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基于改进预测校正的时间协同再入制导方法

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1721-1730页

作者：高源胡钰陈锦涌张杰周锐北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京宇航系统工程研究所北京100191 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所成都610091

针对高超声速飞行器再入滑翔过程的时间协同问题,提出一种基于开环式协同结构的时间协同预测校正制导律。所提制导律不依赖于各飞行器之间的实时通信,通过预先设置期望飞行时间进行协同信息共享。纵向制导律在传统预测校正的基础上进行... 详细信息

针对高超声速飞行器再入滑翔过程的时间协同问题,提出一种基于开环式协同结构的时间协同预测校正制导律。所提制导律不依赖于各飞行器之间的实时通信,通过预先设置期望飞行时间进行协同信息共享。纵向制导律在传统预测校正的基础上进行改进,引入归一化加权误差,同时考虑剩余航程误差与剩余飞行时间误差,采用全弹道积分预测剩余航程和剩余飞行时间,每个制导周期通过牛顿迭代法求解倾侧角幅值,完成兼顾时间协同和空间精度的纵向制导过程。仿真实例表明:通过选择合适的加权误差系数,所提制导律可实现对再入飞行时间的有效调节,导引多飞行器在期望飞行时间到达指定再入交班点。蒙特卡罗仿真验证了所提制导律的鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器再入制导预测校正时间协同归一化加权误差

基于数字孪生的健康服役框架及其在永磁同步电机的应用

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：郭浩宇王少萍石健张育玮北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院都灵理工大学机械与航空航天工程系北京航空航天大学宁波创新研究院天目山实验室

现代机电系统研制周期短、健康服役要求高，传统的设计方法已无法满足研制需求，尤其无法表征机电系统健康服役状态的变化、性能退化以及外部干扰和不确定性的影响。针对该问题，聚焦机电系统健康服役，提出一种基于数字孪生的机电系统... 详细信息

现代机电系统研制周期短、健康服役要求高，传统的设计方法已无法满足研制需求，尤其无法表征机电系统健康服役状态的变化、性能退化以及外部干扰和不确定性的影响。针对该问题，聚焦机电系统健康服役，提出一种基于数字孪生的机电系统健康服役框架，旨在高效利用全生命周期数据实现快速迭代。该框架涵盖了设备的整个服役周期，能够利用在不同阶段的工况数据更新数字孪生模型，从而实现对设备实时状态的准确检测。这种基于数字孪生的方法不仅能够在模型中模拟机电系统的服役状态，还能够实时评估机电系统的健康状态。通过这种方法，可以更好地满足现代机电系统的研制和服役需求。以航空航天领域常用的机电驱动设备永磁同步电机为例，证明了所提方法的有效性和实用性。

关键词：数字孪生服役工况迭代更新健康管理永磁同步电机

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粗晶组织材料的超声检测有限元仿真方法研究

北京航空航天大学学报 2024年

作者：杨功鹏周正干马腾飞王俊李洋周文彬北京航空航天大学宁波创新研究院北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学机械工程及自动化学院

粗晶组织金属材料具有晶粒粗大、声学各向异性、结构非均匀性等特点。超声波在其内部传播时，上述特点会引起强烈的波形畸变、声能衰减及结构声散射，导致超声检测回波信号信噪比差。为了掌握超声波在粗晶组织材料中的传播规律，为其超... 详细信息

粗晶组织金属材料具有晶粒粗大、声学各向异性、结构非均匀性等特点。超声波在其内部传播时，上述特点会引起强烈的波形畸变、声能衰减及结构声散射，导致超声检测回波信号信噪比差。为了掌握超声波在粗晶组织材料中的传播规律，为其超声检测方案提供理论指导，研究了粗晶组织材料的超声检测有限元仿真方法。基于维诺图算法生成了材料二维晶粒模型，通过材料弹性张量的形式对晶粒的各向异性取向进行了定义，建立了可实现参数化计算的有限元声学仿真模型。基于提出的有限元声学仿真模型，从单声束超声检测和阵列超声检测两个方面展开仿真方法研究：以具备等轴晶结构特征的镍基高温合金GH4169和具备柱状晶结构特征的增材制造钛合金为例，建立了单声束声衰减反射法测量仿真模型与阵列超声全矩阵数据采集仿真模型；仿真分析了不同各向异性指数以及平均晶粒尺寸下不同频率超声波的声衰减规律，计算了不同各向异性指数及不同检测方向下全聚焦成像的信噪比，并对其进行了相位相干成像降噪。对GH4169试样及增材制造钛合金试样的实验结果证明了以上仿真总结的规律，验证了仿真方法的有效性。

关键词：无损检测粗晶材料维诺图有限元声衰减阵列超声增材制造

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模型与数据混合驱动的IGBT寿命预测方法

航空学报 2024年第15期45卷 38-49页

作者：田贵双王少萍石健陶模北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 船舶热能动力全国重点实验室武汉430205 武汉第二船舶设计研究所武汉430205

作为航空逆变器的关键模块,绝缘栅双极晶体管(IGBT)对其安全可靠起着决定性作用。考虑到航空逆变器运行工况复杂,且IGBT是最易失效的器件之一,通过分析航空逆变器IGBT的失效机理和关键特征参数,结合物理解析模型提出一种基于长短时记忆(... 详细信息

作为航空逆变器的关键模块,绝缘栅双极晶体管(IGBT)对其安全可靠起着决定性作用。考虑到航空逆变器运行工况复杂,且IGBT是最易失效的器件之一,通过分析航空逆变器IGBT的失效机理和关键特征参数,结合物理解析模型提出一种基于长短时记忆(LSTM)网络的IGBT寿命预测方法。建立IGBT状态监测数据与结温之间的关系,并由物理解析模型得到IGBT的累积损伤,实现IGBT的实时寿命预测。最后,利用NASA PCoE中心提供的IGBT加速老化实验数据集,开展寿命预测模型的验证,结果表明LSTM网络结合累积损伤模型能够有效预测IGBT的寿命,从而有助于提高航空逆变器的可靠性,降低日常维护成本。

关键词：航空逆变器绝缘栅双极晶体管(IGBT) 长短时记忆(LSTM)网络寿命预测累积损伤

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基于电子顺磁共振谱的残磁测量应用及进展

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 22-28页

作者：张全哲邹升张红北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京量子信息科学研究院北京100193

电子顺磁共振类似于核磁共振,是一种基于电子磁矩在外磁场中的顺磁性及塞曼分裂的方法,该方法与物质中未成对电子和外磁场相联系,通过获取和分析物质的电子顺磁共振谱,能够得到物质的结构信息或环境的磁场信息,因此其常被用来分析物质... 详细信息

电子顺磁共振类似于核磁共振,是一种基于电子磁矩在外磁场中的顺磁性及塞曼分裂的方法,该方法与物质中未成对电子和外磁场相联系,通过获取和分析物质的电子顺磁共振谱,能够得到物质的结构信息或环境的磁场信息,因此其常被用来分析物质结构、探测磁场等。极弱磁场通常指nT或以下量级的磁场,目前一些科学研究的进行常常要求在极弱磁环境下进行,例如基础物理研究、心脑磁探测等,因此稳定可靠的磁屏蔽常被用来创建所需的极弱磁环境。磁屏蔽包括被动磁屏蔽和主动磁补偿,被动磁屏蔽指利用磁屏蔽室屏蔽外界磁场,其内部往往有一定量的残余磁场,因此为方便进一步主动磁补偿,探测屏蔽后的残余磁场是有必要的。目前屏蔽室内残余磁场的测量手段主要分为商用化磁强计测量和装置原位测量,商用化磁强计测量方法简单,但精度低、噪声大,且不利于小型化,利用装置原位测量能够减少噪声,是目前主要的研究方法。由于碱金属原子最外层含有一个未成对电子,其成为电子顺磁共振实验的理想样品。而随着激光和光泵技术的发展,利用法拉第旋光效应作为光学手段探测气体原子的电子顺磁共振谱已经成为了可能。通过测量碱金属原子气体的电子顺磁共振谱进行残余磁场的原位测量效果好、精度高,具有极大的应用前景。通常基于电子顺磁共振的残磁测量系统包括残磁环境和样品模块、光学探头模块、信号调制模块、环境监测模块以及信号收集与处理模块,核心是光学探头模块,决定了磁场测量的灵敏度。简要描述了电子顺磁共振技术的原理,以光泵磁力计为主介绍了基于该技术的典型磁力计和目前的发展,重点概述了基于电子顺磁共振谱的残磁测量系统、各个组成模块以及相关技术近年来的发展现状。

关键词：电子顺磁共振磁场传感磁屏蔽极弱磁环境

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基于非线性因子恢复的位姿图优化算法

北京航空航天大学学报 2024年

作者：王岩黄炳昊北京航空航天大学交通科学与工程学院

为实现城市道路环境中车辆的高精度位姿估计，提出了一种基于非线性因子恢复的位姿图优化方法，在因子图框架下实现对全球导航卫星系统（GNSS）、视觉和惯性信息的有效融合。针对以往位姿图优化算法中各因子协方差估计不明的问题，采取... 详细信息

为实现城市道路环境中车辆的高精度位姿估计，提出了一种基于非线性因子恢复的位姿图优化方法，在因子图框架下实现对全球导航卫星系统（GNSS）、视觉和惯性信息的有效融合。针对以往位姿图优化算法中各因子协方差估计不明的问题，采取非线性因子恢复算法从边缘化产生的稠密先验因子中提取所需信息，将先验因子替换成相对位姿因子，并对各因子的协方差矩阵做最优估计。设计了一种利用视觉惯性里程计对GNSS信号异常情况做主动检测的方法，该方法能自适应地调整GNSS信号的协方差矩阵。上述机制保证了在位姿图优化过程中各因子的信息一致性。在数据集和真实道路环境下开展了相关测试，实验结果表明，该方案有效提高了多源异步信号的融合效率，并能够提供稳健且全局一致的高精度位姿估计结果。

关键词：位姿图优化视觉惯性里程计协方差估计位姿估计多传感器融合

突发传染病情况下高校行人流建模分析与管理控制:以高校食堂为例

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复杂系统与复杂性科学 2024年第1期21卷 35-42页

作者：纪鑫徐嘉明杨瑷玲于子兰唐铁桥北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学未来空天技术/高等理工学院北京100191

为降低密集人群封闭系统在突发传染病情况下的传播风险,以北京航空航天大学沙河校区第一食堂为研究场景,针对存在传染病传播的学校食堂这一特殊场景提出了12种疏散策略。并通过元胞自动机仿真模拟,评估控制策略的效果。仿真结果表明,在... 详细信息

为降低密集人群封闭系统在突发传染病情况下的传播风险,以北京航空航天大学沙河校区第一食堂为研究场景,针对存在传染病传播的学校食堂这一特殊场景提出了12种疏散策略。并通过元胞自动机仿真模拟,评估控制策略的效果。仿真结果表明,在疏散前采取出入口消毒、患者隔离等措施,能够降低约40%的整体感染风险。控制措施不仅可以用来解决新冠肺炎背景下“人员聚集场所发现疑似病例的人员疏散”问题,而且在处理一些特定场合的突发情况和指导疫情预防方面也具有应用价值。

关键词：高校食堂行人疏散元胞自动机疫情防控管理策略

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基于间接热力学方法的变换应力方法推导

岩土工程学报 2024年第7期46卷 1368-1377页

作者：姚仰平何冠崔文杰北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 中国五冶集团四川成都610063

金属等没有剪胀性的连续材料在根据试验结果建立屈服函数后,可以由Drucker公设及其相关联流动法则推论直接唯一地确定出与屈服函数一致的塑性势函数。但大量试验结果与理论分析都表明Drucker公设对于土材料这种有剪胀性的颗粒材料并不适... 详细信息

金属等没有剪胀性的连续材料在根据试验结果建立屈服函数后,可以由Drucker公设及其相关联流动法则推论直接唯一地确定出与屈服函数一致的塑性势函数。但大量试验结果与理论分析都表明Drucker公设对于土材料这种有剪胀性的颗粒材料并不适用,所以更具普适性的热力学成了正确描述土材料塑性流动方向的必要条件。然而塑性流动方向无法只由热力学这一描述材料特性的必要条件唯一地确定,因此便出现了先由试验确定屈服面与塑性流动方向再对其进行热力学验证的间接热力学方法。此外,由于土材料在三维应力空间中不同洛德角对应子午面上的应力应变规律并不一致,因此一般会通过三维化方法来描述土材料在三维应力空间中的力学特性。三维化方法会使得不同子午面上的屈服面及塑性流动方向与三轴压缩状态下所建立的本构模型有所不同,导致三维化后的本构模型是否符合热力学原理成为新的问题。所以本文利用间接热力学方法推导了符合热力学原理的三维化方法,并通过构建变换应力空间将其整理为更有实用性的变换应力方法。

关键词：塑性流动剪胀性间接热力学方法三维化变换应力方法

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车控操作系统实时性/安全性保障技术

北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2051-2065页

作者：杨世春崔海港周思达周新岸范春鹏曹耀光北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 北京新能源汽车股份有限公司北京100176 北京航空航天大学前沿技术研究院北京100191

电子控制技术为智能网联汽车的高速发展持续赋能,车控操作系统是保障汽车电子控制软件安全、高效、实时运行的基石。随着智能网联汽车向集中式、端云融合式电子电气架构发展,车载硬件演化为多核异构处理器、弹性计算平台,车控软件向面... 详细信息

电子控制技术为智能网联汽车的高速发展持续赋能,车控操作系统是保障汽车电子控制软件安全、高效、实时运行的基石。随着智能网联汽车向集中式、端云融合式电子电气架构发展,车载硬件演化为多核异构处理器、弹性计算平台,车控软件向面向服务的软件架构转变,车控操作系统的架构、关键技术等也随之发展。综述了智能网联汽车用车控操作系统的发展历程与现状,对任务调度、实时性/安全性保障、形式化表征与验等基础理论和关键技术进行深入分析,阐述现有车控操作系统的技术挑战与发展趋势,为智能网联汽车的车控操作系统发展提供参考。

关键词：智能网联汽车车控操作系统任务调度代码隔离最坏执行时间分析