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多无人机编队避障和编队重构方法

计算机应用 2024年第9期44卷 2938-2946页

作者：穆凌霞周政君王斑张友民薛向宏宁凯凯复杂系统控制与智能信息处理陕西省重点实验室(西安理工大学) 西安710048 西北工业大学航空学院西安710072 康考迪亚大学机械、工业与航空工程系加拿大蒙特利尔H3G 1M8

针对多无人机(UAV)编队飞行过程中的避障和故障问题,提出一种编队动态变换与重构方法。编队内UAV将障碍物和其余UAV作为动态威胁,根据当前飞行环境自适应地改变航迹评价函数的得分权重,提高编队在动态环境下的避障能力;当编队中某一UAV... 详细信息

针对多无人机(UAV)编队飞行过程中的避障和故障问题,提出一种编队动态变换与重构方法。编队内UAV将障碍物和其余UAV作为动态威胁,根据当前飞行环境自适应地改变航迹评价函数的得分权重,提高编队在动态环境下的避障能力;当编队中某一UAV故障时,对剩余UAV进行编队队形重构,改变动态窗口法(DWA)目标函数中僚机相对于长机的位置,实时调整得到新的编队,从而实现容错编队飞行。仿真实验结果表明,所提编队避障和重构方法能够实现动态避障以及单机故障或动力不足情况下的容错编队飞行;与传统DWA相比,所得到的编队无人机间距离误差更小。

关键词：无人机编队避障队形变换队形重构容错编队

用于机器人自动装配的长圆孔视觉分割定位算法

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第10期64卷 1677-1685页

作者：蒋潇王松吴丹清华大学机械工程系北京100084

长圆孔应用于工业生产可以提高装配容错,增加装配调整量,但其难以解析描述的特点显著增加了工业应用中视觉检测定位算法的难度,限制了长圆孔在自动化装配结构中的应用。该文探索出一种具有鲁棒性的高精度长圆孔视觉分割定位算法,首先分... 详细信息

长圆孔应用于工业生产可以提高装配容错,增加装配调整量,但其难以解析描述的特点显著增加了工业应用中视觉检测定位算法的难度,限制了长圆孔在自动化装配结构中的应用。该文探索出一种具有鲁棒性的高精度长圆孔视觉分割定位算法,首先分析了长圆孔几何特征,将其描述为一种具有对称性、缺少简单解析表达的封闭图形;进而提出了一种基于语义分割网络和长圆孔区域退化的视觉分割定位算法,该算法结合深度学习和传统图像处理算法,首先构建YOLO和全卷积神经网络串联架构依次实现目标检测、感兴趣区域提取和语义分割,然后利用中轴变换骨架提取方法完成长圆形区域退化定位,有效避免了语义分割输出区域形状误差对定位精度的影响,最终得到了亚像素精度的精准检测结果。在某机器人自动装配系统中开展实验验证,得出所提算法具备精度高、鲁棒性好的特点,因此具有较广阔的工业应用前景。

关键词：视觉检测长圆孔自动装配深度学习

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轮式多机协同搬运机器人轨迹跟踪控制器设计

机械工程学报 2024年第11期60卷 145-155页

作者：何华刘全申屠舒展宫昭清华大学机械工程系北京100084 中国机械工业集团有限公司北京100080

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束,对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法,设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器,实现输入饱和约束可沿... 详细信息

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束,对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法,设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器,实现输入饱和约束可沿广义速度空间边界滑动,在保证控制信号不超出机器人广义速度空间的前提下,提升轨迹跟踪控制器的响应速度。研究轨迹跟踪控制器对不同目标轨迹的跟踪误差规律,提出以门限角度为分界的状态机,控制机器人对目标参数的响应顺序,减小跟踪过程误差。基于模糊控制器,实现轨迹跟踪控制器增益系数的动态调节,有效降低对不同目标速度的跟踪稳态误差。通过多机协同搬运负载试验验证控制器的正确性和有效性。

关键词：轮式移动机器人轨迹跟踪控制器模糊控制输入饱和状态机

考虑不确定参数的含间隙柔性机械臂非概率可靠性分析

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力学学报 2024年

作者：白争锋牛余新崔乐文赵继俊哈尔滨工业大学航天工程系哈尔滨工业大学(威海)机械工程系

由于加工制造精度以及空间环境等的影响，空间机械臂的几何参数、材料参数等特征参数的不确定性会降低机械臂系统的运动精度及可靠性。为了研究不确定参数和关节间隙对机械臂动态响应的影响，解决由于空间机械臂实验样本数据不足难以获... 详细信息

由于加工制造精度以及空间环境等的影响，空间机械臂的几何参数、材料参数等特征参数的不确定性会降低机械臂系统的运动精度及可靠性。为了研究不确定参数和关节间隙对机械臂动态响应的影响，解决由于空间机械臂实验样本数据不足难以获得精准的概率可靠性的问题。本文建立了含关节间隙和不确定参数的柔性机械臂的动力学模型和非概率可靠性计算方法，首先通过碰撞力模型和状态函数建立关节间隙数学模型，采用假设模态法描述柔性机械臂的变形，并利用Lagrange法建立含关节间隙柔性机械臂确定性动力学模型。在此基础上，考虑系统参数不确定性，将系统的不确定参数描述为区间变量，建立机械臂的不确定性动力学方程，并利用基于切比雪夫多项式的区间算法求解含区间变量的机械臂的动力学方程。针对空间机械臂的运动可靠性的问题，构建了极限状态函数，并分别建立了四种非概率可靠性指标。最后，基于提出的不确定性动力学模型和四种非概率可靠性计算方法进行仿真分析，数值仿真结果验证了所提出的动力学模型和非概率可靠性计算方法的有效性，且可能性法相比MonteCarlo方法的计算效率更高，实现了柔性机械臂的动力学响应预示与非概率可靠性分析。

关键词：机械臂关节间隙不确定性切比雪夫多项式非概率可靠性

基于统计分析与物理模型的批量小样本条件下作动器退化建模

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 1-9页

作者：潘晋新景博焦晓璇王生龙王可心空军工程大学航空工程学院西安710038 航空工业西安飞行自动控制研究所西安710076

作动器是飞行控制系统的重要组成,其性能直接影响飞行安全。然而,大部分部件全寿命周期仅能获取2~3次的返所测试数据,性能退化样本极小,给作动器的性能预测带来困难。针对这一问题,提出了一种统计分析与物理模型结合的性能预测方法,首... 详细信息

作动器是飞行控制系统的重要组成,其性能直接影响飞行安全。然而,大部分部件全寿命周期仅能获取2~3次的返所测试数据,性能退化样本极小,给作动器的性能预测带来困难。针对这一问题,提出了一种统计分析与物理模型结合的性能预测方法,首先对批次型部件数据进行统计分析,建立作动器不同阶段的统计分布规律;然后,结合作动器退化的物理模型与统计规律,建立带有概率分布的作动器退化函数,并基于AMESim仿真对参数进行标定,得到不同时间与健康参数下的概率密度函数;最后,针对任一部件获取的健康参数,给出基于后验概率的概率密度函数更新方式。为验证方法的有效性,本文采用多个含有3个数据点的样本进行验证,统计预测值精度。结果表明,实测值在预测密度函数的3sigma范围的概率高达92.27%,证明预测密度函数能够在高置信度下表征作动器退化规律。

关键词：小样本退化建模统计分析作动器 AMESim仿真

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航空发动机分布式系统的事件触发滑模控制

航空动力学报 2024年第2期39卷 144-155页

作者：王玮轩彭靖波张志芬张驭谢寿生温广瑞郑劲松空军工程大学航空工程学院西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计... 详细信息

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计了状态观测器,并基于观测状态构造了积分滑模面。通过李雅普诺夫方法,得到了稳定性准则,并给出了线性矩阵不等式(LMIs)形式的控制器、观测器、事件触发器的参数计算方法。随后设计了滑模控制律,确保了滑模面的可达性。此外,为了提高LMIs的可行性,提出了基于iL-SHADE算法的LMIs参数优化方法。仿真结果表明,在给定的控制框架下,闭环系统能够保证较好的控制性能。在给定的仿真条件下,减少了96.5%的信号传输,极大节省了通信资源。

关键词：分布式控制系统时延和丢包动态事件触发机制滑模控制线性矩阵不等式

机动飞行下磁流变阻尼器-转子系统动力学特性

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振动工程学报 2024年第5期37卷 747-755页

作者：王俊刘云飞秦朝烨马梁洪芳芳褚福磊北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室北京100029 清华大学机械工程系北京100084 中国民航大学航空工程学院天津300300 天津仁爱学院天津301636

航空发动机在机动飞行过程中,工作条件非常恶劣,飞行过程会产生不规则的瞬态振动,易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型,并利用Newmark-β数值方法进行求解,研究转子系统在机动... 详细信息

航空发动机在机动飞行过程中,工作条件非常恶劣,飞行过程会产生不规则的瞬态振动,易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型,并利用Newmark-β数值方法进行求解,研究转子系统在机动飞行过程中的动态特性。在此基础上,考虑磁流变阻尼器作用,研究其对冲击载荷下转子系统瞬态及稳态响应的影响。结果表明,机动飞行开始和结束瞬间会产生瞬态冲击,激发转子系统一阶模态响应。在合适的电流作用下,变阻尼器可以有效抑制机动飞行过程中转子系统瞬态及稳态响应。此外,在机动飞行下,由于轴颈离心率较大,易导致磁流变阻尼器产生非线性行为。

关键词：航空发动机机动飞行磁流变阻尼器转子系统瞬态冲击

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单向陶瓷基复合材料C/SiC变角度顺逆磨的对比试验

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中国机械工程 2024年第2期35卷 235-243页

作者：张立峰王梓旭张旺通邓云飞隋翯郭志永中国民航大学航空工程学院天津300300

通过正十二边形磨削轨迹测试方法研究了单向C/SiC的磨削力和加工表面质量的影响机制。研究发现,相较于顺磨,逆磨的切向磨削力减小10%~25%,法向磨削力减小30%~50%,表面粗糙度减小25%~65%;纤维磨削角对磨削特性具有显著影响,顺纤维磨削时... 详细信息

通过正十二边形磨削轨迹测试方法研究了单向C/SiC的磨削力和加工表面质量的影响机制。研究发现,相较于顺磨,逆磨的切向磨削力减小10%~25%,法向磨削力减小30%~50%,表面粗糙度减小25%~65%;纤维磨削角对磨削特性具有显著影响,顺纤维磨削时,磨削力由大到小的纤维磨削角排序为60°、30°、90°、0°,逆纤维磨削时的排序为120°、90°、150°、180°;加工表面粗糙度Sa由大到小的纤维磨削角排序为0°、150°、120°、30°、60°、90°;C/SiC磨削加工时,材料的变形回弹效应较明显。对比了不同纤维磨削角下的表面微观形貌,提出了磨削材料去除模型。

关键词：复合材料磨削角度顺/逆磨材料去除模型

含金属簇绒结构CFRP层合板雷击烧蚀防护性能模拟

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西北工业大学学报 2024年第4期42卷 606-615页

作者：贾宝惠杨霄单泽众肖海建任鹏中国民航大学航空工程学院天津300300

簇绒技术具有灵活性高、经济性高等优点,研究发现金属簇绒结构能显著改善碳纤维复合材料的机械性能和电气性能。为探究含新型雷击防护金属簇绒结构CFRP(carbon fiber reinforced polymer)层合板在雷击过程中损伤特性,建立不同结构参数... 详细信息

簇绒技术具有灵活性高、经济性高等优点,研究发现金属簇绒结构能显著改善碳纤维复合材料的机械性能和电气性能。为探究含新型雷击防护金属簇绒结构CFRP(carbon fiber reinforced polymer)层合板在雷击过程中损伤特性,建立不同结构参数下含金属簇绒结构CFRP层合板电-热耦合模型,通过与实验结果对比分析发现,仿真模型的损伤样貌、损伤区域及损伤扩展趋势与实验相吻合,证明了模型的有效性。研究结果表明:含金属簇绒结构CFRP层合板的烧蚀表面积降低至基准件的8.06%;金属丝间距对高电势区域面积和区域形状有影响,金属丝间距对雷击烧蚀面积影响最大。

关键词：雷击防护金属簇绒结构烧蚀损伤热电耦合