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基于深度强化学习的无人机集群数字孪生编队避障

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工程科学学报 2024年第7期46卷 1187-1196页

作者：张宇宸段海滨魏晨北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100083

无人机集群在各个领域中扮演着重要角色,具有丰富的应用场景.然而,将深度强化学习方法应用于自主无人机面临着诸多严峻挑战.本文基于多智能体深度强化学习,通过使用局部信息建立单个无人机的状态空间,并使用多智能体近端策略优化(Multi-... 详细信息

无人机集群在各个领域中扮演着重要角色,具有丰富的应用场景.然而,将深度强化学习方法应用于自主无人机面临着诸多严峻挑战.本文基于多智能体深度强化学习,通过使用局部信息建立单个无人机的状态空间,并使用多智能体近端策略优化(Multi-agent proximal policy optimization,MAPPO)的在线策略算法来训练策略网络,从而克服了环境的不确定性和对全局信息的依赖.同时,引入了数字孪生的概念,为资源紧张型算法提供了新思路.为了解决采样困难和资源紧张的问题,基于数字孪生技术,构建了一个用于无人机编队避障策略模型训练的架构.首先,构建了多个数字孪生环境,用于强化学习算法在任务开始之前进行交互采样的预训练,以使集群具备基本的任务能力.然后,使用在真实环境中采集的数据进行补充训练,使得集群能够更好地完成任务.对采用这种两阶段训练架构的效果进行了对比,同时与其他策略算法进行比较,验证了MAPPO的样本效率性能.最后,设计了实际飞行验证测试,验证了从孪生环境中获得的策略模型的实用性和可靠性.

关键词：数字孪生深度强化学习无人机编队控制避障

仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 855-865页

作者：仝秉达段海滨魏晨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院仿生自主飞行系统研究组北京100083 鹏城实验室广东深圳518055

针对多无人机对抗问题,本文提出了一种三维空间中仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法.在分析鹰鸽捕食逃逸行为的基础上,文章构建了多无人机博弈对抗系统模型,并定义了微分博弈中的连续可微值函数,证明了值函数满足Hamilton-J... 详细信息

针对多无人机对抗问题,本文提出了一种三维空间中仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法.在分析鹰鸽捕食逃逸行为的基础上,文章构建了多无人机博弈对抗系统模型,并定义了微分博弈中的连续可微值函数,证明了值函数满足Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程,从而保证鞍点策略存在.使用最优分配方法,为仿鹰无人机一方设计了分组对抗分配策略,以解决多无人机追逃场景中的任务分配问题.本文对比仿真实验结果验证了所提出方法的有效性.

关键词：多无人机对抗微分博弈任务分配捕食逃逸鞍点策略

认知不确定性下高冲突可靠性信息融合方法研究

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机械科学与技术 2024年

作者：夏艳君魏晨竹周雄峰唐樟春电子科技大学机械与电气工程学院

由于侧重点差异、知识经验不同等影响，针对同一问题不同专家极有可能给出冲突的可靠性结论即证据，针对高冲突可靠性信息融合是可靠性工程面临的难点问题。现有研究主要采用改进的D-S证据理论解决高冲突可靠性信息融合问题，该理论认... 详细信息

由于侧重点差异、知识经验不同等影响，针对同一问题不同专家极有可能给出冲突的可靠性结论即证据，针对高冲突可靠性信息融合是可靠性工程面临的难点问题。现有研究主要采用改进的D-S证据理论解决高冲突可靠性信息融合问题，该理论认为不同专家提供的证据具有不同的权威性、重要性和可信性，因此在融合之前需要对证据进行调整，即对不同的证据要根据其权威程度、重要程度及可信程度进行权重赋值；权重赋值需要使用者自身根据实际情况决定。改进的D-S证据理论认为权重为固定值，在实际工程应用中由于人类的认知不确定性，难以给出准确的权重值。本文引入不确定权重，结合改进的D-S理论及区间可能性理论，提出一种认知不确定性下高冲突可靠性信息融合方法，采用区间可能度解决高冲突信息融合问题。最后采用数值算例证明本文方法的可行性。

关键词：可靠性认知不确定性高冲突信息信息融合 D-S证据理论

基于低阶干扰估计器的欠驱动三自由度直升机鲁棒控制

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航空学报 2024年第1期45卷 143-158页

作者：杨梓霄李世尧魏晨李湛朱波中山大学航空航天学院深圳518107 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对模型不确定且外部未知扰动影响显著的欠驱动三自由度(3-DOF)直升机,本文设计、分析并实验验证了一种基于不确定性与干扰估计器(UDE)的主动抗扰控制策略。具体地,针对该直升机平台动力学耦合严重且存在欠驱动特性等问题,基于全驱动... 详细信息

针对模型不确定且外部未知扰动影响显著的欠驱动三自由度(3-DOF)直升机,本文设计、分析并实验验证了一种基于不确定性与干扰估计器(UDE)的主动抗扰控制策略。具体地,针对该直升机平台动力学耦合严重且存在欠驱动特性等问题,基于全驱动系统控制思想,发展了一种基于反馈线性化的升降角和偏航角轨迹跟踪策略,同时实现了内部状态(俯仰角)的镇定;在内外环三通道虚拟控制中,进一步设计了一阶UDE,并联合UDE和标称控制,构建了可有效补偿三通道模型不确定和外部扰动的鲁棒控制方案。该方案较好应对了被控对象的欠驱动特性,控制信号连续且光滑,同时干扰补偿器还具有设计参数少、性能调节简单且清晰等优点。借助于奇异摄动理论,分析了闭环系统跟踪误差的收敛性、输入-状态稳定性、及UDE参数对误差最终界的影响规律,揭示了闭环控制系统潜在的多时间尺度属性。仿真和实验结果验证了干扰补偿的必要性,UDE的有效性和其调参的便捷性。

关键词：三自由度直升机欠驱动系统不确定性与干扰估计器干扰抑制时间尺度轨迹跟踪

新时代高校思想政治理论课教师队伍的历史性变化及主要建设经验

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思想教育研究 2024年第1期 83-89页

作者：许东波魏晨晨王洁山东理工大学马克思主义学院山东淄博255000

新时代高校思想政治理论课教师队伍历经规范发展阶段,正处于全面推进高质量发展阶段,其面貌发生了历史性变化。队伍规模常态化扩大,队伍文化特色鲜明,队伍结构发生了质变,队伍声誉整体较高。高校思想政治理论课教师队伍在加强党的领导... 详细信息

新时代高校思想政治理论课教师队伍历经规范发展阶段,正处于全面推进高质量发展阶段,其面貌发生了历史性变化。队伍规模常态化扩大,队伍文化特色鲜明,队伍结构发生了质变,队伍声誉整体较高。高校思想政治理论课教师队伍在加强党的领导、师德师风建设、综合素质能力建设以及专业发展、组织管理和保障等方面取得了宝贵经验。

关键词：高校思想政治理论课教师队伍建设历史性变化主要经验

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基于联盟博弈的无人机/无人车异构集群验证

工程科学学报 2024年第7期46卷 1207-1215页

作者：王浩淼袁莞迈马可张颖申燕凯魏晨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术国家级重点实验室北京100083 中国电子科技集团公司信息科学研究院北京100041

无人异构集群相较于单一类型、单一个体的无人平台,能够完成更为复杂的任务,同时对严苛战场环境有着更高的适应度.在无人异构集群协同执行任务时,任务分配是至关重要的环节,需要考虑异构无人平台和任务的多种约束和目标.传统的任务分配... 详细信息

无人异构集群相较于单一类型、单一个体的无人平台,能够完成更为复杂的任务,同时对严苛战场环境有着更高的适应度.在无人异构集群协同执行任务时,任务分配是至关重要的环节,需要考虑异构无人平台和任务的多种约束和目标.传统的任务分配方法分配效率低且难以处理大规模复杂任务.联盟博弈通过形成由若干参与者组成的联盟,根据个体的属性、偏好对群体进行划分,从而实现个体以及群体利益的最大化.本文以无人异构集群任务分配为背景,研究了基于改进联盟博弈算法的最优分配策略,基于可能的战场环境设计了模拟任务场景并完成实验验证.首先,考虑异构平台在任务中的初始位置、速度、携带资源以及个体声誉等因素,建立了基于空间自适应博弈(Spatial adaptive play algorithm, SAP)的联盟博弈的任务分配算法模型.其次,基于任务场景,搭建了任务所需的软件与硬件平台.最后,针对模拟的战场环境,对所提算法及搭建的异构无人集群平台进行了实验验证.验证结果表明,在异构无人集群平台重分配的任务背景下,本平台能综合考虑战场态势,寻找最优的任务分配方式,协调各作战单位完成任务目标.

关键词：联盟博弈无人集群系统异构平台任务分配战场态势空间自适应博弈

铁氮共改性MCM-41活化过硫酸盐去除地下水中1,2-二氯乙烷

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环境科学学报 2024年第1期44卷 265-274页

作者：孟宪荣闫兴雨魏晨军施维林许伟苏州市环境科学研究所江苏省博士后创新实践基地苏州215009 苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215009

采用一步水热法将氨基(—NH_(2))和铁(Fe)共同引入到介孔材料MCM-41中,合成改性介孔材料Fe-NH_(2)-MCM-41,构建Fe-NH_(2)-MCM-41/过二硫酸盐(persulfate,PDS)体系去除水中1,2-二氯乙烷(1,2-DCA).利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试法和傅里叶红外(FTIR)对材料进行表征,考察了PDS投加节点、pH、阴离子和腐殖酸对Fe-NH_(2)-MCM-41/PDS体系去除1,2-DCA的影响,并利用电子自旋共振(EPR)和自由基猝灭实验确定反应活性物种,揭示反应机理.结果显示:—NH_(2)和Fe的引入均使材料具有了PDS活化能力,而—NH_(2)和Fe同时引入则进一步强化了材料的活化性能,使1,2-DCA去除率提高了37.3%.Fe-NH_(2)-MCM-41/PDS体系对pH具有较宽的适用范围,在pH为3~9范围内对1,2-DCA去除率稳定在55%左右.该体系还具有良好的抗离子干扰能力,地下水常见阴离子在较低和较高浓度条件下均对Fe-NH_(2)-MCM-41/PDS体系去除1,2-DCA影响较小,Cl-具有轻微促进作用,NO_(3)-、SO_(4)^(2−)呈轻微抑制作用;腐殖酸(HA)浓度较高时才抑制1,2-DCA的降解,地下水中HA(浓度一般为0.1~10 mg·L^(-1))不足以对Fe-NH_(2)-MCM-41/PDS体系降解1,2-DCA起到明显的抑制作用.自由基及EPR测试证明Fe-NH_(2)-MCM-41/PDS体系降解1,2-DCA主要机制为自由基反应机制,主要活性物种为S0_(4)^(·-)、·OH和O_(2)^(·-).

关键词： MCM-41 铁氮共改性高级氧化技术过硫酸盐 1 2-二氯乙烷

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沙漏型声子晶体的中低频隔声减振性能研究

陕西科技大学学报 2024年第1期42卷 131-137页

作者：胡启国魏晨刘灜重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 北京石油机械有限公司北京102206

针对机械工业装备上难以解决的低频振动与噪声问题,提出一种小尺寸、轻量化的新型声子晶体结构,研究其隔声减振特性,通过有限元仿真计算该声子晶体无限周期排列时的隔声量、能带结构以及有限周期排列时的振动响应,分析该结构的隔声机理... 详细信息

针对机械工业装备上难以解决的低频振动与噪声问题,提出一种小尺寸、轻量化的新型声子晶体结构,研究其隔声减振特性,通过有限元仿真计算该声子晶体无限周期排列时的隔声量、能带结构以及有限周期排列时的振动响应,分析该结构的隔声机理及减振特性,并研究了关键几何参数、散射体材料和声波入射角度对该结构的隔声特性的影响规律,以及板结构减振频带的拓宽方法.结果表明:该声子晶体结构在1 000 Hz以下频率范围内具有优越的隔声减振性能,通过将不同参数的结构进行组合的方法可以拓宽声子晶体板的减振频带,为工程结构的中低频隔声减振及声子晶体的应用提供了新的思路与可行性参考.

关键词：局域共振声子晶体低频隔声减振特性

亚热带高山溪流底栖动物多维度alpha多样性及其驱动因子

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湖泊科学 2024年

作者：魏晨辉蒋小明李红涛陶敏孔令茜蔡瑶西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室雅安市农业农村局武汉中科瑞华生态科技股份有限公司

高海拔的溪流生态系统因其对外界干扰的响应敏感，被视为是监测环境变化和人类干扰的理想对象。本研究选取四川省天全县境内的一条典型的亚热带高山溪流——天全河，于2018年4月和10月对上游20个样点进行调查，开展大型底栖无脊椎动物... 详细信息

高海拔的溪流生态系统因其对外界干扰的响应敏感，被视为是监测环境变化和人类干扰的理想对象。本研究选取四川省天全县境内的一条典型的亚热带高山溪流——天全河，于2018年4月和10月对上游20个样点进行调查，开展大型底栖无脊椎动物物种、功能和系统发育alpha多样性时空格局及驱动过程研究，旨在阐明在未受干扰的高山溪流中，底栖动物不同维度多样性的时空分布格局，并甄别出驱动多样性的关键环境因子和空间因子及其各自的相对贡献率。基于距离的线性模型分析显示，影响底栖动物物种多样性指数的关键环境因子为海拔和流速，关键空间因子为基于地理途径的PCNM 4～6等中尺度因子；而功能多样性指数受底质类型和浊度等环境因子以及地理途径PCNM 6～8和河网途径PCNM 3等空间因子的显著影响；系统发育多样性只受到海拔和底质类型等环境因子的显著影响。变差分解分析显示，环境因子(0.6%～21.5%)与空间因子(0.2%～16.6%)单独解释的物种多样性和功能多样性指数变异大体相当，表明两组因子都起到了重要的作用。环境因子对系统发育多样性指数变异的单独解释率(12.1%～23.3%)显著高于空间因子的单独解释率(0～6.9%)，显示环境因子在驱动系统发育多样性指数的变异中占主导地位。本研究揭示了天全河上游底栖动物的多样性格局及驱动机制，研究结果可为进一步了解亚热带高山溪流底栖动物的多样性现状，并为其未来的多样性管理和环境保护提供重要的理论依据。

关键词：底栖动物集合群落物种多样性系统发育多样性功能多样性天全河