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单边双针双线摆动缝合轨迹设计及实验验证

中国机械工程 2024年第1期35卷 102-108页

作者：高子乔董九志陈云军蒋秀明天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津工业大学控制科学与工程学院天津300387

针对单边双针双线缝合头插刺机构无法缝制3 mm以上厚度预制体的问题,提出一种不对称的8字形运动轨迹并对插刺机构的运动轨迹进行了设计。首先,基于单边双针双线缝合工艺对插刺机构运动学进行分析,确定摆动插刺机构各构件的尺寸;其次,在A... 详细信息

针对单边双针双线缝合头插刺机构无法缝制3 mm以上厚度预制体的问题,提出一种不对称的8字形运动轨迹并对插刺机构的运动轨迹进行了设计。首先,基于单边双针双线缝合工艺对插刺机构运动学进行分析,确定摆动插刺机构各构件的尺寸;其次,在ADAMS中构建机构模型并进行轨迹分析;最后,通过实验样机进行缝合实验。实验结果表明,设计的缝合机构可将实际缝合厚度不足3 mm提高到8 mm,并在缝合过程中形成稳定线环,验证了不对称8字形缝合工艺及摆动插刺机构的可靠性。

关键词：单边双针双线缝合轨迹设计摆动插刺机构设计实验验证

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矿山巷道救援生命保障孔轨迹设计与控制方法

中国安全科学学报 2022年第3期32卷 84-89页

作者：周兢刘永升豆子钧阴慧胜张彪陈国强北京大地高科地质勘探有限公司北京100043 中国煤炭地质总局北京100038 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

为解决矿山巷道应急钻探救援过程中生命保障孔实钻轨迹中靶问题,运用解析几何方法对连通轨迹和巷道进行设计建模,并开展生命保障孔轨迹设计与控制方法研究。首先,综合考虑井口与连通点之间的相对位置,确定生命保障孔轨迹的设计类型,并... 详细信息

为解决矿山巷道应急钻探救援过程中生命保障孔实钻轨迹中靶问题,运用解析几何方法对连通轨迹和巷道进行设计建模,并开展生命保障孔轨迹设计与控制方法研究。首先,综合考虑井口与连通点之间的相对位置,确定生命保障孔轨迹的设计类型,并给出矢量求解的轨迹计算方法;其次,针对钻探救援目标位置不确定和轨道控制要求高的特点,优选出“增-稳-增”设计剖面,并提出分段轨迹连通设计方法;然后,以缩小救援目标位置的不确定性为目标,提出点到面的轨迹连通方法及二次连通的轨迹控制模型;最后,结合井眼设计资料及实钻数据,以实例验证所建模型。结果表明:该设计计算方法可避免繁琐的试算和校核,同时减少连通轨迹长度的6.7%;所提轨迹控制方法可克服传统钻探救援技术频繁进行扭方位操作造成的弊端。

关键词：矿山巷道救援目标生命保障孔轨迹设计轨迹控制二次连通

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受最速降线启发的水下滑翔机运动轨迹设计

机械工程学报 2023年

作者：吴宏宇牛文栋宋扬郝宇星王树新阎绍泽清华大学机械工程系清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室

水下滑翔机作为一种低能耗海洋探测平台，近年来受到广泛关注。随着技术日渐成熟，滑翔机应用场景持续拓展。面向水下定点探测任务，受最速降线问题中物块驱动原理启发，研究了滑翔机运动轨迹创新设计方案。在水流强度较大浅水区域，滑... 详细信息

水下滑翔机作为一种低能耗海洋探测平台，近年来受到广泛关注。随着技术日渐成熟，滑翔机应用场景持续拓展。面向水下定点探测任务，受最速降线问题中物块驱动原理启发，研究了滑翔机运动轨迹创新设计方案。在水流强度较大浅水区域，滑翔机将净浮力调为较大值，获得足够速度，快速通过该区域，保证运动精度。在水流强度较弱深水区域，滑翔机将净浮力调为较小值，同时调节可动质量块位置、减小俯仰角，获得足够水平位移。在此基础上，基于动力学模型和第二代非劣排序遗传算法开展了滑翔机控制参数优化以确定最优轨迹设计方案，优化目标是最小化滑翔机到达目标探测区域的位置误差和能耗，约束条件是位置误差和运动时长不超过许用值。以“海燕Ⅱ”水下滑翔机为研究对象开展仿真研究，数值算例表明，所提出轨迹设计方案比滑翔机传统工作模式更适合水下定点探测任务。

关键词：水下滑翔机动力学分析轨迹设计控制参数优化运动精度

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多无人机输电线路巡检联合轨迹设计方法

电子与信息学报 2024年第5期46卷 1958-1967页

作者：高云飞胡钰林刘鸣柳黄雨茜孙鹏武汉大学电子信息学院武汉430072 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院武汉430077 昆山杜克大学昆山215316

无人机(UAV)技术在输电线路自动巡检的应用中具有重要的意义和广阔的应用空间。考虑到无人机的续航能力受限,无人机需要在电量耗尽前从机巢飞往指定巡检区域,完成输电塔杆的巡检,再安全返回机巢。为此,针对大范围输电线路巡检场景,该文... 详细信息

无人机(UAV)技术在输电线路自动巡检的应用中具有重要的意义和广阔的应用空间。考虑到无人机的续航能力受限,无人机需要在电量耗尽前从机巢飞往指定巡检区域,完成输电塔杆的巡检,再安全返回机巢。为此,针对大范围输电线路巡检场景,该文以最小化巡检时间为优化目标,提出一种支持大范围输电线路多无人机巡检方法。具体而言,首先通过k-means++算法合理分配无人机巡检任务,再在巡检电池能量的约束下基于改进的模拟退火算法优化无人机巡检轨迹来提升巡检效率。最后,基于模拟真实环境中塔杆的分布数据,对所提出的无人机任务分配和轨迹设计算法进行仿真分析。仿真结果验证了所提算法通过多无人机巡检任务分配和轨迹设计可显著减少总的巡检时间。

关键词：无人机巡检轨迹设计巡检任务分配

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组合动力飞行器能量管理段轨迹设计方法

空天技术 2023年第4期2023卷 44-51+58页

作者：颜晓明梁艳迁张延坤史会涛史韶莉上海宇航系统工程研究所哈尔滨工业大学

针对组合动力飞行器再入返回开机补能导致的飞行器动力学特性变化和由此给轨迹设计带来的新要求和新挑战，研究了包含开机补能阶段能量管理段轨迹设计方法。将轨迹分为横向和纵向分开设计，用五次多项式高度-航程剖面来描述纵向轨迹，... 详细信息

针对组合动力飞行器再入返回开机补能导致的飞行器动力学特性变化和由此给轨迹设计带来的新要求和新挑战，研究了包含开机补能阶段能量管理段轨迹设计方法。将轨迹分为横向和纵向分开设计，用五次多项式高度-航程剖面来描述纵向轨迹，此剖面能够考虑开机点的状态从而使设计轨迹满足开机点要求和终端要求。横向的地面轨迹则舍弃了传统的间接进入方式，选用直接进入方式，减少了轨迹设计的步骤。通过仿真运算验证了方法的可行性，设计的轨迹能够满足末段航向、位置和能量等要求。

关键词：组合动力飞行器有动力能量管理轨迹设计几何地面轨迹高度剖面

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一种月球表面飞跃转移轨迹设计方法

中国空间科学技术 2021年第2期41卷 112-124页

作者：王浩帆张洪华王泽国关轶峰北京控制工程研究所北京100190

针对飞跃器在月球表面飞跃转移轨迹设计问题,提出了基于凸优化方法的整个飞跃过程燃料最优轨迹设计方法。与经典凸优化方法对轨迹分段求解后再拼接得到全轨迹设计的方法不同,在假设垂直上升、着陆时间固定条件下,根据实际工程需要对轨... 详细信息

针对飞跃器在月球表面飞跃转移轨迹设计问题,提出了基于凸优化方法的整个飞跃过程燃料最优轨迹设计方法。与经典凸优化方法对轨迹分段求解后再拼接得到全轨迹设计的方法不同,在假设垂直上升、着陆时间固定条件下,根据实际工程需要对轨迹进行了分段设计约束,利用黄金分割法搜索上升着陆时间,通过将原问题转化为求解一个二阶锥问题得到了全飞行过程燃料最优轨迹,解决了经典方法中分段最优但全任务过程非最优的问题。仿真结果表明,在同样满足分段约束情况下,分段凸优化方法采用不同垂直起降速度约束时燃耗分别为25.7207 kg和25.3903 kg,而全程凸优化方法的燃料消耗为24.9682 kg,优于分段凸优化的结果。

关键词：飞跃转移轨迹设计凸优化二阶锥问题燃料最优

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组合动力飞行器吸气段轨迹设计方法研究

导航定位与授时 2024年第3期11卷 76-84页

作者：王浩鑫黄一敏崔蒙蒙王姝琪南京航空航天大学自动化学院南京211106

水平起降组合动力可重复使用运载器是未来航天运输系统的重要发展方向。针对采用空气预冷涡轮火箭发动机的组合动力飞行器在吸气爬升段受多约束条件限制、动力与质量特性变化大的特点,提出了一种基于动压高度剖面的轨迹设计方法。通过... 详细信息

水平起降组合动力可重复使用运载器是未来航天运输系统的重要发展方向。针对采用空气预冷涡轮火箭发动机的组合动力飞行器在吸气爬升段受多约束条件限制、动力与质量特性变化大的特点,提出了一种基于动压高度剖面的轨迹设计方法。通过推导基于高度的质点运动学方程,得到轨迹参数解算流程,并结合动压、迎角与法向过载的约束边界以及任务窗口确定动压高度剖面形状,从而得到满足要求的吸气段标称轨迹。在此基础上,设计了标称轨迹高度跟踪制导律。仿真结果表明,标称轨迹在吸气段多种不确定性偏差的影响下满足多约束要求,具有较强的鲁棒性。

关键词：轨迹设计吸气段组合动力飞行器动压剖面

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风场综合利用的新型平流层浮空器轨迹设计

宇航学报 2019年第7期40卷 748-757页

作者：邓小龙丛伟轩李魁杨希祥国防科技大学空天科学学院

针对平流层底部准零风层特点,提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器,系统采用南瓜形超压气球体制,建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型,利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上,建立动力学模型和高度... 详细信息

针对平流层底部准零风层特点,提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器,系统采用南瓜形超压气球体制,建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型,利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上,建立动力学模型和高度调控模型,针对我国某地风场模型,设计东西、南北方向独立控制区域驻留策略以及基于风场综合利用的协同控制区域驻留策略,通过SIMULINK模块开展区域驻留仿真,并对五种控制模式下的飞行轨迹进行对比分析。

关键词：平流层浮空器准零风层区域驻留轨迹设计

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RLV双层迭代末端能量管理段轨迹设计方法

飞行力学 2023年第1期41卷 54-62页

作者：郭杰郭阳王肖李梦婷唐胜景北京理工大学宇航学院北京100081 中国运载火箭技术研究院北京100076 中国船舶集团有限公司系统工程研究院北京100094

针对可重复使用运载器末端能量管理段初始状态存在大范围摄动问题,提出一种双层迭代末端能量管理段轨迹设计方法。首先,将地面轨迹设计问题简化为求两直线公切圆问题,仅需改变单一参数即可大范围调节航程,得到可行地面轨迹;针对纵向平面... 详细信息

针对可重复使用运载器末端能量管理段初始状态存在大范围摄动问题,提出一种双层迭代末端能量管理段轨迹设计方法。首先,将地面轨迹设计问题简化为求两直线公切圆问题,仅需改变单一参数即可大范围调节航程,得到可行地面轨迹;针对纵向平面,提出双层迭代轨迹设计算法,内层迭代剖面参数保证飞行器满足末端状态约束,外层迭代地面轨迹参数改变航程。然后,提出了制导方法和双层迭代校正算法,并开展了仿真计算及分析。研究结果表明,在初始状态存在大范围散布情况下,所提算法均可得到满足需求的地面轨迹和纵向剖面参数,保证飞行器顺利到达自动着陆窗口,末端状态误差较小,具备较强的鲁棒性。

关键词：可重复使用运载器末端能量管理段轨迹设计双层迭代