Dynamic Optimization Algorithm for Flying Trajectory of a Free-flying Space Robot

A new method of dynamic optimization for the flying trajectory of a free-flying space robot based on its flying motion characteristics is presented. The continuous flying trajectory is broken into a number of segment and the control efforts and the duration of the segment are chosen as the optimization parameters. The objective function is made by using the weighted sum of the fuel used and the time spent, and the constraint equations are selected. Finally, the internal point punishment function method is adopted in the optimization program, and the results of computer simulation are given.     

基于物理规划的弹道多目标优化

针对加权系数法求解弹道多目标优化问题时不能获取非凸Pareto非劣解,并且主观依赖性严重,难以选取合适的权值的问题,将物理规划引入弹道多目标优化中,建立了基于物理规划的弹道多目标优化模型,详细分析了基于物理规划的弹道多目标优化方法的求解流程,指出了该方法的优点. 最后分别采用加权系数法、最优控制方法以及本文所提方法进行拉平段弹道多目标优化. 优化结果对比研究表明,物理规划法效率更高,结果更好,对初值不敏感,鲁棒性更强,并且有利于获得非凸Pareto非劣解,从而体现了所提方法较强的工程实用价值.      

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.      

电力线路巡检飞行机器人三维轨迹生成方法

在马尔可夫模型的基础上,研究了一种电力线路巡检飞行机器人的轨迹生成方法.结合电力线路巡检飞行机器人控制的基本标准并利用三维空间的高度分层,提出了一种基于状态聚类方法的分层马尔可夫决策过程模型.在飞行机器人原有轨迹上,得到一种符合其动力学约束的飞行轨迹.最后,利用电力线巡检飞行机器人仿真实验工具,把该方法策略应用于其中,验证了其有效性和正确性.     

氯化橡胶密闭系统中喷雾干燥的建模与优化

研究了氯化橡胶喷雾干燥生产过程的建模与优化。干燥过程中采用闭路循环［１］能回收有经济价值的溶剂，减轻环境污染，降低能耗，而且可提高设备效率及产品质量。通过模拟液滴在空气中的飞行轨迹来建立模型，估算塔径与塔高；并在计算中采用解析数值方法取代列线的图解积分方法，使之更接近所提出的物理模型，最后对此模型进行分析评价。     

滑翔式飞行器高空自适应跟踪制导控制方法

针对具有较大机动能力的滑翔式高超声速飞行器在复杂高空环境再入的问题,提出了一种基于LQR （线性二次调节器）的多状态自适应跟踪制导方法.该方法基于飞行器量纲一化的再入运动模型,考虑滑翔式飞行器各特征参数和飞行约束设计出基本安全飞行走廊,用拟合法将标准弹道综合成航程-高度-速度-航迹角函数.然后设计了基于LQR的多状态跟踪制导律,并采用多项式拟合法实现全弹道制导律的增益调度函数;形成了一套完整的滑翔式飞行器再入过程基于标准轨道的多状态LQR制导方案设计.并通过仿真计算,验证了该制导方法,表明该方法是有效、高精度的飞行器高空自适应跟踪制导方法.      

飞行动目标RCS可视化计算

通过动力学方程和运动学方程计算飞行动目标的飞行轨迹,利用飞行扰动模型计算飞行过程中的飞行随机抖动,将图形电磁计算的方法推广到计算飞行动目标的雷达散射截面,并比较了考虑随机抖动前后的计算结果.     

Mission planning of the flying robot for powerline inspection

Mission planning is an important step in the powerline inspection flying robots. To deal with the tasks of powerline flying robots, a flying robot mission-planning system is established based on the unmanned mini-helicopter model described in this paper. It can determine the best checking order, the optimal space path and the best flight trajectory. The objective function and the constraints are described by establishing the mathematical model, and the mission-planning system is decomposed by using the tiered methods. Multi-agent technology is chosen to solve the mission-planning issue. Finally, simulation is conducted to verify that the mission-planning system is feasible and efficient.     

引入PSO加速因子和个体认知的改进蝙蝠算法

针对蝙蝠算法后期收敛速度慢,易陷入早熟收敛,求解精度低的缺点,提出一种引入粒子群算法中的个体认知与加速因子的改进方法。该方法增加了蝙蝠的个体历史飞行经验,提高了个体自主性,以避免群体经验过度影响带来的进化能力丧失;利用加速因子对速度的控制,增加蝙蝠的可飞行范围,提高搜索能力,加快收敛速度。最后选取标准测试函数对设置不同加速因子的改进算法进行仿真验证,并与基本蝙蝠算法进行对比,结果显示改进后的算法在收敛速度和求解精度上有进一步提高。     

基于粒子群算法的固定时间多约束无人机轨迹规划

针对粒子群算法在轨迹规划时,将无人机视为质点,未考虑无人机的飞行时间、角度等参数的不足,提出一种数值方法结合粒子群算法的轨迹规划求解方法。首先,考虑到对每个时刻控制变量进行优化会耗费大量的时间,将无人机的飞行时间离散为一定数量的切比雪夫配点,在这些离散的配点处优化控制变量以减小计算负担;其次,将角速度作为控制变量,运用曲线拟合求解出角速度与时间的函数,经过积分求出无人机的角度、位置与时间的函数;再次,将结果代入粒子群优化模型并结合无人机运动学模型进行优化求解,根据分配的时间计算出最终的角速度、角度以及位置坐标;最后,在复杂环境下进行无人机轨迹规划仿真,通过与已有方法的对比,验证所提求解方法的有效性和可行性。结果表明,所提出的轨迹求解方法可以求出包括位置在内的各个运动学参数,规划出光滑的轨迹并且成功避开前进过程中的障碍物。所提方法有效提升了轨迹规划的求解维度,对实现智能自主化飞行有一定的参考价值。     

高超飞行器平滑再入倾侧角优化设计

针对高超声速飞行器准平衡滑翔再入问题,根据再入约束特点,分别把初始段和准平滑段的过程约束转化成为倾侧角约束,并对其交接班问题进行了讨论;在倾侧角约束范围内,设计了倾侧角文件,降低了问题的维数,提高了寻优速度;分别以最大纵程与最小总气动加热为性能指标利用罚函数处理,终端约束,将再入约束问题转化为无约束问题;采用遗传算法寻猜测值、模式搜索法求精确解的方式,提高了寻优精度。仿真结果显示,利用本文设计的倾侧角文件规划出的轨迹,能够很好的满足再入过程中的各项约束,且再入轨迹平稳,可为再入轨迹和覆盖区的研究提供参考借鉴。     

简易修正弹末段弹道修正能力分析与优化设计

该文以脉冲发动机作为某型迫弹修正执行机构，进行末段弹道修正研究，建立了简易修正弹道模型，给出了脉冲选择和点火算法方案，分析了影响修正能力的关键因素，确定了优化设计数学模型。通过采用Poweu优化算法结合外点罚函数法进行了仿真计算，结果表明：该文给出的修正机构数学模型对简易修正弹的结构研制和性能改进具有实用价值。     

美军标1797飞行品质规范分析

利用1797品质规范检验现役某第三代战斗机飞行品质过程中,在确定瞬时峰值比、上升时间时,认为通过利用高阶系统传递函数求出的时间响应特性得出的结果更合理;提出了一种利用优化技术确定尼尔一史密斯准则的方法,取得了满意的效果;通过把计算与所反映的飞机实际飞行品质进行比较,发现该规范对短周期飞行品质的某些要求过严,应用时需做某些具体指导和调整。     

基于单星观测的双损失函数弹道估计方法

针对没有标准弹道模板先验信息支持的情况下,单星观测弹道估计问题中观测信息不全,无法直接进行弹道估计,并且在使用残差大小作为优化标准,收敛不确定问题,提出了采用双损失函数的确定性弹道估计方法。利用基于观测量的损失函数和基于高度偏差的损失函数联合搜索确定弹道中两点高度,从而确定弹道平面方向,保证系统确定地收敛到最优解。通过数值仿真验证了算法的有效性。     

基于拟能量的高超声速飞行器再入轨迹优化

考虑高超声速飞行器再入过程总加热量最小,基于拟能量将单段轨迹优化转化为多段轨迹优化问题,采用非等间距控制变量参数化方法对每段轨迹分别优化.高超声速飞行器再入轨迹必须满足热流率、动压和过载3个约束.通过把控制变量参数化,同时引入时间尺度变换和不等式约束转化方法,将轨迹优化问题转化为含有约束的非线性规划问题.基于拟能量概念,将再入轨迹进行了分段优化,以4段为例进行了仿真,计算时间比单段情况下缩短了约50%.     

基于改进粒子群算法的方案飞行弹道优化设计

研究导弹方案飞行弹道的优化问题.在对方案飞行弹道优化本质特征进行分析的基础上,针对爬升-转弯段弹道提出了一种基于粒子群优化算法的方案弹道优化算法.该算法引入罚函数法和权系数法构建综合的目标函数,采用非均匀B样条方法实现控制规律的参数化,采用改进的具有动态初始化策略的粒子群优化算法进行寻优计算.仿真算例及结果表明,该方法结构清晰,具有较好的通用性,优化后的方案飞行弹道满足约束条件.     

Aerodynamic configuration optimization by the integration of aerodynamics,aerothermodynamics and trajectory for hypersonic vehicles

The problem of aerodynamic configuration design optimization is a multidisciplinary design optimization （MDO） problem, and recently the MDO method is widely adopted in the field of hypersonic vehicle configuration design. From the aerodynamic point of view, the aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory are considered in this paper. Generally speaking, the aerodynamic characteristics, aerodynamic heating and trajectory are determined by the aerodynamic configuration and the design of flight trajectory. The design method considering these three disciplines is proposed. The parametric geometrical configurations are proposed, and the aerodynamic characteristics are predicted by the rapid and effective engineering method. The optimization of aerodynamic configuration considering the integration of aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory is investigated based on the parametric geometrical configuration. Maximum lift-to-drag ratio, maximum range of the trajectory and minimum total heat load of the stagnation point are chosen as the three optimal goals. The detailed research indicates that the optimal configurations and trajectories with different weighting factors can be obtained by the optimization, and there are obvious differences between them. The optimal configuration and flight trajectory obtained by the optimization can be used as the feasible schemes in the future work.     

GPS/SINS制导炸弹建模与弹道仿真

针对某型制导炸弹控制系统的研制需求,应用全弹道建模方法,建立了炸弹完整的数学模型.根据射程和命中精度的要求,提出了弹道设计思路,在滑翔段采用给定俯仰角飞行的方法,使炸弹尽快脱离跨音速飞行状态;在俯冲段采用比例导引法,导引炸弹命中目标.在VC 6.0环境下,运用OperGL图形库,开发了弹道仿真软件,该软件能实时、直观地显示了制导炸弹飞行的全过程及相关的飞行参数.仿真结果表明:所设计的弹道具有射程远、精度高的特点,有较高的实用价值.     

多级固体运载火箭总体/弹道/轨道一体化设计与优化

针对小型多级固体运载火箭,设计了合理的飞行轨迹,并综合分析弹道设计、轨道设计和总体特性相互作用,建立了总体/弹道/轨道一体化优化设计数学模型。应用自适应模拟退火法、虎克直接搜索法、多岛遗传算法、逐次近似法和有向启发式搜索法,针对300 km LEO轨道进行了多级固体运载火箭总体/弹道/轨道一体化优化,并比较了5种算法优化结果。计算表明：所建立的一体化优化设计模型是合理的;总体参数优化结合轨迹优化最大程度地挖掘了运载火箭整体设计性能,并且优化设计效果明显,优化所得变轨消耗推进剂质量比原方案减轻了12%。该模型和软件也可推广应用到其它固体火箭的方案论证和初步设计过程中。     

基于改进鲸鱼优化算法的码垛机器人时间最优轨迹规划

码垛机器人在运行轨迹过程中所消耗的时间直接影响到了其工作效率,针对码垛机器人的轨迹规划的时间问题,提出了一种改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。在基础的鲸鱼优化算法基础上,利用混沌映射初始化种群,引入自适应的权重和改进收敛因子,以提高算法的求解精度、收敛速度和全局搜索能力。首先,根据 D-H 参数法建立机器人的运动学模型;其次,在关节空间中利用3-5-3次多项式插值函数对机器人末端执行器经过的路径点进行规划,然后采用改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。最后通过 MATLAB软件进行效果仿真和对比。结果表明,与其它同类的算法相比,改进的鲸鱼优化算法的求解精度更高,收敛速度更快。将该方法与轨迹优化结合,与未采用算法优化的3-5-3多项式轨迹规划所需要的运行时间相比缩短了22.46％,且各个关节轨迹平稳连续,验证了该轨迹规划方法的有效性。