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基于迁移学习的齿轮箱开放集跨工况故障诊断

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1753-1760页

作者：马翔许庶尚芃超马剑周汝志北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 北京航空航天大学可靠性与环境工程技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学可靠性工程研究所北京100191 北京航空航天大学国际创新研究院杭州311115 上海卫星工程研究所上海201109

随着工业与航空航天技术的不断发展,齿轮箱等旋转机械的工况与故障模式逐渐趋于多样化、复杂化,可靠性与安全性问题日益突出,大量工况数据缺乏故障标签,且不同工况间故障模式不对称,迫切需要研究有效的故障诊断方法。以齿轮箱为案例验... 详细信息

随着工业与航空航天技术的不断发展,齿轮箱等旋转机械的工况与故障模式逐渐趋于多样化、复杂化,可靠性与安全性问题日益突出,大量工况数据缺乏故障标签,且不同工况间故障模式不对称,迫切需要研究有效的故障诊断方法。以齿轮箱为案例验证对象,设置跨工况和开放集故障诊断场景,针对目标工况故障标签匮乏的问题,提出利用迁移学习将源工况的知识迁移到目标工况,利用交叉熵分类损失函数对已知故障类型进行识别的方法;针对跨工况条件下故障模式不对称的开放集问题,提出利用卷积神经网络提取工况间的相似数据特征,利用二分类损失函数对目标工况的已知类与未知类进行分类的方法。提出联合损失函数,训练诊断模型,实现故障特征从源域到目标域的联合迁移。案例分析结果表明:所提方法能够实现开放集情况下的跨工况故障诊断,且平均诊断准确度在90%以上。

关键词：旋转机械数据驱动开放集迁移学习故障诊断

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大展弦比飞行器变形辅助高度控制策略

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1746-1752页

作者：佘挽强刘燕斌陈柏屹南京航空航天大学航天学院南京210016

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控... 详细信息

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控制器设计方法设计了主动变形(AM)和被动变形(PM) 2种控制策略。其中,被动变形控制策略仅采用升降舵作为控制输入,结构二面角动态行为由耦合动力学驱动;主动变形控制策略以二面角铰链处的扭矩作为额外输入对高度跟踪进行协调控制。仿真分析了2种控制策略下的高度跟踪效果及状态变化,研究结果表明:采用主动变形控制策略可有效改善高度跟踪暂态过程的性能,降低姿态回路的阻尼特性,为未来先进变形飞行器的结构/飞行一体化控制提供研究基础。

关键词：大展弦比机翼飞行动力学高度控制控制系统分析变结构控制

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基于波动控制的直升机吊挂鲁棒减摆技术

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1629-1638页

作者：李红宏韩艳铧南京航空航天大学航天学院南京211106

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动... 详细信息

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动模型,采用小扰动的方法在平衡点处对所建模型进行线性化;在此基础上,基于特征值配置法设计状态反馈控制器;设计波动控制器来减小摆角控制具有良好的动态性能和稳态性能。在仿真中对吊挂载荷质量进行拉偏,证明所设计波动控制器具有较强的鲁棒性,结果表明:所设计波动控制器有效。

关键词：直升机吊挂系统动力学模型状态反馈波动控制减摆控制器

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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

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典型及衍生激波针构型的减阻降热流动特性

航空动力学报 2024年第4期39卷 52-64页

作者：何坤袁化成南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

为探索激波针对超声速钝头飞行器进行减阻降热时的更优衍生构型,采用数值模拟方法对3种典型单扰流物构型、6种双扰流物构型、两类多扰流物构型和钝锥型激波针的流动特性进行了研究,认为加装激波针后的几何本质相当于“镂空式”的锥型钝... 详细信息

为探索激波针对超声速钝头飞行器进行减阻降热时的更优衍生构型,采用数值模拟方法对3种典型单扰流物构型、6种双扰流物构型、两类多扰流物构型和钝锥型激波针的流动特性进行了研究,认为加装激波针后的几何本质相当于“镂空式”的锥型钝头体。模拟结果显示:激波针头部扰流物相对直径较大时,减阻率随激波针相对长度的变化曲线没有明显的峰值点,而是存在一个变动幅度很小的峰值段,且相对直径在0.3~0.4左右时减阻效果最佳;典型激波针的最大减阻率约为50%,采用双扰流物构型时略有提升;中部增加多个扰流物时减阻率随扰流物数量增多而增大,最大减阻率超过60%,但气动加热问题较严重。相比而言,钝锥型激波针减阻降温的综合性能最好,最大减阻率可达60%左右,降温率约为7%。

关键词：激波针衍生构型超声速减阻降热流动特性

基于DTCWT-VAE的弹道中段目标RCS识别

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系统工程与电子技术 2024年第7期46卷 2269-2275页

作者：王彩云张慧雯王佳宁吴钇达常韵南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 北京电子工程总体研究所北京100854

针对弹道目标雷达信号易受环境影响、目标识别准确率低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(dual-tree complex wavelet transform,DTCWT)和变分自编码器(variational autoencoder,VAE)的弹道目标雷达散射截面(radar cross section,RCS)识别法。首先,采用DTCWT对弹道目标RCS动态数据进行预处理,再利用VAE提取目标的隐变量特征,最后用支持向量机(support vector machine,SVM)分类器进行识别。实验结果表明,与已有方法相比,该方法具有更高的识别概率,且鲁棒性较好。

关键词：弹道目标目标识别雷达散射截面双树复小波变换变分自编码器

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基于空间对抗的多智能体编队控制方法

系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2082-2091页

作者：张杰刘开蓉陈金宝张迎雪陈传志余虹志张云啸南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 上海航天控制技术研究所上海201109

针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的... 详细信息

针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的效用,设计一种基于应力矩阵和领导跟随策略的24机编队立体构型,通过灵活地仿射变换队形,提高MAS编队空间对抗效率。其次,基于一致性理论、滑模理论和鲁棒性控制,利用时变编队应力矩阵,设计了一种鲁棒一致性跟踪控制器,以在外部未知扰动条件下,确保MAS时变编队在机动与仿射变换时跟随者对领导者的精确协同跟踪。然后,通过构造Lyapunov函数证明了外界未知扰动下3维MAS时变编队连续机动和队形变换的稳定性。最后,通过仿真实验验证了所提出的控制器能够使时变编队在机动和队形变换过程中实现精确协同跟踪。

关键词：多智能体系统空间对抗编队队形控制应力矩阵

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基于综合赋权的目标可攻击价值综合评估排序

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1731-1737页

作者：孙学安王寅周齐贤南京航空航天大学航天学院南京211106

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标... 详细信息

智能化时代的战争中,无人作战能力愈发成为评判大国军事实力的重要指标,无人机在完成自主攻击任务时,需要对当前战场环境下敌对方空地军事目标的打击价值进行评估排序。根据战场态势下敌方空中目标及地面目标对己方的威胁程度,确定目标的打击价值,建立空地目标价值综合评估的指标体系,采用熵权法和层次分析法相结合的主客观综合赋权法对指标进行赋权,最后通过扇形雷达图法对空地目标价值综合评估排序,并通过实例仿真计算多个空中和地面目标的价值,得出了符合常规的目标价值排序。

关键词：自主攻击目标排序综合赋权扇形雷达图法威胁评估

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基于梯度搜索与进化机制的多目标混合算法

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1940-1951页

作者：诸才承唐智礼赵鑫曹凡南京航空航天大学航空学院南京210016

多目标进化算法(MOEA)因其良好的全局探索能力备受关注,但其在最优值附近的局部搜索能力却相对较弱,且对于具有大规模决策变量的优化问题,MOEA所需的种群数量与迭代次数都十分庞大,优化效率较低。基于梯度的优化算法能够很好地克服这些... 详细信息

多目标进化算法(MOEA)因其良好的全局探索能力备受关注,但其在最优值附近的局部搜索能力却相对较弱,且对于具有大规模决策变量的优化问题,MOEA所需的种群数量与迭代次数都十分庞大,优化效率较低。基于梯度的优化算法能够很好地克服这些问题,但梯度搜索算法很难应用于多目标问题(MOPs)。在加权平均梯度的基础上引入随机权函数,发展多目标梯度算子,将其与基于参考点的第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)结合,发展了多目标梯度优化算法(MOGBA)和多目标混合进化算法(HMOEA)。HMOEA在保留NSGA-Ⅲ良好的全局探索能力的同时,极大地增强了局部搜索能力。数值实验表明:HMOEA对于各种Pareto阵面都具有优秀的捕获能力,与典型的多目标算法相比效率提升了5~10倍。进一步将HMOEA应用于RAE2822翼型的多目标气动优化问题中,得到了理想的Pareto前沿,表明HMOEA是一种高效的优化算法,在气动优化设计中具有潜在的应用价值。

关键词：多目标优化混合算法进化算法梯度方法气动优化