基于序列近似优化方法的探空火箭气动/动力一体化优化

总体设计是探空火箭研制的先行牵引工作,是一项复杂的系统工程。针对探空火箭总体设计一体化优化问题,基于序列近似优化方法,将代理模型方法应用于优化过程,通过不断更新代理模型和采样点对最优解进行高效预测,是对复杂模型进行优化设计的有效方法。针对某单级固体探空火箭,建立其弹道、动力、气动计算模型,使用序列近似优化方法,以火箭理论弹道顶点高度最大为优化目标,对其气动/动力参数进行一体化优化,最后得到一组较优的总体设计参数。结果表明:整个优化过程模型调用次数少,收敛速度快,工作效率较高,体现了序列近似优化方法的优越性。     

液压集成块CAD/CAM系统的研究与开发

在全面研究液压集成块设计与加工方法的基础上,提出了集成块CAD/CAM系统的总体结构,并建立了基于层次结构的工程数据库系统.针对集成块CAD子系统,提出了科学合理的优化数学模型,并运用混合优化策略,实现了液压集成块布局布孔集成方案的优化设计;以CAD优化设计结果数据为基础,阐述了开发集成块CAM子系统所采用的一些关键技术.通过CAD与CAM间的紧密集成,实现了集成块设计与制造的一体化.     

某轮式自行火炮弹道-火炮一体化优化设计

为提高某轮式自行火炮的综合性能,避免在设计过程中提高射击精度的同时使得射程与弹丸杀伤面积下降,建立了涉及内弹道、外弹道、终点效应和自行火炮总体布局与发射动力学的自行火炮一体化优化设计流程和优化设计模型.该模型采用集成优化思想,以炮口跳动垂直扰动最小、射程最远和杀伤面积最大为目标进行多目标一体化优化设计,得到了Pareto最优解集.根据工程经验选取的一组优化解与优化前相比.结果明显优于以炮口垂直扰动最小为目标的单目标优化设计结果.研究表明,综合考虑全弹道模型和自行火炮总体布局与发射动力学模型的某轮式自行火炮弹道-火炮一体化优化设计模型能够有效提高自行火炮的综合性能,避免了单个目标优化时其他目标严重劣化的现象,验证了该方法的有效性.      

超高射频火炮内弹道优化设计

该文建立了超高射频火炮内弹道设计多指标优化模型,采用逼近理想点的算法对内弹道设计可行方案集进行优化求解,综合考虑每发弹的评价指标,根据性能需求和工程经验对指标集进行加权处理,算出可行方案的优劣顺序,得到超高射频火炮的优化设计方案.计算结果表明优化方案的弹道性能良好.该方法在超高射频武器系统实验中得到应用,并起到了一定的指导作用.     

动载滑动轴承优化设计研究

作者建立了以降低动耗为目标的动载滑动轴承优化设计数学模型,使用随机方向搜索法、复合形法、混合罚函数法编制了通用优化设计程序,并针对通用优化方法的弱点,提出三个改进措施:采用“灵敏度加权法”确定合理搜索方向,按约束值大小确定合理搜索步长,应用随机方向搜索法为复合形法产生合理的初始复合形。算例证明,本数学模及改进措施是合理的,其基本原理可用于机械优化设计的其他领域。     

特殊布局无人机多目标气动外形优化设计

从无人机外形设计的总体、气动设计要求出发,根据多目标优化的基本概念,将Pareto方法与遗传优化搜索相结合,并采用了群体排序、基于共享机制的小生境等技术,使解集具有良好分布特性。在此基础上建立了一套可满足无人机气动外形综合优化设计优化模型和优化方法。针对无人机外形优化设计要求,提出了复杂外形参数化和设计变量的选取原则。根据某无人机的设计要求,以亚声速和超声速气动特性为设计目标的无人机外形综合优化设计,取得了良好的优化设计结果。     

机械结构/控制系统一体化建模

为了解决机电一体化设计域中,由于将机械/控制系统人为分离成2个独立的设计空间所造成的设计域退化问题,提出了基于虚功方程的结构/控制系统一体化并行设计模型,即从结构和控制系统的动力学虚功方程出发,推导出结构/控制变量共存的一体化动力学模型,并结合结构优化和最优控制相关理论,建立了融合结构/控制变量的一体化优化设计模型.以引线键合机的超声变幅杆为例,以提高系统定位稳定性和响应为目标,通过设计可行域明显拓展和变化的解析解,验证了所设计模型的有效性.结果表明,所建立的设计模型对于极端运动约束要求下的微小机电系统并行设计具有一定的参考价值.     

双“8”字无碳小车RSSR机构优化设计

基于RSSR机构的无碳小车的轨迹调节缺乏数据参考使得轨迹调节困难的问题,本文在对无碳小车结构方案分析的基础上,采用优化设计方法,提出了一种轨迹高重合度的无碳小车设计方法.首先,基于无碳小车结构方案,建立了小车四杆机构中杆长参数间的函数关系;其次,根据无碳小车运行轨迹的仿真结果,提出了一种轨迹重合度的评价方法;然后,以轨迹重合度最优为目标,以RSSR机构中曲柄、连杆和摇杆的长度为变量,建立了小车运行轨迹的优化模型;最后,利用等分区间法获得了曲柄、连杆和摇杆等参数值的最优组合解,并对优化前后小车运行轨迹进行对比分析,发现优化后的运行轨迹重合度明显优于优化前的运行轨迹.本文建立的轨迹高重合度的无碳小车设计方法对无碳小车的设计具有工程指导意义.     

索牵引弹体装填机器人的尺寸优化设计

针对海军大型武器的对接装填自动化需求,为提高装填安全性和效率,该文提出一种三索并联机器人,实现弹体自动化转运和装填,并完成了该三索并联机器人的尺寸优化设计方法研究。考虑索塔高度对于建造难度、重量及成本等影响,将参数优化设计分为全局搜索优化及局部搜索优化。全局搜索通过对所有设计参数进行采样搜索得到索塔高度为关键设计参数,基于悬臂梁位移公式得到索塔高度及直径相关性,从而建立索塔高度与索力变化率的无量纲优化函数,得到索塔及索径优化结果。在全局搜索优化结果基础上,以最大索力最小化为设计参数优化指标,得到所有设计参数的优化值,并最终得到平动轨迹上的索力变化曲线。设计方案、优化方法及参数优化结果可为后续海军弹体装填自动化设备提供参考和依据。     

临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入轨迹的优化设计问题,给出了临近空间飞行器再入轨迹运动学模型和再入轨迹优化模型。选取飞行器末端飞行速度实际值与理想值之差的平方最小为性能指标,控制变量为迎角和滚转角。过程约束为过载、动压、热流,终端约束为高度、轨道偏角、轨道倾角。应用罚函数法和约束算子法将有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题。应用庞特里亚金极小值原理及最优控制理论对性能指标进行处理,得到最优控制问题的正则方程、控制方程及横截条件。在C++环境下应用共轭梯度法对无约束优化问题进行数值解算。仿真结果表明应用共轭梯度法能够得到满足各种约束的再入轨迹。因此,共轭梯度法对于临近空间飞行器再入轨迹优化问题的求解是可行的。     

简易控制超音速火箭靶弹方案最优制导律设计

针对简易控制超音速火箭靶弹方案供靶弹道设计问题,提出了一种基于粒子群方法和Gauss伪谱法相结合的火箭靶弹供靶最优制导律设计方法. 该方法首先在爬升-拉平段,利用粒子群方法优化得出火箭靶弹在拉平段具有最大动能的最优射角和爬升段最优起控时间,然后利用Gauss伪谱法设计得出平飞供靶段最优控制律. 仿真结果表明,该方法能够快速获得最优方案供靶弹道和方案制导律,并且可以较好地满足供靶指标,为火箭靶弹供靶弹道设计提供参考.      

双模态冲压发动机导弹的弹道设计及仿真计算

根据固体火箭助推器和双模态冲压发动机的特点,对双模态冲压发动机导弹的飞行弹道进行了设计,建立了弹道计算的数学模型,并进行了弹道仿真计算。结果表明,飞行弹道设计合理,数学模型正确,可以用于导弹的初步设计。     

关于多级火箭的优化理论(17)

以带两组助推火箭的一级火箭为例，给出设计中的带多组助推火箭的多级火箭的最优化准则；另外，对各组(级)火箭喷气速度相等这种情况下的已制造成型的带多组助推火箭的多级火箭，给出了最佳点火次序。     

基于裂缝形态和产能的水平井分段压裂优化研究

根据低渗透油藏的特点,基于固体应力平衡和多相流体流动,建立了水平井水力裂缝分段优化的模型.采用有限元模拟和油藏模拟研究了在避免复杂水力裂缝的前提下,水平井水力裂缝优化的影响因素.研究发现,水平井筒与最小水平地应力方位存在夹角时,分段水力裂缝出现弯曲转向,多个弯曲裂缝之间的相互干扰形成复杂的裂缝形态;当水平井筒与最小地应力方位的夹角过大时,尽量增加裂缝分段的距离,以避免相互干扰;油井累积产量随着裂缝间的距离增加而减小;油井累积产量随裂缝长度增加而增加.     

三维水平井轨道设计最优控制模型改进的进化规划方法

针对三维水平井井眼轨道设计问题 ,建立了一个非线性最优控制模型。该模型以设计轨道总长度最短为性能指标 ,以非线性动力系统为约束条件 ,通过对非线性动力系统积分 ,将最优控制模型转化为一个非线性规划问题求解。为了求非线性规划问题的全局最优解 ,在附加一个目标函数小于当前目标函数值的约束条件下 ,用改进的进化规划方法寻找新的可行点策略 ,提出了一种新算法。将非线性最优控制模型及算法应用到实际水平井轨道设计中 ,数值结果证明了该模型及算法的正确性和有效性     

行星际小推力转移轨道分层初始设计方法

针对小推力转移轨道设计问题,提出了一种结合切比雪夫多项式拟合和离散脉冲策略的分层初始设计方法.基于曲线拟合思想采用切比雪夫多项式对小推力轨道进行逼近,建立起轨道状态与时间的关系,避免了传统曲线拟合策略中时间约束的解算并舍去了速度方向假设;在全局搜索中利用低阶多项式求解边界约束得到降维解空间中的全局最优解;在此基础上,增加切比雪夫多项式的自由度并局部优化;通过脉冲离散并进一步优化求解出引入路径约束的小推力轨道.以地火交会轨道及地-火-木星借力交会轨道为例对所提方法进行了仿真验证,结果表明此方法可有效地对交会、借力轨道进行快速全局初始设计.     

基于对象的火箭安全控制智能决策系统设计

在传统的火箭安全控制系统中,由于受到设备测量系统误差和弹道跟踪系统误差的影响,使测量所得的弹道参数精度不高,导致系统经常产生误报警.针对此问题,采用了面向对象方法建造火箭安全控制智能决策系统.首先对系统的总体结构进行了分析与设计,并对面向对象技术产生式规则知识表示以及知识库构建技术在火箭安全控制中进行了研究,最后对系统的推理过程进行了探讨.实践表明,由该方法开发的火箭安全控制智能决策系统,具有准确率高、易扩充、易维护等优点.     

基于AMWPSO-LSTM的多阶段间歇过程故障预测

过程安全对于间歇过程生产具有重要意义,为提高间歇过程生产安全性,提出一种基于改进粒子群算法(AMWPSO)优化长短期记忆网络(LSTM)的间歇过程故障预测模型AMWPSO-LSTM。针对LSTM中的神经元个数、迭代次数、学习率等参数需要人为设置的问题,采用AMWPSO对这些参数进行自动寻优。AMWPSO在原有粒子群优化算法(PSO)中融入了自适应变异和非线性递减惯性权重,提高了PSO的参数寻优能力。由于间歇过程具有多阶段性,因此先根据模糊C均值聚类(FCM)方法对间歇过程进行阶段划分,再利用Pearson相关系数对各阶段实验数据进行相关性分析,以降低系统变量的维数,并建立各阶段T²统计量控制限作为系统是否发生故障的指标。实验以青霉素发酵过程数据为例,建立基于AMWPSO-LSTM 的多阶段故障预测模型,并将该模型的预测结果与基于LSTM的多阶段预测模型、基于PSO-LSTM的多阶段预测模型的预测结果进行比较,结果表明,基于AMWPSO-LSTM 的多阶段故障预测模型可取得较高的预测准确度。     

基于AMWPSO-LSTM的多阶段间歇过程故障预测

过程安全对于间歇过程生产具有重要意义，为提高间歇过程生产安全性，提出一种基于改进粒子群算法(AMWPSO)优化长短期记忆网络(LSTM)的间歇过程故障预测模型AMWPSO-LSTM。针对LSTM中的神经元个数、迭代次数、学习率等参数需要人为设置的问题，采用AMWPSO对这些参数进行自动寻优。AMWPSO在原有粒子群优化算法(PSO)中融入了自适应变异和非线性递减惯性权重，提高了PSO的参数寻优能力。由于间歇过程具有多阶段性，因此先根据模糊C均值聚类(FCM)方法对间歇过程进行阶段划分，再利用Pearson相关系数对各阶段实验数据进行相关性分析，以降低系统变量的维数，并建立各阶段T²统计量控制限作为系统是否发生故障的指标。实验以青霉素发酵过程数据为例，建立基于AMWPSO-LSTM 的多阶段故障预测模型，并将该模型的预测结果与基于LSTM的多阶段预测模型、基于PSO-LSTM的多阶段预测模型的预测结果进行比较，结果表明，基于AMWPSO-LSTM 的多阶段故障预测模型可取得较高的预测准确度。