基于强化学习的多智能体系统目标围捕控制

针对多智能体系统目标围捕问题，提出了基于强化学习的目标围捕控制方法。首先，对多智能体系统进行马尔可夫博弈建模，设计能够控制系统到期望围捕状态并满足避障要求的势能函数，将模型控制与强化学习原理结合，利用势能模型引导的改进多智能体强化学习算法进行围捕。其次，在已有势能模型的基础上建立跟踪围捕和环航围捕2种围捕策略。前者通过设计速度势能函数实现多智能体一致跟踪。后者加入虚拟环航点，设计虚拟环航点势能函数实现期望环航。最终，仿真验证了多智能体强化学习围捕控制策略的有效性。     

耦合升沉运动的七叶侧斜螺旋桨空泡性能研究

为建立有效的预报耦合升沉运动的螺旋桨空泡性能的方法,并基于该方法分析升沉运动对螺旋桨空泡性能的影响,基于RANS方法对耦合升沉运动的七叶侧斜螺旋桨的空泡性能进行了数值模拟,螺旋桨的升沉和旋转运动耦合采用自定义运动方程实现,其中升沉运动简化为简单正弦函数。非定常流场中网格和物理信息的传递采用重叠网格技术实现。将非定常流动中螺旋桨(DTMB 4381)的空泡计算结果与试验结果及现象进行了对比,验证了数值计算模型的准确性。计算中对不同升沉运动周期下的螺旋桨非定常推力及扭矩系数进行了分析,同时对螺旋桨的空泡性能进行了实时监测。计算结果显示,升沉运动使螺旋桨的推力和扭矩系数的非定常特性更加明显,同时导致螺旋桨各叶片上的空泡分布不均匀;升沉运动周期越小,上述现象越明显。同时较小升沉运动周期时,推进系数和空泡面积均为周期性变化,其变化周期均为升沉运动的1/2,螺旋桨空泡面积最小值较无升沉运动时增大约17%,空泡面积最大值则增大约57%。     

水洞实验图像的一种测量与处理方法

在水洞实验中，由于光线在空气、水和观察窗面板中发生折射，准确实验图像的获取一直是一个难题。本文在大量水洞实验图象测量经验积累的基础上，以水洞模型超空化实验中的超空泡外形测量为例，提出了一种基于计算机图形学的水洞实验图像测量与处理的三步法。该方法不仅可对水洞实验中所拍摄的图像进行修正，消除因不同介质引起的折射误差，而且把图像数据化，可利用计算机对图形自动进行定量处理。经多次应用表明，图像测量与处理的三步法应用方便，具有较高的精度，取得了很好的应用效果。     

基于沉浸边界法的二维拍动翼数值模拟

运用沉浸边界法对二维拍动翼流场进行了数值模拟,系统地分析了最大俯仰角、拍动频率和升沉俯仰运动的相位差等参数对拍动翼流场的影响.结果显示:当达到一定条件时,尾流出现反卡门涡街,使机翼得到正的推力而产生逆流前行的趋势.在本文的研究范围内发现,拍动翼的平均推力系数随最大俯仰角的增大先增大后减小,随着频率的增大而增大,同时,拍动翼的推进效率随最大俯仰角的增大而增大,随拍动频率的增大而减小,且当升沉俯仰运动的相位差在90°～100°之间时,存在着最大推进效率.本文所得结果为进一步研究鸟类飞行和鱼游等仿生力学提供了理论基础.     

仿昆扑翼飞行器的翅膀惯性力分析

用理论模化和仿真试验相结合的方法,研究了昆虫翅膀扑动产生的惯性力和惯性力矩.在昆虫扑翼飞行运动的仿生模拟基础上,研究了翅膀扑动过程中拍动幅度、拍动加(减)速周期、平动迎角和翻转加(减)速周期4个振翅运动参数对翅膀惯性力(矩)的影响.研究表明:微小尺度昆虫高频扑翅产生的惯性力幅值与气动力的幅值大致相当;昆虫翅膀的弦向转动惯量比展向转动惯量近似高一个数量级;翅膀拍动惯性力矩的影响远远高于翅膀转动惯性力矩的影响,而转动惯性力矩是可以忽略不计的;只要翅膀的拍动是对称的,就可认为翅膀的扑动是近似对称的;如果翅膀拍动对称的同时转动对称,就可认为翅膀的扑动是严格对称的,此时翅膀惯性力可以忽略.      

二维机翼非定常运动的涡流场显示——沉浮运动

介绍了在水洞中进行的二维机翼沉浮运动的流动显示实验。实验结果揭示了机翼正弦运动时尾迹涡街的特性以及与Strouhal数的关系；发现了在不同参数下存在三种前缘涡的形式；结合数值计算结果说明了二维机翼沉浮运动中产生非定常推力的机理。     

基于STDP奖励调节的类脑面向目标导航

动物具有优秀的空间自主定位导航能力，能够实现在无先验环境信息下的导航定位和导航决策过程。针对智能体在连续空间中面向目标导航问题，研究了一种基于生物学放电时间依赖可塑性学习规则的智能体面向目标导航算法。首先分析了动物面向目标导航决策过程中的生理学机理，在此基础上，构建了基于脉冲神经网络的位置细胞和动作细胞模型。动作细胞间权值采用横向竞争模型更新，通过环境奖励信号的更新，采用放电时间依赖可塑性学习规则对位置细胞前馈动作细胞模型的突触权重进行权值调节，利用动作细胞群的脉冲放电现象表征智能体运动方向和速度。最后，对所提算法进行了仿真实验验证。仿真结果表明，所提出的类脑面向目标导航算法能够在单障碍环境中实现30 ms左右的规划速度，相比传统强化学习Q学习方法平均路径规划长度缩短了15.9%。     

针对超临界翼型气动修型策略的强化学习

强化学习是一类用于学习策略的机器学习方法,通过模拟人的学习过程,与所处环境不断交互来学习动作策略,用以获得最大累积回报。以设计师在翼型气动设计中的增量修型过程为例,给出强化学习在气动优化设计中的要素定义和具体算法的实现。研究了预训练中选择不同示例对预训练和强化学习结果的影响,并将强化学习得到的策略模型在其他环境中进行了迁移测试验证。结果表明,合理的预训练能够有效提高强化学习的效率和最终策略的鲁棒性,且所形成的策略模型具有较好的迁移能力。     

基于强化学习的无人机空战机动决策

针对一对一空战中无人机机动决策问题,提出了一种基于强化学习的无人机空战机动决策方法。在强化学习的框架下,分析表征空战态势的各主要因素,建立空战优势函数并以此作为强化学习回报值的基础;设计空战机动决策的动态模糊Q学习模型,对空战机动决策的状态空间进行模糊化作为强化学习的状态输入;选取典型空战动作作为强化学习基本行动,通过各模糊规则的触发强度加权求和实现连续行动空间的覆盖。相对于传统方法,本方法具有更强的鲁棒性和自主寻优性,在不断的仿真和学习中无人机所做的决策水平能够不断提高。     

海鸥翼折转运动的数值模拟及分析

扑翼的非定常流动及气动特性分析对微型飞行器设计具有重要意义。本文采用动态混合网格技术以及非定常数值计算方法,对海鸥翼的拍动过程进行了数值研究。采用基于径向基函数的插值技术实现网格的变形,为了提高插值效率,发展了基于最大物面误差的参考点选择算法。基于文献观测数据建立了海鸥翼的三维模型,并设计了相应的拍动以及变形规律,对拍动角、折转角的影响进行了分析。分析结果表明,折转角可以减小上拍过程的不利影响,对提高整个扑翼周期的时均升力、减少时均阻力和能耗是有益的。进一步通过调整折转的相位来增加翼的折转时间,并减少其展开的时间,对提高扑翼过程的平均气动力特性是有益的。     

基于贝叶斯优化的磁光阱多参数自主优化系统

磁光阱是一种冷却陷俘原子的装置，磁光阱实验参数的优化是冷原子实验中基础且重要的工作，人工手动优化参数需耗费大量时间，且很难确保最终参数是全局最优的。基于贝叶斯优化的机器学习方法是一种对目标表达式未知、非凸、多峰的量子物理系统进行参数优化的有效方案，该过程通常远快于人工手动调节，且有更大概率找到全局最优值。提出了一种基于贝叶斯优化方法的冷原子多参数自主实时优化实验方案，该方案通过成本函数构造、控制程序编写、贝叶斯算法优化等形成一个可自主优化的闭环系统。实验结果表明，经过约30 min的迭代优化，所提方案可有效完成磁光阱系统的多参数优化，并得到最优的实验结果；所提方案验证了贝叶斯优化方法在多参数物理系统中应用的可行性，通过改进成本函数，还可应用于其他的复杂多参数实验物理系统最优参数快速确定。     

面向成本的飞机结构优化设计

基于协同优化方法,建立了面向成本的飞机结构优化设计模型.该模型不同于传统的结构设计中以质量最小或结构效率最大为优化目标,而是以寿命周期成本为目标,通过相同的结构尺寸变量将结构质量与制造成本联系起来.其中以重量表征油耗成本,寿命周期成本模型被简化为制造成本和油耗成本的函数.在iSIGHT优化平台实现了这一结构协同优化的过...     

昆虫翅悬停飞行中的三维空间旋涡结构

昆虫(果蝇)悬停飞行中,翅膀按照特定的拍动方式往复运动,产生非定常高升力维持身体的平衡.研究昆虫高升力机理,需要探索拍动翼运动引发的三维空间非定常流场的特性,尤其是三维空间非定常涡的发展变化过程.本文将氢气泡流动显示技术应用于动态模型实验,定性的观察拍动翼前缘涡(LEV)的发展破裂过程.并利用数字体视粒子图像测速,DSPIV(Digital Steroscopic Particle Image Velocimetry)技术,测得了拍动翼运动瞬时相位和相位平均的三维空间流场信息(速度向量场、截面涡量场、空间涡量场,以及三维空间流线),揭示了拍动翼展向流动的存在,并结合定性和定量方法多角度说明了前缘涡沿展向发展到破裂的流动结构,并说明了侧缘涡与前缘涡的相互影响.测量结果表明:在雷诺数960的情况下,拍动翼运动至相位时,翼面上前缘涡在距翼根约60%展长的位置发生破裂;翼根至破裂点之间,展向流动稳定,指向翼梢;破裂点以后,展向流改变方向,指向翼根.     

一种基于盲同态解卷积的SAR成像自聚焦算法

针对大气扰动及飞行平台不稳引起机载合成孔径雷达(SAR)图像散焦的问题,提出了一种新的自聚焦算法来估算运动误差。该算法是基于运动误差函数及场景散射函数平滑特性的差异来进行估计的,利用复对数变换将图像的幅度与相位信息分离,进而分别对相位及幅度信息进行处理。运动误差通常为慢变函数,而场景的散射信息具有某种随机特性。因此,经过复对数变换后,运动误差及散射信息可以通过滤波器进行分离,将相位中的随机噪声去除,从而保留了慢变的运动误差函数。为了去除噪声信息,需要建立一个平滑滤波器,利用Daubechies小波的尺度函数构造Riesz基向量,从而建立了正交子空间,通过所建立信号子空间及噪声子空间组建平滑滤波器,最终可以获得准确的运动误差。在实验部分,分别利用仿真数据及实测数据对本文方法进行验证,最终结果分析表明该方法具有很高的估计精度及执行效率。     

面向时间协同的多无人机队形变换最优效率模型

针对无人机（UAV）的编队集结、编队保持和编队重构等队形变换问题，从航迹规划的角度提出了一种面向时间协同的多无人机队形变换模型。在时间协同的条件下，选择队形变换的能源消耗与完成时间作为效率衡量指标，对编队集结、编队保持和编队重构进行规划，给出队形变换的最优空间位置。首先，分析了指定队形、无指定位置的编队集结问题，然后，将编队保持问题视为编队整体运动，最后，利用运动分解将编队重构问题分解为编队集结和编队整体运动。基于编队集结、编队保持和编队重构的不同特点，给出了这些具体队形变换下的最优效率计算公式，并进行了仿真实验，实验结果表明本模型可以实现预期的最优效率队形变换。     

基于多要素改进NSGA-Ⅱ的小直径制导炸弹空面打击最优火力分配方法

为了最大化提升小直径制导炸弹对面积目标的打击效率，提出基于多要素改进的非支配排序遗传算法的小直径制导炸弹空面打击最优火力分配方法。考虑制导炸弹的误差散布，运用网格法建立了单枚制导炸弹的打击效率评定模型，从而在此基础上建立了多枚制导炸弹的最优火力分配模型；构建了打击效率最大和用弹量最小的优化目标函数，建立了制导炸弹的最优火力分配模型。通过引入概率选择算子、混合交叉算子、改进精英保留策略对NSGA-Ⅱ算法中的多要素进行改进，增强算法的全局搜索能力，提升算法性能。仿真结果表明，MFM-NSGA-Ⅱ算法能够获得有效的小直径制导炸弹最优火力分配方案，最优火力分配结果对应的用弹量随场景参数的变化而改变，并且本文方法求解质量优于原NSGA-II算法和多目标粒子群算法。     

S1223翼型俯仰-沉浮运动的非定常气动特性分析

扑翼飞行器是未来航空领域的重要发展方向之一,而鸟类、昆虫等自然界的飞行生物所具有的出色飞行能力,为人造扑翼飞行器的设计工作提供了很好的参照。本文以鸟类的扑翼飞行为研究背景,针对简化的二维S1223翼型的刚性俯仰-沉浮运动,对其非定常气动力特性进行了数值研究。研究采用了动态混合网格技术以及非定常数值计算方法。为了提高动态混合网格的变形能力,采用了基于径向基函数的插值方法求解空间点的位移,翼型整个俯仰-沉浮运动周期内计算网格均维持了较好的质量,没有发生网格重构。非定常算法方面,通过约束单元边界面的法向速度从而满足了运动网格下几何守恒律的要求。空间离散采用了二阶的有限体积格式,时间离散则采用了双时间步和BLU-SGS相结合的隐式时间推进策略。计算得到了不同下拍时间、不同拍动角等条件下的升力、推力以及能耗,对其升力、推力产生机制进行了分析,并通过对气动力以及流场进行对比,分析了各拍动参数的影响。计算结果表明,翼型自身的"静态因素"是其产生升力的主要原因,非定常流动对增加升力起到了促进作用,而下拍时间、拍动角等运动参数对翼型的气动性能影响较大。当下拍时间占到整个拍动周期的约65%-70%时,单位能耗下的时均升力最大,该结论和观测数据较为一致。此外,通过对比分析得到了一组具有较好气动特性的拍动角参数,为后续针对三维问题的研究提供了参考。     

支持无人机设计的全寿命周期成本建模技术研究

在无人机设计阶段对相关成本进行分析评估，引入按费用设计理念，对于控制无人机装备指标参数与复杂程度、鉴别高费用设计、修正设计进程、提高标准化程度，进而降低全寿命周期费用，实现技术与经济的最佳匹配，达到最优效费比，将起到极其重要的作用。本文分析了一种无人机全寿命周期成本估算框架，研究了无人机全寿命周期成本体系架构，提出了无人机飞机平台全寿命周期成本估算模型，将该模型在某型无人机上进行验证，可以用于无人机研制过程中的设计方案权衡分析和基于成本的设计优化。     

用广义乘子法求解航天器最优平面再入轨迹

从纵向平面无量纲航天器质点运动方程出发，引入了能量参数对运动方程进行推导，使得运动方程和优化问题易于处理。通过将优化变量转化为分段连续的线性函数和Runge—Kutta数值计算方法，将轨迹优化问题转化为非线性规划问题，应用广义乘子法对其进行数值分析，给出了不同航程要求下．总加热量最小，满足终端要求以及过载、动压、热流约束的航天器最优轨迹，并分析了其特点。     

水洞动态测力和流动显示一体化实验技术

研制能够用于低速水流中的三分量内式测力天平，结合氢气泡(或染色液)方法，在水洞(槽)中实现测力和流动显示实验同步进行的动态实验系统，克服了通常测力和流动显示分别在风洞和水洞中进行，实验条件不同给结果分析带来的困难。天平采用高精度位移传感器，避开传统的应变片技术应用于水中所遇到的技术困难。简易飞行器模型的静态和等速俯仰实验结果表明了测量系统的可靠性。