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火星表面上升轨迹映射伪谱凸优化方法

深空探测学报（中英文） 2024年第1期11卷 40-46页

作者：徐源景刘旭彭胜军席涛朱永生肖遥李爽南京航空航天大学航天学院南京211106 西安卫星测控中心西安710699 宇航动力学国家重点实验室西安710043 中国科学院微小卫星创新研究院上海201304 北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对火星表面上升轨迹优化问题,提出了映射Chebyshev伪谱凸优化方法。首先采用无损凸化方法对火星表面上升燃耗最优问题进行凸松弛,然后将凸化后的问题在映射Chebyshev-Gauss-Lobatto点处离散,利用重心有理Lagrange插值技术进行插值,最... 详细信息

针对火星表面上升轨迹优化问题,提出了映射Chebyshev伪谱凸优化方法。首先采用无损凸化方法对火星表面上升燃耗最优问题进行凸松弛,然后将凸化后的问题在映射Chebyshev-Gauss-Lobatto点处离散,利用重心有理Lagrange插值技术进行插值,最后使用序列凸优化方法迭代求解,得到数值最优解。仿真对比了本文方法、一般伪谱凸优化方法和经典的序列凸优化方法,证明了本文方法在计算效率方面存在优势,并有效改善了标准Chebyshev微分矩阵的病态特性。

关键词：火星上升 Chebyshev伪谱法凸优化

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时滞影响下压电悬臂梁强化学习振动控制

振动与冲击 2024年第16期43卷 77-83页

作者：张猛王晓宇文浩南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 北京空间飞行器总体设计部北京100094

时滞普遍存在于各种控制系统中,如果忽略控制系统中时滞的影响可能会降低控制器的控制效果,甚至导致发散。因此研究了时滞对强化学习(reinforcement learning,RL)振动控制器性能的影响。首先,利用有限元方法建立了压电悬臂梁的动力学模... 详细信息

时滞普遍存在于各种控制系统中,如果忽略控制系统中时滞的影响可能会降低控制器的控制效果,甚至导致发散。因此研究了时滞对强化学习(reinforcement learning,RL)振动控制器性能的影响。首先,利用有限元方法建立了压电悬臂梁的动力学模型,通过试验辨识修正了动力学模型参数;进而,仿真分析了不同时滞大小对比例微分控制和基于近端优化策略的RL控制效果的影响;然后,在不同时滞条件下训练了多个RL时滞控制器,并对RL控制效果进行了仿真及试验验证;最后,评估了RL时滞控制器对时滞偏差的鲁棒性。结果显示,RL时滞控制器不仅在所对应的时滞条件下具有良好的控制效果,还对实际时滞偏差有一定容忍范围,具有良好鲁棒性。

关键词：强化学习(RL) 近端优化策略时滞振动控制

基于残差图卷积网络与深度强化学习的需求可拆分车辆路径优化算法

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控制理论与应用 2024年第6期41卷 1123-1136页

作者：罗佳李朝锋上海海事大学物流科学与工程研究院上海201306

需求可拆分车辆路径问题(SDVRP)出现在广泛的物流配送场景中,具有重要的研究价值.高效的SDVRP优化算法能够提高车辆装载率,降低物流配送成本.为提高SDVRP的求解效率,本文提出基于残差图卷积神经网络(RGCN)和多头注意力的深度强化学习算... 详细信息

需求可拆分车辆路径问题(SDVRP)出现在广泛的物流配送场景中,具有重要的研究价值.高效的SDVRP优化算法能够提高车辆装载率,降低物流配送成本.为提高SDVRP的求解效率,本文提出基于残差图卷积神经网络(RGCN)和多头注意力的深度强化学习算法(REINFORCE),逐步构建可行解序列.首先,从强化学习的角度出发,文章对SDVRP建立马尔科夫决策模型,定义序列预测过程的环境状态、智能体动作空间、状态转移函数等.其次,建立编–解码模型求解节点选择策略,其中使用残差图卷积神经网络的编码器重构配送中心和客户节点的特征,将配送网络中节点间的连接关系与节点特征相互关联,获得差异性显著的特征嵌入向量;利用注意力网络解码器在重构后的嵌入向量基础上融合动态变化的车辆剩余装载量和客户需求等信息执行解码任务,实现每次迭代为单个案例提供多个可行解.最后,提出基于平均基准值的REINFORCE算法更新模型参数,通过求解不同问题规模测试集、标准SDVRP数据集,以及京东物流实际配送任务,验证了所提算法的有效性.

关键词：需求可拆分车辆路径问题残差图卷积神经网络注意力机制深度强化学习

近地面系留气球-缆绳复杂系统动力学建模方法

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动力学与控制学报 2024年第5期22卷 48-55页

作者：胡小金舒欣赖贞华唐茂潘勇军中国特种飞行器研究所荆门448035 重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

为探究系留气球在近地面工作时缆绳系统以及整体动力学响应特性,提出了一种系留气球-缆绳复杂系统动力学建模方法.通过将系留缆绳离散为若干圆柱型刚体,并以轴套力进行连接,描述系留缆绳的柔性多体特性,对系留气球系统在稳态风环境、风... 详细信息

为探究系留气球在近地面工作时缆绳系统以及整体动力学响应特性,提出了一种系留气球-缆绳复杂系统动力学建模方法.通过将系留缆绳离散为若干圆柱型刚体,并以轴套力进行连接,描述系留缆绳的柔性多体特性,对系留气球系统在稳态风环境、风廓线环境以及阵风环境下进行了系统动力学建模与仿真.开展了系留气球系统结构以及环境参数对系留气球运动姿态的影响量化分析.研究结果表明,600米高度的系留气球在相同外部载荷下,系留缆绳分段数为320段时,系统的运动响应特性较为理想.

关键词：系留气球系留缆绳动力学建模柔性多体系统轴套力

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基于无迹模型预测静态规划的可回收火箭着陆段鲁棒制导方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：张永华王铮王时雨白云飞仇理宽西北工业大学无人系统技术研究院无人飞行器技术全国重点实验室无人机技术集成攻关大平台西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室西北机电工程研究所中国运载火箭技术研究院上海机电工程研究所

针对可回收火箭大气层内存在不确定风场难以完成定点垂直软着陆的问题，提出一种基于无迹模型预测静态规划（UMPSP）的着陆段鲁棒制导方法。首先建立火箭推力与姿态耦合的动力学模型，在考虑未知不确定风场的前提下，根据无迹最优控制... 详细信息

针对可回收火箭大气层内存在不确定风场难以完成定点垂直软着陆的问题，提出一种基于无迹模型预测静态规划（UMPSP）的着陆段鲁棒制导方法。首先建立火箭推力与姿态耦合的动力学模型，在考虑未知不确定风场的前提下，根据无迹最优控制与模型预测静态规划理论求解出一组对原系统不确定风场参数不敏感的控制解，从而减小终端状态的误差分布，提高着陆精度，其次结合UMPSP算法特点，设计了一种快速解析制导方法以生成初始控制指令，有效增强了算法的求解效率。仿真结果表明，所提出的基于UMPSP的着陆段鲁棒制导方法能够在保证可回收火箭终端着陆精度的同时对各种不确定风场具有较强的鲁棒性和较高的计算效率。

关键词：模型预测静态规划可回收火箭不确定风场制导与控制鲁棒制导

基于学习的无人驾驶车辆模型预测路径跟踪控制研究

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汽车工程 2024年第7期46卷 1197-1207页

作者：韩陌何洪文石曼刘伟曹剑飞吴京达北京理工大学高端汽车集成与控制全国重点实验室北京100081 上海友道智途科技有限公司上海200438 北京空间飞行器总体设计部北京100094 香港理工大学中国香港999077

针对无人驾驶车辆路径跟踪控制问题中预测模型准确性与计算成本平衡制约问题,本文提出了一种基于学习的模型预测(learning-based model predictive control, LB-MPC)路径跟踪控制策略。建立了车辆2自由度单轨动力学模型,深入分析了其与I... 详细信息

针对无人驾驶车辆路径跟踪控制问题中预测模型准确性与计算成本平衡制约问题,本文提出了一种基于学习的模型预测(learning-based model predictive control, LB-MPC)路径跟踪控制策略。建立了车辆2自由度单轨动力学模型,深入分析了其与IPG TruckMaker模型单步响应误差随车速、踏板开度及前轮转向角的变化规律,设计了误差数据集构建和滚动更新方法,基于高斯过程回归(Gaussian process regression, GPR)建立了误差拟合模型,对标称单轨模型进行实时误差补偿修正。将误差修正模型作为预测模型,设计了路径跟踪代价函数,构建了二次规划优化问题,提出了一种基于学习的模型预测路径跟踪控制架构。基于IPG TruckMaker&Simulink联合仿真平台与实车平台,验证了所提GPR模型误差修正与LB-MPC路径跟踪控制策略的实时性与有效性。结果表明,相较于传统模型预测(model predictive control, MPC)路径跟踪控制策略,所提LB-MPC策略路径跟踪平均误差降低了23.64%。

关键词：路径跟踪车辆模型误差分析高斯过程回归模型预测控制

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CAN总线应用下新能源电机驱动控制技术

中国战略新兴产业 2024年第21期 108-110页

作者：李辉马涛李迪中国特种飞行器研究所

为充分发挥和利用双电机驱动模式的操控性强、稳定性高、能量利用率高等优势，提高电机的负载和效率，保证新能源汽车的经济性，本文基于CAN总线，提出一种新能源双电机构型驱动系统转矩分配控制策略。首先，根据新能源双电机驱动相关... 详细信息

为充分发挥和利用双电机驱动模式的操控性强、稳定性高、能量利用率高等优势，提高电机的负载和效率，保证新能源汽车的经济性，本文基于CAN总线，提出一种新能源双电机构型驱动系统转矩分配控制策略。首先，根据新能源双电机驱动相关概念，基于粒子群算法，搭建相应的转矩分配控制策略，并完成对转矩分配控制策略模型构建。其次，在设计系统硬件的基础上，分别设计和实现通信模块、电机驱动控制模块、工况负载信号生成模块三大模块，完成对基于CAN总线的新能源双电机转矩分配控制测试系统设计。最后，利用所设计的测试系统，对本文所提出的新能源双电机构型驱动系统转矩分配控制策略的经济性进行测试。结果表明：本文所提出的双电机转矩分配控制策略具有较高的有效性和可靠性，可以在保证新能源汽车动力性能稳定性的基础上，提高新能源汽车的经济性。

关键词： CAN总线新能源电机驱动

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数字孪生驱动的结构全场变形高精度反演方法

航空学报 2024年

作者：黄熠玮耿一斌高天贺胡轩玮王圆马红艳田阔大连理工大学工程力学系中国商飞上海飞机设计研究院神州五行航天科技有限公司辽宁省飞行器结构强度数字孪生重点实验室

针对传统直接和间接变形监测方法难以满足结构高精度实时变形监测的问题，提出一种数字孪生驱动的结构全场变形高精度反演方法。首先，通过融合仿真和实测应变数据，构建了结构多方向数字孪生应变场，降低载荷偏差等因素对仿真可靠性影... 详细信息

针对传统直接和间接变形监测方法难以满足结构高精度实时变形监测的问题，提出一种数字孪生驱动的结构全场变形高精度反演方法。首先，通过融合仿真和实测应变数据，构建了结构多方向数字孪生应变场，降低载荷偏差等因素对仿真可靠性影响，保证变形反演的应变精度要求。其次，提出了一种考虑多方向应变的模态坐标求解和变形反演方法，使用结构多方向应变参与模态坐标求解，解决使用单方向应变时反演结果稳定性不足问题，提升结构全场变形反演的稳定性。最后，基于所提出方法，以机翼结构为对象开展试验验证，与仿真及传统模态法的变形反演结果进行对比。结果表明，所提出方法在变形较大处反演精度具有更高优势。在变形较大位置，所提出方法反演结果与试验测量变形相对误差小于0.8%，绝对误差小于0.09 mm，相比传统模态法和仿真分析方法变形反演误差分别降低7%和12%。同时，所提出方法对多个测点位置变形反演平均相对误差为1.2%，相比传统模态法和仿真分析方法变形反演误差分别降低5.7%和9.3%。并且在应变传感器数目较少时，所提出方法的变形反演精度相较于传统模态法提升超过一个数量级，表明所提出方法具有较高的变形反演精度和稳定性。

关键词：数字孪生变形反演模态叠加数据融合机翼结构

基于功率-温度自适应控制的多堆质子交换膜电解制氢系统效率优化

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电工技术学报 2024年第7期39卷 2236-2248页

作者：韩鹏飞徐潇源王晗严正电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海非碳基能源转换与利用研究院上海200240

随着可再生能源发电及电解制氢技术的发展,基于质子交换膜(PEM)技术的可再生能源制氢将成为氢能供应的主要手段之一。新能源发电具有随机性和波动性,现有多堆PEM电解制氢系统功率分配策略难以在功率波动场景下保证系统高效运行。对此,... 详细信息

随着可再生能源发电及电解制氢技术的发展,基于质子交换膜(PEM)技术的可再生能源制氢将成为氢能供应的主要手段之一。新能源发电具有随机性和波动性,现有多堆PEM电解制氢系统功率分配策略难以在功率波动场景下保证系统高效运行。对此,该文首先建立了包含主要能耗环节的制氢系统整体效率模型,探究了制氢效率与电流密度、温度的特性关系。然后,根据该效率特性提出了基于功率-温度自适应控制的多堆PEM电解制氢系统效率优化策略,包含离线优化与在线控制两部分:离线优化部分根据制氢系统效率模型预先制定不同电解总功率下的电解槽功率及温度设定方案;在线控制部分根据离线优化方案、制氢功率进行电解槽功率和温度调节。最后,采用实际风电功率进行算例分析,结果表明,相比于传统的功率平均分配策略和链式分配策略,该文提出的效率优化策略将产氢量分别提高了6.4%和5.7%。

关键词：质子交换膜电解槽电解制氢新能源发电效率优化自适应控制