月球车全局路径规划中的A＊算法改进

考虑月球车全局路径规划的应用要求,针对传统A＊算法搜索速度慢和返回路径不够优化的缺点,对算法流程进行改进,减少其时间和空间复杂度,提高其搜索速度,并对返回路径进行优化,有效地缩短了路径。对于存在凹形障碍的地图,采用后退一尝试的方法解决规划失败的问题,并在一次搜索的基础上使用二次搜索策略来实现规划路径的优化,使之绕过凹形障碍趋向目标,从而达到输出最短路径的目的。     

基于递推二次规划算法的燃料最优有限推力远地点变轨

从工程实用的角度分析了静止通信卫星远地点变轨优化问题，定义了目标函数、约束条件及其相应的优化参数，根据问题特点，应用递推二次规划算法（RQP）进行变轨参数寻优，并用计算实例说明了此算法的有效性。     

基于粒子群优化算法的月面巡视器全局路径规划

在月面巡视器遥操作系统中,路径规划分为任务级路径规划、全局路径规划和局部路径规划。根据巡视器全局路径规划的应用要求,引入粒子群优化算法应用于全局导航点的规划。针对粒子群算法在路径规划中容易造成不收敛或病态收敛的问题,对算法进行了修改,去掉了速度更新中的速度惯性因子,只保留自身认识因子和社会认识因子,使其在全局路径规划中能够快速收敛;同时引入经典遗传算法中的变异因子以增强算法的全局优化能力。仿真结果表明该算法具有计算简单、全局寻优能力强等特点,能够快速地找到优化的全局导航点。同时在不同的模拟月面地形上进行仿真试验,针对存在的问题提出了对应的二次优化方法,结果表明该方法较好地满足了巡视器全局路径规划的应用需求。     

面向微小卫星绕飞任务的平滑估计器与多脉冲制导算法

首先针对传统主动绕飞算法中存在的相角跳变问题,提出一种新型的平滑估计器,解决了经典扩展卡尔曼滤波(EKF)算法应用于主动绕飞过程中存在的估计值抖动和反转问题。接下来,针对传统多脉冲算法不考虑轨道精度和燃料消耗的问题,提出一种改进的导航点规划的最省燃料多脉冲主动绕飞算法。该算法将燃料最省的路径规划问题转化为导航点及相关参数的规划问题,并结合二次规划计算得出满足给定绕飞精度的绕飞路径。最后,将所提出的算法应用于20 kg级的微小卫星空间交互任务当中。仿真结果表明,对于经典的圆形轨迹绕飞应用,本文所给出的算法能够避免相角跳变现象的出现。同时,相比于传统的多脉冲算法最多可以降低42.2%的燃料消耗。     

基于改进遗传算法的飞行航迹规划

航迹规划技术是有效提高飞行器突防概率的关键技术之一,能在大范围的真实环境中 规划出满足各种约束的较优航迹,因此对所采用的算法有比较高的要求。基于此,首先 研究了航迹包含的角度、高度、航迹段长度及飞行器的最大航程等约束条件;其次对航迹编 码方式进行了改进,采用数组混合编码方式;并对遗传算法的交叉概率和变异概率的计算、 交叉算子和变异算子进行了改进,并应用该算法在求解航迹规划问题上进行了应用仿真研究 。对应用不同的航迹编码方式所得结果进行了对比分析。仿真计算表明,该算法能够规划出 一条满足要求的航迹,避免了分层规划的复杂性,提高了算法的工程实用性。
     

从地球到日-火系平动点轨道的转移

平动点轨道特殊的空间位置及动力学特征,使其在深空探测中具有重要的应用。以日-火系平动点轨道(Lissajous与Halo轨道)任务为目标,结合平动点轨道的不变流形理论,研究了小推力转移问题。首先给出了圆型限制性三体动力学模型下平动点附近不变流形(稳定和不稳定流形)高阶分析解以及相应的计算实例。接着以流形分析解为基础,建立了初始小推力轨道优化模型,并利用改进的协作进化算法求解初始小推力轨道。最后将初始轨道离散,采用多点打靶法将最优控制问题转化为参数优化问题,并用序列二次规划方法(SQP)求解。仿真结果证明轨道设计方法的有效性。     

基于混合规划策略的空间机械臂运动规划研究

为改善自由漂浮机械臂对载体姿态无扰的运动规划的收敛性,提出一种基于Gauss伪谱方法和直接打靶法的混合规划策略。首先建立机械臂系统运动规划的数学模型,用Gauss伪谱方法将运动规划问题转化为带约束的非线性参数优化问题,采用遗传算法初步定位全局最优解,然后将得到的解作为直接打靶法的初值,采用序列二次规划算法求出精确最优解,从而利用Gauss伪谱方法计算量小、直接打靶法精度高的特点,快速获得机械臂对载体姿态无扰的运动规律。数值仿真的结果表明该混合规划策略能够快速求解机械臂系统的无扰运动规划问题,且具有较好的收敛性与鲁棒性。     

空间冗余机械臂的路径规划算法研究

对空间机械臂的路径规划算法进行了研究。针对一种星体和冗余机械臂(7自由度)的星臂联合系统,采用星臂联合路径规划方法。建立了机械臂末端位置和姿态的运动学方程。用基于多项式的伪逆路径规划算法对路径进行规划。仿真发现用三次多项式规划算法所得系统运行平滑且稳定末端能跟踪上目标,运行初始和结束时刻角速度达到设计要求,但系统运行结束时角加速度未收敛至零,存在软冲击缺陷。增加两个角加速度约束条件,用五次多项式改进了规划算法,仿真发现该系统解决了软冲击问题,且运行更稳定。为避免伪逆算法因奇异而失效的固有问题,设计了一种基于五次多项式的伪逆路径和规避奇异路径的联合规划方法。采用倒数法规避奇异问题,当奇异出现时,采用规避奇异路径规划算法,计算阻尼最小方差广义逆矩阵;当奇异不出现时,采用基于五次多项式的路径规划算法,计算雅可比矩阵的广义逆。最后可规划出机械臂各关节的角速度。仿真表明:用该联合规划方法所得系统在保证运行的精度和稳定度的同时,可避免奇异问题,提供了系统的稳定性和安全性。研究对空间机械臂设计有一定的参考价值。     

改进最小二乘法在制导精度分析中的应用

在大型线性回归分析中,由于设计矩阵的病态使得经典的最小二乘法失去了优良性。本文针对其存在的问题提出了几点改进措施。采用了改进的最小二乘方法,此方法具有公式简单、运算方便的优点,减少了计算误差,提高了计算置信度,理论模拟和实际飞行数据计算表明:估值精度比最小二乘法有较大提高,与主成分等有偏估计的结果具有相近的水平。     

基于大气阻力实时辨识的Drag-free卫星最优控制研究

研究了基于大气阻力实时辨识的Drag-free卫星最优控制。将Drag-free卫星和其内部的验证质量等效为两颗内、外编队卫星并建立动力学方程,推导了基于卫星和验证质量的相对运动状态观测值反演大气阻力的算法。建立了状态最优调节器模型,采用动态规划求解经典的二次型最优控制。对低轨圆轨道Drag-free卫星的仿真计算结果表明方法的求解精度较高,计算消耗较小。     

方块脉冲函数应用于线性时变系统最优控制的动态规划解法及其改进

本将方块脉冲函数应用于线性时变系统最优控制问题。首先将该问题转化成多段动态规划表示形成，通过求解多段动态规划问题，可得原问题的分段常值解。进而，根据最优控制的存在条件下及对边界条件的进一步处理，导出了原问题更为简明的动态规划表示，使求解结果更为简洁，明潦。与献（１），（２），（３）中的求解方法比较，得到的递推算法简单，便于计算机求解，且不必求解ｍ个２ｎ×２ｎ阶逆矩阵，使计算量及存贮空间大为减少     

SIMD计算机并行程序性能评价模拟环境的研究与实现

航空、航天领域中有许多问题非常适合并且需要使用并行处理，尤其可以利用ＳＩＭＤ计算机，以提高处理速度，如流场计算，ＦＦＴ，矩阵运算等。但并行程序设计与串行程序设计相比较在实现上要更复杂。有许多影响并行程序效率的复杂因素需要通过实验进行研究，以不断优化算法。本文实现了一个在串行机上运行的适用于ＳＩＭＤ并行程序设计及性能评价的模拟环境—ＳＩＭＤＰ２（ＳＩＭＤＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）。该系统为研究者提供了一个廉价而灵活的ＳＩＭＤ计算机的并行算法研究及性能评价的实验环境。在该环境下，用户可分析、优化并行算法及评价所定义的ＳＩＭＤ系统结构     

保证数控铣加工的尺寸精度

本文介绍了数控编程和数控加工中保证零件的尺寸和公差要求的方法。一种方法是用公差的中间值作为终点坐标的尺寸编程;另一种方法是用公称尺寸编程,用公差的中间值作与公称尺寸的差值作为刀补值,通过刀具补偿保证尺寸要求。     

图形交互自动编程及对三维曲面的处理

作为一种新型的计算机辅助编程技术，图形交互自动编程正在走进更多的企业。本文介绍了这种编程方法的特点和基本步骤，重点阐述了利用这种办法处理传统编程方法不易解决的三维曲面编程问题。     

复合材料结构的优化设计

本文提出复合材料结构优化设计的一种新的多级优化设计方法。在系统级优化中用优化准则法得到满足约束要求的最优复合材料迭层板厚度。在元件级优化中用线性规划技术使结构应变能最大,得到最优分层厚度,进一步减轻结构重量。 本文给出算例研究复合材料悬臂盒式梁和翼面结构,在给定外载作用下满足强度要求和挠曲变形规律要求时的优化设计。计算结果表明,本方法计算简便,收敛迅速,具有较高的效率易于工程应用。     

克服地球轨道空间碎片的航天器防护结构几何规划设计

文章描述了一个用于航天器防护结构综合优化的独特方法——几何规划优化技术,以减小暴露于流星体和空间碎片超高速碰撞环境下的航天器防护结构系统的重量。空间碎片和流星体环境由广义加权目标函数的公式来定义。通过Wilkinson,Burch和Nysmith超高速碰撞预示模型说明几何规划的性能。表明遵循几何规划形式的超高速碰撞模型,可以进行综合非线性设计优化。     

地球同步轨道卫星群在轨加注任务规划

以地球同步轨道卫星群为研究对象,开展“多对多”在轨加注任务规划问题研究。首先建立了任务规划的数学模型,该任务规划属于多目标规划问题,求解过程中需要解决TSP问题。其次,给出了该规划问题的求解方法及流程,采用遗传算法进行求解并设计了相应的遗传算子。最后,选取了14颗地球同步轨道卫星作为目标星进行求解,并在小角度近似条件下对计算结果进行了分析,计算结果验证了算法的有效性。     

空间快速响应航天器轨道/弹道一体化规划

以空间应急响应任务为背景,采用轨道/弹道一体化规划设计方法,实现空间快速响应航天器全程飞行轨迹规划。在分析弹道设计参数对轨道参数影响性的基础上,将弹道规划分为程序角参数设计和发射诸元参数设计,采用改进的粒子群算法和牛顿迭代法进行混合优化求解。算例表明,使用混合优化求解方法收敛速度快,迭代次数少,易于工程实现,能满足一体化任务规划的快速性要求,可为空间快速响应航天器设计提供理论参考。