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基于能耗优化的四旋翼无人机航迹规划:分段式高斯伪谱法

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电光与控制 2025年第1期32卷 1-7页

作者：欧阳权徐罗旻杨继阳薛雅丽丛玉华吕建威南京航空航天大学自动化学院南京210000 北京控制与电子技术研究所北京100000

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能... 详细信息

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能耗间耦合关系;其次,基于此模型,将考虑能耗优化的航迹规划问题转化为带约束的连续时间优化问题;最后,设计了分段式高斯伪谱法求解出优化航迹,其中通过滑动选取优化子区间的方法,在航点数量较多的复杂飞行任务中有效缩短了计算时间,同时提升了轨迹的平滑性和航点跟踪准确性。仿真和实验结果表明,与传统定航点飞行相比,所提算法能大幅降低飞行能耗,与常用优化算法相比,所提算法在保证能耗优化效果的同时,所需计算时间更短,航点跟踪精度更高。

关键词：四旋翼无人机能耗优化航迹规划分段式高斯伪谱法

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生物材料促进角膜碱烧伤修复的作用机制和应用途径

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中国组织工程研究 2025年第10期29卷 2162-2170页

作者：肖辉李冬妍汲婧王丽珍北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市生物医学工程高精尖创新中心北京市100083

背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统... 详细信息

背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统深入的认识。目的:对目前生物材料促进角膜碱烧伤修复的国内外研究进行梳理,综述生物材料修复角膜碱烧伤的机制及其应用途径。方法:第一作者以“角膜,碱烧伤,羊膜,透明质酸,胶原,壳聚糖,高分子材料”“Amniotic membrane,Hyaluronic acid,Collagen,Chitosan,Polymer,Cornea,Alkali burn”为关键词在Pub Med、Web of Science、中国知网和万方文献数据库内检索,根据纳入标准和排除标准,最终纳入符合要求的76篇文献进行综述。结果与结论:(1)在角膜碱烧伤修复领域,羊膜、透明质酸、胶原、壳聚糖和可降解高分子材料等生物材料被广泛研究和应用,这些生物材料各有其特点和优缺点,在不同方面都有所突出。(2)首先,羊膜因含丰富的生物活性因子而被认为是最有前景的生物材料之一,其生物相容性良好,并且能够调节角膜炎症反应,但是存在供体短缺和易感染疾病的问题。(3)透明质酸具有良好的保湿性和生物相容性,并且能够提高角膜细胞的生存率和增加角膜透明度。(4)胶原具有良好的生物相容性和支架结构,能够促进角膜细胞的黏附和增殖,促进角膜组织结构的重建。(5)壳聚糖具有良好的生物相容性和可降解性,可作为载体用于药物递送和细胞移植。(6)可降解高分子材料具有较好的降解可控性,可为角膜碱烧伤的修复提供良好的支持和递送平台,但其稳定性和生物相容性仍需进一步研究。(7)综合来看,目前还没有一种生物材料能够完全解决角膜碱烧伤的修复问题,每种生物材料都有其特定的适用场景和局限性。(8)未来的研究方向应该是通过进一步改进生物材料的性能和结构,探索更有效的组合应用方式,以及深入了解生物材料与角膜组织的相互作用机制,以提高角膜碱烧伤的治疗效果和患者的生活质量。

关键词：角膜碱烧伤生物材料修复机制羊膜透明质酸壳聚糖高分子材料综述

高性能Bi_(2)Te_(3-x)Se_(x)热电薄膜的可控生长

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物理学报 2021年第20期70卷 265-271页

作者：陈赟斐魏锋王赫赵未昀邓元北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310052 北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100083

碲化铋基材料一直被认为是室温下性能最优异的热电材料之一,也是商用热电器件首选的块体材料.然而面对柔性或高密度设备等应用需求时,薄膜热电材料比块体材料更具优势.因此,提升薄膜材料热电性能及可控制备技术至关重要.与碲化铋基块体... 详细信息

碲化铋基材料一直被认为是室温下性能最优异的热电材料之一,也是商用热电器件首选的块体材料.然而面对柔性或高密度设备等应用需求时,薄膜热电材料比块体材料更具优势.因此,提升薄膜材料热电性能及可控制备技术至关重要.与碲化铋基块体材料和P型碲化铋基薄膜相比,N型碲化铋基薄膜的性能相对偏低.本工作利用磁控溅射法制备了一系列N型碲化铋薄膜,研究衬底温度和工作压强对薄膜生长模式的影响规律,从而通过溅射参数精确调控薄膜的形貌、结构和生长取向,在合适的衬底温度和工作压强的共同作用下,制备出(00l)方向层状生长的高质量致密薄膜.由于层状结构薄膜具有超高的面内载流子迁移率,该薄膜实现了大于10^(5) S/m的超高电导率.由于兼具高电导率与高Seebeck系数,该层状薄膜试样在室温下的功率因子高达42.5μW/(cm·K^(2)),克服了N型碲化铋基薄膜材料难以匹配P型碲化铋基薄膜材料的困难.

关键词： Bi_(2)Te_(3–x)Se_(x)薄膜磁控溅射热电功率因子

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基于确信可靠性理论的蠕变寿命模型应用研究

系统工程与电子技术 2022年第3期44卷 1044-1051页

作者：杨晗王浩伟李清荣陈敏彭博北京航空航天大学云南创新研究院云南昆明650233

蠕变持久寿命的评估一直受到理论与工程领域的研究和关注,基于确信可靠性理论这一可靠性领域的新理论所提出的可靠性的三个科学原理建立了蠕变寿命的确信可靠度模型,并使用不确定理论表征参数的不确定性。通过案例研究分析了模型参数的... 详细信息

蠕变持久寿命的评估一直受到理论与工程领域的研究和关注,基于确信可靠性理论这一可靠性领域的新理论所提出的可靠性的三个科学原理建立了蠕变寿命的确信可靠度模型,并使用不确定理论表征参数的不确定性。通过案例研究分析了模型参数的不确定性,并将所得结果与基于失效时间数据的概率分布建模进行了对比。分析认为,基于确信可靠性理论的蠕变寿命模型是一种适用于缺少蠕变试验数据情况下的寿命评估新方法,可以同时考虑多个不同参数不确定性,蠕变应力指数的不确定性对蠕变可靠度曲线的趋势有显著影响。

关键词：确信可靠性蠕变寿命模型不确定理论不确定分布

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一种基于状态信息聚合的边端协同卸载方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第11期50卷 114-121页

作者：戴彬任涛胡哲源牛建伟北京航空航天大学计算机学院北京100083 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭) 浙江杭州310023 北京航空航天大学杭州创新研究院浙江杭州310051

针对现有移动边缘计算(MEC)研究中终端资源利用不充分和终端状态信息难表征,导致MEC系统整体利用率低的问题,提出一种基于状态信息聚合的边端协同卸载(SAEEC)方法.首先定义了边缘-拉普拉斯矩阵(ELM)来对终端的状态信息进行高质量压缩表... 详细信息

针对现有移动边缘计算(MEC)研究中终端资源利用不充分和终端状态信息难表征,导致MEC系统整体利用率低的问题,提出一种基于状态信息聚合的边端协同卸载(SAEEC)方法.首先定义了边缘-拉普拉斯矩阵(ELM)来对终端的状态信息进行高质量压缩表征,然后借鉴联邦学习思想对压缩后的ELM表征信息进行边缘状态聚合,最后将经过全局聚合的决策向量分发给各终端,由终端分布式做出调度决策.实验结果表明:SAEEC方法可以大幅降低状态信息表征与聚合成本,同时提高终端自主决策效率和MEC整体资源利用效能,与传统方法相比可使MEC网络的平均成本下降20%以上.

关键词：移动边缘计算计算卸载分布式调度边端协同状态表征

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太阳能飞艇刚性电池阵列接收能量分析

北京航空航天大学学报 2024年第11期50卷 3542-3552页

作者：刘思宇高健孙康文北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学云南创新研究院昆明650233

太阳能飞艇能量全部来自太阳能电池阵列,阵列接收的太阳辐射能量大小决定了飞艇的续航能力。对用于飞艇的刚性晶体硅电池和柔性薄膜电池进行建模,考虑实际电池板单元的尺寸和形状,对比刚性电池的斜平面阵列和柔性电池的曲面阵列在接收... 详细信息

太阳能飞艇能量全部来自太阳能电池阵列,阵列接收的太阳辐射能量大小决定了飞艇的续航能力。对用于飞艇的刚性晶体硅电池和柔性薄膜电池进行建模,考虑实际电池板单元的尺寸和形状,对比刚性电池的斜平面阵列和柔性电池的曲面阵列在接收能量上的差异,并分析飞艇尺寸对这2种阵列接收能量的影响。对于刚性电池设置4种斜平面阵列布置形式,比较斜平面阵列中电池板的尺寸和形状对接收能量的影响。结果表明:中低纬度处刚性电池的斜平面阵列在全年各天中接收的太阳辐射能量都高于柔性电池的曲面阵列,在高纬度地区则相反。对于刚性电池,电池板在飞艇圆周方向上的尺寸会显著影响斜平面阵列接收的太阳辐射能量。在低纬度地区应增大电池板在圆周方向上的长度以获得更多的辐射能量,而在高纬度地区则应减小长度。

关键词：太阳能飞艇太阳辐射刚性电池阵列柔性电池阵列接收能量

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考虑倍率的平流层飞艇储能电池建模与分析

北京航空航天大学学报 2022年第1期48卷 182-192页

作者：刘松松孙康文北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京航空航天大学云南创新研究院昆明650233 北京航空航天大学无人系统研究院北京100083

准确掌握储能电池的实际电量是确保平流层飞艇实现长航时飞行的关键因素之一。首先,建立了平流层飞艇能源系统仿真模型,对能量输入和消耗进行动态分析。随后,对储能电池进行不同电流倍率的充放电测试,采用多项式拟合的方法,根据测试数... 详细信息

准确掌握储能电池的实际电量是确保平流层飞艇实现长航时飞行的关键因素之一。首先,建立了平流层飞艇能源系统仿真模型,对能量输入和消耗进行动态分析。随后,对储能电池进行不同电流倍率的充放电测试,采用多项式拟合的方法,根据测试数据建立了储能电池充放电过程中荷电状态(SOC)、剩余放电时间(RDT)、剩余充电时间(RCT)的分析模型。最后,结合能源系统能量输入、消耗模型和储能电池模型进行飞行模拟仿真,获取各部分变化数据,与已有试验数据进行量化对比分析。结果表明:所构建储能电池模型在SOC、RDT、RCT的计算误差分别小于3%、1.5%、1.5%,能够准确反映电池工作过程中SOC、RDT、RCT的变化,可为平流层飞艇平台制定优化的飞行策略提供量化支撑。

关键词：平流层飞艇储能电池模型荷电状态(SOC) 剩余放电时间(RDT) 剩余充电时间(RCT)

瞄准国家智能制造产业发展需求建成世界一流技术创新平台——北京航空航天大学杭州创新研究院大数据驱动的智能工业技术创新平台

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中国科技成果 2020年第18期21卷 8-11页

作者：栾胜李青锋李延祺郭晓辉北京航空航天大学杭州创新学院浙江杭州310051

随着人工智能、5G通信、大数据、云计算等新一代信息技术的迅猛发展,信息技术与先进制造技术深度融合,全球制造业正加快迈向数字化、智能化时代.工业机器人作为现代工业"皇冠上的明珠",是智能制造领域不可替代的重要装备,我国连续数年... 详细信息

随着人工智能、5G通信、大数据、云计算等新一代信息技术的迅猛发展,信息技术与先进制造技术深度融合,全球制造业正加快迈向数字化、智能化时代.工业机器人作为现代工业"皇冠上的明珠",是智能制造领域不可替代的重要装备,我国连续数年成为全球第一大工业机器人应用市场.当前我国制造业转型升级需求日益凸显,小批量、多品种柔性制造模式与人机协作的生产方式成为发展趋势,同时高端制造需求也迫切要求进一步提高智能自动化水平.机器人控制系统是工业机器人"大脑",亟需突破智能化、网络化关键技术,使工业机器人具备通用性、高性能和协同能力,并与工业应用和工艺知识紧密结合,构建智造智联软件基础平台体系,推进智能工业创新发展.

关键词：技术创新平台全球制造业高端制造工业机器人智能制造智能自动化人工智能人机协作

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反压条件下离心喷嘴动态特性实验

航空学报 2023年第7期44卷 66-76页

作者：高琦翔张丁为杨立军富庆飞北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315100

喷嘴动态特性的好坏,对液体火箭发动机燃烧稳定性具有重要意义。但由于缺乏高效的外部周期性脉动流量发生器,特别是在高反压环境下,引起管路来流较强振幅的压力、流量脉动变得更加困难。为解决上述问题,研制了利用惯性驱动可在高反压环... 详细信息

喷嘴动态特性的好坏,对液体火箭发动机燃烧稳定性具有重要意义。但由于缺乏高效的外部周期性脉动流量发生器,特别是在高反压环境下,引起管路来流较强振幅的压力、流量脉动变得更加困难。为解决上述问题,研制了利用惯性驱动可在高反压环境下产生强正弦信号的脉动流量发生器,在高反压环境下可激起高达15%以上的压力振幅;通过采用电导法测量离心喷嘴液膜厚度,从而获得脉动流量,分别在反压为0.5、1.0和1.5 MPa的环境下对其不同脉动频率下的动态特性进行实验研究,研究表明:反压的增加对离心喷嘴流量脉动具有抑制作用。对连续的喷雾图像进行互相关处理得到其不同反压环境下的脉动速度场,结果表明:随着环境压力的升高,其喷雾场速度传递函数振幅呈下降趋势,与反压对喷嘴传递函数的影响规律一致。

关键词：脉动流量发生器反压动态特性脉动流量离心喷嘴