一种求解线性控制系统可达集的数值方法

针对线性控制系统,研究应用常微分方程数值方法和优化技术相结合的近似可达集的方法.首先,用常微分方程数值方法对系统进行离散化.然后,提出基于优化技术的外部投影法来近似离散系统的可达集.外部投影法构造有限多个投影问题,每个都对应一个凸优化问题,通过求解这些凸优化问题最终可以得到可达集的近似描述.最后,通过数值仿真结果验证了所提出方法的有效性.与文献中已有的方法相比,在求解相同数量凸优化问题的情况下,外部投影法的近似精度更高.     

吸气式高超声速飞行器多学科优化设计研究

在冲压发动机推进特性问题的研究中,高超声速飞行器是一种多学科强耦合的先进飞行器,传统的设计方法一般只考虑某一个性能和学科,造成设计性能不理想,而多学科优化设计(MDO)能够探索和充分利用工程系统中的协同机制来实现复杂飞行器的设计.为优化推进技术,完善设计,提高航程,用多学科优化设计方法对高超声速飞行器进行了优化设计.建立了包括空气动力学、推进系统、结构质量以及弹道航程等多个学科模型在内的多学科优化平台.进行仿真,结果表明满足各个学科约束的条件,使得飞行器的航程提高 12.94%.同时也说明文中针对高超声速飞行器搭建的多学科优化平台是可行的,为优化设计提供厂保证.     

吸气式高超声速飞行器考虑控制约束的设计优化

为了能够获得性能卓越,可靠的吸气式高超声速飞行器(AHSV)设计,需要考虑其特殊动力学特性及控制系统的性能约束,研究面向控制系统设计的系统设计优化策略.首先,简要介绍了AHSV第1原理建模与参数化建模相关的问题与方法;其次,分析了AHSV系统模型与控制系统性能之间的约束耦合特性:系统模型的不稳定极点及其左特征向量与控制信号的饱和约束确定了反馈控制系统的零可控区域;系统模型右半平面(RHP)零极点对于反馈闭环系统灵敏度函数与补灵敏度函数具有峰值约束与带宽限制;最后,考虑系统模型与控制系统约束耦合的特性,根据选取的总体优化设计目标,介绍了系统本体与控制系统组合优化的相关策略.并简要分析了各优化策略的实用性及适用范围.对于AHSV考虑控制系统性能约束的优化设计提供了一种研究方法和设计思路.     

基于轴对称比拟的气动热计算方法研究

在气动热计算优化过程中,轴对称比拟法是非轴对称流场气动热估算的一种有效方法,传统的轴对称比拟法是在柱坐标系下推导和计算沿流线的尺度因子计算公式,计算变量之间的迭代过程非常复杂。为解决上述问题,采用一种新的轴对称比拟法,直接在直角坐标系中计算沿流线的尺度因子,计算过程大为简化。采用改进的流线跟踪法作为表面热流计算的推进格式,提高了计算的效率。以15°钝锥和双椭球为算例,计算结果与数值求解结果和风洞数据均较好地吻合,并且计算效率较高。     

基于平衡截断方法的高超声速飞行器模型降阶

本文提出了一种适用于高超声速飞行器数学模型的模型降阶方法.该方法采用基于奇异值分解的投影技术,对高阶的高超声速飞行器数学模型进行平衡变换,进而通过截断获得低阶的微分方程,方便控制器的设计,达到模型降阶的目的.相比于传统的只适用于稳定系统的模型降阶方法,本文提出的模型降阶方法通过右互质分解可以应用于不稳定的系统的模型降阶.为了证明该模型降阶方法的准确性,本文通过平均灰色关联系数的计算,给出基于时域分析的定量验证结果.仿真部分成功应用该方法对美国空军实验室提出的弹性纵向模型实现了降阶,证明了该方法的有效性.     

基于改进粒子群算法的飞行器协同轨迹规划

考虑气动、轨迹、约束、指标间的耦合关系, 以多高超声速飞行器同时到达为目标建立了协同规划模型; 设计了一种自动满足终端约束的全新滑翔飞行剖面, 减少了规划算法需要处理的约束数量; 推导了滑翔段高精度解析解, 实现了过程约束和性能指标的快速求解; 提出了一种改进粒子群优化(Particle swarm optimization, PSO)算法, 借助强化学习方法构建协同需求与惯性权重间的动态映射网络, 提高了在线规划效率. 最后通过数学仿真验证了方法的正确性和有效性.     

一种GRNN神经网络的高超声速飞行器轨迹预测方法

在针对高超声速飞行器的拦截作战中,对其轨迹的准确预测是成功拦截的重要基础。基于对高超声速飞行器轨迹特性的分析,以广义回归神经网络GRNN(Generalized Regression Neural Network)理论为依据,对高超声速飞行器的轨迹预测进行研究。通过对轨迹误差产生的原因进行分析,针对高超声速飞行器提出了基于误差修正的GRNN轨迹预测算法。通过仿真验证了算法的有效性,研究结果表明,随着观测数据的增加,算法的误差范围逐步减小,误差修正的效果越来越好。     

Decoupling Trajectory Tracking for Gliding Reentry Vehicles

A decoupling trajectory tracking method for gliding reentry vehicles is presented to improve the reliability of the guidance system. Function relations between state variables and control variables are analyzed. To reduce the coupling between control channels, the multiple-input multiple-output (MIMO) tracking system is separated into a series of two single-input single-output (SISO) subsystems. Tracking laws for both velocity and altitude are designed based on the sliding mode control (SMC). The decoupling approach is verified by the Monte Carlo simulations, and compared with the linear quadratic regulator (LQR) approach in some specific conditions. Simulation results indicate that the decoupling approach owns a fast convergence speed and a strong anti-interference ability in the trajectory tracking.      

基于STK的滑翔增程弹弹道可视化仿真

为了验证弹道数据的可靠性、准确性,提高弹道仿真的真实性、可视性,利用STK软件的三维建模、三维空间计算、三维动画生成能力,将从MATLAB/Simulink得到的弹道数据转化为三维动画场景,真实的模拟了弹丸的整个飞行过程。研究人员能够控制整个仿真过程,观察到弹丸任一时刻的位置、速度、姿态及整个弹道曲线,并对比在不同条件下弹道的准确度,从而对弹道参数做出修正。弹道可视化仿真实际就是一个虚拟靶场,可以应用于滑翔增程弹的研制、生产、演示过程中。     

高超声速飞行器飞行轨迹的模糊控制设计

针对高超声速飞行器飞行过程中因干扰造成的飞行轨迹散布问题,提出了采用飞行器飞行轨迹的模糊控制设计方法。方法以高超声速飞行器飞行轨迹线偏差和线偏差变化率作为模糊控制器输入,采用模糊推理设计飞行控制系统。在完成高超声速飞行轨迹控制系统数学建模的基础上,结合自动驾驶仪特点对飞行轨迹模糊控制系统进行了设计。结论通过仿真表明所设计的飞行控制系统满足飞行轨迹及攻角性能要求,验证了方法的正确性。     

飞行器上升段轨迹的优化设计

针对飞行器上升段轨迹优化求解困难的问题,提出一种基于正交配点的优化求解方法。该方法以第二类切比雪夫正交多项式的零点作为系统控制变量和状态变量的离散点,利用拉格朗日插值多项式对状态和控制变量进行拟合。通过对多项式的求导将动力学微分方程约束转化为代数约束,从而把无限维的最优控制问题转化为一个有限维的非线性规划(Nonlinear Programming,NLP)问题。随后,利用序列二次规划(Sequential Quadratic Program-ming,SQP)方法求解转化后的NLP问题,获得最优的飞行轨迹。最后,飞行器上的仿真结果验证了所提方法的有效性。研究成果可为飞行器的制导控制提供可行的飞行轨迹,有一定的工程应用价值。     

一种高吞吐量的无人机轨迹规划方法

无人机由于具有完全可控的移动性以及快速部署等优点,成为无线通信领域的研究热点。研究一种无人机支持的多播信道,利用无人机作为移动发射机向多个地面节点发送信息,在无人机的有限任务通信时间内,设计一种连续圆飞行轨迹方法。面向随机分布的多个地面节点,设定距离阈值对地面节点进行分组,通过求解新型旅行商问题确定无人机对各个分组的通信顺序,在满足无人机与地面节点通信覆盖需求的情况下,对圆心、无人机的飞行速度以及飞行半径进行求解,确定各个分组的圆形飞行轨迹,进而生成连续圆飞行轨迹。为实现吞吐量最大化目标,基于连续圆轨迹,在轨迹、功率一定情况下进行功率和轨迹优化,并通过交替联合优化无人机轨迹和功率以提高无人机对地通信系统整体性能。仿真结果表明,与基准方案相比,该方法系统吞吐量明显提高。     

电动汽车动力电池组SOC均衡控制算法仿真

采用当前算法均衡控制电动汽车动力电池组的SOC(电池荷电状态)时,得到电动汽车动力电池组SOC估计值与实际值之间的误差较大,并且存在SOC估计精准度低和控制效果差的问题。提出电动汽车动力电池组SOC均衡控制算法,建立电动汽车动力电池组的Thevenin等效电路模型,在Thevenin等效电路模型的基础上采用扩展卡尔曼滤波算法估算电动汽车动力电池组的SOC,引入标准差判断电动汽车动力电池组的工作状态,根据判断结果对电动汽车动力电池组SOC进行均衡控制。仿真结果表明,所提方法估算SOC的精准度较高、均衡控制效果好,均衡控制后电动汽车动力电池组的容量利用率较高。     

基于改进蚁群算法的深海集矿机轨迹规划

针对提高集矿机的集矿效率,实现优化轨迹的目标,建立了到达目的点时集矿机所需时间最短、耗能最少的多目标优化模型。并通过对子目标加权将多目标优化转换成单目标优化,提出了改进的蚁群优化算法,对集矿机作业轨迹优化控制,在实现高集矿覆盖率和集矿效率的同时,提高集矿机整机作业效率。仿真实验表明,改进蚁群算法用于集矿机轨迹优化控制是可行和有效的。     

具有保留效用的一般网络价格竞争博弈的寡占均衡

本文讨论了具有保留效用的一般网络的多个服务提供商之间的价格竞争博弈问题.给出了用户均衡的定义,并证明了其存在性、唯一性和连续性.由服务提供商所给价格和对应价格的用户均衡,给出了寡占均衡和严格寡占均衡的定义.根据Wardrop原理,给出了给定价格下用户均衡流量分配的特征刻画.本文还讨论了寡占均衡和严格寡占均衡的性质,给出严格寡占均衡价格的特征刻画,并用并行链路网络例证了文章的主要结果.     

基于改进粒子群算法的再入飞行器轨迹优化

采用基于距离量度和自适应惩罚相结合的约束处理技术的改进粒子群优化算法(PSO)应用于再入飞行器轨迹优化,避免适应值函数中复杂的罚函数及罚因子的设计,提高优化算法的通用性.以高超声速飞行器最小控制量再入轨迹优化为例,并对飞行器运动模型进行简化及控制量参数化.对两种不同的高超声速飞行器模型进行优化,仿真结果验证算法的有效性...     

Reduction of vibration level in rotordynamics by design optimization

We focus on the reduction of the vibration level of rotors by optimizing the shape of the body. The target is to reduce rotor weight and rotor vibrations leading to higher efficiency and less noise. We consider a finite element discretization of the rotor using a Rayleigh beam model which includes rotary inertia and gyroscopic moments leading to nonself-adjoint systems. We present a general algebraic framework for this case. The mass function is the objective function of the optimization problem and constraints are set on the nonlinear and nonconvex functions of critical speed and unbalanced response. For the numerical solution, algorithms belonging to the class of sequential convex programming are applied for the example of a turbocharger. A remarkable reduction of mass of an initially given prototype could be achieved while significantly reducing the unbalanced response and raising the critical speeds.