基于多agent系统的舰艇编队防空辅助决策系统

提出基于多agent系统(multi-agent system,MAS)技术的分布式编队防空辅助决策系统基本框架。在目标信息共享和平台间实时作战参数交换的前提下建立了基于平等协商的分布式目标协商算法,混合运用Ta-bu搜索算法和基于规则的计划算法。在目标分配协商中,采用~Brown算法通过agent之间平等协商进行目标分配。在本舰防空计划中,采取软/硬防空计划并行比较消解冲突,实现本舰软/硬防空武器防空计划的协调。     

基于虚拟领航者的UUV空间编队方法

针对多无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)的空间编队问题,将UUV编队中的领航-跟随法和行为法相结合,提出了基于虚拟领航者的UUV空间编队方法.将虚拟领航者替代真实领航者,结合每个个体UUV的行为控制,并将传统的人工势场法推广到三维空间下,来实现UUV的编队控制.该方法在确保了多UUV系统的简单结构的前提下,同时增加了系统的可靠性,且系统保持分布式并行处理的特点.通过对编队队形保持及变换、编队避碰和编队地形勘测3种案例的仿真验证了所提出方法的有效性.     

改进Quatre算法的无人机编队快速集结方法

为了提高多无人机在编队集结过程中的稳定性, 提出基于改进拟仿射类进化(improved quasi-affine transformation evolutionary, IQuatre)算法的无人机编队集结方法。首先, 基于分布式模型预测控制(distributed model predictive control, DMPC)建立无人机编队的运动预测模型, 通过预测无人机的“未来态”规避编队内碰撞风险, 滚动优化的数学模型提高了无人机到达指定位置的稳定性, 使得无人机更好、更快地加入编队飞行; 其次, 对Quatre算法进行种群优化改进, 将携带最优基因的父代个体有选择性地加入子代种群, 加快种群收敛。实验结果表明, 基于DMPC的无人机编队集结未出现碰撞情况, 减小了无人机调整状态过程中出现的位置偏差; 对比仿真验证了IQuatre算法能够提高编队集结的稳定性, 较原Quatre算法减少了5.2%的平均迭代次数, 在计算时间上节约了4.6%, 位置误差减小了0.45 m。     

面向货车编队的水泥混凝土路面结构拓扑优化设计及验证

货车编队的渠化交通荷载对路面结构提出了高承载力及精细化设计需求。结合拓扑优化理论，基于变密度法、拓扑梯度法与移动渐近线法，提出了面向水泥混凝土路面的结构拓扑优化算法；分析货车编队轮迹偏移特征，利用数值计算设计了面向货车编队的水泥混凝土路面拓扑优化原型结构；从力学性能角度通过室内缩尺试验探究了拓扑优化原型结构的合理性。结果表明，对于轮迹零偏移和15 cm偏移范围的两种荷载分布，拓扑优化原型结构最大疲劳应力分别为传统结构的45.0%和37.5%，同时其质量分别为传统结构的34.3%和30.5%；试验测得的拓扑优化原型结构的最大疲劳应力与理论计算值相近，且相较于传统结构，其极限承载力提升了18.3%，证明了设计方法的有效性。     

有单一虚拟领导者的时延编队一致性

引入一种有单一虚拟领导者的存在通信时延的二阶多智能体编队控制模型,分析了时延对编队一致性的影响。通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,综合运用LMI方法,推导证明了有单一虚拟领导者的时延编队系统取得一致的条件。证明过程中引入自由权矩阵的思想,得到了系统取得一致性的时延的上界和相应的自由权矩阵。数值实例和仿真结果表明了方法的有效性。     

基于K-means聚类的多智能体跟随多领导者算法

为防止多智能体集群跟随多个领导者时编队混乱，提出了3种K-means聚类算法，将集群分成与领导者数量相同的社区，社区内的智能体将跟随同一领导者。所提出的3种算法中，算法1适用于智能体分布空间广的场景，系统达到一致性所需时间最短；算法2则适用于智能体分布稀疏的场景，可有效避免智能体碰撞等危险；算法3则大大降低多智能体集群的控制成本，但将会牺牲系统的收敛速度。相较于传统预先对智能体编号，领导-跟随关系固定的方法，本文提出的分簇方法使系统收敛时间更短，且有效应对中途任务变更的情况，可快速分配给智能体新的合适任务。     

模型不确定下无人艇编队鲁棒自适应循迹控制

针对存在外界环境干扰和模型中不确定性的编队问题,设计了鲁棒自适应控制.通过计算预定路径上的期望点与船舶当前位置之间的偏差,使用反步法设计路径跟随子控制器,保证每艘无人艇在水平面中沿着参考路径行驶.编队协调子控制器采用鲁棒自适应控制方法设计,通过调整跟随艇的速度以实现设定的编队队形,同时自适应地估计出外界环境力和由模型参数不确定导致的系统不确定项的界值.仿真结果验证了所提出的路径跟随编队控制方法的有效性.     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

基于星载双频GPS的长基线卫星编队高精度快速星间相对定位

国际全球导航卫星系统服务(international GNSS service,IGS)精密星历产品的产生时间较长和一阶差分电离层延迟影响是长基线卫星编队利用星载双频全球定位系统实现高精度快速星间差分相对定位存在的两大问题.针对上述问题,提出了一种基于IGS超快速星历的动力学单差消电离层组合相对定位方法,该方法利用IG...     

卫星编队飞行碰撞预警策略仿真研究

针对近地圆轨道编队卫星碰撞预警问题,建立了仿真想定。提出了以拟最大瞬时碰撞概率为检测指标的碰撞预警策略,利用典型轨道仿真验证了策略的有效性。拟最大瞬时碰撞概率的计算,需要求解预警时间段内编队卫星间的最小距离和发生时刻。通过对距离平方的导数函数的分析,提出了一种变尺度直接逼近算法,用于寻找距离函数的极点,从而完成极小值的求解。对典型轨道的仿真结果显示：变尺度直接逼近算法能够完成距离函数最小值的求解。的研究成果将对卫星编队碰撞预警的工程化提供有益的参考。