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面向无人驾驶车辆的行车安全场模型构建方法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1375-1383页

作者：谢楚安任羿杨德真冯强孙博王自力北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191

针对全面系统评价无人驾驶车辆行车安全方法欠缺的问题,提出一种改进的无人驾驶车辆行车安全场模型。考虑无人驾驶车辆复杂道路因素,人工智能(AI)系统感知、决策、控制3大模块的特性对无人驾驶车辆行车安全的影响,基于胡克定律,建立动... 详细信息

针对全面系统评价无人驾驶车辆行车安全方法欠缺的问题,提出一种改进的无人驾驶车辆行车安全场模型。考虑无人驾驶车辆复杂道路因素,人工智能(AI)系统感知、决策、控制3大模块的特性对无人驾驶车辆行车安全的影响,基于胡克定律,建立动态势能场及安全行为场相结合的无人驾驶车辆行车安全场数学模型,以此表征道路上静止物体、运动物体与AI系统自身等因素造成的行车风险。结合典型行驶场景的行车安全分析验证所提模型的正确性和可用性。

关键词：无人驾驶车辆行车安全场风险行车安全评价动态势能场

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基于预设性能的飞机全电刹车系统滑模控制

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 260-267页

作者：谢明军段京奇马文冉贾玉红北京航空航天大学北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对飞机全电防滑刹车系统具有较强的非线性特征,以及机电作动器(EMA)中存在的干扰不利于系统稳定性,提出一种有限时间预设性能反演滑模控制方法。在合理简化的基础上,建立含滑移率子系统和EMA子系统的飞机全电防滑刹车系统的数学模型,... 详细信息

针对飞机全电防滑刹车系统具有较强的非线性特征,以及机电作动器(EMA)中存在的干扰不利于系统稳定性,提出一种有限时间预设性能反演滑模控制方法。在合理简化的基础上,建立含滑移率子系统和EMA子系统的飞机全电防滑刹车系统的数学模型,并引入有限时间预设性能函数;利用预设性能反演控制方法设计滑移率控制器,获得参考刹车压力控制率,保证滑移率跟踪误差在有限时间内收敛到预设范围内;为跟踪参考刹车压力,利用非奇异终端滑模控制方法设计EMA控制器,针对EMA中存在的干扰,设计扩张状态观测器估计,并在控制器中进行补偿,提高控制器的鲁棒性和控制精度;通过干跑道和冰跑道2种情况下的数值仿真验证所提方法控制效果。

关键词：防滑刹车系统有限时间预设性能扩张状态观测器机电作动器滑移率

基于CDM理论与SVM模型的2014-T6铝合金疲劳寿命预测

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航空学报 2024年第7期45卷 154-170页

作者：高同州贺小帆王晓雷李紫光朱振涛詹志新北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京宇航系统工程研究所北京100076

基于连续损伤力学(CDM)理论与支持向量机(SVM)模型,建立了一种疲劳寿命预测的新方法,旨在提高2014-T6铝合金材料疲劳寿命预测的准确性。首先,通过采用连续损伤力学模型及基于ABAQUS的UMAT子程序的二次开发,建立了一种用于预测2014-T6铝... 详细信息

基于连续损伤力学(CDM)理论与支持向量机(SVM)模型,建立了一种疲劳寿命预测的新方法,旨在提高2014-T6铝合金材料疲劳寿命预测的准确性。首先,通过采用连续损伤力学模型及基于ABAQUS的UMAT子程序的二次开发,建立了一种用于预测2014-T6铝合金疲劳寿命的损伤力学有限元数值实现方法,并提出了基于粒子群算法的材料参数的标定方法。然后,为了进一步优化预测结果,利用支持向量机模型对基于损伤力学的疲劳寿命预测结果的误差进行训练,从而修正数值预测结果。通过将损伤力学有限元的预测结果、支持向量机模型修正后的预测结果与实验结果进行对比,发现采用支持向量机模型修正后的预测结果的精度较高,验证了所提方法的适用性,为2014-T6铝合金疲劳寿命预测提供了一个有效的解决方案,有望在实际工程应用中发挥重要作用。

关键词：损伤力学支持向量机铝合金疲劳寿命预测

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基于元学习的小样本遥感图像目标检测

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2503-2513页

作者：李红光王玉峰杨丽春北京航空航天大学无人系统研究院北京100191 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

面向小样本条件下的遥感图像目标检测任务,提出一种基于元学习的小样本遥感图像目标检测算法。针对遥感图像中目标尺度变化大、小样本条件下目标与背景易混淆的问题,在特征提取部分将单尺度重加权拓展为多尺度重加权模块,充分引入支持... 详细信息

面向小样本条件下的遥感图像目标检测任务,提出一种基于元学习的小样本遥感图像目标检测算法。针对遥感图像中目标尺度变化大、小样本条件下目标与背景易混淆的问题,在特征提取部分将单尺度重加权拓展为多尺度重加权模块,充分引入支持样本的先验知识以适应不同目标的尺度变化;为解决遥感图像目标类间相似性和类内差异性的问题,利用目标对于场景的依赖性设计了场景修正模块,对检出目标类别进行修正,并引入边际损失对特征空间内不同目标的特征分布进行约束。实验结果表明:所提算法在10样本任务设定上获得了较高的检测性能,在NWPU VHR-10和DIOR数据集新类别上的平均精度(mAP)分别达到了64.18%和37.27%。

关键词：小样本学习元学习多尺度重加权场景修正遥感图像目标检测

基于轻量残差复合增强收敛神经网络的粒子场计算层析成像伪影噪声抑制

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物理学报 2024年第10期73卷 162-174页

作者：施岳欧攀郑明邰含旭王玉红段若楠吴坚北京航空航天大学物理学院北京100191 北京航空航天大学仪器与光电工程学院北京100191

由于流场中的微粒分布状态能够充分表征场的特性,因此通过稀疏采样实现快速和高质量的粒子场成像始终是实验流体力学等领域高度期盼的.近年来,随着深度学习应用于粒子计算层析成像,如何提高神经网络的处理效率和质量,以消除稀疏采样所... 详细信息

由于流场中的微粒分布状态能够充分表征场的特性,因此通过稀疏采样实现快速和高质量的粒子场成像始终是实验流体力学等领域高度期盼的.近年来,随着深度学习应用于粒子计算层析成像,如何提高神经网络的处理效率和质量,以消除稀疏采样所致的粒子层析图像伪影噪声仍然是一个挑战性课题.为解决这一问题,本文提出了一种新的抑制粒子场层析成像伪影噪声和提高网络效率的神经网络方法.该方法在设计上包含了轻量化双残差下采样图像压缩和特征识别提取、快速特征收敛的上采样图像恢复,以及基于经典计算层析成像算法的优化信噪比网络输入样本集构建.对整个成像系统的模拟分析和实验测试表明,相比于经典的U-net和Resnet50网络方法,本文提出的方法不仅在输出/输入的粒子图像信噪比、重建像的残余伪影噪声(即鬼粒子占比)和有效粒子损失比方面获得了极大的改进,而且也显著提高了网络的训练效率.这对发展基于稀疏采样的快速和高质量粒子场计算层析成像提供了一个新的有效方法.

关键词：粒子场成像计算层析成像深度学习噪声抑制

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基于深度强化学习的多无人车系统编队控制

力学学报 2024年第2期56卷 460-471页

作者：曾毓凌郝宇清于颖王青云北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对多智能体编队控制问题,研究了基于DDQN深度强化学习算法的多无人车系统的编队控制器,采用一致性控制与伴随位形相结合的方法对编队控制问题进行建模和简化.建立了基于相对距离和速度的状态空间,使得控制输入不依赖于全局信息,然后... 详细信息

针对多智能体编队控制问题,研究了基于DDQN深度强化学习算法的多无人车系统的编队控制器,采用一致性控制与伴随位形相结合的方法对编队控制问题进行建模和简化.建立了基于相对距离和速度的状态空间,使得控制输入不依赖于全局信息,然后设计了基于九大典型运动方向的动作空间,并设计了基于相对距离和相对速度的奖励函数,基于以上参数进行了神经网络架构的设计和网络训练与运动仿真环境的搭建,并成功训练出有效的控制器.该控制器可以直接应用于带有非完整约束的欠驱动无人车的编队任务,且控制器的网络训练只需要运动数据而不需要精确模型,是一种无模型控制方法.最后,通过大量不同场景下的运动仿真验证了控制器的有效性,包括多队形、多位置、多轨迹仿真以及时变队形、时变通讯和通讯故障等特殊情况的检验,该控制器在所有场景中均能有效完成控制任务.最后优化了编队起始阶段的策略,定义了等候条件与启动条件,有效节约了控制的能耗,利用运动仿真和对比分析验证了优化作用.

关键词：无人车一致性控制编队控制深度强化学习无模型控制

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局部凸起在V形钝前缘模型中的降热特性研究

力学学报 2024年第4期56卷 915-927页

作者：李帅姜振华张珊尹同阎超北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在6.0马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究... 详细信息

三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在6.0马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究了局部凸起方案的降热能力以及降热原理,然后初步优化了局部凸起的位置、高度以及宽度等关键设计参数,最后分析了优化后的局部凸起方案的攻角、侧滑角及马赫数的适用性.研究结果表明:上游凸起边缘形成的斜激波与主马赫反射结构形成的透射激波发生干扰,能够减弱其冲击壁面的强度,实现降热的目的;驻点凸起通过改变超声速射流的对撞角度,能够降低其对撞的强度,实现降热的目的.原始方案的降热能力约为37.75%,在对局部凸起的关键设计参数进行初步优化后,优化方案的降热能力将提升至44.60%.设计工况下的优化方案具有良好的攻角适用性,而高度可变的优化方案可以较好地适用于有侧滑角及高马赫数的流动.在研究范围内,高度可变的优化局部凸起方案的降热能力均高于20%.

关键词：内转式进气道 V形钝前缘气动热流动控制局部凸起

翼尖铰接组合式无人机气动建模方法及布局参数影响

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航空学报 2024年第6期45卷 167-182页

作者：安朝霍贵玺孟杨谢长川杨超北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

翼尖铰接组合式无人机是一类新概念飞行器,其由多个单体无人机以翼尖铰接形式连接而成并允许相对滚转运动,在布局参数及飞行力学特性上与常规飞行器有较大不同,单体无人机间存在气动耦合。首先基于状态空间形式涡格法给出了针对该类型... 详细信息

翼尖铰接组合式无人机是一类新概念飞行器,其由多个单体无人机以翼尖铰接形式连接而成并允许相对滚转运动,在布局参数及飞行力学特性上与常规飞行器有较大不同,单体无人机间存在气动耦合。首先基于状态空间形式涡格法给出了针对该类型飞行器的气动导数计算方法。然后,结合Newton-Euler方程建立的飞行力学模型进行配平计算及飞行力学稳定性分析,说明其具有以相对滚转运动主导的不稳定复合运动飞行模态特征。最后,开展布局参数对飞行动力学稳定性影响研究,经分析,减小单体无人机配平滚转角,增加后掠角可以改善飞行稳定性,同时机翼与尾翼距离存在改善飞行稳定性最优值。研究结果可为翼尖铰接组合式无人机设计提供指导和参考。

关键词：飞行力学多体组合式无人机新概念飞行器涡格法气动布局

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拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 250-259页

作者：王仕淞殷健宝邢玉明侯煦王子贤北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的... 详细信息

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。

关键词：相变材料山梨糖醇拓扑优化热控性能无量纲数