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基于全驱系统方法的AUV鲁棒自适应轨迹跟踪控制

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控制与决策 2025年第1期40卷 285-291页

作者：王鹏钱承张柳柳华长春燕山大学电气工程学院燕山大学河北省智能康复及神经调控重点实验室

针对存在执行器故障、外界干扰和模型不确定的自主式水下潜航器系统(autonomous underwater vehicle,AUV),提出基于全驱系统(fully actuated system, FAS)方法的鲁棒自适应轨迹跟踪误差受限控制策略,使AUV能够渐近跟踪目标信号.首先,将... 详细信息

针对存在执行器故障、外界干扰和模型不确定的自主式水下潜航器系统(autonomous underwater vehicle,AUV),提出基于全驱系统(fully actuated system, FAS)方法的鲁棒自适应轨迹跟踪误差受限控制策略,使AUV能够渐近跟踪目标信号.首先,将跟踪误差相关的归一化函数和障碍函数与时变尺度函数相结合,提出误差受限全驱系统方法;其次,将径向基函数神经网络(radial basis function neural networks, RBFNNs)与误差受限全驱系统方法相结合处理系统中的不确定模型;进一步,设计自适应补偿机制处理执行器故障;再次基于Lyapunov稳定性理论证明轨迹跟踪误差渐近收敛于零;最后,通过仿真结果验证所设计的鲁棒自适应轨迹跟踪误差受限控制器的有效性.

关键词：全驱系统方法鲁棒控制自适应控制神经网络轨迹跟踪控制

基于改进最小边际代价算法的多USV多AUV任务分配

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控制与决策 2025年第1期40卷 119-127页

作者：白小山佘桉奇郑心泉吴宗泽深圳大学机电与控制工程学院燕山大学电气工程学院

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的... 详细信息

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的总旅行距离.首先,建立考虑通信约束和AUV最大航程约束的多USV多AUV协同多点访问任务分配问题的数学模型,并对问题的NP-hard属性进行分析.其次,提出一个两阶段任务分配算法:1)先利用最小边际代价算法构建各USV访问完所有水面目标点的路径,再采用最近插入策略分配水下目标点; 2)通过多个邻域搜索算子对初始解进行优化,得到可行最终解.相对于已有流行的自组织映射算法,仿真实验表明所提出任务分配算法能在较短计算时间内得到质量较优的任务分配方案.

关键词：任务分配 USV-AUV协同启发式算法协同控制邻域搜索通讯约束

摆轮活齿传动对称齿形设计方法与传动性能影响研究

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制造技术与机床 2025年

作者：宜亚丽孙振坤陈美宇金贺荣燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室燕山大学机械工程学院

针对摆轮活齿传动非对称齿形导致的正反转传动性能差异的问题，提出一种摆轮活齿传动对称齿形设计方法及其参数选取策略。首先，通过建立高副低代等效机构模型，推导出激波器和中心轮齿廓函数；其次，依据机构转化原理，推导出推程段及... 详细信息

针对摆轮活齿传动非对称齿形导致的正反转传动性能差异的问题，提出一种摆轮活齿传动对称齿形设计方法及其参数选取策略。首先，通过建立高副低代等效机构模型，推导出激波器和中心轮齿廓函数；其次，依据机构转化原理，推导出推程段及回程段活齿运动路径所对应中心轮齿廓向径角；最后，以齿形对称为约束条件，制定活齿摆动中心分布圆半径及摆幅系数参数选取策略。结果表明，相较于非对称齿形，对称齿形减速器正反转啮合力峰值的均值低6.67 N和3.14 N，方差低31.32和6.10，验证了该方法的可行性和有效性。研究成果可为摆轮活齿对称齿形设计及参数选取提供理论指导。

关键词：摆轮活齿传动对称齿形摆幅系数传动性能等效机构

融合深度强化学习与滚动时域优化的智能车辆轨迹跟踪控制

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交通运输工程学报 2025年

作者：谢宪毅赵鑫金立生郭柏苍李克强燕山大学车辆与能源学院清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室

为提升深度强化学习训练的智能车辆轨迹跟踪策略的泛化性，针对在单一速度工况训练的强化学习模型在其他速度工况下轨迹跟踪效果不理想的问题，提出了一种融合滚动优化与双延迟深度确定性策略梯度（ROTD3）的智能车辆轨迹跟踪控制方法... 详细信息

为提升深度强化学习训练的智能车辆轨迹跟踪策略的泛化性，针对在单一速度工况训练的强化学习模型在其他速度工况下轨迹跟踪效果不理想的问题，提出了一种融合滚动优化与双延迟深度确定性策略梯度（ROTD3）的智能车辆轨迹跟踪控制方法；以固定车速跟踪双移线轨迹进行深度强化学习双延迟深度确定性策略梯度（TD3）轨迹跟踪模型训练，通过调试参数获得满足轨迹跟踪精度并快速收敛的策略，基于所训练的TD3模型结合模型预测控制（MPC）的思想构建融合ROTD3框架，在预测时域中以TD3模型输出的前轮转角进行预测，将轨迹跟踪过程中的横向偏差与航向角偏差经过滚动时域优化并通过二次规划方法求解车辆前轮转角增量形式的控制时域序列，以控制时域中的首个控制增量与TD3控制量相加作为车辆前轮转角控制量，将ROTD3与TD3、MPC进行轨迹跟踪仿真试验并对比分析。研究结果表明：ROTD3具有更高的轨迹跟踪精度，在纵向车速为20m·s-1双移线轨迹跟踪过程中，横向偏差平均绝对误差相对于TD3减少了83.52%，相对于MPC减少了91.02%；在跟踪蛇形轨迹时，ROTD3方法的仿真结果与双移线仿真结果基本一致，当TD3模型输出的前轮转角跟踪偏差较大时，ROTD3通过滚动时域优化得到的前轮转角增量可以对其进行有效补偿，ROTD3框架可显著提高不同工况下的车辆轨迹跟踪效果，有效提升了TD3强化学习轨迹跟踪策略的泛化性与适用性。

关键词：汽车工程智能车辆轨迹跟踪 TD3 滚动时域优化

高频时变负载下大规模离散系统的双层滑模控制研究

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中国机械工程 2025年

作者：贾存德孔祥东李韶光李俊飞张钧勇冯俊学艾超姜文光燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室燕山大学机械工程学院燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室北京三一智造科技有限公司北京机械工业自动化研究所有限公司

旋挖钻机钻进时，负载高频震荡，且偶发超出系统设定功率，叠加人工操作响应滞后，导致卡钻现象频发，严重影响施工效率与稳定性。为降低卡钻出现频次，针对负载高频突变下钻进过程的大规模离散系统，为避免高阶系统控制鲁棒性不足的问... 详细信息

旋挖钻机钻进时，负载高频震荡，且偶发超出系统设定功率，叠加人工操作响应滞后，导致卡钻现象频发，严重影响施工效率与稳定性。为降低卡钻出现频次，针对负载高频突变下钻进过程的大规模离散系统，为避免高阶系统控制鲁棒性不足的问题，采用双层滑模控制策略，得到了一种双层滑模耦合控制（Double layer sliding mode control，DLSMC）策略。对于加压力的控制，将本文的滑模控制与传统PID控制、自适应控制对比，本文控制方案响应速度更快，误差更小。在整机试验中，选取地质条件类似的相邻两桩孔，对比主机在有无控制器时的钻进情况，结果表明无控制器介入的主机在钻进期间出现约15次动力头转速降为0 r/min，扭矩出现10次幅度约为10 kNm的波动，出现3次卡钻现象，而有控制器介入的主机动力头转速、扭矩相对平稳，无卡钻现象出现，验证了防卡钻控制策略的有效性，为整机智能化奠定了基础。

关键词：旋挖钻机防卡控制自适应鲁棒滑模控制基于输入输出反馈线性化的滑模控制

考虑表面效应的功能梯度夹层纳米板屈曲和后屈曲研究

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固体力学学报 2025年

作者：肖俊华王杰燕山大学工程力学系燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室中科院力学研究所非线性力学国家重点实验室中国科学院大学工程科学学院

功能梯度材料制成的微纳结构元件的力学性能截然不同于常规材料制成的宏观结构。本文基于Kirchhoff板理论以及考虑剪切变形的Mindlin板理论，研究了表面效应影响下功能梯度夹层纳米板的屈曲和后屈曲行为。通过平衡分析导出了屈曲和后屈... 详细信息

功能梯度材料制成的微纳结构元件的力学性能截然不同于常规材料制成的宏观结构。本文基于Kirchhoff板理论以及考虑剪切变形的Mindlin板理论，研究了表面效应影响下功能梯度夹层纳米板的屈曲和后屈曲行为。通过平衡分析导出了屈曲和后屈曲的控制方程，得到了单轴和双轴压缩下临界屈曲载荷的解析解。利用Galerkin方法，给出了加载边可动和不可动两种边界条件下临界后屈曲载荷解答。数值结果表明，表面效应对功能梯度纳米层合板稳定性的影响与组成板的材料的体积分数有关，也与结构表面积与体积的比值有关。考虑剪切变形会减小功能梯度纳米层合板的屈曲和后屈曲的临界载荷；对于较薄纳米层合板可以忽略剪切变形的影响。

关键词：表面效应功能梯度材料矩形层合板屈曲后屈曲

控压氮化工艺对42CrMo钢渗后组织和性能的影响

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表面技术 2025年

作者：李瑞鑫吴重仲王一民刘大勇闫文吉丁彦超曲明贵吕知清燕山大学机械工程学院先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室中广核福建风力发电有限公司燕山大学亚稳材料技术与科学国家重点实验室

目的在较短时间与较低温度下，制备力学性能稳定的均匀氮化层。方法以合金结构钢42CrMo为研究对象，通过调控气体氮化工艺中的温度与保温时间，同时引入压力参数研究42CrMo钢的表层力学性能和微观组织的演变。对控压氮化后试样的渗氮... 详细信息

目的在较短时间与较低温度下，制备力学性能稳定的均匀氮化层。方法以合金结构钢42CrMo为研究对象，通过调控气体氮化工艺中的温度与保温时间，同时引入压力参数研究42CrMo钢的表层力学性能和微观组织的演变。对控压氮化后试样的渗氮层表面硬度、厚度、化合物组成以及N元素的分布进行分析和测试。结果温度510℃、压力0.3MPa、时间5h的条件下控压氮化工艺下可达到较优渗氮效果，硬度最高可达790HV，化合物层分布均匀，N浓度显示扩散区深度超过180μm。渗氮层受压力影响较大，增压状态可以加速氮化过程并使得渗氮层分布更均匀；在温度较低时增加保温时间可以提高氮化硬度与梯度，温度较高时则不明显；在短时间氮化时提高温度有助于改善氮化效果，长时间则不明显，提高温度与时间对N浓度扩散均有较大影响。渗氮层表面存在N浓度较高的由N原子和Fe原子化合形成的Fe2～3N与Fe4N等化合物。氮化后工件表面N原子浓度最高可达10%（mass）以上，随着渗层深度增加氮化物含量逐渐降低。结论与传统气体氮化工艺相比，控压氮化工艺在提升氮化效率的同时使得氮化层组织结构分布更加均匀，较大幅度提升了综合力学性能。

关键词：气体渗氮增压渗氮 42CrMo钢微观组织表面硬度氮化层

控制方向未知的受限多智能体系统的预设时间模糊控制

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工程科学学报 2025年第1期47卷 121-129页

作者：李菲周超范利蓉王芳燕山大学理学院秦皇岛066004 河北农业大学海洋学院秦皇岛066003

综合考虑受控制方向未知、输入受限和状态时延影响的有领导者多智能体系统的编队控制问题,设计基于模糊逻辑系统的预设时间一致性控制策略.为了保证编队输出误差在预设时间内满足预定的约束范围要求,引入预设时间性能函数,构造Lyapunov-... 详细信息

综合考虑受控制方向未知、输入受限和状态时延影响的有领导者多智能体系统的编队控制问题,设计基于模糊逻辑系统的预设时间一致性控制策略.为了保证编队输出误差在预设时间内满足预定的约束范围要求,引入预设时间性能函数,构造Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函解决状态时延问题,将外界干扰和L-K泛函的导数中的部分项定义为未知非线性函数,并利用模糊逻辑系统对其进行估计,利用Nussbaum函数和均值定理分别处理控制方向未知和输入受限问题,基于以上设计,提出预设时间模糊控制策略,并通过Lyapunov稳定性理论,分析闭环系统的有界稳定性,数值对比仿真和两级化学反应器应用仿真说明控制方法的有效性.

关键词：多智能体系统状态时延输出误差约束输入受限控制方向未知

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新工科背景下燕山大学高分子材料与工程专业创新实践能力培养模式的教学改革探索

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高分子通报 2025年

作者：梁永日张振琳刘迎丹李青松许凯张海全张成波彭桂荣燕山大学材料科学与工程学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室

根据国家新质生产力及产业未来布局，急需一批具有较强创新能力和实践能力的高水平复合型专业人才，以满足未来产业和国家经济建设需要。在此背景下，燕山大学高分子材料与工程专业在课程思政、科教融合项目式教学、多元化创新实践教学... 详细信息

根据国家新质生产力及产业未来布局，急需一批具有较强创新能力和实践能力的高水平复合型专业人才，以满足未来产业和国家经济建设需要。在此背景下，燕山大学高分子材料与工程专业在课程思政、科教融合项目式教学、多元化创新实践教学和教学质量管理体系建立等方面进行了教学改革，加强理论基础和创新实践；构筑了具有创新实践能力的人才培养路径，在提升学生专业素养、创新能力和解决复杂问题的实践能力等方面取得了较好的教学效果。该教学改革模式可以推广到其他专业人才培养改革。

关键词：新工科高分子材料与工程专业教学改革创新实践人才培养