基于凸优化理论的无人机编队自主重构算法研究

针对无人机编队自主重构中的最优重构航迹规划问题开展研究,通过综合考虑无人机飞行动力学特性和重构航迹代价,将其转化为多目标组合优化问题进行求解.为提高寻优效率,本文首先提出将多目标组合优化问题转换为非线性单目标优化模型进行求解,并针对两类优化问题等价性进行了理论分析.通过引入松弛算子和规范参数,本文所提出的内点优化算法能够改善经典内点法中的矩阵秩亏损现象,提高了所得解的最优性.通过仿真验证了本文所提出的自主重构算法的可行性和有效性.     

上桥泵站改造泵装置模型试验研究及现场测试

针对上桥泵站的经常运行净扬程，以装置效率最优为准则，同时兼顾流量和空蚀性能，优选了适合于上桥泵站更新改造的水力模型350ZMB-3．8。针对上桥泵站的具体情况，提出在保留原进出水流道、原电动机和原导叶的基础上只进行换泵的技术改造方案。针对该方案，对上桥泵站模型泵装置的能量特性和空蚀特性进行了全面的试验研究，确定了改造方案的可行性，试验结果与改造后的现场实测结果吻合较好。技术改造前后的现场实测结果表明，在经常运行扬程附近并满足设计流量要求的情况下，改造后较改造前泵站的效率提高了16％，改造效果显著。     

绿色供应链网络设计研究:低碳共生演化视角

构建了绿色供应链低碳共生演化的概念模型,揭示了绿色供应链自适应系统动态演化控制机理;用碳足迹来分析碳排放对供应链总成本的影响,引入不同市场的响应时间变量,考虑响应时间对供应链销售收入的影响;借助罚函数系数来平衡成本、响应时间、碳排放三者的相互制约关系,将多目标优化问题转化为单目标优化,建立了绿色供应链网络设计决策模型,使整个网络在环境质量和经济效益的效率边界实现Pareto最优;最后通过数值分析验证了模型的有效性,为绿色供应链网络设计提供辅助决策方案,旨在促进整个供应链的可持续发展。     

偏离设计工况时离心泵内部流场的数值模拟

通过高效数值模拟的方法分析通流部分的气动性能,对叶轮进行优化改进,扩容改造,从而提高效率,可靠性,安全性.主要采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-s湍流模型,SIM-PLEC方法求解,对原模型泵进行非设计工况下内部流场的叶轮和蜗壳的耦合数值模拟,主要是变转速和变流量调节.得出变转速调节下全流场的速度和压力分布均与原模型相似,但转速过低时则出现明显不同;变流量模拟时,无论是大流量还是小流量,在叶轮流道和蜗壳区均出现了较为严重的回流和漩涡区,并对这一现象进行了分析.最后对原模型蜗壳提出了一些改造意见,指出了偏心蜗壳在蜗舌处的回流情况较对称蜗壳好一些.     

基于(火积)理论的船用锅炉构形优化

基于(火积)理论和构形理论,在三个主要换热部件(蒸发器、过热器和经济器)总换热面积一定的约束条件下,以第Ⅲ对流蒸发管束外径、过热器管外径和经济器管外径为优化变量,对船用锅炉进行性能优化,得到整体锅炉的最优性能和最优构形.首先,以(火积)耗散率和耗功率线性加权组成的复合函数为目标进行优化,并分析保热系数、加权系数和换热率等初始设计参数对整体锅炉构形优化结果的影响.结果表明:第Ⅲ对流蒸发管束无量纲管外径、过热器无量纲管外径和经济器无量纲管外径分别存在最佳值1.2, 1.3和1.1,使得复合函数取得三次最小值0.737.相比于初始设计点,优化后整体锅炉的复合函数最高降低26.3%,锅炉综合性能得到显著提升.其次,采用NSGA-Ⅱ算法对整体锅炉进行两目标优化得到相应的Pareto前沿和锅炉最优构形,为整体锅炉的性能优化和结构设计提供一个更为广泛的选择空间.本文研究结果可为各种锅炉的性能优化设计提供理论指导.     

基于下肢保护的保险杠结构参数多目标优化

参考国家标准，建立了下肢冲击器对汽车试验的有限元和多刚体模型，验证了两种模型仿真结果的一致性。在下肢冲击器对汽车试验的多刚体仿真模型中，选取保险杠结构参数作为设计变量，以膝部弯曲角度、膝部剪切位移、小腿上端加速度三个损伤指标值最小为优化目标，利用基于pareto最优的多目标遗传算法进行了优化设计，并对保险杠结构参数进行了灵敏度分析。仿真结果表明，保险杠离地高度对下肢损伤影响最大，由优化所得到的该组结构参数对下肢有较好的保护效果。     

多泵多马达传动系统中输出转速的理论分析

在分析了目前广泛应用的液压传动方式优缺点和双定子马达（泵）原理的基础上,提出了多泵多马达液压系统的理论.以单作用定量多泵多马达传动系统为例,对多泵多马达系统中单作用多泵多马达传动各种连接方式下的输出转速进行了详细的理论研究.为今后研究多泵多马达传动系统和设计系统原理图奠定了理论基础.     

多项目交互组合选择模型的改进粒子群优化研究

为解决多项目之间发生交互作用时的项目选择和组合优化问题,在已有优化模型的基础上,提出改进的粒子群算法,利用种群间跳跃改进的方法增强了粒子的搜索性能,并通过聚类和干涉的方法,防止算法陷入局部最优,有效求解多目标优化模型,最后利用算例分析证明模型和算法的有效性。     

海基合成燃油系统关键单元的热力学分析与优化研究进展

本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO_2捕集单元,氢气(H_2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成燃油技术路径中逆水气变换单元反应器、费托合成单元反应器,"短链烃聚合"合成燃油技术路径中CO_2氢化合成低碳烯烃单元反应器、烯烃齐聚单元反应器)性能研究方面介绍了其热力学分析与优化研究进展.研究工作结合热力学、传热学、流体力学、化学反应动力学、最优控制理论和多目标优化方法,建立模型,优化性能,探索海基合成燃油系统关键单元的热设计与优化问题.由浅入深,从建立热源温度完全可控的一维活塞流反应器模型到建立考虑真实热源载热工质的二维拟均相反应器模型;由可逆模型到不可逆模型,从建立经典平衡态热力学模型到建立考虑多种不可逆因素的有限时间热力学模型;由单目标优化到多目标优化,从熵产生率最小和比熵产生率(对目标产物产率平均的熵产生率)最小的单目标优化到综合考虑目标产物产率最大和熵产生率最小、出口平均转化率最高和最大径向温差最小的多目标优化.本文取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果,可为海基合成燃油系统的设计与优化提供科学依据和理论指导.下一步的发展方向是实现两个子系统和全系统与关键单元集成的构形热力学优化.     

基于总量控制的流域允许取水量与允许排污量统一分配模型

为落实初始水权分配方案,实现允许取水量与允许排污量的统一分配,建立了以初始水权为允许取水量总量控制目标、水量分配仿真模型与纳污能力计算模型相耦合的流域允许取水量与允许排污量统一分配模型;针对模型的复杂性,提出了一套显著提高分配方案可操作性与求解效率的水库群优化调控新技术,该技术综合了系统仿真、轮库迭代与智能计算方法.以北江流域为背景,阐释了模型的建立、求解和应用过程;绘制了大型水库优化调度图,获得了流域水资源系统的长期运行策略,给出了任意年型允许取水量与允许排污量分配方案以及跨行政区断面流量过程,分析了模型的有效性和分配方案的合理性.     

无线传感器网络中PPM节能调制方案

节能问题是近年来正在兴起的无线传感器网络研究中的关键问题.文中对一种很有节能研究价值的调制方式—脉冲位置调制（PPM）在无线传感器网络中的应用进行考察,据此设计了两种调制节能方案：单模式PPM和多模式PPM;借助广泛使用的理想化系统模型和集成了收发模块能耗及电池非线性特点的实际系统模型,对两种调制方案的电池能耗进行评估和比较;并进一步将两种方案以调制级数为参数进行优化,使其电池能耗最小.理论和数值分析结果表明,多模式方案比单模式方案更节能;虽然两种调制方案各有不同的优化特点,但两者优化后的节能性在各个传输距离上都有很大的提高.     

核反应堆液体区域控制系统全程隐蔽攻击方法研究

隐蔽攻击对核反应堆液体区域控制系统的安全运行构成了严重威胁.然而,隐蔽攻击的成功实施不仅需要掌握被攻击对象的精确模型,而且很难在攻击完成后无痕退出.为此,本文针对核反应堆液体区域控制系统提出了一种四阶段全程隐蔽攻击方法.首先,在攻击筹备阶段,通过最大似然估计离线设计最大似然形式下的双模H₂最优无偏FIR;之后,在状态估计阶段,利用该FIR对攻击开始时刻的系统状态进行估算;然后,在攻击实施阶段,结合预期攻击目的和系统当前状态设计攻击实施序列,并将其注入至系统信号传输通道中,实现隐蔽攻击;最后,在攻击退出阶段,根据系统状态偏移量构建约束优化问题以给出最优攻击退出序列从而实现攻击退出过程的静默化.此外,本文基于系统噪声强度和攻击模型精度,分情况对全程隐蔽攻击方法的可行性进行了仿真验证.实验结果表明,在上述影响因素单独或综合作用下,所提攻击方法都能够隐蔽地完成攻击目标并无痕退出.     

基于闭环控制的自主交会多目标最优轨迹设计

对闭环控制条件下的自主交会多目标最优轨迹设计方法进行了研究.基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的相对导航模型;根据线性协方差分析方法,对追踪器在仅测角条件下的相对导航及相对运动轨迹控制偏差进行了分析,并以此为基础,建立了评价自主交会轨迹鲁棒性的指标.采用NSGA-II多目标遗传算法,对考虑燃料消耗和轨迹鲁棒性的多目标最优自主交会轨迹设计问题进行了求解.最后,通过MonteCarlo打靶仿真验证了协方差分析结果的正确性,并对Pareto可行解集中的相对位置鲁棒性最优解进行了仿真验证.     

基于微喷射流的高功率LED散热方案的数值和实验研究

提出了一种基于封闭微喷射流的高功率LED主动散热方案, 系统采用一个微泵来驱动, 依靠封闭微喷系统实现大功率发光二极管(LED)芯片组的高效散热. 对没有采取数值优化情形下设计的上述散热系统开展了实验研究, 对比实验表明: 在不采用上述系统和完全依靠自然对流散热情形下, 对2×2 LED芯片组输入16.4 W的电功率, 运行10 min后, 芯片表面平均温度为112.2℃, 但采用上述冷却方案后芯片表面测量温度仅仅为44.2℃. 实验中改变微泵的流量, 结果表明: 微泵的流量增加将提高散热效率, 但将相应增大消耗功率. 对微喷散热实验系统同时开展了数值研究, 计算结果发现: 对2×2芯片组输入4 W电功率的情形, 稳态数值计算下芯片表面平均温度为34℃, 与实验测得的接近稳态下的温度32.8℃相当, 这表明该模型可以用于数值优化. 数值计算结果还表明: 实验用微喷射流器件需要开展参数优化.     

吸气式空空导弹FADS系统设计

分析了吸气式空空导弹FADS系统设计面临的关键技术难点及设计流程.针对吸气式空空导弹大长细比布局、高机动、大攻角和低成本控制等特点,提出了一种高精度、多点故障诊断、容错和可抗大过载的FADS系统设计方法.主要包括基于压力模型、分层诊断和多模型重构容错策略的求解算法设计、系统误差模型设计、高精度和抗大过载压力测量模块设计、以及解算机模块设计等.针对某典型吸气式空空导弹外形设计了9个测压点布局、飞行马赫数2.0~4.5的FADS系统原理样机,在1.2 m×1.2 m超声速风洞完成原理样机的实时解算试验,试验结果表明:静压测量相对误差≤6.9%,马赫数测量误差0.1,攻角和侧滑角的测量误差均1°.重构模型的测量误差接近基准模型的误差;算法诊断故障点数≤3,故障诊断的范围是P1点的偏差≤-20%或≥40%,P2~P9点的偏差≤-30%或≥30%,算法具有≤2故障点的容错能力.系统的测量误差水平、故障诊断和容错能力均能满足工程要求.     

V 带传动最大承载能力的全局优化设计

建立了V 带传动承载能力最大化问题的最优设计模型. 研究了该模型中目标函数凹性、单调性和全局最优性条件, 证明了V 带传动最优设计问题的可行域是有界闭凸集. 以此为基础, 提出了寻求该模型全局最优解的最优值线段算法. 在4 种不同的设计条件下, 给出了V 带传动最大承载能力的全局优化解法. 工程设计案例研究表明了该模型和全局优化方法具有广阔的应用前景.     

一种针对不确定性结构的区间鲁棒性优化方法

本文提出一种针对不确定性结构的区间鲁棒性优化方法.首先,采用区间模型度量目标函数和约束函数中的不确定变量和参数.然后引入鲁棒性评价因子来度量目标函数的鲁棒性,并采用区间可能度方法(RPDI)处理不确定约束,进而建立区间鲁棒性优化模型.针对区间鲁棒性优化求解效率较低的问题,提出一种高效的优化方法,该方法将双层嵌套优化问题解耦为区间分析和确定性优化方法序列求解的问题.在每一迭代步,根据在当前设计点下的区间分析结果构建一个等效确定性优化问题,然后通过求解该问题更新设计点.此外,本文还提出一种迭代机制,来提高整个优化过程的收敛速度.最后,给出了三个数值算例和一个工程算例验证本文方法的有效性.     

需求-服务匹配视角下的技术型知识员工任务指派问题研究

基于服务系统中需求-服务匹配视角对具有多种能力、异质效率的技术型知识员工任务指派问题进行分析,提出任务执行窗和可并行任务组概念,建立多阶段的员工分配决策路径图;然后,以任务-员工效率匹配度为目标建立优化模型,并运用动态规划法进行模型求解,确定员工任务指派最优路径,实现员工最优配置;最后,通过算例进行验证。     

解决非可微凸优化问题的次梯度反馈神经网络

发展了Leung等人所提出的解决非线性凸规划问题的动态反馈神经网络模型, 引入基于次梯度动态反馈神经网络模型解决非可微凸优化问题. 对于无约束非可微凸优化问题, 假定目标函数是强迫性的凸函数, 证明了由投影次梯度构造的反馈神经网络轨道从任意初值点出发都收敛于一个渐近稳定的平衡点, 该平衡点为原无约束问题的最优解. 对于约束非可微凸优化问题, 在目标函数是强迫性的凸函数, 约束函数也具有凸性的假定下, 依次造构能量函数序列和相应的基于次梯度的动态反馈子网络的模型, 建立了收敛定理并给出了停时条件. 最后, 设计了两种有效的算法并结合一些实例进行了仿真验证.     

基于搜索空间缩减策略的供水管网抗震设计参数优化

供水管网抗震优化设计模型以用户节点的抗震安全能力为设计目标,包含管网拓扑布局及管段结构抗震能力两个设计参数,寻找最优设计参数是离散变量组合优化问题.提出了一种基于两阶段搜索空间缩减策略的管网抗震优化设计模型求解方法,第一阶段利用度约束连通图生成初始种群,缩小优化初始搜索空间;第二阶段采用违约个体修补策略转换优化进行过程中不满足约束条件个体所处的搜索空间,实现了优化过程中搜索空间的动态缩减,提高了优化搜索的效率.此方法在供水管网抗震优化设计中有较高的效率,也可为其他有约束离散变量优化问题提供参考.