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可变形超材料技术发展现状及应用综述

中国科学:物理学力学天文学 2025年

作者：王惠添王铖玉陈卓殷莎北京航空航天大学航空科学与工程学院北京航空航天大学交通科学与工程学院

未来智能飞行器将向跨速域、跨介质、多种应用场景自由切换的需求方向发展,对其外形结构设计提出了严苛的挑战.飞行器的可变形能力可以大幅提高其环境适应性,是该领域未来的重要发展方向.可变形超材料具有独特的多功能特性和不依赖机械... 详细信息

未来智能飞行器将向跨速域、跨介质、多种应用场景自由切换的需求方向发展,对其外形结构设计提出了严苛的挑战.飞行器的可变形能力可以大幅提高其环境适应性,是该领域未来的重要发展方向.可变形超材料具有独特的多功能特性和不依赖机械机构的可变形能力,展现出巨大的应用潜力.本文对可变形超材料的发展现状及其在载运工具领域的应用进行综述,为进一步研究提供参考和指导,有望推动包括先进飞行器在内的载运工具的创新设计.

关键词：智能飞行器智能材料可变形超材料微结构设计

基于分层自主决策和DQN的自适应牧羊控制方法

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控制与决策 2025年

作者：赵江杨智池沛王英勋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学无人系统研究院

牧羊控制方法逐渐被应用于机场鸟群驱离、无人机放牧、空地协同监视和引导等大规模集群运动协调问题.以牧羊无人机为例,提出基于分层自主决策和深度Q网络(DQN)的自适应牧羊控制方法.首先,考虑离群个体活跃度衰减等因素,建立牧羊控制问... 详细信息

牧羊控制方法逐渐被应用于机场鸟群驱离、无人机放牧、空地协同监视和引导等大规模集群运动协调问题.以牧羊无人机为例,提出基于分层自主决策和深度Q网络(DQN)的自适应牧羊控制方法.首先,考虑离群个体活跃度衰减等因素,建立牧羊控制问题的感知和运动模型;然后,针对个体滞留和离群问题,提出基于全局质心的弧形轨迹(GCM-Arc)控制方法和避障策略,提升羊群受控个体占比;最后,建立分层自主决策模型,结合GCM-Arc控制方法与深度Q网络,提出分层GCM-Arc控制方法,以实现控制模式自适应切换和参数自适应调整.数字仿真实验表明,所提出方法在牧羊任务时间、无人机总路程、羊群平均半径、单体离群率和牧羊任务成功率方面,明显优于经典的两种牧羊控制方法.

关键词：牧羊控制无人机分层自主决策深度Q网络自适应路径规划

面向多目标跟踪的集群无人机自组织共识决策方法

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航空学报 2025年

作者：赵江皮明豪田栢苓池沛王英勋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院天津大学电气自动化与信息工程学院北京航空航天大学无人系统研究院

分布式无人集群通过自主决策与信息交互，可实现协同跟踪与动态任务分配，在复杂多变的动态目标跟踪控制场景中展现出较大的应用潜力。针对单一无人集群难以对多个分散运动的目标进行有效跟踪的挑战，提出了一种基于信息共识的集群无人... 详细信息

分布式无人集群通过自主决策与信息交互，可实现协同跟踪与动态任务分配，在复杂多变的动态目标跟踪控制场景中展现出较大的应用潜力。针对单一无人集群难以对多个分散运动的目标进行有效跟踪的挑战，提出了一种基于信息共识的集群无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）自组织动态决策方法。首先，考虑到无人机间的通信距离约束与通信时延，设计了基于最新时戳转发原则的集群信息共识算法，实现集群无人机的信息共识。其次，提出了基于求助应答的集群协同决策算法，实现了成员调配决策与自组织分组。最后，设计了基于自协调机制的目标跟踪控制算法，实现控制分量权重的自适应调整以及自组织的目标跟踪。与现有关于多目标跟踪的研究相比，本文方法可在目标跟踪过程中实现动态目标分配决策，可根据各目标的逃逸风险大小确定为各目标分配的无人机数目。仿真结果表明，所述方法可在目标分散运动时实现集群的自组织分组，分组的无差率在0.9以上。

关键词：无人机多目标跟踪集群信息共识协同决策自组织

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电解水制氢技术:进展、挑战与未来展望

工程科学学报 2025年第2期47卷 282-295页

作者：张正宋凌珺北京航空航天大学交通科学与工程学院北京102200

实现全球碳中和是各国在2050年制定的重要目标之一,旨在减缓气候变化的不良影响.氢能作为一种极具潜力的清洁能源,凭借其高能量密度、零碳排放、可再生性强等特性,被视为实现能源转型与应对气候变化的重要载体.为了实现这些目标,利用电... 详细信息

实现全球碳中和是各国在2050年制定的重要目标之一,旨在减缓气候变化的不良影响.氢能作为一种极具潜力的清洁能源,凭借其高能量密度、零碳排放、可再生性强等特性,被视为实现能源转型与应对气候变化的重要载体.为了实现这些目标,利用电解水制取氢气已经成为解决全球碳中和问题的重要关键方案之一.本文综述了碱性电解水、质子交换膜电解水、阴离子交换膜电解水和固体氧化物电解水制氢技术的最新进展,并对这四种电解水技术的工作原理、结构特点以及优缺点进行了详尽比较.此外,总结了电解水制氢催化剂材料的研究进展,尤其是新型材料的开发与结构优化,旨在提升材料的催化活性与稳定性.讨论了海水电解制氢和耦合制氢等新兴技术,强调通过电解质组成优化、高效双功能催化剂开发及利用小分子氧化反应热力学优势,可有效提升电解水制氢效率和系统稳定性.最后,提出了电解水制氢技术的发展趋势与未来研究方向,包括提升催化剂性能、降低电解过程能耗、开发新型电解设备等,旨在促进电解水制氢技术的进步,助力全球碳中和目标的实现,并为未来的研究提供参考与指导.

关键词：碳中和氢能电解水制氢催化剂电极材料

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面向大型筒件装配界面的机器人扫描测量路径规划

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计算机集成制造系统 2025年

作者：赵子捷张学鑫樊伟郑联语北京航空航天大学机械工程及自动化学院

对于大型构件而言，装配界面是保证产品最终装配质量的关键加工特征，其测量加工一体化是一类典型且重要的数字化与智能制造场景，通过有效的方法获取加工余量及检测加工质量尤为重要。传统测量模式工艺复杂，人工经验依赖性强，测量效... 详细信息

对于大型构件而言，装配界面是保证产品最终装配质量的关键加工特征，其测量加工一体化是一类典型且重要的数字化与智能制造场景，通过有效的方法获取加工余量及检测加工质量尤为重要。传统测量模式工艺复杂，人工经验依赖性强，测量效率低。针对这一问题，以某大型筒件测量工艺为例，提出一种面向大型筒件装配界面的机器人辅助激光扫描方法，并开展测量路径规划研究。首先，基于聚类算法提出面向装配界面的扫描测量视点规划方法，并提出判断及处理空间干涉和视场被遮挡的视点调整方法，规划出127个无干涉扫描测量视点。其次，提出考虑姿态变化及障碍物的可变权重因子蚁群算法对扫描测量视点进行路径规划，求解结果和鲁棒性均优于传统蚁群算法。最后，对规划的扫描测量路径进行仿真验证及实物实验验证，在约4.5min的时间内获取到满足预期要求的扫描测量结果。

关键词：大型构件机器人扫描测量路径规划蚁群算法

知识图谱和大语言模型辅助新工科课程教学资源建设方法

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高等工程教育研究 2025年第1期 40-46+110页

作者：王佐旭北京航空航天大学机械工程及自动化学院

新工科专业课程资源建设常要求内容新、教学方法新，同时满足学生个性化学习。知识图谱由于其强大的结构化表示能力、高效的知识检索能力和优秀的知识推理能力，适用于工科课程教学资源的建设。同时，大语言模型具有优异的自然语言理解... 详细信息

新工科专业课程资源建设常要求内容新、教学方法新，同时满足学生个性化学习。知识图谱由于其强大的结构化表示能力、高效的知识检索能力和优秀的知识推理能力，适用于工科课程教学资源的建设。同时，大语言模型具有优异的自然语言理解和推理能力，能够基于预训练模型完成知识抽取、自然语言问答等功能，可与知识图谱相结合来构建新工科课程教学资源平台。本文提出了一个知识图谱和大语言模型技术辅助工科课程教学资源建设的方法，结合自然语言处理技术、深度学习技术、预训练语言模型等技术完成工科课程知识的本体构建、知识抽取和知识图谱快速构建，并以制造信息学原理与应用课程为例进行了应用验证。结果表明，该方法可以在较短的时间内完成新工科专业课程资源的整理和建设，对新工科专业建设提供了借鉴意义。

关键词：工科课程知识图谱大语言模型教学资源建设知识抽取

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空间机器人操作技术研究现状与展望

航空学报 2025年

作者：丁希仑陈一同王成才徐坤北京航空航天大学机械工程及自动化学院

空间机器人是执行在轨服务、星球探测、星表采样以及地外设施建设等任务的核心利器。空间机器人操作技术，涵盖视觉感知、精细建模、规划控制、人机交互以及多机协作等多个环节，是保障空间机器人高效准确完成各类空间操作任务的关键。... 详细信息

空间机器人是执行在轨服务、星球探测、星表采样以及地外设施建设等任务的核心利器。空间机器人操作技术，涵盖视觉感知、精细建模、规划控制、人机交互以及多机协作等多个环节，是保障空间机器人高效准确完成各类空间操作任务的关键。系统归纳了国内外典型空间机器人及其操作技术，从非结构环境下的视觉感知与定位、面向刚柔耦合系统的动力学建模、动态约束和有限资源下的规划与控制以及人机交互与多机协同操作4个层面分析了空间机器人操作过程中涉及的关键技术，并结合中国未来深空探测发展趋势和任务需求，阐述了空间机器人自主化智能化操作面临的关键挑战与发展方向。

关键词：空间机器人在轨操作星表操作视觉感知动力学建模规划控制人机交互多机协作

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氢能源无人机关键技术研究进展

航空学报 2025年

作者：向锦武马凯阚梓李道春郑可欣陈汉轩北京航空航天大学航空科学与工程学院天目山实验室

氢能源无人机作为新能源动力无人机中最具发展潜力的机型之一，其发展与绿色航空概念以及低空经济场景联系紧密。本文总结了氢能源无人机发展过程中涉及的关键领域和技术问题，并对相关研究进行了总结和梳理，旨在为氢能源无人机设计提... 详细信息

氢能源无人机作为新能源动力无人机中最具发展潜力的机型之一，其发展与绿色航空概念以及低空经济场景联系紧密。本文总结了氢能源无人机发展过程中涉及的关键领域和技术问题，并对相关研究进行了总结和梳理，旨在为氢能源无人机设计提供参考。本篇综述首先对氢能源无人机的发展历史、技术优势、应用场景和常见机型进行了概述，之后以总体设计技术、结构设计技术、动力系统设计技术以及飞行控制技术五大技术领域中涉及氢能源无人机的关键问题进行了分类探讨，分析了每个领域中所面临的技术前沿问题和国内外研究人员目前的相关研究。最后结合相关技术进展，对氢能源无人机的发展提出了建议与展望。研究表明，氢能源无人机的发展潜力仍未被完全发掘，需要多学科、多领域共同发力，发挥氢能在无人机增加续航时间、降低机载重量和助力绿色航空发展等方面的关键作用。

关键词：氢能源无人机总体布局设计复合材料储罐设计能源管理策略飞行控制技术

动态闭环不确定性量化理论与智能无人系统应用

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中国科学:技术科学 2025年

作者：郭雷李文硕崔洋洋朱玉凯章健淳余翔包为民北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学杭州创新研究院中国航天科技集团有限公司科技委

干扰和不确定性广泛存在于各类实际系统.对干扰与不确定性的认知与量化是复杂系统设计、分析、控制与决策的关键问题,也是智能系统工程理论研究和实践的重要途径.鉴于无人自主系统的实时、反馈和闭环特征,依赖于开环离线计算分析的不确... 详细信息

干扰和不确定性广泛存在于各类实际系统.对干扰与不确定性的认知与量化是复杂系统设计、分析、控制与决策的关键问题,也是智能系统工程理论研究和实践的重要途径.鉴于无人自主系统的实时、反馈和闭环特征,依赖于开环离线计算分析的不确定性量化方法不再适用.本文结合无人自主系统背景,提出动态闭环不确定性量化理论,重点阐述如何突破多源异质干扰与不确定性闭环精细表征、动态分离估计、同时补偿/抑制/消纳、重构优化决策、智能测试评估和系统自主进化等关键技术,形成“复合表征-分离估计-前馈补偿/反馈抑制/闭环消纳-重构优化-智能测试与进化”的动态闭环不确定性量化理论框架,为实现“安全、绿色、免疫”智能无人系统设计和智能系统工程提供重要理论基石,提升复杂不确定环境下无人系统的自主性、安全性和可靠性.最后,结合若干典型案例说明了动态闭环不确定性量化理论在无人系统的应用.

关键词：无人系统动态闭环不确定性量化多源干扰与不确定性智能测试与进化智能系统工程