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航空发动机外部管路自动敷设算法及系统实现

航空发动机外部管路自动敷设算法及系统实现

作者：李舒舒东北大学

学位级别：硕士

航空发动机是飞机的心脏,是飞机设计中难度最大的部分之一,决定着飞机整体性能的优劣。航空发动机包含大量的管路和线缆,管路敷设对航空发动机的可靠性、性能和研制成本有十分重要的影响。靠人工经验的传统手工敷设方法,往往浪费大量的... 详细信息

航空发动机是飞机的心脏,是飞机设计中难度最大的部分之一,决定着飞机整体性能的优劣。航空发动机包含大量的管路和线缆,管路敷设对航空发动机的可靠性、性能和研制成本有十分重要的影响。靠人工经验的传统手工敷设方法,往往浪费大量的时间和材料,且难以保证设计质量。随着计算机和CAD技术的发展,管路自动敷设研究取得了一定的研究成果,由于发动机管路自动敷设问题难度巨大,还远未形成一套成熟的管路自动敷设方法。针对航空发动机外部管路敷设的特点,综合考虑管路敷设空间障碍,节点数量、弯角等信息,对单管路、多管路的自动敷设算法进行了研究,在以往标准粒子群算法、改进粒子群算法和基于多管成束敷设算法的研究基础之上,本文展开的主要工作如下:（1）应用基于C#的UG二次开发技术,实现了基于回转体的航空发动机机匣、附件和障碍的建模、环境信息的提取和存储。（2）提出了基于三段式的单根管路自动敷设算法,利用提取的管路敷设环境信息,针对标准粒子群算法易陷入局部最优的特点,对惯性权重进行设计,形成改进的粒子群算法,建立管路敷设目标函数,通过MATLAB和C#对算法进行计算和仿真,验证了算法的有效性。（3）提出了多根管路成束敷设算法,在单根管路自动敷设算法的基础上,针对多管路自动敷设的特点,运用改进的粒子群算法,建立算法模型和目标函数,提出了基于改进粒子群算法的多根管路成束敷设布局方案,通过MATLAB和C#进行计算和仿真,验证了算法的可行性。（4）应用基于C#的UG二次开发技术和本文改进的自动敷设算法,开发了航空发动机外部管路自动敷设原型系统,实现了管路敷设环境信息的提取和存储,以及管路自动创建等功能。（5）总结全文,进一步分析了本文研究方法的先进性,并展望下一步重点研究工作。

关键词：航空发动机管路自动敷设栅格建模改进粒子群算法多管成束敷设系统开发 UG二次开发

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城市公共交通系统在内涝灾害下的脆弱性研究

城市公共交通系统在内涝灾害下的脆弱性研究

作者：叶博文华中科技大学

学位级别：硕士

城市公共交通系统是城市居民日常生活中最为依赖的关键基础设施之一,大力发展城市公共交通系统有助于缓解城市化进程所带来的许多问题,诸如道路拥塞、环境污染以及可达性不平等。然而,日益增多的内涝灾害极大的影响了公共交通系统的正... 详细信息

城市公共交通系统是城市居民日常生活中最为依赖的关键基础设施之一,大力发展城市公共交通系统有助于缓解城市化进程所带来的许多问题,诸如道路拥塞、环境污染以及可达性不平等。然而,日益增多的内涝灾害极大的影响了公共交通系统的正常运行,研究城市公共交通系统在内涝灾害下的脆弱性,对于更好的保护和规划城市公共交通系统至关重要。本文提出了城市公共交通系统在内涝灾害下脆弱性的研究框架,主要包括四个步骤:第一步,建立城市公共交通系统的双层栅格模型,包括公交系统、地铁系统、以及公交-地铁互补关系的栅格模型,并通过基于栅格的模型与基于主图的模型的旅行时间结果进行比较,验证了使用栅格模型在本研究中的可行性;第二步,将降雨、内涝淹没、排水三个过程结合,建立了基于栅格的内涝灾害模型,并据此产生了5种不同降雨回归周期下的内涝灾害情形;第三步,以可达性作为公共交通系统的性能指标,讨论了基于最坏情形和考虑恢复过程的脆弱性的计算方法。第四步,分析了城市公共交通系统在不同内涝灾害情形下的可达性及脆弱性,计算了分别基于最坏情形和考虑恢复过程的两种脆弱性的最优防护策略,并分析综合考虑公交停运和减速时的可达性及脆弱性。以武汉市公共交通系统为例,分析了系统在内涝灾害下的脆弱性,主要结论如下:(1)基于栅格和主图建模方法的站点间旅行时间的相关系数大于0.98,平均偏差小于5分钟,结果表明用栅格建模方法计算公共交通系统可达性是可行的;(2)公交系统受内涝灾害影响很大(可达性最多降低76%),但考虑地铁系统互补能明显提升系统在内涝灾害下的可达性及连通度;(3)在不同内涝灾害情形下,最优防护区域多数位于洪山区,说明洪山区的路面防洪能力需要加强;(4)与仅考虑公交停运相比,进一步考虑的公交减速对系统可达性和脆弱性的影响很小,基本可忽略,说明仅考虑公交停运是可行的。这些结论可为武汉市公共交通系统的保护和规划提供指导,同时该分析框架也可以运用到其他城市的分析中去。

关键词：城市公共交通系统内涝灾害栅格建模可达性脆弱性防护策略

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基于智能算法的地下管网路径规划研究

基于智能算法的地下管网路径规划研究

作者：卢广华天津大学

学位级别：硕士

随着城市现代化建设的步伐加快，城市地下管网变得越来越复杂，成为当之无愧的“第二城市”。由于在管网铺设过程中缺少合理的规划，造成对地下空间的极大浪费，制约着城市的进一步发展。本文针对于此，提出将改进粒子群算法应用到地下... 详细信息

随着城市现代化建设的步伐加快，城市地下管网变得越来越复杂，成为当之无愧的“第二城市”。由于在管网铺设过程中缺少合理的规划，造成对地下空间的极大浪费，制约着城市的进一步发展。本文针对于此，提出将改进粒子群算法应用到地下管网路径规划问题中，以解决这一难题。首先，确定了课题的研究背景和研究现状，将课题归结为全局路径规划问题，并从环境建模和路径搜索两方面对几种典型路径规划方法的优劣进行归纳总结，最终选择粒子群算法与栅格法相结合的方式来解决地下管网的规划问题;其次，对标准粒子群算法进行研究，分析了传统算法的缺陷及其原因，提出了一种改进的粒子群算法。使原有的惯性权重值采用线性微分递减策略、同时在速度更新公式中引入群体共享信息的概念并对越界粒子进行随机初始化处理，利用四个标准测试函数：Sphere函数、Rosenbrock函数、Rastrigin函数和Griewank函数进行检测，验证了改进算法的寻优能力;然后，根据地下管网铺设的具体特点，利用栅格法建立规划空间的环境模型，研究了路径的有效性准则，定义了适应值函数和路径转化规则;最后，在四种不同的环境模型下进行实验仿真，验证了路径规划方法的可行性，可以实现在复杂环境下快速搜索出满足约束条件的无碰最优路径，并与三种传统粒子群算法的搜索性能进行了比较分析。本文的研究成果对地下管网的铺设，特别是对地下管网综合信息管理系统的深层次开发具有重要的理论意义和实用价值。

关键词：地下管网粒子群算法栅格建模管路规划

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泊车AGV控制系统设计与路径规划

泊车AGV控制系统设计与路径规划

作者：陈井贺哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

为了解决城市快速发展带来的泊车难问题,提出一种智能化和机械化的停车技术和设备。即以单片机为核心的差速驱动控制导引小车试验系统,利用相关的外围传感器,使AGV小车能够沿设定好的轨道进行车体转向、前进、后退等控制,并且能够使AGV... 详细信息

为了解决城市快速发展带来的泊车难问题,提出一种智能化和机械化的停车技术和设备。即以单片机为核心的差速驱动控制导引小车试验系统,利用相关的外围传感器,使AGV小车能够沿设定好的轨道进行车体转向、前进、后退等控制,并且能够使AGV小车在已知的地图环境下自动规划最优的工作路径。本文以泊车AGV控制系统设计与路径规划作为重点研究方向。经过充分的调研并结合目前实际的需求,确立了本文主要的研究内容。论文主要研究的内容如下。首先针对AGV控制系统的总体方案进行设计,包括AGV的运动机构分析、AGV的车体组成方案设计、电机驱动控制等。其中对涉及到的AGV相关参数、运动学建模等给予了分析。通过对比电机常用的驱动方法,确定了本文的电机驱动设计方案,同时列举了常用的导引方式并进行对比分析。针对AGV控制系统的硬件设计,围绕导引控制器、外围传感器、通讯单元、电源模块等进行选型分析和电路设计。通过Altium Designer软件进行PCB制板并调试。然后针对AGV导引控制进行详细分析,首先着重阐述了电机闭环控制系统的设计,同时给出了在阶跃输入响应下,电机的速度和位置控制仿真实验。对电机驱动中的经典PID算法和P+前馈控制算法给予对比分析,同时在P+前馈控制算法下针对AGV完成非线性输入仿真和实验,并给出相应的仿真和实验结果。最后对AGV磁带导引的实现以及纠偏进行了分析。针对AGV的路径搜索,首先对该类问题给予初步理论分析,并介绍了相关搜索算法。针对泊车AGV适合静态环境的背景下,首先对AGV电子地图的建立给予详细分析。并就AGV路径规划过程进行介绍。随后对适合已知环境下的A*算法和BFS算法进行横向比较,接着针对A*算法存在的缺点进行改进完善。最后本文主要就栅格建模结合“分割+平滑A*算法”实现AGV的路径规划进行详细阐述,并在文中给出了具体实验流程以及仿真验证和数据分析,直至使AGV在有效的时间内快速并准确的搜索出最优的可行路径,并保证其运行连贯性,进而提高AGV的效率。最后针对AGV所涉及的主要研究内容进行相关试验,并对各传感器的工作状态以及整体控制系统进行调试试验分析。从而确保该系统硬件设计方案的可靠性。通过泊车控制系统进行驱动控制和路径规划测试,验证了本系统可在预期环境和工程要求下AGV稳定受控并可规划出相对理想的路径。

关键词： AGV STM32F103 P+前馈控制栅格建模 A*算法

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基于线性规划下的机器人最优避障路径模型

建模与仿真 2022年第4期11卷 1083-1095页

作者：王梦甜张巍陈晓友河南工业大学理学院河南郑州

近年来随着科技的快速发展,机器人技术被广泛地应用于家庭服务、工业指导、军事作业等多个领域。本文运用栅格建模以及线性规划模型,建立了机器人从区域中一点到达另一点的避障最短路径和最短时间路径的数学模型。其中最短路径模型给出... 详细信息

近年来随着科技的快速发展,机器人技术被广泛地应用于家庭服务、工业指导、军事作业等多个领域。本文运用栅格建模以及线性规划模型,建立了机器人从区域中一点到达另一点的避障最短路径和最短时间路径的数学模型。其中最短路径模型给出了机器人行走的原则,为机器人可能路径的选择提供了依据,同时讨论了行走路径中机器人直线段长度和弧线段长度的计算方法,以及直线与圆弧切点坐标的计算方法,为后续问题的解决提供了很好的工具;最短时间模型以行走时间最短为目标,找出了最合适的转弯圆心和半径,然后通过建立线性规划模型求得了最优解。

关键词：线性规划栅格建模旅行商(TSP)问题 MATLAB

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逃离传统势场法局部稳定点策略

计算机与数字工程 2019年第4期47卷 823-827,862页

作者：耿双乐罗顺心上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200082

针对传统人工势场法在复杂环境下容易陷入局部最优的状态,论文提出一种时间周期距离检测方法,检测传统势场是否陷入局部稳定点。并结合传统势场方法,提出建立一种局部稳定区域栅格地图的方式,通过栅格地图下运用启发式搜索算法搜寻路径... 详细信息

针对传统人工势场法在复杂环境下容易陷入局部最优的状态,论文提出一种时间周期距离检测方法,检测传统势场是否陷入局部稳定点。并结合传统势场方法,提出建立一种局部稳定区域栅格地图的方式,通过栅格地图下运用启发式搜索算法搜寻路径,最终可使得移动机器人逃离局部稳定区域。论文提出一种新型的混合算法规划方式,在整体路径规划上采取传统势场势场方法,局部稳定区域,通过周期距离检测方法结合栅格建模启发式搜索逃离稳定点。

关键词：路径规划周期检测混合规划栅格建模

增强D* Lite在自主移动机器人安全路径规划中应用

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河北工程大学学报（自然科学版） 2014年第2期31卷 89-92页

作者：张浩孙新柱安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室安徽芜湖241000

为了提高未知环境中自主机器人行走的安全性和路径规划最优性,提出了增强D*Lite算法,该算法以栅格法环境建模为基础,引入障碍物尖角和结合点检测,并针对复杂障碍物的可优化路径给出路径优化方法。仿真实验结果表明,该方法可以实现移动... 详细信息

为了提高未知环境中自主机器人行走的安全性和路径规划最优性,提出了增强D*Lite算法,该算法以栅格法环境建模为基础,引入障碍物尖角和结合点检测,并针对复杂障碍物的可优化路径给出路径优化方法。仿真实验结果表明,该方法可以实现移动机器人安全路径的规划和优化。

关键词：自主移动机器人栅格建模安全路径路径优化