切向加速度与弦误差约束的CNC系统时间最优轨迹规划

针对计算机数控(CNC)系统给定参数化路径, 给出了一种求解时间最优轨迹规划问题的凸优化方法. 轨迹规划问题考虑切向加速度约束与弦误差约束. 通过建立两种约束下的状态容许空间, 分析约束对时间最优轨迹的影响. 通过非线性变量代换, 时间最优轨迹规划问题被表述为一个与时间无关的凸最优控制问题. 基于控制向量参数化(CVP)方法, 问题被进一步转化为易于求解的凸优化问题. 以路径参数对时间的二阶导数(参数加速度)为优化变量, 序列二次规划(SQP)方法获得问题数值解. 文末通过求解两个测试路径的时间最优轨迹规划问题, 验证方法的有效性.     

基于约束规划的小天体接近段鲁棒制导控制方法

以小天体接近段任务为背景,提出了一种基于约束规划的鲁棒制导控制方法。该方法将目标天体引力模型引入轨迹规划过程中,并将具有控制约束与轨迹状态约束的非线性动力学路径规划问题转化为以优化燃耗为性能指标的二阶圆锥规划(second order cone program, SOCP)问题|同时考虑目标天体引力模型与外界干扰等不确定因素对轨迹跟踪的影响,基于模型不确定界设计鲁棒反馈控制律。数学仿真证明,在相同条件下,基于凸规划的制导控制性能无论在制导控制偏差或是状态与控制约束满足方面均优于传统多项式拟合制导控制算法。     

各向异性结构拓扑优化设计理论与仿真

建立了正交各向异性连续结构拓扑优化设计的理论模型,首次利用增广Lagrangian乘子法解决了不等式约束的结构优化问题.通过将物质导数、水平集函数和增广的Lagrangian乘子法相结合,提出了结构拓扑优化设计教度分析的新方法.设计边界的进化是通过人为的使目标函数下降的速度来控制,高维水平集曲面在不改变其拓扑结构的前提下上下运动,从而使嵌入在零水平集的结构形状通过边界的合并与断裂自动改变其拓扑结构.大量2D正交各向异性悬臂梁的优化仿真验证了方法的有效性,其结论为复杂本构关系材料结构的拓扑优化设计理论与算法研究奠定基础.     

基于遗传算法的相贯线扫描机器人轨迹规划

利用遗传算法(GA)建立了相贯线扫查冗余机器人能量最小优化的综合规划模型,给出了其随机搜索策略。该模型的目标函数综合考虑了机器人避障、末端轨迹精度、动力学约束与冗余度能量最小优化指标。利用Matlab平台上的GA仿真包进行了系统仿真,仿真结果在保证轨迹精度的条件下,逼近了机器人能量最小优化轨迹精确解,证明了该综合优化算法的有效性。     

基于蚁群算法的Job-Shop多资源约束车间作业调度

针对多资源约束的车间调度问题,考虑资源种类变化的情况及资源在可用时间上的约束影响,建立了该类问题的通用调度模型。提出了一种基于蚁群算法的作业优化调度算法,在Job-Shop问题图形化定义的基础上,设计了状态转移规则、轨迹强度更新规则以及工序时间的决策规则,借鉴精英策略的思路,对多资源约束车间的具体调度进行了分析与实现。实例仿真表明,该方法对多资源的车间调度问题是可行的。     

超高频数据的变结构分整增广ACD模型

以Box-Cox变换和变结构方法为基础,建立了包括变结构、长记忆、非线性等特征的变结构分整增广ACD模型.利用遗传算法等工具,解决了模型参数估计问题,从而解决了ACD模型的形式设定问题.给出变结构分整增广ACD模型的无条件矩性质,并且推导出数十种ACD模型的扩展模型.     

基于逆高斯退化过程的面向任务系统CBM优化模型

针对现有单调退化系统视情维修(condition-based maintenance,CBM)优化模型中不完全维修影响考虑单一,且未同时融入可用度约束的问题,提出一种考虑不完全维修双重影响与可用度约束的单调退化系统CBM优化模型.首先,基于具有随机漂移系数的逆高斯过程,建立系统退化模型并得到相关概率分布;其次,描述任务...     

基于细胞膜优化算法的几何约束求解

几何约束问题可以等价为求解非线性方程组问题。约束问题可以转化为一个优化问题。采用基于细胞膜优化算法来求解该问题。受细胞膜物质转运方式的启发,把物质分为三种:脂溶性物质、高浓度非脂溶性物质和低浓度非脂溶性物质。从中提取出优化模型,使用细胞膜优化算法(CMO)来求解几何约束问题。实验表明,该方法可以提高几何约束求解的效率和收敛性。     

时序约束下Guard-Stage-Milestone业务模型的一致性验证与异常处理

Guard-Stage-Milestone(GSM)作为一种以Artifact为中心的企业业务建模方法,获得了国内外学术界和工业界的广泛认可,已成为当前研究的热点.然而,目前GSM方法普遍局限在数据和流程结构层面,没有考虑外在的企业各种业务或规章制度中的时序约束需求.针对这一迫切需求,提出了一种时序约束下GSM业务模型的一致性验证与异常处理方法.分为两个阶段:1)将GSM业务模型转化为Petri网模型,再把外部的时序约束映射到Petri网模型中.2)提取Petri网模型中的路径并进行时序一致性验证;如果出现异常,将问题转化为线性规划模型并进行自动求解.不但能够解决GSM业务模型的时序约束验证问题,而且能指导用户进行模型持续优化和改进.最后,通过一个企业的实例验证了其有效性.     

变风量空调系统的模型预测控制及仿真研究

采用基于模型预测控制策略的多输入多输出(MIMO)控制器对单通道变风量空调系统的控制问题进行了研究.在分析系统工作机理和系统动力学行为的基础上,建立了内部模型的结构,采用实验确定了模型的参数.通过设定参考轨迹、输入输出约束、控制步长、预测步长及加权矩阵,解决了系统的凸二次型优化问题.通过仿真研究和对实际系统的控制,验证了系统的控制效果.     

近程高速弹头的温度场与热应力数值仿真研究

采用工程估算方法,计算了近程高速弹头的非定常气动加热。利用气动加热以及蒙皮内部热传导建立热流量方程,得到沿弹体的温度-时间分布。基于特定的飞行条件,得出瞬时温度场的分布,以此作为有限元瞬态热分析温度边界条件。在有无沿厚度方向的温度梯度下,进行了热应力分析。计算结果表明,本方法快速、简捷,可应用于近程高速导弹的概念研究和多目标优化设计。     

人体热舒适参数与舱室热环境双向耦合研究

现有驾驶舱热系统偏向于研究热环境的气流组织参数,较少考虑甚至不考虑人体热调节的作用,使驾驶舱热系统的仿真结果在评估人体热舒适性时准确度不高.采用CFD(computational fluid ynamics)方法,通过能量方程、RANS(reynolds-averaged navier-stokes)方程以及N-s (...     

考虑BoP热区内部件间热传递的SOFC系统建模仿真

高温固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是一种高温高效的氢电转换装置,其高温工作环境对系统电堆和辅助部件（balance of plants,BoP）的保温绝热提出极高要求。考虑SOFC系统BoP热区内多部件之间存在的热交换,结合高温系统有限的可测数据,开展基于热效率?传热单元数法（ε-NTU法）的高温SOFC系统集总建模;通过模拟BoP热区内零部件与环境的热交换,实现BoP热区内多部件间的传热和温度定量分析;通过设计简洁的反馈控制器实现系统的自启动和稳定运行仿真。仿真结果表明,BoP热区整体保温绝热起温度均衡作用,有利于尾气余热对进气气体的进一步加热,也可适当降低设备最高温度,有利于系统长期运行。     

油气弹簧自然对流热力学模型研究

针对油气弹簧工作时温度不断升高导致密封件损坏而发生泄漏的现象,提出了研究减振装置温升的重要性.建立了单气室油气弹簧的物理模型,分析了阻尼阀对油液节流的生热机理.运用能量守恒原理和范德瓦尔实际气体状态方程建立了油气弹簧自然对流时的热力学数学模型.推导了适合缸筒和活塞杆内外表面的对流换热系数表达式.通过仿真分析了油气弹簧在不同频率激励作用下油液温度的变化趋势,研究了缸体结构参数对温升的影响规律,提出了温度平衡点的概念,得出的结论可以作为油气弹簧的设计参考.     

基于遗传算法的RLV再入轨迹优化设计

飞行器再入轨迹优化是一类最优控制问题。传统的优化方法存在初始值敏感问题。利用小生境技术和精英方法改进适应值共享拥挤遗传算法,并将其用于RLV再入轨迹优化设计。以终端时间固定的空间最小控制能量再入轨迹和终端时间自由的平面最小热载再入轨迹为例,详细讨论了遗传算法用于再入轨迹优化设计所需要解决的一些关键问题。仿真结果表明提出的方法能够较快地搜索到全局最优解,对初始猜测值不敏感,能够方便用于RLV的再入轨迹方案选择和优化设计。     

面向突防的多约束滑翔弹道优化设计

快速通过敌方雷达探测区域能够增加打击突然性,提高突防性能。如何在弹道设计中描述雷达探测问题是必须解决的问题。为此,在常见多约束条件下的弹道设计方法基础上,根据雷达方程,将辐射型禁飞区约束转化为沿弹道积分的威胁系数约束。基于威胁系数积分建立弹道优化性能指标函数,利用hp 自适应Radau伪谱法对此优化问题进行求解,得到了满足飞行过程约束且暴露于敌方雷达探测区域最小的飞行弹道,对比分析仿真结果,验证了模型和方法的正确性,达到了提高突防性能的目。     

差异演化算法在热连轧工作辊温度仿真中的应用

针对热连轧工作辊温度仿真计算,给出了忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型。通过对模型特点的分析,指出忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型实际是一种三维仿真模型,并根据此仿真模型建立了变步长计算温度场的有限差分方程。由氧化铁皮厚度的线性函数来近似表示工作辊与轧件等效换热系数,由喷射区水冷换热系数和喷射区之间的水冷系数计算得到工作辊与冷却液等效换热系数。针对差异演化算法后期收敛速度下降,甚至有时会陷入局部最优点的缺陷,提出根据种群聚集度来动态调整缩放因子,同时引入求解域内的均匀变异操作。并用改进后的差异演化算法对两种等效换热系数进行了优化。仿真结果与实测结果规律一致,证明忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型经差异演化算法优化参数后能准确预报工作辊的温度场。     

薄壁蓄热器周期传热仿真系统的开发

基于渐近分析法开发蜂窝蓄热器传热数字仿真软件。建立薄壁蓄热器周期传热的数学模型,求取针对沿气流流动方向弱固体导热条件下的蓄热器温度分布近似表达式,并设计了求取其解析—数值解的算法。运用Matlab的符号运算、数值积分和卷积功能,开发出薄壁蓄热器周期传热仿真系统。热态实验证实了解析精度和可靠性。用等效气固传热系数,可减少由简化通道内热辐射和忽略入口效应引起的解析误差。有效地提高了低氧弥散燃烧设计和操控优化的经济性、准确性和效率。     

连铸异型坯凝固过程的三维仿真分析

采用ABAQUS有限元软件,首次建立连铸异型坯凝固三维瞬态有限元传热模型,并利用Fortran语言编写用户子程序施加复杂传热边界条件,根据现有实测工艺参数对连铸异型坯的凝固过程进行三维仿真分析。重点分析异型坯横断面特征点温度的分布规律以及坯壳的增长规律,数值模拟结果与现场试验吻合。为连铸异型坯冷却制度的研究提供更加有效的手段,进而为连铸异型坯三维应力场的研究奠定基础。     

汽车空调压缩机虚拟样机的设计研究

通过新型汽车空调旋叶式压缩机三维几何模型和动力学模型的建立，分析了压缩机在不同工况各关键部件的运动特性和受力情况，同时开发了反映压缩机工作过程（热力学，流体流动，传热等过程）的动态数学模型，它们之间的集成构成了一个完整的压缩机虚拟样机，研究结果表明，开发适合产品特点的高效，实用的虚拟样机，可以为产品的设计和优化提供可靠的理论依据，有效地提高产品的设计质量。