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一种改进滤波器与LSTM融合的飞轮故障预测算法

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航空兵器 2024年第3期31卷 129-136页

作者：龙弟之陈辛魏炳翌史超北京航天自动控制研究所北京100854

针对基于滤波器的预测方法由于依赖模型精度而导致长周期预测精度低的问题,提出了一种基于滤波器和长短期记忆(LSTM)网络的融合故障预测算法,实现航天器飞轮执行器缓变故障的预测。首先,分别设计了小批量标准化LSTM网络和趋势识别模块,... 详细信息

针对基于滤波器的预测方法由于依赖模型精度而导致长周期预测精度低的问题,提出了一种基于滤波器和长短期记忆(LSTM)网络的融合故障预测算法,实现航天器飞轮执行器缓变故障的预测。首先,分别设计了小批量标准化LSTM网络和趋势识别模块,二者串联组成神经网络预测器提高对时序预测的准确性。然后,利用递归最小二乘(RLS)参数估计原理改进卡尔曼滤波器更新过程,以增强对时序预测误差的鲁棒性。在此基础上,将神经网络预测器输出的预测值与改进后的滤波器相融合,获得未来时刻的预测残差项实现迭代更新和预测,克服了滤波器算法对模型的依赖,提高了预测精度。最后,设计仿真实验比较了三种神经网络预测器的时序预测性能,并考虑飞轮轴承性能退化故障,利用所提融合预测算法判断出飞轮在856 s时性能退化达到阈值,预测时间误差为36 s,从而验证了预测算法对缓变故障的有效性。

关键词：故障预测 LSTM 卡尔曼滤波器 RLS 飞轮

滚仰式导引头斜置方案下的过顶奇异问题控制策略

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兵工学报 2024年第2期45卷 628-640页

作者：金秋延刘福祥王新春刘晓莫波北京理工大学宇航学院北京100081 北京航天自动控制研究所北京100070 北京航天长征飞行器研究所北京100048

在末制导阶段,由于制导目标位于弹体纵轴附近,滚仰式结构的导引头易出现奇异性问题而难以精确跟踪目标。针对上述问题,提出基于斜置方案的滚仰式导引头过顶奇异问题控制策略。在导引头稳定平台相对弹体斜置边界俯仰框架角的基础上,通过... 详细信息

在末制导阶段,由于制导目标位于弹体纵轴附近,滚仰式结构的导引头易出现奇异性问题而难以精确跟踪目标。针对上述问题,提出基于斜置方案的滚仰式导引头过顶奇异问题控制策略。在导引头稳定平台相对弹体斜置边界俯仰框架角的基础上,通过控制弹体的滚转运动,保证导引头光轴始终避开过顶奇异区域,实现目标位于弹体纵轴附近和斜置导引头初始光轴附近两个过顶奇异区域的稳定跟踪。研究结果表明:所提策略相比于增设第三轴的方法,导引头体积小、质量轻;相比于分区域变参数控制策略,解决了静止和减速控制时过顶奇异区域内导引头对视线角速度跟踪失效的问题;仿真对比结果验证了所提策略具有跟踪精确度高、有效抑制控制系统失稳、降低探测器失调角的特点。

关键词：斜置导引头过顶奇异问题滚仰式导引头滚转弹

神经网络架构轻量化搜索的飞行器控制律自学习方法

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宇航学报 2024年第5期45卷 762-769页

作者：王昭磊王露荻路坤锋禹春梅李晓敏林平宇航智能控制技术全国重点实验室北京100854 北京航天自动控制研究所北京100854

针对在运用Soft actor-critic(SAC)强化学习算法实现复杂的飞行器控制律自学习过程中,超参数设定高度依赖于人工经验进而造成设计难度大的问题,提出一种基于神经网络架构轻量化搜索策略的飞行器控制律自学习方法。该方法在将神经网络架... 详细信息

针对在运用Soft actor-critic(SAC)强化学习算法实现复杂的飞行器控制律自学习过程中,超参数设定高度依赖于人工经验进而造成设计难度大的问题,提出一种基于神经网络架构轻量化搜索策略的飞行器控制律自学习方法。该方法在将神经网络架构设计问题转化为图拓扑生成问题的基础上,结合LSTM循环神经网络的图拓扑生成算法、基于权重共享的深度强化学习参数轻量化训练与评估机制,以及基于策略梯度的图拓扑生成器参数学习算法,给出了一种面向深度强化学习的轻量化自动搜索框架,实现了SAC训练算法中神经网络架构超参数的自动优化,进而完成了控制律的自学习。以三维空间返回着陆控制为例,验证了所提方法的有效性和实用性。

关键词：飞行器控制律自学习自动机器学习网络架构搜索 SAC强化学习

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磷酸酯基阻燃电解液用于高安全锂硫电池

工程科学学报 2024年第4期46卷 765-774页

作者：何孟雪李一涛刘亚涛贾永锋李刚贾龙庞全全北京大学材料科学与工程学院北京100871 北京航天自动控制研究所北京100854

Li–S电池被认为是最有希望的下一代高能量密度二次电池之一,开发高效阻燃电解液对于提升电池安全性极为重要.本文对高浓度磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯(TFP)电解液在锂–硫化聚丙烯腈(Li–PAN/S)电池中的应用展开了深入... 详细信息

Li–S电池被认为是最有希望的下一代高能量密度二次电池之一,开发高效阻燃电解液对于提升电池安全性极为重要.本文对高浓度磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯(TFP)电解液在锂–硫化聚丙烯腈(Li–PAN/S)电池中的应用展开了深入研究,以同样的锂盐摩尔比和氟代醚稀释梯度,研究了TEP和TFP基局部高浓度电解液对锂金属负极和硫正极稳定性的影响,详细解析了两种溶剂分子在电池循环过程中的界面反应.研究表明,磷酸酯基高浓度电解液在Li–PAN/S电池中展示了较优异的循环稳定性,通过优化TTE的稀释比例,提升了电池的倍率特性.对比基于TEP和TFP的电解液,发现TEP基电解液具有更好的锂沉积/剥离性能,而TFP基电解液在界面生成更多的有机组分,导致不稳定的界面膜.以TEP212为电解液的锂硫电池能够在1C的倍率下稳定循环200圈以上,放电比容量保持在1080.8 mA·h·g-1.

关键词：阻燃电解液局部高浓度电解液磷酸酯锂硫电池硫化聚丙烯腈

面向变构型飞行器的强化学习位置姿态一体化控制方法

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宇航学报 2024年第7期45卷 1100-1110页

作者：路坤锋贾晨辉黄旭刘晓东柳嘉润王昭磊北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制技术全国重点实验室北京100854

针对变构型飞行器在飞行过程中由于构型发生改变导致其质心、气动力、转动惯量和气动力矩以及飞行器的抗扰能力等参数或特性发生变化,对飞行器飞行控制品质产生较大影响的问题,提出一种基于强化学习的变构型飞行器一体化位置姿态控制方... 详细信息

针对变构型飞行器在飞行过程中由于构型发生改变导致其质心、气动力、转动惯量和气动力矩以及飞行器的抗扰能力等参数或特性发生变化,对飞行器飞行控制品质产生较大影响的问题,提出一种基于强化学习的变构型飞行器一体化位置姿态控制方法,通过孪生延迟深度确定性策略梯度(TD3)强化学习算法训练神经网络控制律,实现变构型飞行器的一体化位置姿态控制。算法通过数学仿真与飞行试验进行了验证,仿真结果与飞行试验结果表明,该算法所设计的神经网络控制律能够实现变构型飞行器的一体化位置姿态控制,并对于外界干扰具有较强的适应能力。

关键词：强化学习变构型飞行器位置控制姿态控制

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基于无人机无线充电系统接收侧轻量化设计

电源学报 2024年

作者：李刚贾龙毕旒宇李英杰陈宇翔彭博北京航天自动控制研究所重庆大学自动化学院

针对无人机无线充电过程中无线充电装置给无人机增加的总重量和飞行阻力使其飞行效率降低以及飞行时间缩短的问题，本文提出了一种基于无人机无线充电系统接收侧轻量化设计方法。首先对耦合机构磁芯材料与尺寸进行优化设计；再通过提升... 详细信息

针对无人机无线充电过程中无线充电装置给无人机增加的总重量和飞行阻力使其飞行效率降低以及飞行时间缩短的问题，本文提出了一种基于无人机无线充电系统接收侧轻量化设计方法。首先对耦合机构磁芯材料与尺寸进行优化设计；再通过提升系统频率实现接收线圈轻量化的优化方法研究并验证其可行性，并从磁芯损耗角度分析提升系统频率对主电路影响；然后结合无人机实际结构使用整体建模分析方法分析无人机碳纤维材料机身对磁耦合机构性能影响；最后，搭建无人机无线充电系统实物模型，进行原系统和升频轻量化系统的性能测试，经过对比实验验证其可行性。

关键词：无人机无线电能传输技术轻量化升频

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基于近似动态规划的多级火箭全程任务决策

宇航学报 2024年第8期45卷 1251-1260页

作者：李超兵包为民李忠奎禹春梅程晓明北京大学工学院北京100871 中国航天科技集团有限公司北京100048 北京航天自动控制研究所北京100854

针对火箭发生推力下降故障下的任务决策问题,提出了一种基于近似动态规划的多级火箭全程任务决策方法。首先,通过设置初始状态集合、决策选项、奖励函数、Q函数迭代方法等,建立了火箭任务决策分层强化学习模型,得到对火箭后续飞行进行... 详细信息

针对火箭发生推力下降故障下的任务决策问题,提出了一种基于近似动态规划的多级火箭全程任务决策方法。首先,通过设置初始状态集合、决策选项、奖励函数、Q函数迭代方法等,建立了火箭任务决策分层强化学习模型,得到对火箭后续飞行进行评价的“评价网络”;然后利用基于凸优化的在线能力评估和轨迹规划方法,得到近似动态规划原理中的“决策生成”模块;最后,通过两者结合完成对火箭故障下后续飞行中连续轨迹和各级飞行段离散轨道根数等的决策。仿真结果表明该方法能够在非致命推力下降故障下实现火箭全程飞行任务决策并给出飞行轨迹。

关键词：运载火箭推力故障任务决策近似动态规划分层强化学习

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多机器人协同围捕方法综述

自动化学报 2024年

作者：周萌李建宇王昶王晶王力北方工业大学电气与控制工程学院北京航天自动控制研究所

多机协同围捕作为多机器人协同领域的一项重要分支,着重研究多个机器人通过相互协作对动态可疑目标实现有效地追踪与围捕,在军事侦查、紧急救援、协同探测等领域具有重要的研究意义与实际应用价值.首先通过国内外科学引文数据库对多机... 详细信息

多机协同围捕作为多机器人协同领域的一项重要分支,着重研究多个机器人通过相互协作对动态可疑目标实现有效地追踪与围捕,在军事侦查、紧急救援、协同探测等领域具有重要的研究意义与实际应用价值.首先通过国内外科学引文数据库对多机协同围捕领域相关的文献进行全面检索,深入剖析目前该领域前沿技术的发展现状与研究热点,接下来从理论与技术层面分别针对多机协同围捕领域中的目标协同搜索、多机任务分配、协同围捕控制等方面进行全面总结,重点阐述各研究内容常用方法与技术的工作原理、优缺点及适用范围等.最后对该领域的发展现状进行总结,并分析探讨目前尚未解决的难点,对未来的发展方向提出展望.

关键词：多机协同围捕, 协同目标搜索, 任务分配, 围捕控制

基于扰动观测器的高超声速飞行器鲁棒姿态容错控制

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控制工程 2024年

作者：曹小磊周川郭健吴益飞贾志强南京理工大学自动化学院北京航天自动控制研究所

针对高超声速飞行器存在模型不确定性、扰动和执行器故障情况下的姿态控制问题，提出了一种基于有限时间扩张状态观测器的鲁棒容错控制策略。首先建立了高超声速飞行器执行器效率损失的故障模型；随后设计了有限时间扩张状态扰动观测器... 详细信息

针对高超声速飞行器存在模型不确定性、扰动和执行器故障情况下的姿态控制问题，提出了一种基于有限时间扩张状态观测器的鲁棒容错控制策略。首先建立了高超声速飞行器执行器效率损失的故障模型；随后设计了有限时间扩张状态扰动观测器将故障和扰动合并为系统总的不确定项以进行有效估计；最后基于观测器的估计结果设计了一种姿态容错控制器以实现快速准确跟踪期望姿态的控制目标。通过理论分析和仿真结果表明，该控制器能够在有限时间内使闭环系统状态误差收敛到零，显著提高了系统的鲁棒性和容错性。

关键词：高超声速飞行器姿态容错控制有限时间扩张状态扰动观测器执行器故障复合扰动