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基于一致性理论和S-MPC的四旋翼编队协同避障

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系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 658-667页

作者：胡树欣张安孙嫚憶李铭浩西北工业大学航空学院陕西西安710072

针对四旋翼无人机队形保持、编队避障问题,在双向、时不变通信拓扑结构下,基于领航跟随策略,利用安全攸关模型预测控制(safety-critical model predictive control,S-MPC)和一致性理论,设计编队控制器并实现了具有避障能力的队形保持。... 详细信息

针对四旋翼无人机队形保持、编队避障问题,在双向、时不变通信拓扑结构下,基于领航跟随策略,利用安全攸关模型预测控制(safety-critical model predictive control,S-MPC)和一致性理论,设计编队控制器并实现了具有避障能力的队形保持。采用分散式S-MPC算法,每架无人机在满足避碰条件无人机的可行区域内,仅规划自身运动来跟踪编队控制算法指定的轨迹。研究了各解耦后的无人机如何与其他无人机并行求解带有耦合约束的优化问题,从而保证了各无人机独立决策的一致性。同时,所提算法将控制障碍函数(control barrier function,CBF)引入到MPC控制器的约束中,从而保证无人机飞行在远离障碍物的安全集合内,规划出的轨迹更为平滑,减小了系统能耗。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

关键词：模型预测控制控制障碍函数编队避障一致性算法

基于远距空空导弹轨迹数值优化的机-弹协同导引方法

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航空学报 2024年第17期45卷 183-199页

作者：张迁颜冠伟聂勤陈锐海刘家宁航空工业成都飞机设计研究所成都610091 电子科技大学航空航天学院成都611731 西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学航天学院西安710072

高性能无人机平台凭借灵活的作战空域、丰富的信息资源、强大的计算能力等优势逐渐成为了空战中的新质力量,本文针对远距协同攻击非合作目标面临的机载任务决策问题,提出了一种基于轨迹数值优化的机-弹协同导引算法。首先,建立了机-弹... 详细信息

高性能无人机平台凭借灵活的作战空域、丰富的信息资源、强大的计算能力等优势逐渐成为了空战中的新质力量,本文针对远距协同攻击非合作目标面临的机载任务决策问题,提出了一种基于轨迹数值优化的机-弹协同导引算法。首先,建立了机-弹远距协同作战的质心运动微分动力学方程,并设计了轻量化数值积分算法快速计算机-弹的轨迹序列。其次,设计了时间-空间-角度约束下导弹轨迹的高效二次型数值优化求解算法,并给出了数值形式下的矩阵迭代运算格式。然后,采用改进Kmeans聚类算法将预测命中区凸包划分为导弹协同攻击子区域,并根据动态观测量对非合作目标的命中子区域进行概率计算与更新。最后,考虑了区域协同攻击、波次同点攻击两种协同方式,设计了机-弹最优协同导引的目标函数及约束方程,来优化机-弹协同作战能力。仿真实验验证了所提算法的正确性及有效性,高性能无人机完成了对非合作目标的区域协同与波次协同的导引决策且脱靶量不大于1 m,所提数值优化算法在嵌入式环境下耗时不大于150 ms,具有一定的工程应用参考价值。

关键词：高性能无人机协同作战远距空空导弹轨迹数值优化大机动目标轨迹预测最优协同导引策略

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基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法

航空学报 2024年

作者：王健周立辉陈家福李欣琦郭霖佯何自豪周浩西北工业大学第365研究所西北工业大学电子信息学院

针对平滑变结构滤波算法存在抖振以及无法有效估计未量测目标状态的问题,提出了基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法。该算法首先通过平滑变结构滤波算法对目标状态进行初步估计；其次通过计算时变平滑有界层，并采用tanh函数取代... 详细信息

针对平滑变结构滤波算法存在抖振以及无法有效估计未量测目标状态的问题,提出了基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法。该算法首先通过平滑变结构滤波算法对目标状态进行初步估计；其次通过计算时变平滑有界层，并采用tanh函数取代饱和函数计算初步状态增益，共同解决抖振问题；然后采用贝叶斯思想重新计算协方差矩阵与状态增益用于目标状态更新，解决平滑变结构滤波无法有效估计未量测状态的问题；最后与交互多模型算法结合，实现对机动目标的有效跟踪。仿真结果表明，本文提出的算法在模型失配以及量测噪声改变或非高斯量测噪声的情况下，仍可有效的对机动目标进行跟踪，仿真结果与典型的目标跟踪方法相比，跟踪精度明显提高且鲁棒性更强。

关键词：平滑变结构滤波时变平滑有界层交互多模型状态估计机动目标跟踪

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冯·卡门涡旋流动系统中各向异性的实验研究

实验流体力学 2024年第4期38卷 11-20页

作者：王封张亿宝郗恒东西北工业大学航空学院西安710072 清华大学能源与动力工程系燃烧能源中心北京100084 西北工业大学极端力学研究院西安710072

利用Tomo–PIV测量了冯·卡门涡旋流动系统中心区域的三维速度信息,通过2种方法计算得到的速度二阶结构函数,分析了该系统中流动的各向异性特性。实验结果表明:冯·卡门涡旋流动系统中心区域的流动均匀性较好,但均方根速度的不同分量间... 详细信息

利用Tomo–PIV测量了冯·卡门涡旋流动系统中心区域的三维速度信息,通过2种方法计算得到的速度二阶结构函数,分析了该系统中流动的各向异性特性。实验结果表明:冯·卡门涡旋流动系统中心区域的流动均匀性较好,但均方根速度的不同分量间呈现出显著的各向异性,水平分量与竖直分量比值约为1.5。通过2种方法计算得到的速度二阶结构函数结果相近,并给出:经过各个方向分量平均后的速度二阶结构函数各向同性度较高;但其在尺度空间中的分布呈现“水平面内各向同性度高,竖直平面内存在一定各向异性”的特性,且随着尺度的减小,此各向异性会逐渐减弱并接近各向同性。该研究为认识湍流流动以及冯·卡门涡旋流动系统提供了基础理解和分析方法。

关键词：冯·卡门涡旋流动系统各向异性速度结构函数层析粒子图像测速技术

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基于故障逻辑的民机液压状态监控与故障诊断

系统工程与电子技术 2024年

作者：冯蕴雯潘维煌路成刘佳奇西北工业大学航空学院

本文提出一种基于液压系统部件设计与监控数据的决策树模型实现液压系统的运行状态监控；一种基于液压故障逻辑及运行数据的迁移学习故障诊断模型实现故障的诊断与定位，用以提高监控与诊断的效率。首先，分析液压系统原理，依据机组操... 详细信息

本文提出一种基于液压系统部件设计与监控数据的决策树模型实现液压系统的运行状态监控；一种基于液压故障逻辑及运行数据的迁移学习故障诊断模型实现故障的诊断与定位，用以提高监控与诊断的效率。首先，分析液压系统原理，依据机组操作手册（Flight Crew Operating Manual， FCOM）额定参数与监测数据建立运行监控指标，采用决策树模型监控液压系统的运行状态；由故障形成条件梳理成逻辑图，结合逻辑图的输入信号参数采集快速存取记录器（Quick Access Recorder， QAR）数据，构建迁移学习模型实现故障诊断与定位。最后以某型国产民机液压低压故障为例，说明状态监控与故障诊断的应用。

关键词：状态监控故障诊断与定位逻辑图监测参数迁移学习

基于改进连续小波变换增强非凸正则项稀疏分解的滚动轴承变转速故障冲击特征提取方法

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机械工程学报 2024年

作者：张春林吴允恒蔡克燊冯亚东万方义张安西北工业大学航空学院南京电子设备研究所

针对变转速工况下滚动轴承非周期性故障冲击特征信号高保真提取问题，提出改进Morlet连续小波变换增强的非凸正则项稀疏分解方法。通过引入波形调节因子构造的改进Morlet小波基函数具有振荡属性可调的特性，能够匹配具有不同波形特征的... 详细信息

针对变转速工况下滚动轴承非周期性故障冲击特征信号高保真提取问题，提出改进Morlet连续小波变换增强的非凸正则项稀疏分解方法。通过引入波形调节因子构造的改进Morlet小波基函数具有振荡属性可调的特性，能够匹配具有不同波形特征的故障冲击信号。将定转速下采用的包络谐噪比引入变转速工况，提出角度域包络谐噪比指标，实现对波形调节因子及阈值参数的优化。在此基础上，将改进Morlet连续小波变换与广义最小最大非凸正则项相结合形成稀疏分解模型；相较于离散小波变换，改进Morlet连续小波变换更容易将非周期性冲击型故障信号映射到时频稀疏域，进而通过稀疏模型求解实现非周期性故障冲击信号的提取。通过仿真信号及实验数据对该方法的有效性进行了验证，并与传统阈值降噪、频带滤波、基于品质因子可调小波稀疏分解等方法进行了比较。结果表明，所提方法能够有效提取出变转速工况下滚动轴承非周期性故障冲击特征信号。

关键词：轴承变转速工况非周期性故障冲击改进Morlet连续小波变换非凸正则项稀疏分解角度域包络谐噪比

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航空火控系统试飞综合评估技术与方法探讨

航空学报 2024年第5期45卷 171-184页

作者：宋海浪张建东史国庆杨啟明张耀中中国飞行试验研究院西安710089 西北工业大学电子信息学院西安710072

就航空电子综合化火控系统试飞结果综合评估中的火控建模、数据融合、信息管理、效能评估和精度分析等技术问题进行了探讨,对这些技术的理论依据、关键技术和试飞应用进行了讨论,为进一步深入研究和应用提供了信息、思路和方法。所述技... 详细信息

就航空电子综合化火控系统试飞结果综合评估中的火控建模、数据融合、信息管理、效能评估和精度分析等技术问题进行了探讨,对这些技术的理论依据、关键技术和试飞应用进行了讨论,为进一步深入研究和应用提供了信息、思路和方法。所述技术是型号航电综合化火控系统试飞准备的重要内容,可为试飞结果综合分析提供实用的技术手段。

关键词：航电火控系统火控建模数据融合信息管理效能评估精度分析

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粒子分离器结构优化对吞雨性能改进研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第7期45卷 1305-1313页

作者：杨群杰林阿强王家友马佳乐刘高文西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 西北工业大学深圳研究院广东深圳518057 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

本文采用欧拉-拉格朗日多相流粒子追踪模型对某型涡轴发动机粒子分离器进行了数值模拟,利用正交试验设计的原理进行试验并完成了对粒子分离器结构的优化,研究并揭示了粒子分离器结构参数对其分离效果和吞雨性能的影响规律。结果表明:在... 详细信息

本文采用欧拉-拉格朗日多相流粒子追踪模型对某型涡轴发动机粒子分离器进行了数值模拟,利用正交试验设计的原理进行试验并完成了对粒子分离器结构的优化,研究并揭示了粒子分离器结构参数对其分离效果和吞雨性能的影响规律。结果表明:在干工况条件下,与原型相比,优化后的模型扫气比降低4.3%,总压损失系数降低0.03%;在吞雨工况下,相比于原型,优化后的模型扫气比降低0.97%,总压损失系数降低0.039%,分离效率提高5.5%。本次结构优化基本达到了粒子分离器低总压损失高分离效率的优化要求,并且对粒子分离器吞雨性能有较大的提升。

关键词：涡轴发动机粒子分离器正交试验设计优化设计吞雨扫气比总压损失系数分离效率

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无人机集群任务分配技术研究综述

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 922-934页

作者：毕文豪张梦琦高飞杨咪张安西北工业大学航空学院陕西西安710072 山东交通学院航空学院山东济南250357

任务分配是无人机集群实现高效遂行作战任务的关键技术。随着无人机集群技术的发展和作战样式的转变,无人机集群的作战任务领域不断拓展,任务分配所涵盖的范围不断扩大,任务分配问题的规模和复杂性不断增加,这都对无人机集群任务分配技... 详细信息

任务分配是无人机集群实现高效遂行作战任务的关键技术。随着无人机集群技术的发展和作战样式的转变,无人机集群的作战任务领域不断拓展,任务分配所涵盖的范围不断扩大,任务分配问题的规模和复杂性不断增加,这都对无人机集群任务分配技术提出了新的挑战。本文对无人机集群作战理论、任务分配建模、任务预重分配算法、异构无人系统联合应用下任务分配的研究现状进行了全面的总结,凝练了目前无人机集群任务分配技术面临的通用化建模、面向多任务的任务预分配算法最优解求解、有限时间下面向突发事件的任务重分配算法寻优、路径规划紧耦合下面向大规模异构无人系统的协同任务分配等问题,并针对性地论述了未来无人机集群任务分配技术的若干发展方向,为提升无人机集群任务分配的求解质量和求解速度提供新的研究思路和解决途径,对于全面了解无人机集群任务分配技术具有重要参考意义。

关键词：无人机集群任务预分配任务重分配通用化建模突发事件