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双余度机电作动系统动态力均衡控制方法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1208-1218页

作者：孙晓哲吴江石林轩杨建忠中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

飞机多电/全电化技术的发展使得余度机电作动系统广泛应用于飞控舵面作动系统中,但其在主动/主动工作模式下由于作动器输出不同步而造成的力纷争问题仍需解决。针对该问题,建立了系统完整的线性数学模型,分析了动态力纷争的来源和机理,... 详细信息

飞机多电/全电化技术的发展使得余度机电作动系统广泛应用于飞控舵面作动系统中,但其在主动/主动工作模式下由于作动器输出不同步而造成的力纷争问题仍需解决。针对该问题,建立了系统完整的线性数学模型,分析了动态力纷争的来源和机理,研究并提出了基于速度和加速度前馈补偿控制、基于力差值反馈的PID控制联合作用的动态力均衡控制方法,并对其均衡能力及鲁棒性进行验证,结论得出所提方法不仅可以有效地减弱摩擦、间隙和指令延迟这3个因素造成的动态力纷争,还对系统中各种参数的扰动有一定的鲁棒性。

关键词：机电作动系统动态力纷争前馈补偿控制力差值反馈动态力均衡控制

基于鸽群优化改进动态窗的多无人车协同编队避障控制

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工程科学学报 2024年第7期46卷 1279-1285页

作者：李兆博孙双蕾北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京特种机械研究所北京100143

在复杂未知的战场环境中,无人车集群较单台无人车可承担更为复杂的任务,无人车集群协同编队避障行驶是群体智能领域研究热点之一.针对未知环境下无人车集群在规避障碍物时容易出现动态位置与预期队形偏差较大问题,本文提出了一种基于改... 详细信息

在复杂未知的战场环境中,无人车集群较单台无人车可承担更为复杂的任务,无人车集群协同编队避障行驶是群体智能领域研究热点之一.针对未知环境下无人车集群在规避障碍物时容易出现动态位置与预期队形偏差较大问题,本文提出了一种基于改进动态窗的无人车编队协同避障控制方法,在基本动态窗路径评价函数的方位角评价因子、障碍物评价因子、速度评价因子基础上,增加了无人车编队的方向协同因子和队形保持因子.同时,基于变权重鸽群优化算法对改进动态窗的路径评价函数各系数进行优化.当无人车集群感知到障碍物时,通过改进动态窗算法进行相对位置及速度的自适应协同调整,更好地保证无人车编队避障行驶过程中队形位置的精确性.最后,以3台无人车构成三角形编队避障行驶为例进行仿真验证.仿真结果表明基于改进动态窗和变权重鸽群优化算法的无人车编队在规避障碍物时,队形位置偏差相对较小.可见,本文提出的改进算法能够使得无人车集群在规避障碍物过程中提高动态编队的稳定性和精确性.

关键词：无人车鸽群优化动态窗口法协同编队避障控制

蝴蝶飞行机理及仿蝴蝶扑翼飞行器研究进展综述

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工程科学学报 2024年第9期46卷 1582-1593页

作者：张益鑫李少石王兴坚王少萍朱生华杨梦琦北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学宁波研究院宁波315800 天目山实验室杭州310023

仿生扑翼飞行器具有高机动性、高隐蔽性以及高效率等突出优势,在军事侦查、探险搜救等领域具有较好的应用前景,而其应用的基础是对生物飞行机理的深入探究.随着先进运动观测和实验技术的引入,对昆虫飞行行为的记录和分析更为便捷和准确... 详细信息

仿生扑翼飞行器具有高机动性、高隐蔽性以及高效率等突出优势,在军事侦查、探险搜救等领域具有较好的应用前景,而其应用的基础是对生物飞行机理的深入探究.随着先进运动观测和实验技术的引入,对昆虫飞行行为的记录和分析更为便捷和准确.研究表明常见的昆虫拍打频率较高,在25~400 Hz之间,而蝴蝶较为特殊,其扑打频率较低,大约为10 Hz,对于蝴蝶的许多独特的飞行技能尚缺少足够的认识.蝴蝶前翼和后翼的翼面积都较大,身体同侧的前后翼几乎为同步拍打,且扑打幅度较大,甚至接近180°.蝴蝶飞行中身体有较大幅度的上下和俯仰震荡,翼和身体运动高度耦合.即便如此,蝴蝶仍具有敏捷的飞行能力,可以达到点对点的飞行目标,甚至上千公里的长途迁徙,是优秀的仿生学研究对象.因此,蝴蝶启发的仿生扑翼飞行器也得到了全世界研究人员的关注.蝴蝶的飞行机制相对于其他昆虫更加特殊,飞行行为和气动特性更为复杂,这使得仿蝴蝶扑翼飞行器的研制更加困难.目前对于仿蝴蝶飞行器的研制大多数对蝴蝶翼–身耦合的机理进行了简化,很少能实现受控的稳定飞行.最后,本文梳理了真实蝴蝶的飞行行为特点和飞行机理,指出了仿蝴蝶扑翼飞行器研制的关键技术,总结了该类飞行器未来的发展方向和应用前景.

关键词：蝴蝶飞行机理仿生机器人扑翼飞行器气动特性翼–身耦合飞行控制

基于贝叶斯网络强化学习的复杂装备维修排故策略生成

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1354-1364页

作者：刘宝鼎于劲松韩丹阳唐荻音李鑫北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 中国运载火箭技术研究院北京100076

为解决传统启发式维修排故决策方法决策时间长、生成策略总成本高的问题,提出一种基于贝叶斯网络(BN)结合强化学习(RL)进行复杂装备维修排故策略生成方法。为更好地利用复杂装备模型知识,使用BN进行维修排故知识表述,并且为更加贴近复... 详细信息

为解决传统启发式维修排故决策方法决策时间长、生成策略总成本高的问题,提出一种基于贝叶斯网络(BN)结合强化学习(RL)进行复杂装备维修排故策略生成方法。为更好地利用复杂装备模型知识,使用BN进行维修排故知识表述,并且为更加贴近复杂装备实际情况,依据故障模式、影响和危害性分析(FMECA)的故障概率,经合理转化后作为BN的先验概率;为使用RL的决策过程生成维修排故策略,提出一种维修排故决策问题转化为RL问题的方法;为更好地求解转化得到的强化学习问题,引入观测-修复动作对(O-A)以减小问题规模,并设置动作掩码处理动态动作空间。仿真结果表明:在统一的性能指标下,所提BN-RL方法较传统方法获得更高的指标值,证明该方法的有效性和优越性。

关键词：强化学习贝叶斯网络维修排故策略生成复杂装备动态动作空间

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带有时间约束的多飞行器协同轨迹规划

工程科学学报 2024年第9期46卷 1554-1564页

作者：张钰清陈长风张扬于江龙董希旺任章西南电子设备研究所成都610036 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

面向多个高超声速飞行器在指定时间到达指定区域的场景,本文提出了一种带有时间约束的多飞行器协同轨迹规划方法.首先,通过解决飞行器再入飞行时间与横向机动之间的耦合问题,基于二元牛顿迭代法设计了一种考虑飞行时间约束和航程约束的... 详细信息

面向多个高超声速飞行器在指定时间到达指定区域的场景,本文提出了一种带有时间约束的多飞行器协同轨迹规划方法.首先,通过解决飞行器再入飞行时间与横向机动之间的耦合问题,基于二元牛顿迭代法设计了一种考虑飞行时间约束和航程约束的纵向轨迹规划方法.然后,在横向平面内基于一种边界可调式的航向角偏差走廊实现了飞行器的横向机动,同时,设计了一种补偿更新策略不断迭代直至得到满足飞行时间约束的三维轨迹.在此基础上,分析了飞行器的飞行能力并给出了一种飞行器的协同飞行时间、终端高度和飞行航程的确定方法.最后,通过多飞行器协同飞行的仿真结果表明,本文的方法能够得到多飞行器满足飞行时间和终端约束的三维轨迹,并具有良好的计算精度.同时,蒙特卡洛仿真表明该协同轨迹规划方法对各项扰动具有较强的鲁棒性.

关键词：高超声速飞行器时间协同轨迹规划三维轨迹飞行能力

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目标机动补偿的动能拦截器增量式制导方法

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 831-838页

作者：陈旸方艺忠韩拓胡庆雷北京航天长征飞行器研究所北京100076 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 杭州市北京航空航天大学国际创新研究院(北京航空航天大学国际创新学院) 杭州311115 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

面向目标强机动、推力干扰、测量偏差的动能拦截器强抗扰末制导方法设计问题,提出一种目标机动补偿的大气层外动能拦截器增量式强抗扰末制导方法。通过回采推力传感信息、视线转率辅助微分信息,同时联合增量式制导方法与惯性时延的扰动... 详细信息

面向目标强机动、推力干扰、测量偏差的动能拦截器强抗扰末制导方法设计问题,提出一种目标机动补偿的大气层外动能拦截器增量式强抗扰末制导方法。通过回采推力传感信息、视线转率辅助微分信息,同时联合增量式制导方法与惯性时延的扰动估计方法,对目标机动等不确定性和内外部不确定性等带来的扰动进行实时补偿并融合至制导算法,从而实现复杂工况下拦截器对抗机动目标的制导系统扰动降级与鲁棒增强等目的。复杂工况下仿真结果表明:所提方法对强机动目标、测量偏差、推力干扰等多源扰动具有强抗扰能力,并且能够实现精确碰撞式拦截任务。

关键词：动能拦截器增量式制导鲁棒制导扰动补偿机动目标

基于高斯混合特征改进的自编码器机场跑道FOD精准检测

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：荆颖郑红郑文韬北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

基于自编码器的图像重构方法可以检测机场跑道上类型未知的外来物. 针对自编码器良好的泛化能力导致异常重构的问题，提出一种基于高斯混合特征改进的自编码器异常检测模型. 首先通过编码器获取输入图像的编码特征，由高斯混合模型识... 详细信息

基于自编码器的图像重构方法可以检测机场跑道上类型未知的外来物. 针对自编码器良好的泛化能力导致异常重构的问题，提出一种基于高斯混合特征改进的自编码器异常检测模型. 首先通过编码器获取输入图像的编码特征，由高斯混合模型识别并剔除其中潜在的异常特征以进行重构; 在训练阶段，通过联合估计网络对自编码器和高斯混合模型进行端到端优化，建立准确的正常样本模型; 在测试阶段，重构图像由剔除异常信息的编码特征生成，倾向于接近正常图像，因此异常的重构误差较大; 为了进一步提高异常检测精度，使用多层级语义差异进行异常检测. 在中国某机场的跑道道面数据集FODAD和公共基准异常检测数据集MVTec AD上的实验结果表明，所提模型在FODAD数据集上平均AUC达0.981，在MVTec AD数据集上平均AUC达0.985，均优于对比的同类方法.

关键词：机场跑道外来物异常检测自编码器高斯混合模型端到端优化

考虑多元件退化相关的列车牵引系统可靠性评估与寿命预测

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：田贵双王少萍石健北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

牵引系统作为城市轨道交通列车的核心，其可靠性对保障列车的运行安全具有重要意义。本文针对牵引系统结构复杂且失效模式多样的问题，开展可靠性评估与寿命预测研究。着重围绕牵引系统中的关键元件：牵引电机和绝缘栅双极晶体管（Insul... 详细信息

牵引系统作为城市轨道交通列车的核心，其可靠性对保障列车的运行安全具有重要意义。本文针对牵引系统结构复杂且失效模式多样的问题，开展可靠性评估与寿命预测研究。着重围绕牵引系统中的关键元件：牵引电机和绝缘栅双极晶体管（Insulated Gated Bipolar Transistor， IGBT)，构建牵引电机退磁故障和IGBT键合线失效的性能退化模型，采用融合失效机理的维纳过程描述两个元件的性能退化过程，以及采用Copula函数描述两者的相关性。对于离线可靠性评估，采用贝叶斯马尔科夫链蒙特卡洛方法进行未知参数估计；对于在线剩余使用寿命预测，采用贝叶斯与期望最大相融合的算法更新模型中的未知参数。基于牵引系统的性能退化试验数据，验证本文所提出的模型和算法。结果表明，考虑牵引电机和IGBT两元件相关的可靠性模型能够精准实现可靠性评估，采用贝叶斯与期望最大相融合的参数更新算法有效提升寿命预测精度。

关键词：列车牵引系统维纳过程 Copula函数可靠性寿命预测

具有非凸输入约束的不确定严格反馈系统有限时间自适应跟踪控制

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控制与决策 2024年

作者：张腾飞李明星北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

针对一类具有非凸输入约束和外界干扰的不确定多输入多输出严格反馈非线性系统,提出一种有限时间自适应神经网络动态面跟踪控制方案.首先,通过引入非凸约束算子,将设计的反馈控制输入转化为与其同方向具有最大幅值的实际输入向量,进而... 详细信息

针对一类具有非凸输入约束和外界干扰的不确定多输入多输出严格反馈非线性系统,提出一种有限时间自适应神经网络动态面跟踪控制方案.首先,通过引入非凸约束算子,将设计的反馈控制输入转化为与其同方向具有最大幅值的实际输入向量,进而保证实际控制输入始终保持在非凸约束集合内.其次,采用径向基神经网络逼近不确定连续函数向量,以解决控制增益矩阵上下界未知情形下的控制问题,并利用不等式放缩处理未知有界干扰.然后,利用反步法设计有限时间自适应动态面跟踪控制器,保证闭环系统所有信号均为一致最终有界的,实现期望轨迹的有限时间跟踪控制.最后给出数值仿真算例以说明所提出控制方案的有效性.

关键词：非凸输入约束有限时间稳定动态面控制自适应神经网络反步设计不确定严格反馈系统