基于冲突避免的滑行路径动态分配问题研究

在保证地面飞行安全的前提下,为解决机场容量不足,减少航班延误,本文提出基于冲突避免的滑行道分配问题研究。在改进的Dijkstra算法的基础之上,结合机场场面运行规则、滑行冲突以及优先级限制等因素构建滑行道动态网络模型,给出不同冲突类型下的滑行时间求解方法。仿真实验表明,与未考虑滑行冲突的固定路径相比,动态滑行路径计算方法计算出的滑行路径可避免滑行冲突,一定程度上可缓解机场地面繁忙状态。     

分层网络模型在场面滑行规划中的应用研究

复杂的场面结构是制约算法运行效率和冲突调配的重要因素。该文介绍了分层网络的描述模型,同时引入了一种社团识别方法——Louvain算法对网络进行分割,并根据机场的场面运行特点提出了面向机场滑行网络的层次划分及修正方法。设计了基于分层网络的动态规划算法。根据实例建立了机场分层网络模型并对算法进行了实现。仿宾结果表明该算法处理速度较快,并且能够在避免滑行冲突的同时有效减少滑行时间。     

基于路径网络的滑行道轮候时间预测算法

飞机的推出控制是飞机离港过程中的重要环节,而准确地预测飞机在由停机坪推出至起飞这一时间,即飞机地面轮候时间是飞机推出控制的基础。其中,由于滑行道系统路径复杂,滑行道轮候时间是飞机地面轮候时间的难点。通过构建滑行道节点网络系统,基于机场平面拓扑图,根据一定的路径规划算法预测飞机的滑行道路径,得到滑行道轮候时间的预测模型。最后,根据国内某大型枢纽机场的实际数据,对算法进行仿真验证,得到的结果证明本文提出的算法具有较高的拟真度。     

机场地面容量评估研究

提出基于滑行路径动态寻优的机场地面容量评估方法。对于结构复杂多样的机场地面,当跑道、滑行道和停机位使用情况和航班流变化时,根据机场地面运行的具体特点,首先建立机场地面有向网络模型,引入滑行道的权值概念,再通过D ijkstra算法进行动态路径寻优,并与冲突探测相结合,对滑行道和停机位进行合理分配。最后通过计算机仿真来评估容量。仿真实例表明,该方法不仅可以增强机场地面容量评估的灵活性和准确性,还可以应用于机场地面交通引导。     

基于Q学习机场地面滑行路径动态规划

塔台管制员目前对场面飞机滑行路线分配主要依据航班序列、进离港类型以及目标终点等为参考。本文通过对管制员管制行为使用Q学习建模,并引入未来航班先验概率滑行路线加入待检测冲突集合,使管制员Agent具备预估未来时刻冲突能力,对常见滑行冲突得到最优滑行路径。本文首先讨论了Q学习对于地面冲突离散状态数量的有限性,接着对状态的动作序列和回报函数进行设计。实验环境对地面滑行道优先级进行了人工标注,生成随机航班时刻样本集用于训练。仿真结果中管制员Agent能有效解决冲突,体现了该方案的可行性和优越性。     

含有非解析子模块的非线性系统控制

针对模型中含有非解析子模块的非线性系统,提出了一种预测控制的设计方法。首先建立了与传统广义预测控制(Generalized predictive control,GPC)的联系,探讨了针对含有非解析子模块的非线性系统控制对性能指标的选取原则,并由此推导出了最优预测控制器,并进一步讨论了控制器的实施问题。由于所提出的设计方法不需要对非线性系统求逆,因此具有较低的计算复杂度。对两节机械手臂的仿真研究验证了所提出的设计方法的有效性。     

基于深度学习的离场航空器滑行时间预测（英文）

随着航班数量的不断增加,机场协同决策系统(Airport collaborative decision-making,A-CDM)的使用也越来越广泛。滑行时间预测的准确性对A-CDM计算离场航空器起飞排序队列和给出准确的撤轮挡时间具有重要的作用。本文提出一种基于时间-空间-环境数据的深度学习模型(Spatio-temporal-environment deep learning model,STEDL)来提高滑行时间预测的准确性。该模型由时间-流量变量(机场实际容量,场面航空器数量,时间段)、空间变量(滑行距离)、外部环境变量(天气,流控信息,跑道运行模式,机型)3部分组成。使用STEDL模型对香港机场离场航空器滑行时间进行预测验证。实验结果显示,STEDL模型预测准确率为95.4%,预测精度明显优于其他机器学习算法。     

基于节点插值子胞模型的纺织复合材料力学性能预测(英文)

节点插值子胞模型是一种通过虚位移原理和代表性体积单元建立宏观和细观应变之间关系的细观力学方法。采用节点插值子胞模型进行二维纺织纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能预测。分别建立二维平纹和交叉编织复合材料单胞的细观结构分析模型,分别采用三次B样条和正弦曲线来模拟经纱和纬纱的截面和弯曲形式,并根据纤维和基体中的孔隙含量对其模量进行折减,采用节点插值子胞模型进行宏观力学性能预测,并分析了细观结构参数和纤维体积含量对材料力学性能的影响。节点插值子胞模型的预测结果与有限元法比较表明:采用节点插值子胞模型进行二维平纹和交叉编织陶瓷基复合材料力学性能预测的有效性和可行性。     

基于聚类分析的航空器滑行过点时间预测

为了预测航空器滑行预计到达时间（Estimated time of arrival，ETA），减少场面冲突，提高机场运行效率，本文使用卡尔曼滤波算法对场面历史轨迹数据进行预处理。为了衡量轨迹样本间的距离，综合三类特征用于机场场面历史轨迹数据聚类。特征包含航空器滑行时段和场面航空器数量，以及参考动态时间规整（Dynamic time warping，DTW）算法提取的轨迹差异度特征。将两个样本特征的欧式距离作为样本间的相似度量；基于均差最大原则确定初始聚类中心，使用K-means算法对样本进行聚类，根据待规划航空器的所处时段和场面航空器数量选择匹配度最高的类簇，将其聚类中心样本的轨迹序列和塔台规划的静态路径相结合预测航空器滑行ETA。通过将实际轨迹数据与预测的滑行ETA进行对比分析，证明了本文预测航空器滑行ETA的准确性。     

指数分布双样预测的Bayes方法

本文对指数分布的双样预测问题用Bayes方法进行了讨论，结果表明，定数截尾时，无信息先验分布的Bayes预测限与经典预测限相同，但两者的预测子不一致，对有替换定时截尾，给出了经典方法目前尚未给出的双样预测问题的Bayes预测子与预测限，并用数值例说明了这些方法。     

平行航路安全评估新方法(英文)

首先提出了一种平行航路安全评估新方法,即从空中交通管制的安全防护体系入手,将潜在飞行冲突看作空中相撞事故的初因事件,提炼出管制员指挥、短期冲突告警、飞行员目视避让及机载防撞系统告警四层安全防护,进而将平行航路碰撞风险问题分解为潜在飞行冲突计算和各防护层的失效概率分析.然后,推导了管制员干预次数计算模型,采用CREAM方法解决了管制员调配飞行冲突失误概率计算问题,建立了STCA防护失效和TCAS防护失效故障树模型.最后,以京沪平行航路为例进行计算,得出了雷达管制环境下的京沪平行航路碰撞风险.结果表明该航路满足安全要求.     

飞机动态推出控制策略仿真优化模型

机场离港运行的无序化造成滑行过程中的长时间排队等待及大量燃油浪费。为了减少燃油消耗和废气排放,在已有的动态推出控制策略基础上提出了阶梯函数控制策略(Step function,SPC)和非线性函数动态推出策略(Nonlinear function,NPC)的一般形式,以离港成本为目标,建立了基于停机位等待惩罚的动态推出控制模型,在不延误的前提下提出了一种基于网格参数优化的蒙特卡洛仿真优化算法。通过北京首都机场实际运行数据对推出过程进行仿真计算,并与无控制策略以及传统N-control策略的最优可达解进行仿真对比,结果表明:在不延误的前提下,提出的推出策略可以更加有效地降低平均滑行道滑行时间,NPC策略的离港运行成本和燃油成本可降低45.52%和54.23%,SPC虽然成本节省劣于NPC策略,但是其简单的操作方式可以为离港推出调度方式的改进提供决策支持。     

雷达监视下程序管制短期冲突告警算法研究

本文研究了一种基于航空器飞行轨迹线性外推冲突预测的短期冲突告警（STCA）算法,并给出算法的具体实现方案。仿真实验结果证明了算法的有效性,适用于雷达监视下的程序管制间隔标准和管制体制。     

高超声速飞机纵向通道的多级模糊逻辑控制

针对飞行过程中高超声速飞机的纵向模型具有不稳定的动态特性,多变量之间的强耦合以及易变的模型参数,采用多级模糊逻辑控制为其纵向通道设计飞行控制系统。该系统由控制内环和控制外环组成,控制内环用于稳定纵向的飞行姿态,控制外环可以确保高超声速飞机对指令信号的准确响应,将两者结合起来设计的飞控系统具有高度非线性解耦控制能力。因其控制过程不依赖于高超声速飞机的精确模型,故保证了系统的强鲁棒性能。仿真研究表明,该控制系统可以维持高超声速飞机的纵向稳定性能。     

无人机简化配置控制技术研究

提出了一种仅采用垂直陀螺和GPS的简化配置控制方案，形成了无人机飞行控制系统常用的俯仰／滚转控制回路、高度控制回路和航迹控制回路。由于GPS信号更新率(1Hz)较低，利用无人机运动学之间的内在关系,给出了高度、航向、位置反馈信号的融合算法。这些反馈回路的控制增益均采用改进的输出反馈LQR设计技术,该技术简化了权矩阵的选择。对比研究表明，对于自身稳定性较好的无人机，该简化配置方案能够实现姿态控制、高度控制和航迹控制。     

基于GIS的机场场面路径优化算法的研究

利用GIS技术,研究了进出港航班滑行路径的优化问题。为机场上刚降落和即将出港的航班规划最短滑行路径。判断航班在规划的滑行路径上是否会发生对头相遇。考虑到机场安全性和使用效率,要求保证进出港航班在滑行过程中按最短路径连续滑行,并且不能发生对头相遇。本提出了两种解决方法：(1)改变进港航班的滑行速度;(2)延迟出港航班的时间。通过实例验证了该算法的可行性。     

直升机自动过渡悬停飞行控制系统设计

为实现直升机自动过渡悬停功能，在具有优良操纵特性的直升机显模型跟踪控制系统(MFCS)基础上，开发了自动过渡悬停控制系统。根据过渡悬停机动模态的基本要求，设计了高度控制回路，以实现高度通道按抛物线下降，接着进行线性下降并最终过渡到指数拉平。设计了纵向速度控制回路，使速度先按指定的减加速度线性减速，再按指数规律减速至悬停，且两通道之间协调控制，保证当直升机高度接近悬停高度时，纵向速度同步地趋近于零。文中给出了系统结构配置及参数设计方法。仿真表明，本文直升机自动过渡悬停系统具有优良的物理特性。     

小型无人直升机模糊飞行控制系统设计

为了实现小型无人直升机的自主飞行,本文研究了它的飞行控制系统。基于模糊控制技术,根据某小型无人直升机飞行动力学数学模型,设计了模糊控制规则,并研究了模糊规则的表格查询学习算法;通过无人直升机操作手的经验,对模糊规则进行评价,并通过试验进行校正和更改,在此基础上,引入积分环节进一步提高控制系统的性能。     

小型无人机姿态回路的简化配置控制系统设计

提出了无人机的最简控制设计思想，并就姿态回路进行了两种最简控制结构（PI型、PID型）的设计。为了提高最简控制性能和设计效率，将输出反馈LQR控制理论进行了改进，使其能够解决飞行控制的跟踪问题。通过对某无人机姿态回路的最简控制设计表明，姿态回路的最简控制策略是成功的，控制系统的性能取决于最简控制结构，输出反馈LQR不仅具有很高的设计效率，而且能对最简控制结构进行规范描述。     

CNC系统中提高回原位精度的实现

提高回原位精度是计算机数值控制ＣＮＣ系统开发中的关键技术问题之一，本文在指出了以往回原位算法的缺陷并分析了引起数控系统回原位误差因素的基础上，提出了引入回原位国界参数和最终逼近原位方向参数，从而提高数控系统回原位精度的算法，并提出了在闭环或半闭环数控系统中利用检索脉冲输入从而消除原位开关激活边界位置误差的思想，提出了适用于闭环或半闭环数系统的全新的高精度的回原位算法。