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代理模型技术及其应用:现状与展望

机械工程学报 2024年第3期60卷 254-281页

作者：吕利叶鲁玉军王硕刘印李昆鹏宋学官浙江理工大学机械工程学院杭州310018 大连理工大学机械工程学院大连116024

代理模型是计算复杂且费时的数值分析模型的替代模型,在一定程度上弥补了传统工程优化设计和数值仿真分析设计周期长、计算成本高、维数灾难等短板。近年来,代理模型技术蓬勃发展,成果丰硕,被逐渐应用在航空航天、船舶、汽车、发电等领... 详细信息

代理模型是计算复杂且费时的数值分析模型的替代模型,在一定程度上弥补了传统工程优化设计和数值仿真分析设计周期长、计算成本高、维数灾难等短板。近年来,代理模型技术蓬勃发展,成果丰硕,被逐渐应用在航空航天、船舶、汽车、发电等领域。首先对代理模型进行总体概述,调查了近三十年代理模型相关论文发表总量与年发表量,总体分析了国内外学者在此领域的投入与产出。其次从试验设计、单保真度代理模型、多保真度代理模型这三方面较为详细地介绍了代理模型研究现状。接着围绕代理模型在优化设计中的应用展开调查,分析与概述了代理模型辅助的多学科优化设计、多目标优化设计和不确定性优化设计。最后归纳总结了代理模型技术目前存在的问题,并对未来的研究方向提出了一些建议。

关键词：代理模型试验设计多保真度序列取样多目标优化设计多学科优化设计

异质金属激光增材制造研究及应用进展(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 48-69页

作者：马毅管迎春北京航空航天大学机械工程与自动化学院北京100083 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

极端服役环境对空天等核心构件可靠性和集成性提出了严峻挑战。传统单一材料体系和制造工艺难以满足复杂性能需求。激光增材制造技术是实现异质金属结构-功能一体化的有效途径,但异质材料兼容问题(易诱发缺陷、加工参数响应不一等)限制... 详细信息

极端服役环境对空天等核心构件可靠性和集成性提出了严峻挑战。传统单一材料体系和制造工艺难以满足复杂性能需求。激光增材制造技术是实现异质金属结构-功能一体化的有效途径,但异质材料兼容问题(易诱发缺陷、加工参数响应不一等)限制了高质量异质界面的形成,这对制造装备与连接工艺提出了更高挑战。本文基于异质金属激光增材制造的最新研究进展,聚焦异质金属成型的关键问题及解决方案,回顾了近年来异质金属体系的发展及空天领域应用,从送粉方式、复合制造等方面介绍了激光增材装备的改进策略,总结了近年来激光增材技术在连接方式、参数调控、监测预测和前后端处理方面的研究进展,并针对这一技术的共性及难点问题给出了展望与思考。

关键词：激光技术异质金属空天应用增材装备增材制造工艺

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曲面等值分割几何认知计算方法

北京航空航天大学学报 2024年

作者：胡靖尘郑国磊北京航空航天大学机械工程及自动化学院

基于界点跟踪的曲面等值分割方法具有通用性，但复杂曲面等值分割效率较低。为此，提出曲面等值分割几何认知计算方法。对输入面进行等参数网格采样并计算边界界点；从采样点中提取界算组并计算、识别界点；从界点中提取界点组并构造、... 详细信息

基于界点跟踪的曲面等值分割方法具有通用性，但复杂曲面等值分割效率较低。为此，提出曲面等值分割几何认知计算方法。对输入面进行等参数网格采样并计算边界界点；从采样点中提取界算组并计算、识别界点；从界点中提取界点组并构造、识别界边；从界边中提取、识别内界环，以此分割输入面并对所得等值面进行识别。以主曲率、高斯曲率、平均曲率和可加工性为面点属性设计分割条件集并进行大量实例测试，所提方法的分割效率比现有方法平均提高38.44%。实验结果表明，所提方法在复杂曲面分割应用中具有较高的分割效率。

关键词：面等值分割几何认知计算界点界边界环

基于低液压撞击航空液压附件的综合检测设备研制

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机械工程师 2024年第10期 13-16页

作者：杨安元李传良张军空军工程大学航空机务士官学校机械工程系河南信阳464000

根据现役飞机液压系统附件种类多、参数广、跨度大、液压撞击大、难以精确检测的特点,研制了一套低液压撞击航空液压附件综合检测设备,可基本满足现代航空液压附件综合检测需求。在综合考虑不同航空液压附件检测需求后,介绍了设备的总... 详细信息

根据现役飞机液压系统附件种类多、参数广、跨度大、液压撞击大、难以精确检测的特点,研制了一套低液压撞击航空液压附件综合检测设备,可基本满足现代航空液压附件综合检测需求。在综合考虑不同航空液压附件检测需求后,介绍了设备的总体设计思路,采用多支路并联供压,配置多种电源,设置电压、电流、压力、温度、流量等参数测量控制环节。阐述了其硬件结构组成及主要部件的功能,并对设备各组成部分工作原理进行描述。针对传统检测产生的液压撞击问题,介绍了低液压撞击回路的组成和工作原理,对比了试验中管路改进前后作动筒负载压力的实际变化情况。该设备可满足现役飞机液压系统大部分附件的检查要求,设备工作可靠,检测精度高,已在航修厂和院校应用。

关键词：液压附件检测设备液压电磁阀

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鳗鲡科鱼类变刚度特性对推进性能影响研究

力学学报 2024年第1期56卷 273-284页

作者：张旭尧崔祚尹存宏程安楠贵州大学机械工程学院贵阳550025 贵州理工学院航空航天工程学院贵阳550003

生物学研究表明,波动推进鱼类的鱼体刚度对其推进性能有着重要影响,通过改变鱼体刚度可获得优异的游动特性,但鱼类肌肉驱动模式与鱼体刚度和游动性能的关系尚不清晰.鉴于此,文章以鳗鲡科鱼类作为研究对象,基于黏弹性梁理论和Taylor流体... 详细信息

生物学研究表明,波动推进鱼类的鱼体刚度对其推进性能有着重要影响,通过改变鱼体刚度可获得优异的游动特性,但鱼类肌肉驱动模式与鱼体刚度和游动性能的关系尚不清晰.鉴于此,文章以鳗鲡科鱼类作为研究对象,基于黏弹性梁理论和Taylor流体理论,建立由生物学钙离子肌肉驱动的鳗鲡科鱼类游动模型,研究肌肉驱动和鱼体刚度变化对推进性能的影响.结果表明,肌肉驱动力随刚度增加呈先快速增加后缓慢下降的变化趋势,而随着肌肉驱动力增加,鱼体游动速度随刚度增加而增加并逐渐趋于稳定.当肌肉驱动频率由1 Hz增加到2 Hz时,游动速度和启动加速度可分别提升55%和129%,可见增大鱼体刚度可显著提升推进性能.为了验证上述结论,设计了基于串并联结构的变刚度实验平台,实验表明鱼体的变刚度特性能显著提升推进性能.当舵机驱动频率由1 Hz增加到2 Hz时,通过统一变化弹簧刚度大小推力可提升2.5倍.上述研究结果可为改变鱼体刚度提升游动性能提供参数设计指导,为研制变刚度仿生机器鱼提供理论依据.

关键词：鳗鲡科鱼类肌肉驱动变刚度游动性能

DoS攻击下基于H的移动机器人系统鲁棒控制研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：季旭东魏洪兴陈友东北京航空航天大学机械工程及自动化学院

移动机器人系统入网逐渐应用到多种场景中，然而接入网络会使系统便面临着遭受网络攻击的风险，进而可能导致系统状态失稳，甚至发生功能失效的情况。针对移动机器人系统在受拒绝服务（Denial-of-Service，DoS）攻击下的系统状态稳定性... 详细信息

移动机器人系统入网逐渐应用到多种场景中，然而接入网络会使系统便面临着遭受网络攻击的风险，进而可能导致系统状态失稳，甚至发生功能失效的情况。针对移动机器人系统在受拒绝服务（Denial-of-Service，DoS）攻击下的系统状态稳定性，提出了一种基于H∞控制的移动机器人系统的鲁棒策略。首先将DoS攻击对系统的影响建模为具有伯努利分布的随机丢包，采用基于状态观测器的反馈补偿对移动机器人系统受到攻击时进行鲁棒控制；然后利用李雅普诺夫稳定性理论，得到满足闭环系统指数均方稳定和H∞控制的充分条件；基于此条件求解线性矩阵不等式约束，得到了观测器和控制器的增益矩阵，进而实现系统鲁棒控制，达到抗干扰的效果。最后，通过仿真对比实验验证了所提策略能够有效降低系统受DoS攻击的影响，保证系统状态稳定性。

关键词：移动机器人 DoS攻击鲁棒控制

DoS攻击下基于H的移动机器人系统鲁棒控制

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：季旭东陈友东魏洪兴北京航空航天大学机械工程及自动化学院

关键词：移动机器人 DoS攻击 H 观测器鲁棒控制

基于双重自注意力机制和长短时记忆网络的剩余寿命预测

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系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 1986-1994页

作者：吴嘉俊苏春张玉茹东南大学机械工程学院江苏南京211189

剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)预测是产品故障预测与健康管理的重要内容。传统长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络无法主动选择关键特征、难以高效提取大数据所蕴含的退化信息。提出一种基于改进LSTM网络的RUL预... 详细信息

剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)预测是产品故障预测与健康管理的重要内容。传统长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络无法主动选择关键特征、难以高效提取大数据所蕴含的退化信息。提出一种基于改进LSTM网络的RUL预测方法,采用随机森林(random forest,RF)算法筛选输入特征,以主动选取关键特征;采用双重自注意力机制分别从特征维度和时间维度完成权重自适应分配,使模型在学习过程中关注主要特征和历史时间点;通过融合统计特征,以提高RUL预测精度。以航空发动机数据集为例完成案例分析,验证方法有效性。结果表明,所提方法能有效提高基于复杂数据集的RUL预测精度。

关键词：剩余寿命预测随机森林双重自注意力机制长短期记忆网络航空发动机

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自抗扰控制在陀螺电机稳速控制中的应用

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 234-242页

作者：关伊哲冯明北京科技大学机械工程学院北京100083

陀螺电机的转速稳定性影响着陀螺仪性能,为提高永磁同步陀螺电机(PMSGM)的稳速控制精度,提出速度环采用自抗扰控制(ADRC),滤波环节采用基于模型自适应滤波算法的方法。将ADRC应用于陀螺电机矢量控制系统中,其速度环替代传统比例积分(PI... 详细信息

陀螺电机的转速稳定性影响着陀螺仪性能,为提高永磁同步陀螺电机(PMSGM)的稳速控制精度,提出速度环采用自抗扰控制(ADRC),滤波环节采用基于模型自适应滤波算法的方法。将ADRC应用于陀螺电机矢量控制系统中,其速度环替代传统比例积分(PI)控制,减小速度环输出波动,从而提高陀螺电机的稳速精度;采用基于模型自适应滤波算法代替传统低通滤波算法,无需相位延时补偿并使估计得到的反电动势波形更为平滑,提高转子位置角估计的准确性和稳速控制精度。因此,设计开发PMSGM矢量控制器,仿真及实验结果表明:所提方法相较于传统控制方法,有效地提高了陀螺电机的稳速控制精度。

关键词：永磁同步陀螺电机矢量控制自抗扰控制自适应滤波稳速精度