪弹道辨识算法和基于数理统计理论的弹丸落点预测精度分析方法．最后,采用蒙特卡洛模拟方法对弹道辨识进行了仿真研究,仿真结果表明扩展卡尔曼滤波是辨识雷达跟踪弹道的有效方法,当雷达采样时间约在15．0s以上时,落点预测距离相对误差小于0．42％,满足射程修正引信的性能指标要求．     

舰载特种起重机轨迹跟踪吊重防摆控制

针对舰载特种起重机系统轨迹跟踪吊重防摆控制问题,基于起重机系统串级形式的动力学模型,推广了李亚谱诺夫后推法的基本原理,提出了一种基于李亚谱诺夫后推法的轨迹跟踪吊重防摆控制算法．该方法基于反馈控制原理,利用起重机关节间的耦合作用,将吊重摆角和关节运动变量作为反馈量进行控制器的综合设计,以实现减小吊重摆角．控制系统仿真结果表明该控制方法在控制起重机机械臂各关节平稳的跟踪给定轨迹的同时,能够实现吊重在三维空间的防摆控制。     

基于直接配点法的再入轨迹优化设计

介绍了直接配点法在再入飞行器三维轨迹最优化问题中的应用。首先给出了再入飞行器轨迹最优化控制问题模型,其中运动方程为三自由度模型,性能指标选为末端速度最大,控制变量则为迎角和滚转角。再入飞行过程中受到加热率、过载和动压约束,终端状态受到航迹倾角和高度的约束。然后,应用直接配点法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,即将动态优化问题转化为静态参数最优化问题。选取各节点和配点上的状态量和控制量作为优化参数。最后应用基于M at-lab语言的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解,该软件包对于求解大型非线性规划问题具有很好的收敛性。仿真结果表明直接配点法对于再入飞行器轨迹初始参数取值不敏感,且求解过程具有一定的实时性。因此,直接配点法对于再入轨迹优化问题的求解是可行的。