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基于时间有限元的非线性系统周期响应求解及稳定性分析

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振动与冲击 2024年第1期43卷 276-282页

作者：郑永进汪利刘祚秋中山大学航空航天学院深圳518107

非线性现象广泛存在于结构分析之中,获取非线性系统的周期响应对分析结构的频响特征、分岔与稳定特性至关重要。为此,一种基于时间有限元的非线性系统周期响应求解方法被提出。该方法在伽辽金时间有限元法的基础上,引入周期边界条件,并... 详细信息

非线性现象广泛存在于结构分析之中,获取非线性系统的周期响应对分析结构的频响特征、分岔与稳定特性至关重要。为此,一种基于时间有限元的非线性系统周期响应求解方法被提出。该方法在伽辽金时间有限元法的基础上,引入周期边界条件,并结合牛顿迭代法进行求解。该方法的优势在于:能够简单地处理非光滑周期荷载(如阶跃或冲击周期荷载);能够直接根据时间有限元的系统矩阵计算传递矩阵和Floquet乘子,进而判定周期解的稳定性。最后,通过数值算例验证了所提时间有限元在非线性系统周期响应求解及稳定性分析中的正确性、收敛性以及精度。

关键词：非线性系统时间有限元非光滑周期荷载稳定性分析稳态响应

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基于强化学习的多无人车协同围捕方法

工程科学学报 2024年第7期46卷 1237-1250页

作者：苏牧青王寅濮锐敏余萌南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;... 详细信息

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;针对网络结构中引入LSTM所导致的状态空间维度增大、效率低的问题,提出引入注意力机制,通过对状态空间进行注意力权重的计算和选择,将注意力集中在与任务相关的关键状态上,从而约束状态空间维度并保证网络的稳定性,实现多无人车之间稳定高效的合作并提高算法的训练效率.为解决协同围捕任务中奖励稀疏的问题,提出通过混合奖励函数将奖励函数分为个体奖励和协同奖励,通过引入个体奖励和协同奖励,无人车在围捕过程中可以获得更频繁的奖励信号.个体奖励通过引导无人车向目标靠近来激励其运动行为,而协同奖励则激励群体无人车共同完成围捕任务,从而进一步提高算法的收敛速度.最后,通过仿真和实验表明,该方法具有更快的收敛速度,相较于SAC算法,围捕时间缩短15.1%,成功率提升7.6%.

关键词：无人车协同围捕柔性执行者-评论家算法注意力机制奖励函数设计

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蛇形管内燃油变物性流动换热特性数值模拟

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 337-345页

作者：李玉王相钦闵敬春清华大学航天航空学院北京100084

蛇形管空油换热器可用于航空发动机的冷却,该文通过数值模拟研究了蛇形管内航空煤油的流动换热特性,分析了燃油入口流速、管壁温及蛇形管直管段长度对流动换热的影响,对比了直管段与弯管段、常物性与变物性下流动换热特性的差异。综合... 详细信息

蛇形管空油换热器可用于航空发动机的冷却,该文通过数值模拟研究了蛇形管内航空煤油的流动换热特性,分析了燃油入口流速、管壁温及蛇形管直管段长度对流动换热的影响,对比了直管段与弯管段、常物性与变物性下流动换热特性的差异。综合考虑换热器的紧凑度及燃油流过换热器时可能发生结焦,蛇形管内径取值2.0 mm,另外燃油流过蛇形管时被加热,温度可以升高数百摄氏度,燃油物性将会产生剧烈变化,因此本研究特别关注蛇形细管内燃油的变物性流动换热特性。研究结果表明:弯管段的对流换热系数明显高于直管段,但同时弯管段压降也显著增大;变物性的对流换热系数明显高于常物性,而变物性的压损明显低于常物性;变物性时管壁温对流动换热特性的影响较为显著,而直管段长度对流动换热特性的影响相对较弱。

关键词：蛇形管航空煤油变物性流动换热数值模拟

考虑几何非线性的正交各向异性层合板随机振动响应数值解

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机械工程学报 2024年第2期60卷 224-233页

作者：张玄刘源侯耀东张承双尹维龙邓清扬哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 西安航天复合材料研究所西安710025

为提高卫星用复合材料结构随机振动响应的分析精度,充分考虑结构几何非线性特征,提出正交各向异性中厚板的非线性随机振动响应数值求解方法。首先,基于一阶剪切变形理论建立矩形中厚板的运动方程。然后,采用伽辽金法和摄动法求得层合板... 详细信息

为提高卫星用复合材料结构随机振动响应的分析精度,充分考虑结构几何非线性特征,提出正交各向异性中厚板的非线性随机振动响应数值求解方法。首先,基于一阶剪切变形理论建立矩形中厚板的运动方程。然后,采用伽辽金法和摄动法求得层合板结构的非线性固有频率。在此基础上,结合等效线性化法和虚拟激励法推导得到三种边界条件下正交各向异性中厚板的非线性随机振动响应数值解。采用提出的非线性随机振动数值解法,结合具体实例分析卫星用复合材料中厚板的随机响应特性,结果表明,采用线性化方法和非线性化方法求解中厚板随机振动响应的结果存在很大差异,非线性方法可显著提高随机振动响应数值求解的精度;外加激励较小时,相同的弯曲边界条件下,不同平面边界条件对随机振动响应的功率谱密度和均方根影响较小,而外加激励较大时不同平面边界条件对随机振动响应的影响显著。提出非线性随机振动响应求解方法为卫星结构动力学分析提供了新的研究思路和研究方法,具有重要的理论研究和工程应用价值。

关键词：几何非线性正交各向异性层合板随机振动中厚板数值解

基于改进遗传算法的倾转旋翼无人机区域覆盖路径规划

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浙江大学学报（工学版） 2024年第10期58卷 2031-2039页

作者：吴越安杜昌平杨睿俞佳浩方天睿郑耀浙江大学航空航天学院浙江杭州310027

基于改进遗传算法研究倾转旋翼无人机(TRUAV)在多障碍物约束下的区域覆盖路径规划问题.运用最小跨度算法和往返路径生成算法进行任务区域内的覆盖路径初规划,将区域覆盖问题转化为旅行商问题以优化覆盖路径顺序.为了避开区域内的障碍物... 详细信息

基于改进遗传算法研究倾转旋翼无人机(TRUAV)在多障碍物约束下的区域覆盖路径规划问题.运用最小跨度算法和往返路径生成算法进行任务区域内的覆盖路径初规划,将区域覆盖问题转化为旅行商问题以优化覆盖路径顺序.为了避开区域内的障碍物,提出鱼尾形避障策略.引入最近邻算法,生成比传统遗传算法质量更高的初始种群,设计三点式交叉算子和动态区间变异算子进行遗传操作以提高所提算法的全局搜索能力,避免算法陷入局部最优.在含多个障碍物的多边形区域算例内仿真验证所提算法的性能.结果表明,相比于逐行路径覆盖算法和传统遗传算法,所提算法的覆盖路径长度减少了7.80%,TRUAV的任务区域覆盖效率显著提升.

关键词：倾转旋翼无人机区域覆盖遗传算法局部避障杜宾斯曲线

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仅测角机动目标跟踪原始对偶高斯粒子滤波

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1408-1417页

作者：张宏伟中山大学航空航天学院深圳518107

为消减仅测角机动目标跟踪系统中由时空不一致引起的投影基点偏移和高斯截断两类误差,该文采用映射表示和?1-?2,1稀疏正则表征时空因果一致约束,引入模糊综合贴近度建立次优建议分布,构建因果不变结构传递粒子集合以近似目标后验高斯积... 详细信息

为消减仅测角机动目标跟踪系统中由时空不一致引起的投影基点偏移和高斯截断两类误差,该文采用映射表示和?1-?2,1稀疏正则表征时空因果一致约束,引入模糊综合贴近度建立次优建议分布,构建因果不变结构传递粒子集合以近似目标后验高斯积分,推导原始对偶高斯粒子滤波(PDGPF)算法。实验结果表明,相比交会测量最小二乘法,PDGPF算法定位旋翼无人机(UAV)的精度提升了18.4%~69.6%。相比于软约束辅助粒子滤波(SCAPF)算法,PDGPF算法在时空映射一致约束下能够自适应地修正粒子的权值,从而更为准确、稳定地跟踪机动点目标,整体计算负担减小了12.9%。

关键词：机动目标跟踪仅测角时空不一致原始对偶因果不变

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基于RBFNN的双星协同仅测角定轨方法

中国惯性技术学报 2024年第5期32卷 449-456页

作者：龚柏春刘一澎马艳红任默南京航空航天大学航天学院南京210016 北京控制工程研究所北京100094 航天系统部装备部北京100094

针对空间非合作目标空间态势感知任务中弱可观测无源定轨状态的快速捕获问题,提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)的双星协同稀疏无源测角定轨方法。首先,在限制性三体问题的假设下建立了考虑地球非球形J2项摄动的轨道动力学模型... 详细信息

针对空间非合作目标空间态势感知任务中弱可观测无源定轨状态的快速捕获问题,提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)的双星协同稀疏无源测角定轨方法。首先,在限制性三体问题的假设下建立了考虑地球非球形J2项摄动的轨道动力学模型和赤经赤纬测量模型。然后,构建了基于RBFNN的双星协同仅测角定轨框架,设计了训练数据集生成器、数据预处理方法和RBFNN结构。最后,利用地球静止轨道任务进行了数值仿真验证,并对测角频率等参数的定轨敏感性进行分析。仿真结果表明,在240 s内仅进行三次角度观测的条件下,该模型对初始相对距离估计的平均绝对百分比误差约为0.36%,目标轨道速度的估计误差在米/秒量级,可实现高精度的超短弧段稀疏无源测量定轨。

关键词：空间态势感知初始定轨仅测角径向基函数神经网络双星协同

空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统高性能控制关键技术

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航空学报 2024年第15期45卷 109-121页

作者：卜飞飞董兆鹏张得礼黄文新徐振缘孙鹏宇南京航空航天大学自动化学院南京211106 南京航空航天大学机电学院南京210016

为满足航天伺服系统高性能控制需求,针对空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统存在的电流环延迟问题,提出了一种基于无差拍控制的电流环延迟补偿策略,设计延迟补偿环节抑制电流环中存在的延迟,同时设计误差校正器提高电流采样精度,保证电流... 详细信息

为满足航天伺服系统高性能控制需求,针对空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统存在的电流环延迟问题,提出了一种基于无差拍控制的电流环延迟补偿策略,设计延迟补偿环节抑制电流环中存在的延迟,同时设计误差校正器提高电流采样精度,保证电流预测的准确性。在应对系统外部复杂扰动的挑战上,提出了一种扰动观测结合转子位置追踪的扰动抑制策略,设计了基于内模控制思想的新型外环控制器,并将微分结构引入观测器中实现无滞后扰动观测。对于柔性系绳易产生张力冲击的问题,提出了一种基于参数自适应调节器的防冲击张力控制策略,通过对张力调节器参数的动态调整实现张力的快速准确调节。最后,成功研制了空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统实验平台,并进行了相关实验验证。实验结果显示,提出的控制策略有效消除了电流环中的延迟,提升了电流环的动态和稳态性能;同时,能够对外部扰动进行精确估计与实时补偿,提高了整个伺服系统的抗扰性能;此外,成功实现了对柔性系绳张力的精确控制,防止了张力冲击现象,从而实现了空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统的高性能控制。

关键词：永磁伺服柔性系绳直驱技术张力控制扰动抑制电流控制

固结磨料小工具头修形抛光钛合金叶片试验研究

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中国机械工程 2024年第09期35卷 1606-1612页

作者：徐成宇张万一张天鸿朱永伟南京航空航天大学机电学院

为了提高非均匀余量钛合金叶片的表面质量及轮廓精度，提出基于固结磨料小工具技术的钛合金叶片修形与抛光一体化的新方法，根据叶片加工的理论轨迹点与实际测量点之间的空间相对位置关系得到钛合金叶片的加工余量分布情况。基于确定性... 详细信息

为了提高非均匀余量钛合金叶片的表面质量及轮廓精度，提出基于固结磨料小工具技术的钛合金叶片修形与抛光一体化的新方法，根据叶片加工的理论轨迹点与实际测量点之间的空间相对位置关系得到钛合金叶片的加工余量分布情况。基于确定性抛光原理创建叶片表面定量去除模型，在机器人恒力抛光平台上进行钛合金叶片修形抛光试验。试验结果表明：钛合金叶片叶盆的平均粗糙度从起始的0.924μm下降到0.225μm,叶背的平均粗糙度从起始的0.984μm下降到0.249μm,均达到了小于0.4μm的加工要求；叶片表面原有的凹坑和划痕被有效去除，加工后表面没有明显的缺陷，纹理致密均匀；抛光后的叶片轮廓度误差小于叶片所允许的-0.05～0.05 mm误差范围。从而验证了固结磨料小工具头修形抛光非均匀余量钛合金叶片的可行性，为航空发动机叶片的修形与抛光的工艺选择提供了参考依据。

关键词：固结磨料小工具钛合金叶片非均匀余量修形抛光表面粗糙度