仿生扑翼飞行器的视觉感知系统研究进展

仿生扑翼飞行器是一类模仿鸟及昆虫通过机翼主动运动产生升力和推力的飞行器。因具有飞行效率高,机动性强、隐蔽性好等优点,扑翼飞行器近年来受到越来越多的关注和研究。小型扑翼飞行器由于其精巧的结构和可操作性,能够适应更复杂的环境,但也限制了其飞行负载能力和电池续航时间。在许多场景中,高质量和高功耗的传感器不再适用于扑翼飞行器。自然界生物得到的信息绝大多数是通过视觉途径获取的。视觉作为一个获取信息的有效途径,在扑翼飞行器的应用中有着不可替代的作用。视觉传感器具有质量轻、功耗低、图像信息丰富等优点,因此非常适合于搭载在扑翼飞行器上。随着微电子、图像处理等技术的不断发展,以扑翼飞行器为平台的视觉感知系统也取得了重要进展。本文首先介绍了国内外几款有代表性的扑翼飞行器的视觉感知系统,分为机载视觉感知系统和外部视觉感知系统两类;然后简述了三个系统关键技术即图像消抖技术、目标检测与识别技术、目标跟踪技术的发展现状,进而总结发现扑翼飞行器的视觉感知系统研究目前还处于起步阶段;最后指出图像消抖、机载实时处理、目标检测与识别、三维重建等可以作为扑翼飞行器视觉感知系统的未来研究方向。      

基于外部单目视觉的仿生扑翼飞行器室内定高控制

针对扑翼飞行器的定高飞行,设计了基于外部单目视觉的室内定高控制系统:通过外部单目相机获取扑翼飞行器的飞行图像,基于Qt编写的地面站软件接收图像并利用基于OpenCV的图像处理算法检测扑翼飞行器上的发光标识点,获得标识点在图像上的像素坐标;基于卡尔曼滤波器（KF）建立标识点像素坐标的运动状态估计器,降低环境噪声干扰并解决了标识点被短暂遮挡的问题;分别建立常规PID和单神经元PID控制系统,通过蓝牙控制扑翼飞行器的电机转速,实现了基于图像的扑翼飞行器室内定高飞行。对比实验结果表明,本文设计的定高飞行控制系统可以使扑翼飞行器标记点的图像坐标保持在外部单目相机图像的中心横线处。针对阶跃响应信号,单神经元PID控制系统的响应速度比常规PID控制系统响应速度稍慢一些,但是控制精度明显优于常规PID控制器,最大相对误差为3%。      

全数字飞行仿真平台的设计与实现

为便于对飞行器建模和控制等理论技术进行演示和验证,采用软件工程的概念设计并实现了一种通用的研究型可视化飞行仿真平台.首先,基于面向对象的思想设计了仿真平台的总体结构和各个主要功能模块,建立了飞行器运动/动力和飞行控制模块的数学模型,并为其设计了模式化的接口,使平台可适用于多飞行器多控制策略下的飞行仿真.为获得较高的仿真真实度,建立了风切变、紊流的飞行干扰模型.然后,在各模块设计的基础上,基于.Net框架和Direct3D绘图编程接口实现了飞行仿真平台.最后,在PID飞控规律下,通过跟踪矩形航迹进行仿真实验.结果表明,该平台具有良好的可操纵性和逼真度,实时输出的飞行参数较为准确、全面,符合预期.     

W2014092日研究充电电池新技术容量可达锂离子电池的约7倍

日本东京大学一个研究小组宣布,他们与日本一家生产催化剂的公司合作开发下一代充电电池新技术,有望使电池充电容量达到锂离子电池的约7倍。研究人员称,如果这种新型充电电池能进入实用阶段,将大大提高电动汽车的续航能力。     

电池铲运机配定、变量液压系统能量损耗和续航时间的分析计算

电池驱动的矿山无轨设备已成为新的发展方向,采用传统定量液压系统的电池铲运机无法满足井下一个轮班(约8小时)的工作时间。本论文论证了采用变量液压系统解决电池铲运机续航能力不足问题的可行性。     

聚合物复合铜箔生产技术研究现状及展望

随着新能源汽车续航要求的不断提高，锂电储能技术朝着能量密度高、安全性能好、寿命长、低成本等方向发展。铜箔作为锂电池负极集流体和活性物质的载体，其性能直接影响电池的容量和循环寿命。聚合物复合铜箔较电解铜箔具有重量轻、韧性好、安全系数高等优势，具有较好的发展前景。本文综述了聚合物复合铜箔制备工艺及技术难点，并对国内聚合物复合铜箔市场需求及研究现状进行了分析。在此基础上，针对目前聚合物复合铜箔应用前景及未来发展趋势进行了展望。     

新型燃料铝空气电池研制成功

正这款新型燃料电池是美铝与Phinergy共同研发的一种铝空气电池。铝空气电池是一种具有超级续航能力的新型电池,是一块大部分由铝制成的厚板,新型电池置于普通电动车中,与普通锂电池配合使用,可使电动汽车连续行驶1000英里。该电池有三个特点:一是在世界上独创了以流动的液体作为正极材料,电流与功率大,可以做到千、万安培级;二是以铝作为材料,解决了铝的自腐问题,在世界上首次实现了铝的大电流应用;三是不需要充电桩,仅仅需要加入含固体的电池     

西南铝高强高塑性动力电池芯壳板材研制取得突破

正西南铝顺应新能源汽车市场逐步壮大、未来将成为大势所趋的市场发展需求,于近日成功研制出高强高塑性动力电池芯壳材料,性能达到300 MPa级,为动力电池壳体提供新型材料打下基础。西南铝针对电池续航能力差的问题,在某合金板材研制性能达到280 MPa级基础上,进一步开展电池芯壳材料组织与性能相关性研究和攻关,进行了铸锭成分、热处理工艺优化和重置,通过工序过程关键工艺参数的梳理与控制,最终成功研发出性能更好的新型电池芯壳材料,在保持原有成形性的条件下提升了材料强度。     

离心粒化试验过程中渣粒飞行参数的研究

离心粒化是一种环境友好型熔渣处理工艺。目前关于离心粒化的研究均集中在渣粒形状、大小和质量分布等问题上。因此,针对离心粒化工艺,研究了转杯转速和转杯直径对渣粒飞行距离、熔渣脱离转杯速度和转杯外沿速度的影响。试验结果表明：随着转杯转速的增加,渣粒飞行距离增大;当转杯转速达到1000r/min之后,熔渣脱离转杯速度和渣滴飞行距离基本不变。随着转杯直径的增加,熔渣脱离转杯速度和渣滴飞行距离同步增加。熔融高炉渣从转杯外沿飞向水冷壁的运动简化为水平方向匀速运动和垂直方向自由落体运动是合理的。试验结果对熔渣显热回收设备的设计有一定的指导意义。     

碳纤维增强聚合物复合材料在航空航天领域的研究进展

随着科技的发展,人们对于飞行器性能要求越来越高。而传统金属材料由于其自身重量大、制造成本高等缺点已经不能满足现代飞行器轻量化和高速化的需求。因此,新型高强度、低密度、耐高温等综合性能优异的先进复合材料应运而生。其中,碳纤维增强树脂基复合材料以其比模量高、比强度高、耐腐蚀性好以及可设计性强等优点成为了目前最为重要的一种航空结构材料。文章主要从以下几个方面进行论述：首先介绍了国内外碳纤维增强树脂基复合材料的研究现状;然后分别从原丝制备技术、预浸料铺放成型工艺及CFRP应用三个方面分析了碳纤维增强树脂基复合材料的研究热点与难点问题;最后针对上述存在的问题提出了一些解决方案并展望了未来的研究方向。     

Development of Air Vehicle with Active Flapping and Twisting of Wing

This paper addresses mechanisms for active flapping and twisting of robotic wings and assesses flying effectiveness as a function of twist angle. Unlike the flapping motion of bird wings, insects generally make a twisting motion at the root of their wings while flapping, which makes it possible for them to hover in midair. This work includes the development of a Voice Coil Motor (VCM) because a flapping-wing air vehicle should be assembled with a compact actuator to decrease size and weight. A linkage mechanism is proposed to transform the linear motion of the VCM into the flapping and twisting motions of wings. The assembled flapping-wing air vehicle, whose weight is 2.86 g, produces an average positive vertical force proportional to the twist angle. The force saturates because the twist angle is mechanically limited. This work demonstrates the possibility of developing a flapping-wing air vehicle that can hover in midair using a mechanism that actively twists the roots of wings during flapping.     

基于增强学习算法的插电式燃料电池电动汽车能量管理控制策略

以一款插电式燃料电池电动汽车(plug-in fuel cell electric vehicle,PFCEV)为研究对象,为改善燃料电池氢气消耗和电池电量消耗之间的均衡,实现插电式燃料电池电动汽车的燃料电池与动力电池之间的最优能量分配,考虑燃料电池汽车实时能量分配的即时回报及未来累积折扣回报,以整车作为环境,整车控制作为智能体,提出了一种基于增强学习算法的插电式燃料电池电动汽车能量管理控制策略.通过Matlab/Simulink建立整车仿真模型对所提出的策略进行仿真验证,相比于基于规则的策略,在不同行驶里程下,电池均可保持一定的电量,整车的综合能耗得到明显降低,在100、200和300 km行驶里程下整车百公里能耗分别降低8.84%、29.5%和38.6%;基于快速原型开发平台进行硬件在环试验验证,城市行驶工况工况下整车综合能耗降低20.8%,硬件在环试验结果与仿真结果基本一致,表明了所制定能量管理策略的有效性和可行性.      

空中加油机加油软管系统建模和控制研究进展

空中加油软管系统作为空中加油过程最重要的组成部分，其建模和控制研究是一个重要研究方向，已经取得了很大进展。首先在概述了空中加油的主要类型的基础上，分析了软管式空中加油的特点；然后分别介绍了基于常微分方程和基于偏微分方程的两种软管系统的建模方法；进一步针对空中加油机加油全过程分析了加油软管系统的对接控制、软管的振动抑制和可控锥套的研究；最后从加油软管系统的建模和控制方面展望了软管式空中加油未来的发展趋势。      

基于Pareto的电池容量衰退权衡优化控制策略

由于插电式混合动力汽车电池可以通过电网获取比较廉价的电量,传统的控制策略只考虑充分利用电池电量,但忽略了过度使用电池,会加快动力电池容量的衰退。因此,如何权衡充分利用电池电量与抑制电池容量衰退是新的研究重点。基于电池的半经验衰退模型,引入电池利用程度因子,建立权衡电池容量衰退的能量管理策略。通过Pareto非劣目标域选取合适的权重因子,将多目标优化问题转化为单目标问题,采用动态规划算法获得权重系数全局最优解,通过权衡不同权重下的油耗和电池容量衰退程度选择最优权重系数。在燃油消耗相当的情况下,当权重系数为0.9时,可有效抑制电池寿命的衰减速度。最后,通过在线等效油耗最小策略仿真与在同一权重下的动态规划解进行比较来验证其有效性。      

Migratory flight strategies of Levant sparrowhawks: time or energy minimization?

Diurnal and nocturnal flight paths of 364 Levant sparrowhawks, Accipiter brevipes, were recorded by radar and used to analyse migratory strategies. Soaring-gliding was the predominant flight strategy during the day when thermals were available. Also during the day, and at night, flapping-gliding flight was used. Levant sparrowhawks flew at similar altitudes as other migrating raptors in Israel during the day; however, they showed different diurnal patterns, using flapping flight at high altitudes soon after sunrise and late in the afternoon. Migratory directions were strongly concentrated on a south-southwest-north-northeast axis in spring and autumn, whereby birds compensated for lateral drift. Soaring-gliding birds maximized cross-country airspeed according to optimal flight theory and, thus, minimized time needed per distance. In flapping-gliding flight, they adjusted their airspeed with respect to the wind to fly at the maximum range speed, suggesting that they minimized energy consumption per distance. Calculations based on aerodynamic flight theory showed that the optimal migratory strategy of a Levant sparrowhawk with respect to time and energy depends on feeding conditions en route: in poor conditions, both time and energy are minimized by a pure soaring-gliding flight strategy. If food is available en route, soaring-gliding flight should be combined with flapping flight when no thermals are available, as this will minimize time spent on migration. The evidence for both strategies is discussed. Copyright 1998 The Association for the Study of Animal Behaviour.     

从鸟群群集飞行到无人机自主集群编队

无人机可通过自主集群编队提高其在复杂环境下执行任务的能力.多飞行器并存导致系统协调管理难度提升等一系列问题，因此如何设计合理高效的无人机集群编队协调自主控制算法是一个亟待解决的难点问题.在鸟群群集飞行过程中，个体通过遵循简单行为规则进行相互合作而产生复杂有序的集体行为.由于鸟群群集飞行过程中所表现出的邻近交互性、群体稳定性和环境适应性等特点与无人机集群编队的自主、协调和智能等控制要求有着紧密的契合之处，因此，研究鸟群群集飞行机制，并将其映射到无人机集群系统，是解决无人机集群编队协调自主控制问题的一条切实可行的途径.      

钾离子电池的研究进展及展望

锂离子电池（LIBS）已经广泛应用到便携式电子产品和电动汽车上.然而,随着锂资源的开采使用,锂离子电池的成本也在逐渐增加.相比之下,地壳中较高的钾含量使得钾离子电池（KIB）成本相对较低.进而,钾离子电池作为一种新型低成本储能器件受到了广泛关注.但钾离子的半径较大,导致充放电过程中,离子嵌入/脱出的动力学性能较差.因此,电池电极材料的选择面临着新的挑战.在对钾离子电池电极材料进行分类和总结的基础之上,重点介绍了石墨及各种形式的碳材料、过渡金属氧化物、合金类等负极材料以及普鲁士蓝、层状金属氧化物、聚阴离子型化合物等正极材料的研究进展,并对钾离子电池的发展进行了展望,以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路.     

钠离子电池层状氧化物正极材料研究进展

钠离子电池凭借资源和成本优势在大规模储能和低速电动车领域展现出极大应用前景。层状氧化物理论容量较高且易于合成，是目前最具应用潜力的钠离子电池正极材料之一。如何改善层状氧化物正极材料的循环稳定性并提升其能量密度是当前的科学前沿问题。首先，综述了层状氧化物正极材料的几种典型改性方法，从组分设计的角度，探讨了不同掺杂元素、不同掺杂位点对材料容量和循环寿命的影响，阐述了利用阴离子反应提供额外容量的基本原理，概述了提高阴离子氧化还原可逆性的掺杂策略；从结构设计的角度，介绍了复合相材料的制备、微观结构的设计和调控等方向的最新进展；从表面设计的角度，讨论了金属氧化物、磷酸盐等作为包覆层对改善材料稳定性和倍率性能的作用机制。最后，总结了层状氧化物储钠正极材料现阶段面临的挑战，并对其未来的发展方向进行了展望，提出了新的研究思路。