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基于势场增强烟花算法的二维全局路径规划

兵工学报 2024年第10期45卷 3499-3518页

作者：孙鹏耀黄炎焱王凯生南京理工大学自动化学院江苏南京210094

高质量路径是未来无人自主作战的重要前提,针对复杂障碍环境下路径规划问题,提出基于势场增强烟花算法(Potential-field Enhanced Fireworks Algorithm,PEFWA)的路径规划方法。建立规划空间模型与动态维数路径描述模型,设立包含可行性... 详细信息

高质量路径是未来无人自主作战的重要前提,针对复杂障碍环境下路径规划问题,提出基于势场增强烟花算法(Potential-field Enhanced Fireworks Algorithm,PEFWA)的路径规划方法。建立规划空间模型与动态维数路径描述模型,设立包含可行性因素与长度因素的目标函数,将路径规划问题转化为最优化问题;设计动态维数烟花初始化与维度增删操作,使相邻维度个体满足距离约束;提出基于障碍空间信息的爆炸幅度计算方法和连续维度选择方法,生成改进爆炸火花,提高全局搜索能力;引入势场引导策略,生成势场增强爆炸火花,让所选维度在合力方向上多次搜索,提高局部优化能力;采用交叉组合策略生成变异火花,并对超出规划空间的维度个体进行删减操作,提高多样性烟花高效产生能力;提出基于余弦相似度的双层锦标赛选择策略,提高烟花特征延续能力。采用相同基准函数,将PEFWA与烟花算法(Fireworks Algorithm,FWA)、粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)进行对比。研究结果表明:PEFWA的优化性能更强;在相同复杂障碍环境下进行多次路径规划仿真实验,验证了PEFWA中各个模块的有效性,与PSO算法、GA、A*算法相比,PEFWA在规划成功率、路径长度、路径光滑度、结果鲁棒性等方面均有优势;PEFWA在二维全局路径规划问题上具有有效性与优越性。

关键词：全局路径规划烟花算法势函数动态维数交叉组合

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面向海上突发事件应急救援任务的协同规划

控制理论与应用 2024年第4期41卷 619-630页

作者：张寒黄炎焱耿泽俞皓芳南京理工大学自动化学院江苏南京210094

针对海上突发事件应急救援任务风险大、时间紧、冲突多及协同规划难等问题,急需一套海上应急救援协同机制予以支撑.首先,分析海上突发事件应急救援特点,探索应急联动协同机制;然后,面向海上应急救援任务的时空特点,构建基于时空因素的... 详细信息

针对海上突发事件应急救援任务风险大、时间紧、冲突多及协同规划难等问题,急需一套海上应急救援协同机制予以支撑.首先,分析海上突发事件应急救援特点,探索应急联动协同机制;然后,面向海上应急救援任务的时空特点,构建基于时空因素的协同规划模型.进一步,针对指挥协同规划难题,构建基于观察–判断–决策–执行(OODA)作战环的应急救援单元协同联动模型,并着力于分析协同救援单元的一致性及救援时效性,旨在提升应急救援效能.最后,以海上危险化学品泄露救援任务为想定,利用上述模型方法进行规划建模与仿真验证.结果表明,所提出应急救援任务协同规划方法,能够有效的优化协调好海上突发事件的应急救援协同问题,提高了应急救援效能,为海上应急救援部门指挥决策提供了重要支持.

关键词：海上突发事件应急服务多任务协同规划决策

一种坐标通道注意力深度学习网络的军用飞机识别方法

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兵工学报 2024年第7期45卷 2128-2143页

作者：杨环宇王军吴祥薄煜明马立丰陆金磊南京理工大学自动化学院江苏南京210094

战场态势瞬息万变,利用可见光图像对敌方用于军事行动的飞机类型进行有效区分,对提供军事作战信息具有重要意义。针对现有军用飞机识别方法存在小目标飞机和环境背景复杂导致的模型特征提取困难、数据样本数量不足导致的模型训练不充分... 详细信息

战场态势瞬息万变,利用可见光图像对敌方用于军事行动的飞机类型进行有效区分,对提供军事作战信息具有重要意义。针对现有军用飞机识别方法存在小目标飞机和环境背景复杂导致的模型特征提取困难、数据样本数量不足导致的模型训练不充分的问题,提出一种坐标通道注意力(ConvNeXt-Coordinate Attention,ConvNeXt-CA)深度学习网络军用飞机目标识别方法。该方法在ConvNeXt网络可以保留小目标飞机特征的基础上,引入CA机制设计CA-Stage模块,提升网络对于背景和前景的区分能力;采用数据增强的方式扩充数据集,以及使用迁移学习的策略提高模型的泛化能力,训练得到具备最优超参数的ConvNeXt-CA网络。实验结果表明,与传统的军用飞机识别方法和其他深度学习模型相比,基于迁移学习的ConvNeXt-CA网络在预测准确率上有明显的提升,且具备较强的泛化能力。

关键词：军用飞机识别深度卷积神经网络坐标注意力机制迁移学习

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一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

电力系统保护与控制 2024年第1期52卷 44-58页

作者：汪诚张善路张佳琪张浩东华红婷李磊南京理工大学自动化学院江苏南京210094

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了... 详细信息

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。

关键词：分布式发电高增益差分结构低电流纹波模型预测控制

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基于特征模型的永磁同步直线电机自适应控制

电机与控制学报 2024年第3期28卷 131-140页

作者：曹阳郭健南京理工大学自动化学院江苏南京210094

为了解决永磁同步直线电机系统的参数不确定性、建模不确定性及饱和非线性等问题,提出一种基于特征模型的自适应控制器。依据特征模型理论描述永磁同步直线电机系统,采用自适应和鲁棒控制方法设计控制器。建立永磁同步直线电机的特征模... 详细信息

为了解决永磁同步直线电机系统的参数不确定性、建模不确定性及饱和非线性等问题,提出一种基于特征模型的自适应控制器。依据特征模型理论描述永磁同步直线电机系统,采用自适应和鲁棒控制方法设计控制器。建立永磁同步直线电机的特征模型,并给出具体建立步骤,使得控制器设计变得简单,易于工程实现。通过设计参数自适应律对系统未知特征参数进行估计,可实现对系统模型的精确补偿,同时在控制器中添加带有误差积分的鲁棒控制项,提高系统对不确定参数及未知干扰的鲁棒性。此外,由于饱和特性的存在,导致控制器产生windup问题,给系统的控制性能和稳定性造成不利影响。因此,该控制器中还带有抗饱和控制项,能够提升系统的抗饱和能力。最后,通过对比实验验证了所提控制器的有效性。

关键词：永磁同步直线电机参数不确定性建模不确定性饱和非线性特征模型自适应控制抗饱和

基于压缩感知的快速激光超声合成孔径聚焦技术

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中国激光 2024年第2期51卷 28-38页

作者：何志同应恺宁戴鹭楠倪辰荫南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 南京理工大学理学院江苏南京210094

传统激光超声合成孔径聚焦技术(LU-SAFT)通常需要在待测样品表面以小步长扫描来提高横向分辨率,但小扫描步长会导致总检测时间过长,影响检测效率。针对这一问题,笔者提出了基于压缩感知的LU-SAFT方法,以提升扫描效率。该方法首先使用压... 详细信息

传统激光超声合成孔径聚焦技术(LU-SAFT)通常需要在待测样品表面以小步长扫描来提高横向分辨率,但小扫描步长会导致总检测时间过长,影响检测效率。针对这一问题,笔者提出了基于压缩感知的LU-SAFT方法,以提升扫描效率。该方法首先使用压缩感知根据稀疏扫描点处A扫信号的最大强度恢复出全场的扫描点A扫信号最大强度,进而确定样品表面的最优扫描区域,然后在最优扫描区域内进行扫描,最后对缺陷进行SAFT图像重建。在实验中,笔者采用脉冲激光在含有缺陷的样品表面激发超声,使用激光多普勒测振仪探测超声,并利用基于压缩感知的LU-SAFT方法对样品内部缺陷进行检测,以验证所提方法的可行性。实验结果显示:针对相同的扫描区域,传统LU-SAFT需要扫查500个点,花费3.15 min;与传统LU-SAFT相比,本文所提方法在扫描点数上减少了80%,在扫描时间上缩短了80%,并且缺陷的SAFT成像信噪比提高了约42%。本文研究内容及结果可为激光超声无损检测提供更快速的检测方案。

关键词：激光光学压缩感知合成孔径聚焦技术激光超声缺陷检测

环糊精金属有机框架材料对发射药静态燃烧火焰特性的影响

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含能材料 2024年第8期32卷 839-847页

作者：李雯佳柴亚朦方嵩杭王彬彬丁亚军肖忠良周杰南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094

通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾热分解温度(722.0℃),3种CD-MOF更低(250.9℃;261.0℃;290.3℃),更容易释放钾离子,且在硝... 详细信息

通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾热分解温度(722.0℃),3种CD-MOF更低(250.9℃;261.0℃;290.3℃),更容易释放钾离子,且在硝化纤维素(NC)中显示出良好的物理分散性和化学相容性。此外,添加CD-MOF的NC在热分解时产生的易燃和有害气体(CO、NO、NO_(2)和N_(2)O)更少。添加γ-CD-MOF的单基药在燃烧时表现出最小的火焰面积(119.6 mm^(2)),而添加β-CD-MOF的单基药显示出更低的火焰面积标准偏差(8.4 mm^(2)),表明其消焰效能更稳定。相比之下,添加KNO_(3)的单基药火焰面积最大(392.7 mm^(2))。

关键词：环糊精金属有机框架发射药硝化纤维素静态燃烧火焰热分解

基于线阵相机的水下射弹动态参数及超空泡演化过程测量方法

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兵工学报 2024年第8期45卷 2564-2572页

作者：孙嘉伟弯港顾金良徐明杰孔筱芳南京理工大学瞬态物理全国重点实验室江苏南京210094

针对水下环境恶劣、光线条件差、难以拍摄并复原高速射弹运动姿态及其超空泡演化过程等问题,采用线阵相机的交汇测量原理,设计基于线阵相机的水下射弹图像采集系统、搭建基于双线阵相机的图像采集靶面,提出一种针对水下高速超空泡目标... 详细信息

针对水下环境恶劣、光线条件差、难以拍摄并复原高速射弹运动姿态及其超空泡演化过程等问题,采用线阵相机的交汇测量原理,设计基于线阵相机的水下射弹图像采集系统、搭建基于双线阵相机的图像采集靶面,提出一种针对水下高速超空泡目标识别与弹形复原算法。利用超空泡射弹几何关系与相机标定数据推导出射弹过靶坐标、姿态角与过靶速度公式,搭建12.7 mm滑膛枪垂直发射入水实验,对系统的可行性进行验证分析。实验结果表明:该系统能够有效地进行水下射弹图像的快速采集,较完整的对弹形及空泡形态进行分离与复原,解算出射弹水下运动速度、姿态角及超空泡形态参数;系统解算出的速度与同时部署的高速摄像所处理的速度误差在1%以内,证明该系统具有较高的可靠性与实用性。

关键词：水下射弹高速摄像线阵相机弹形复原超空泡图像处理

燃烧室结构对煤油预燃裂解气旋转爆轰特性的影响

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兵工学报 2024年第8期45卷 2837-2850页

作者：韩家祥白桥栋邱晗郑权翁春生南京理工大学瞬态物理全国重点实验室江苏南京210094

在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波(Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,... 详细信息

在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波(Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,当燃烧室宽度为20 mm和26 mm,燃烧室出口宽度为4~8 mm时,煤油预燃裂解气和空气能够成功起爆并能稳定传播,增加燃烧室的宽度,RDW传播速度和稳定性均有提升;随着出口阻塞比增加,RDW传播模态经历了稳定单波模态、间断单波模态和双波同向模态,阻塞比的增加能提升燃烧室末端反射激波的强度,促进多波头的产生,RDW传播速度和压力随着阻塞比的增加,经历了升高后降低的变化。

关键词：煤油预燃裂解气旋转爆轰燃烧室结构传播模态