模拟生态平衡机制的牵制平衡算法及其应用研究

为扩展仿生算法在求解工程设计优化问题方面的应用,模拟自然界的生态平衡机制,提出了一种新的仿生算法——牵制平衡算法．该算法以种群个数对应设计变量的维度,以种群规模对应设计变量的值,以物种间的牵制关系为优化驱动力,以系统达到稳态平衡为优化目标,构造了自成长函数、牵制函数和算法机制．通过对算法进行收敛性测试、不同基础资源测试和多物种求解测试,验证了算法的有效性．以三个工程设计问题为比对实验案例,实验结果表明：与现有算法相比,牵制平衡算法在这些问题中皆能获得优解,是一种具有实用性和竞争力的新算法．     

一种针对采用冲压发动机的远程空空导弹末段制导算法研究

本文针对采用冲压发动机的远程BTT空空导弹末段制导算法进行研究,在导弹非线性俯仰-偏航-滚转三通道模型基础上,通过数值解算两点边界值方法研究非线性模型的弹体加速度控制指令和滚转角速率控制指令的最优算法。本文采用多时间尺度技术解决了BTT导弹弹体在滚转变化过快时的近优控制指令。系统仿真结果表明在小噪声干扰情况下,导弹可直接命中目标,制导算法具有一定的应用价值。     

近距空中支援作战对武器弹药的需求研究

近距空中支援作战在现代战争中的地位日益凸显,是各军种联合作战的基本战术。武器弹药是近距空中支援作战实施毁伤目标的核心环节。近距空中支援的实施对改变地面作战的战场态势具有重要作用。针对历次战争的作战效果及经验教训,分析了近距空中支援作战对武器弹药的应用情况,针对现代近距空中支援作战的需求,描述了武器弹药精确制导、低附带毁伤、智能协同打击的发展趋势,总结了武器弹药对近距空中支援作战的作用,为未来近距空中支援作战对武器弹药的选择提供了依据。     

多连杆混联仿生腿式起落架设计与着陆实验研究

针对垂直起降飞行器对着陆场地的硬度及平整性要求高、传统起落架智能化程度低的问题,设计了一种基于多连杆混联机构的仿生腿式地形自适应起落架。本文首先针对单腿的设计构型进行驱动力矩分析与机构优化,在此基础上完成结构设计。其次基于设计构型提出了相应的驱动与运动控制算法,建立控制系统,并针对四腿机构进行着陆仿真。最后以多旋翼无人机为对象,设计了一套仿生起落架系统,与多旋翼无人机形成了整体的验证平台,实现地形识别-飞控-多腿控制融合设计,完成了搭建结构化地形的自适应着陆实验。研究结果表明,多连杆混联式仿生起落架设计方法可应用于垂直起降飞行器起落架的设计中,可完成设计载重的斜坡、台阶、凹凸地面等复杂地形的着陆,具备自适应着陆的能力。     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

仿生四足机器人对角步态规划及稳定性分析

本文以仿生四足机器人作为研究对象,为改善对角步态的稳定性,提出了通过改变对角步态中支撑足的初始位置来提高机器人运动稳定性的方法。通过支撑足位置参数n来改变其初始支撑位置,仿真表明:n从0开始递增直至0.3,稳定性逐渐提高;在 n=0.3附近翻转角达到最小,机身偏转最小,稳定性最好;n>0.3之后稳定性又逐渐减弱;此外在步态规划中研究发现以复合摆线作为足端轨迹相比于椭圆曲线更有利于机器人行走的稳定性。仿真与实验证明了该方法的准确性以及可行性。因此,通过调整支撑足的初始位置以及选择复合摆线作为足端轨迹能使机器人的稳定性有较大提高,为仿生四足机器人的对角快速稳定行走奠定基础。     

仿生球体形态对高速磁浮列车减阻的影响

采用基于SST k-ω双方程的IDDES湍流模型,在高速磁浮列车流线型部位设置不同形态的仿生球体结构,对其减阻性能进行瞬态模拟。研究结果表明：仿生球体结构不仅可以有效降低尾流流速,削弱尾流的整体强度,而且能够约束尾涡的发展,减小尾涡的辐射范围;球体结构减小了尾车流动分离位置处的高速流区面积,并有效延缓了湍流的猝发性,使得湍流强度降低,边界层厚度变窄;仿生球体结构对列车风产生一种吸附作用,使得高速区被集中在距离尾车鼻尖更近的部位,尾流的流速波动变小;球体形态差异对流场结构的影响较大,与凸包形态的球体结构相比,凹坑形态的球体结构对尾流强度的削弱作用更显著,对流动分离位置边界层的作用效果更好,对列车风的吸附能力更强;凸包形态和凹坑形态的仿生球体结构可分别减小7.64%和14.58%的尾车气动阻力,但会分别增大2.33%和1.16%的头车气动阻力。     

面向软体机器人的新型变刚度技术研究进展

 软体机器人具有多样的运动自由度和良好的环境适应性,而低刚度限制了其实际操作的承载能力。因此,发展面向软体机器人的变刚度技术是当前研究的前沿热点问题。综述了近5年新型变刚度技术进展,分析了其工作原理（静电吸附原理、层干扰原理、自锁折纸机理、电/磁流变原理和最小势能原理）、变刚度性能及实际应用。讨论了当前变刚度技术的挑战和未来的发展方向,并探讨了新一代变刚度技术的潜在研究价值。     

激光制导炸弹的神经网络鲁棒控制

针对激光制导炸弹滚转控制通道的时变特性,基于神经网络具有定性和定量多模态控制能力能够实现多个常规控制器的功能,融合炸弹投放过程中的多种工作状态参数信息,设计了非线性神经网络控制器,给出神经网络控制器与常规控制器的功能等价性分析。该控制器具有鲁棒性,能适应时变系统参数大范围的变化,而且方法简单,实现容易。利用该方法对某型激光制导航空炸弹进行仿真,并与炸弹的变结构控制器相比,从根本上解决了变结构控制器的抖振问题,结果表明,该神经网络控制器具有良好的控制性能。     

多约束多输入拦截器姿轨一体化复合控制

针对临近空间动能拦截器，提出了一种高精度、低能耗的姿轨一体化复合控制方法。首先，基于拦截器运动学、动力学方程、执行机构特性及全捷联导引头结构，建立了全捷联姿轨复合控制拦截器制导控制系统模型；其次，利用反正切函数设计了包含体视线角约束的映射函数，并针对姿轨耦合问题，结合高阶滑模控制设计了姿轨一体化复合控制律，在满足体视线约束和交会角约束的同时，完成了多个控制任务；最后，基于李雅普诺夫稳定性理论证明了控制律控制下系统的稳定性，并通过仿真验证了一体化设计方法的优越性、映射函数约束的有效性，以及控制律的鲁棒性。