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基于神经网络增量动态逆的高速靶机筋斗机动控制

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：翟友鸿李春涛苏子康李雪兵南京航空航天大学自动化学院

针对受外界未知气流扰动下的高速靶机在筋斗机动过程中易激发出强烈且时变的非线性气动特性问题，提出一种考虑执行器输入约束的神经网络增量非线性动态逆（Incremental nonlinear dynamic inversion， INDI）控制器，通过反向传播神经... 详细信息

针对受外界未知气流扰动下的高速靶机在筋斗机动过程中易激发出强烈且时变的非线性气动特性问题，提出一种考虑执行器输入约束的神经网络增量非线性动态逆（Incremental nonlinear dynamic inversion， INDI）控制器，通过反向传播神经网络在线补偿无人机筋斗机动飞行过程中的各种不确定扰动因素。首先，建立基于INDI的无人机筋斗机动飞行控制框架；其次，考虑到INDI控制律抗扰动能力不足，在该控制框架下引入神经网络在线补偿模型误差，并根据李亚普诺夫定理对系统稳定性进行分析，保证系统半全局一致最终有界跟踪；然后，提出一种增量式控制分配方法，以跟踪误差最小原则设计目标函数求解出满足执行器输入速率及饱和约束的舵面偏转角增量；最后，仿真结果表明，所设计的神经网络增量动态逆控制器可保证高速靶机在模型失配及外界扰动情况下依旧快速准确的完成筋斗机动指令。

关键词：高速靶机筋斗机动执行器输入约束增量式控制分配神经网络增量非线性动态逆

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改进人工势场法的智能车路径规划

机械科学与技术 2024年第8期43卷 1447-1453页

作者：张宇迪龚鹏胡为沈阳航空航天大学机电工程学院沈阳110136 沈阳航空航天大学自动化学院沈阳110136

人工势场法常被应用于路径规划中,针对路径规划中的传统人工势场算法存在前期引力过大、目标不可达和局部极小值点等相关问题,本文提出了一种改进的人工势场算法。首先针对前期引力过大问题,建立动态增益函数,作为引力函数的动态增益系... 详细信息

人工势场法常被应用于路径规划中,针对路径规划中的传统人工势场算法存在前期引力过大、目标不可达和局部极小值点等相关问题,本文提出了一种改进的人工势场算法。首先针对前期引力过大问题,建立动态增益函数,作为引力函数的动态增益系数;然后将智能车到目标点的距离引入到斥力场函数中,使得斥力的构成形式得到改变,解决传统人工势场法中目标不可达的问题;最后,针对局部极小值点问题,增加便于智能车跳出局部极小值点的指引力。分别利用仿真实验和实车试验,结果表明改进后的人工势场法无论从路径长度还是行驶时间上同传统的人工势场法进行对比都得到了优化,可以有效解决传统人工势场法中存在的问题。

关键词：智能车路径规划人工势场法动态增益系数

基于改进VME算法和mRVM的滚动轴承小样本复合故障诊断

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：冯志刚张志远董冰于明月沈阳航空航天大学自动化学院沈阳飞机工业(集团)有限公司

滚动轴承的工作环境复杂，一旦发生故障各个部位便会相互影响并产生复合故障。传统方法往往通过使用信号分离算法分离不同类型的信号进行故障诊断，难以高效准确的分析出具体故障。为解决这一问题，本文将变分模态分解（VMD），拉普拉... 详细信息

滚动轴承的工作环境复杂，一旦发生故障各个部位便会相互影响并产生复合故障。传统方法往往通过使用信号分离算法分离不同类型的信号进行故障诊断，难以高效准确的分析出具体故障。为解决这一问题，本文将变分模态分解（VMD），拉普拉斯能量指标（LE）和变分模态提取（VME）相结合进行信号提取。并使用多分类相关向量机（mRVM）以及DS证据理论进行智能故障诊断，专注于小样本数据的情境。首先使用VMD-LE-VME方法对故障信号进行有效故障信息的提取并获得多域特征。然后，将多域特征输入mRVM进行故障识别。最后，通过DS证据理论将分类结果融合，得到最终的分类结果。通过实验验证了该方法在处理小样本数据上的有效性和优越性。

关键词：故障诊断变分模态分解拉普拉斯能量指标变分模态提取多分类相关向量机 DS证据理论

基于多频带特征图和改进SqueezeNet的滚动轴承故障诊断

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：冯志刚任梦媛董冰于明月沈阳航空航天大学自动化学院沈阳飞机工业(集团)有限公司

目前基于深度学习的故障诊断方法普遍存在模型参数量大和诊断时间长、在噪声环境下诊断性能也会大打折扣的问题，本文提出一种快速、轻量的智能化诊断模型进行滚动轴承故障诊断。首先利用鱼鹰优化算法（OOA）优化变分模态分解（VMD）的... 详细信息

目前基于深度学习的故障诊断方法普遍存在模型参数量大和诊断时间长、在噪声环境下诊断性能也会大打折扣的问题，本文提出一种快速、轻量的智能化诊断模型进行滚动轴承故障诊断。首先利用鱼鹰优化算法（OOA）优化变分模态分解（VMD）的参数，进而基于固有模态函数(IMF)分量设计一种多频带灰度特征图，然后基于有效注意力通道(ECA)模块设计一种残差注意力机制（RAM）模块，并集成到SqueezeNet模型中，使用K最近邻（KNN）代替Softmax函数对故障进行识别与分类，建立RSqueezeNet-KNN模型。两组实验结果表明，在噪声环境下，该模型对比其他方法能够实现轻量化应用，具有优秀的诊断性能。

关键词：轴承故障诊断灰度特征图 SqueezeNet模型注意力机制轻量化

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航天器姿态稳定强化学习鲁棒最优控制方法

航空学报 2024年第1期45卷 51-65页

作者：肖冰张海朝西北工业大学自动化学院西安710072

针对外部干扰力矩作用下的刚体航天器姿态稳定最优控制问题,提出了一种在线强化学习的智能鲁棒控制方法。该方法基于自适应动态规划框架,设计单Critic神经网络在线地学习无干扰作用的航天器的最优姿态控制律,并设计一种新的自适应律在... 详细信息

针对外部干扰力矩作用下的刚体航天器姿态稳定最优控制问题,提出了一种在线强化学习的智能鲁棒控制方法。该方法基于自适应动态规划框架,设计单Critic神经网络在线地学习无干扰作用的航天器的最优姿态控制律,并设计一种新的自适应律在线估计Critic神经网络的权值,实现了近似最优的控制性能。在学习的近似最优控制律的基础上,嵌入鲁棒控制量,形成鲁棒智能控制器,并应用Lyapunov理论证明了闭环姿态控制系统是一致最终有界稳定的,且Critic神经网络的权值估计误差是收敛的。相比于采用Actor-Critic神经网络结构的自适应动态规划方法,该方法一方面削弱了对持续激励条件的依赖,另一方面降低了计算复杂度,并保证了姿态稳定控制性能对外部干扰具有较强的鲁棒性。

关键词：航天器姿态控制强化学习自适应动态规划外部干扰鲁棒性

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变弯度机翼外形与拓扑分步优化设计

航空学报 2024年第18期45卷 123-137页

作者：王巍王浩周艾冯贺沈阳航空航天大学民用航空学院沈阳110136

针对变弯度机翼气动优化和轻量化的设计要求,提出了气动外形与结构拓扑分步优化设计。该设计以机翼气动优化的计算结果为基础,通过变密度法建立机翼前后缘拓扑优化设计结构。提出了一种6参数描述机翼外形的参数化方法,通过B样条曲线进... 详细信息

针对变弯度机翼气动优化和轻量化的设计要求,提出了气动外形与结构拓扑分步优化设计。该设计以机翼气动优化的计算结果为基础,通过变密度法建立机翼前后缘拓扑优化设计结构。提出了一种6参数描述机翼外形的参数化方法,通过B样条曲线进行局部修正,采用遗传算法对气动外形进行优化。基于优化后的机翼气动外形采用变密度拓扑优化算法建立RAMP插值模型,设计前后缘拓扑结构与机翼展向模型。通过3D打印技术对前后缘变弯度机翼拓扑结构进行加工并开展变形试验。气动仿真结果表明,6参数变弯度翼型的变形区间最大且外形连续光滑。与基础机翼相比,优化后的机翼在起飞过程中升阻比提高了35.7%,巡航状态下升阻比提高4.4%。通过变形试验结果得出前缘拓扑结构等效偏转角为9.37°、后缘拓扑结构等效偏转角为9.18°,偏转效果良好,验证了气动外形与拓扑分步优化设计的可行性。

关键词：变弯度机翼 6参数化方法气动优化遗传算法拓扑优化

增材制造仿生结构的力学性能优化及其功能设计研究进展

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4435-4456页

作者：李家雨付宇彤李元庆付绍云重庆大学航空航天学院

仿生结构能够在一定程度上克服传统结构和材料的缺陷，从而实现高性能和功能的多样化。增材制造(3D打印)技术可以实现复杂结构的成型，从而可以制备出具有优越力学性能和更多样化功能的仿生结构。随着增材制造技术的不断发展，增材制造... 详细信息

仿生结构能够在一定程度上克服传统结构和材料的缺陷，从而实现高性能和功能的多样化。增材制造(3D打印)技术可以实现复杂结构的成型，从而可以制备出具有优越力学性能和更多样化功能的仿生结构。随着增材制造技术的不断发展，增材制造技术与仿生结构设计的结合越来越受到人们的关注。同时，增材制造仿生结构具有良好的力学性能和功能，在航空航天、轨道交通、机械工业、生物医学工程等领域受到关注。本文总结了近年来3D打印仿生结构的研究进展，主要集中在力学性能优化和功能方面。优化的力学性能主要包括吸能、高强度、高刚度等，而功能则与传感、驾驶、医学等有关。最后，本文对增材制造仿生结构的优势、现有研究局限性和未来发展进行了总结和展望。

关键词：增材制造仿生结构力学性能功能设计生物学

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基于极性转换的航空交直流共地整流电源

航空学报 2024年第13期45卷 356-365页

作者：刘海春李阳谢少军南京航空航天大学自动化学院南京210016 航空工业金城南京机电液压工程研究中心南京211106

在航空交直流共地混合供电系统中,对飞机交流发电机产生的三相交流电进行整流可得到高压直流电。针对目前航空领域中常用的多脉冲变压整流器(TRU)和高频隔离整流器存在功率密度较低和可靠性较差等问题,提出了一种非隔离型整流器方案,该... 详细信息

在航空交直流共地混合供电系统中,对飞机交流发电机产生的三相交流电进行整流可得到高压直流电。针对目前航空领域中常用的多脉冲变压整流器(TRU)和高频隔离整流器存在功率密度较低和可靠性较差等问题,提出了一种非隔离型整流器方案,该方案由非隔离的自耦多脉冲整流器和非隔离型双极-单极直流变换器构成。分析了新型整流方案的结构特点,提出了一种非隔离型双极-单极转换软开关直流变换器拓扑及协同控制策略。通过仿真和实验验证了该变换器可实现高功率因数整流,且具有良好的输出特性。相比于现有的航空大功率整流器,该变换器具有更高的工作可靠性和功率密度。

关键词：航空电源整流器非隔离型变换器单双极性转换协同控制策略

退火对SP-700合金板材组织、织构和力学性能各向异性的影响

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 797-811页

作者：赵天章杨震王珏韩颖杰付和国庾雅集沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 沈阳飞机工业(集团)有限公司沈阳110034

通过光学显微镜(OM)、电子背散衍射(EBSD)及单向拉伸测试等方法,研究了退火温度对SP-700合金板材微观组织、织构和力学性能各向异性的影响。结果表明:随退火温度的升高,SP-700合金板材的晶粒等轴化程度提高;当退火温度为780℃时,退火织... 详细信息

通过光学显微镜(OM)、电子背散衍射(EBSD)及单向拉伸测试等方法,研究了退火温度对SP-700合金板材微观组织、织构和力学性能各向异性的影响。结果表明:随退火温度的升高,SP-700合金板材的晶粒等轴化程度提高;当退火温度为780℃时,退火织构类型基本不变;当退火温度为860℃时,初生α相向次生α相的转变形成了新的织构;经900℃退火后,组织类型转变为网篮组织,织构类型为棱锥织构和R型织构。α相的棱锥织构取向是造成原始板材力学性能各向异性的原因;晶内亚结构在变形初期对滑移系的阻碍作用影响了板材在不同方向上的室温强度;随退火温度的升高,晶内亚结构的消除和新的织构取向的产生导致力学性能各向异性增强。此外,晶粒形貌和相含量的差异也会导致各向异性的变化。原始板材的断裂机制均为韧性断裂,且不同方向的断口特征略有不同。

关键词：退火 SP-700合金板材微观组织织构力学性能各向异性