包含高相关度密集模态的结构低阶振动控制

为度量密频结构中密集模态组内各模态之间的相关度,定义了模态相关准则,阐述了结构系统具备一定条件时会出现模态频率集聚及对应模态相关度高的特性.在此基础上,通过可控/可观性Gram阵的分块解析形式,分析了作动器/传感器的配置方式对模态相关度高的密集模态组内各模态可控/可观度的影响,据此简化了基于模态可控/可观度准则的元件优化配置问题.此外,证明了密频组模态相关度高时,独立模态控制中可降低控制/观测向量的维度,即减少作动器/传感器的数目,在不损失性能的前提下实现对密频组的降维控制.最后通过算例仿真证明,对包含强相关性密集模态的结构,基于本文理论可简化作动器/传感器的配置问题,并且根据本文理论设计的低阶降维控制系统可实现对结构有效的振动抑制。     

空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制

提出了作动器和传感器配置优化和分散化自适应控制方法以解决桁架系统的振动控制问题.建立了主动杆的机电耦合方程,提出了不依赖于控制方法的优化准则,采用遗传算法得到了作动器和传感器在大型空间智能桁架系统中的最优位置.而且设计了一种分散化自适应模糊振动控制器来控制大型空间智能桁架系统.推导了大型空间智能桁架系统考虑剩余模态影响的动力学方程,利用滑模控制方法改进了自适应模糊控制方案,并以T字型桁架结构为例进行了验证性实验.实验结果表明,遗传算法对于作动器和传感器的配置优化是可靠的、有效的,自适应模糊控制器能有效地抑制大型空间智能桁架系统的振动,且没有控制溢出和观测溢出问题.     

近似最优并行算法组智能汇聚构造

作为一种高性能通用并行求解器,并行算法组(parallel algorithm portfolios, PAPs)近年来在判定、计数以及连续、离散优化等问题上取得了突出的求解效果.传统人工构造PAP的方式依赖于大量领域知识,门槛极高.为了解决这一问题,本文提出了一种基于演化优化的PAP智能汇聚自动构造方法AutoPAP.整体上, AutoPAP遵循(n+1)演化优化框架,即在每一代生成n个候选算法,并保留最优算法加入到PAP中.考虑到算法配置空间往往非常巨大且涉及混合变量,本文设计了专用变异算子以提升AutoPAP的实际性能,并证明了AutoPAP在理论上可以达到(1-1/e)近似最优构造效果.最后,本文以旅行商问题(traveling salesman problems, TSP)为例,使用AutoPAP构造得到TSP＿PAP.实验结果表明,在主流TSP测试集上, TSP＿PAP的求解效率和效果均显著好于当前TSP上公认性能最佳的求解器EAX和LKH.在128个规模1000～30000的TSP测试样例上,相比于EAX和LKH, TSP＿PAP可以将平均求解时间缩短至少45.71%,并...     

航天器复杂推力器配置控制能力分析的一种新方法

本文针对工程中关心的航天器复杂推力器配置的控制能力问题,提出了一种新的分析方法——配置相对于任务的可行性分析法.文章首先系统地给出了一套推力器配置可行性的定义,然后利用矩阵范数求解配置控制能力最弱的方向及其对应的控制能力上界中的最小控制指令,并由此推出了推力器配置约束可行的判别定理.最后给出了应用可行性分析法研究配置控制能力的具体方法,并通过算例进一步验证了该方法的正确性和有效性.     

基于进化势博弈的多无人机传感器网络K-覆盖

针对多无人机传感器网络K-覆盖问题,提出了基于势博弈与Log-linear学习的分布式最优传感器配置方法.介绍了传感器最优配置的国内外研究现状,特别对基于进化势博弈理论的方法进行了详细的阐述.利用博弈理论对无人机分布式传感器配置问题进行建模,通过个体局部收益函数与全局性能函数的设计将问题构造成网络势博弈.提出了一种基于时变Log-linear学习的分布式求解方法,并利用非齐次马尔可夫链理论对收敛性与最优性进行了证明.仿真对比实验证明了所提算法的可行性、有效性和优越性.     

磁致伸缩薄膜-基底悬臂梁微致动器的设计与优化

从最基本的力学平衡方程出发获得了适应于任意磁膜/基底厚度比、自由端施加点荷载的磁膜-基底悬臂梁系统弯曲问题的严格解, 针对材料的几何参数和物理参数着重分析研究了构成微致动器悬臂梁的设计与优化问题, 给出了微致动器应用的最佳条件, 并澄清了一些理论问题. 结果表明: 当基底厚度固定时, 磁膜和基底厚度之比越大, 悬臂梁的带载能力越强, 即输出力越大; 而当悬臂梁整体厚度固定时, 其自由端的输出力将出现唯一的极大值, 此极大值随着材料强度比的增加将减小, 同时相应的厚度比将减小. 无论是基底的还是整体的厚度固定, 悬臂梁中两种材料的Poisson比对其自由端输出力的影响都很大, 不可忽略.     

单一风电场的短期负荷调度优化策略

随着并网风电场数量迅速增加,单一风电场的调度水平需要提高.如何优化一个周期内风电场机组运行的数量与启停方案,迫切需要研究.针对风电场机组数量众多,调度方案解维数过高的问题,分析风电场机组负荷特性,提取机组负荷特征矩阵,运用FCM模糊聚类算法对风电场机组群进行分类;定义风电场机组运行相对损耗指标和启停相对损耗指标,在风功率预测的基础上,根据总调度指令,应用非线性规划理论建立风电场机组组合优化模型,运用模糊聚类算法和遗传算法相结合对模型进行求解.所建立模型和相应求解方法克服了风电场机组调度解维度过高带来的困难,获得了连续时期的风电场全部机组优化调度.最后,通过算例分析计算了某45MW风电场的多目标机组优化调度,验证了所提出算法的可行性和有效性.     

交叉敏感情况下多传感器系统的动态特性研究

讨论了具有交叉敏感的传感器组成的多传感器系统的动态特性及其对系统检测精度的影响. 提出了将该多传感器系统看作一个线性滤波器与一个无记忆非线性函数的串联系统, 即Wiener系统, 把后续的信息融合系统看作一个无记忆非线性函数与一个线性滤波器的串连, 即Hammerstein系统. 在静态标定的基础上, 用盲解卷积技术求得Hammerstein的线性滤波器系数矩阵. 针对盲解卷积技术复现信号幅值不确定性的缺点, 提出了一种根据逆滤波器系数矩阵与静态标定的线性矩阵的同一性校正滤波器系数矩阵的方法, 以获得多传感器系统的近似逆向动态模型, 提高了多传感器系统在实际检测过程中的检测精度, 降低了动态检测结果失真度, 满足了实际情况的需要. 最后的仿真结果表明, 输入信号频率接近采样频率1/10时, 用盲解卷积技术获得的幅值复现误差是未经过动态补偿的幅值复现误差的1/20, 是各传感器单独动态补偿后幅值复现误差的1/2, 快速性提高了2倍. 金属氧化物半导体甲烷传感器的动态补偿结果表明, 在温度阶跃响应下, 补偿后的甲烷检测误差小于补偿前的1/2, 因此这种方法拓宽了多传感器系统的带宽.     

多工况拓扑优化问题的一种新解法——导重法

将导重法引入两类多工况拓扑优化问题的求解.首先介绍了导重法及其拉格朗日乘子的求法,并用对偶方法对多约束优化问题的拉格朗日乘子求法进行了改进;然后推导了用导重法求解最小柔度拓扑问题和最小质量拓扑优化问题的迭代公式并计算了相应的算例.算例计算结果表明,采用导重法求解多工况拓扑优化问题具有迭代公式简单、收敛速度快、求解效果好的优点.通过与Ansys中采用的SCP方法的计算结果进行比较可以看出,导重法是求解拓扑优化问题的一个行之有效的方法,它为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径.     

应用于热光伏电池的一维Si/SiO_2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率.针对锑化镓(GaSb)电池热光伏系统的光谱控制要求,选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构;重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配,对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构;采用光学镀膜技术加工了滤光器结构,并测试其光谱特性,根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度.最后,测试了滤光器的抗高温性能.     

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.     

二阶锥规划方法对于时空域滤波器的优化设计与验证

时域滤波器和空域滤波器在信号处理领域具有广泛的应用．到目前为止已经有针对这些问题的大量优化设计准则，求解方法也各不相同，这些方法还存在缺点与不足，值得改进．提出了时域和空域滤波器优化设计的通用优化准则框架，将现有的大多数FIR滤波器优化设计问题、波束形成器优化设计问题纳入该统一的优化框架体系．研究发现，这些优化设计问题都可以转化成二阶锥规划的形式，然后利用已有的内点方法求解．该二阶锥规划方法具有非常大的灵活性，除了能实现现有文献中方法的功能外，还能克服它们对多个性能指标之问不能同时兼顾的缺点．还进一步运用二阶锥规划方法进行时、空域二维滤波器优化设计与矩阵空域滤波器设计．仿真实验结果验证了二阶锥规划方法的有效性．     

一类高速采样不确定系统的混合H2/H∞滤波

研究了含有多面体参数摄动Delta算子系统的混合H2／H∞滤波问题，目的是寻找一个稳定的线性滤波器，使得滤波误差系统在不同滤波通道具有不同性能准则．利用参数依赖型Lyapunov函数方法，提出了新的混合吼，巩性能准则．基于该准则，采用线性矩阵不等式技术推导了此类系统全阶混合H2/H∞滤波器存在的充分条件，并通过求解一个凸优化问题设计滤波器．研究结果表明该方法具有较低的保守性．数值示例验证了所提方法的可行性．     

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.     

一种基于证据理论的结构可靠性优化设计方法

针对包含认知不确定性的结构可靠性问题,提出了一种基于证据理论的可靠性优化设计方法.首先,在优化过程中基于代理模型对迭代点处各约束进行可靠性分析,计算其似真度;其次,通过证据变量均匀化方法构造了一种证据理论可靠性的近似梯度计算方法,从而可采用基于梯度的常规优化算法进行优化求解;最后,数值算例和工程算例表明了本方法的有效性.     

应用于热光伏电池的一维Si／SiO2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率．针对锑化镓（GaSb）电池热光伏系统的光谱控制要求，选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构；重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配，对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构；采用光学镀膜技术加工了滤光器结构，并测试其光谱特性，根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度．最后，测试了滤光器的抗高温性能．     

月地高速再入返回飞行器测控系统设计与实现

月地高速再入返回飞行器测控系统负责完成遥控、遥测及测距功能,并配合地面完成探测器测定轨及返回器搜寻工作.针对飞行器构型布局复杂、返回器重量资源受限及再入速度高的难点,通过异频半空间组阵设计实现了测控全空间覆盖;通过系统集成化及单机轻量化设计解决了返回器资源受限问题;合理设计了应答机锁相环路带宽以适应高速再入捕获要求.本文给出了月地高速再入返回飞行器测控系统方案以及相关测控关键技术,并对再入返回测控系统在轨飞行结果进行介绍.     

FFH/MFSK噪声归一化合并接收机在部分频带干扰Rayleigh衰落信道下的性能分析

快速跳频系统能减少干扰对系统性能带来的性能损伤.文中分析了快速跳频M元频移键控(FFH/MFSK)噪声归一化接收机在部分频带噪声干扰非频率选择性Rayleigh信道下的性能.不同于以往的研究结果,利用数值计算的方法来近似计算误比特率,文中采用复变函数的相关理论,给出了误比特率的闭合表达式.最后对系统性能进行了仿真,仿真结果与理论分析结果完全一致;系统性能不会随着分集度的不继增大而持续变好,而是存在一个最佳分集度;最佳分集度的大小随着信道条件的变化而不同;增大系统的调制阶数会提高系统性能.     

基于区间的风机系统翼型气动性能不确定性优化

针对样本数据少、信息缺乏的工程问题,研究了一种风机翼型气动性能区间的不确定性优化方法.通过建立区间模型非概率可靠性指标,在Kriging近似模型基础上,构建了稳健性优化模型.并采用了双重优化求解策略进行求解,以提高优化效率.为了提高叶型造型的拟合精度,采用五项多项式方法对翼型各截面进行参数化建模.通过和试验结果进行对比可知,该方法可满足风机气动性能优化精度要求.该方法为风机气动性能优化提供了新的途径,为轨道交通风机系统节能减排的市场实用化奠定了基础.     

气体模型对火星进入器边界层特征参数及转捩预测的影响研究

湍流转捩是影响飞行器热环境的重要因素,本文针对火星进入器进入过程中面临的边界层转捩问题,建立了基于转捩准则的光滑/粗糙壁面火星大气边界层转捩预测方法,分析了气体模型以及壁面温度约束对边界层特征参数及进入器转捩特性的影响,给出了一个典型火星进入器外形在光滑壁面及粗糙壁面条件下的转捩特性.研究结果表明,二氧化碳的离解反应及...