MATLAB软件在自动驾驶仪设计中的应用

MATLAB具有强大的科学计算和可视化功能、简单易用的开放式可扩展开发环境，另外，MATLAB还针对各个不同领域提供了丰富的工具箱支持，因此MATLAB正得到越来越广泛的应用。在自动控制系统辅助设计方面，MATLAB提供了功能强大的控制工具箱、SIMULINK图形化建模仿真环境等实用工具，能大大降低系统设计的工作强度、提高工作效率。所以目前我们在多个型号及预研的自动驾驶仪设计中都广泛应用了MATLAB软件系统。     

基于浮点编码遗传算法的行星轮系折叠机构优化设计

针对折叠机翼变体飞机,设计一种适合装配在变体飞机小空间的行星轮系折叠机构。在系统研究行星轮系设计目标、设计变量和约束条件的基础上,基于浮点编码遗传算法,使用MATLAB优化工具箱对其主要参数进行优化。结果表明：相对于安全系数法,浮点编码遗传算法可减轻结构重量16．7％,使折叠机构在满足设计指标的情况下达到质量最轻的目的;采用浮点编码遗传算法进行优化求解是行星轮系机构设计的一种行之有效的优化设计方法。     

基于MATLAB的海上目标威胁程度仿真研究

介绍了MATLAB模糊逻辑工具箱的基础知识和基本用法,以及海上目标威胁程度等级计算的基本方法,并在此基础上提出了运用MATLAB模糊逻辑工具箱进行海上目标威胁程度等级的仿真。根据海上目标威胁程度等级计算的基本要求和模糊推理系统的构造方法,确定了系统各变量的隶属度函数,制定了系统的模糊规则。仿真结果表明,运用MATLAB模糊逻辑工具箱进行海上目标威胁程度等级的仿真,建立系统隶属度函数和模糊规则非常快捷、方便,各输入变量对输出变量目标威胁程度等级的影响非常直观。     

基于MATLAB的齿轮减速器优化设计

优化设计是将最优化理论和计算技术应用于设计领域,为工程设计提供了一种重要的设计方法.MATLAB优化工具箱具有编程工作量少、语法符合工程设计要求的特点,本文利用优化工具箱以行星齿轮和中心轮的质量最小为目标函数对行星齿轮减速器进行快速优化设计,并给出了行星齿轮优化设计的具体实例,与原设计方案相比,取得了良好的优化效果.     

MATLAB优化工具箱在蜗杆传动优化设计中的应用

在研究蜗轮蜗杆传动优化数学模型的基础上,以蜗轮的体积最小为优化目标函数,提出了利用MATLAB的优化工具箱对蜗杆传动进行优化设计的方法。与传统设计方法比较,该方法既满足了强度要求,又大大减小了蜗轮蜗杆机构的体积,提高了设计效率和质量。     

方舱机械结构中齿轮传动的最优设计

针对大尺寸方舱机械结构中大量采用的齿轮传动模式,建立斜齿圆柱齿轮传动的优化设计的数学模型,借助于MATLAB软件优化工具箱寻求最优解的计算,得到了满足实际需要的最优化参数,齿轮的体积和质量达到了最小,完全满足了使用要求。     

航天器多约束交会的仅测角导航最优多目标闭环制导

研究了航天器多约束交会的仅测角导航最优多目标闭环制导问题，优化目标包括交会时间、燃耗和仅测角导航可观性指标，并考虑了视觉传感器视场角、推力器推力幅度和最小安全距离等各种约束条件，建立了多约束、多目标优化下的仅测角导航和闭环制导问题的数学模型，分析了仅测角导航和闭环制导之间的耦合关系。最后，通过Matlab遗传算法工具箱中的多目标优化函数,求解得到了该多目标优化模型的Pareto最优解集，结果显示交会时间、燃耗和仅测角导航可观性指标不能同时达到最优，存在相互制约关系，即提高其中一种优化目标的性能会降低其他优化目标的性能。     

基于MATLAB模糊逻辑工具箱的目标类型识别

建立了模糊推理目标类型识别模型 ,并用MATLAB模糊逻辑工具箱完成了此功能 ,此方法简单有效。     

翼身融合布局客机总体参数分析与优化

在翼身融合布局客机总体设计阶段，为评估设计方案的总体性能，建立了翼身融合布局客机总体参数综合分析与优化平台，该平台以翼身融合布局客机的几何参数为输入，完成动力、几何、重量、气动、性能和经济性等模块分析，并以此为基础建立优化设计模型。为快速评估设计方案的性能及优化设计效果，动力分析模块采用了部件级分析模型，重量分析模块采用半经验估算方法，气动分析模块采用面元法结合工程估算方法，性能分析模块采用简化运动学方法，优化模型采用可并行计算的子集模拟优化算法。以某555座级翼身融合布局客机方案为例，应用开发的分析与优化平台，完成了总体参数分析，结果表明分析模型合理。在此方案的基础上，以客机的外形参数和发动机海平面最大推力为设计变量，分别建立了以最大起飞重量最小为目标的单目标优化，以及同时以直接使用成本和进场速度最小为目标的多目标优化，单目标优化结果最大起飞重量降低了约7.17%，多目标优化结果表明直接使用成本降低8.77%的同时进场速度会增加3.32%。     

潜射自航式声诱饵发射方向研究

为使用自航式声诱饵并结合潜艇的规避机动来对抗声自导鱼雷,运用运筹学的优化原理,将鱼雷和自航式声诱饵最终相遇时距我潜艇的距离归结为有约束的目标函数,根据不同的鱼雷报警舷角、距离,定量分析了三种常用的自航式声诱饵发射方向对目标函数的影响,利用MATLAB的优化工具箱函数进行仿真计算,给出了最优的自航式声诱饵发射方向。     

基于MATLAB的飞机电源系统仿真

首先建立了飞机自动调压系统的传递函数,然后利用MATLAB软件中的控制系统工具箱对其进行了仿真研究;通过设计校正环节及其参数,使调压系统的静态精度和动态性能均达到预定的要求。     

基于遗传算法的复合材料层合板修理方案优化

本文基于Matlab遗传算法,研究了复合材料层合板阶梯式挖补修理的参数优化问题.利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran,建立了层合板阶梯式挖补修理结构的三维有限元分析模型,通过计算得到不同阶梯数和胶层厚度下的强度值与屈曲特征值.通过遗传算法工具箱,将所得数据拟合得到适应度函数,对挖补阶梯数和胶层厚度进行多目标优化,得到最优修理参数集.     

联翼布局传感器飞机多目标优化设计

针对联翼布局传感器飞机的任务需求特点,建立了专用于该类无人机的能够综合考虑气动、结构和雷达性能的多目标优化设计模型。利用改进的类函数/形函数参数化方法完成整机外形进行参数化,利用风洞试验进行了气动分析模型的验证,基于工程梁理论搭建了联翼布局结构重量估算模型。在雷达距离方程的基础上,建立了机翼内部雷达天线性能估算的数学模型。利用该模型,能够在优化过程中考虑到内置机载预警天线安装位置和性能评估对翼型选择、结构重量和气动特性的影响,最终得到全局最优设计。对某方案的优化结果表明,相较于优化前,多目标优化结果能够明显提升整机升阻比和前后视雷达探测范围,同时减轻结构重量。优化结果和敏感性分析表明了该多目标优化模型的可行性和必要性。     

基于神经网络算法在机场油库安全的应用

机场油库是储存航空油料的重要基地,其安全因素包含多个方面。通过对机场油库的安全分析,采用神经网络方法,建立机场油库安全评价模型,基于MATLAB软件神经网络工具箱对其进行求解,并将结果应用到油库的安全评价中。结果表明该方法与模糊综合评价方法基本一致,研究成果对油库安全监测和预测有着重要的意义和实用价值。     

基于工程师经验的结构优化设计研究

借鉴结构工程师的设计经验与直觉判断 ,在一定条件下 ,通过一次有限元分析给出结构的传力路线 ,并由此确定拓扑结构 ,利用MATLAB优化工具箱进行形状与尺寸的优化 ,以达到结构优化设计之目的。算例结果表明 :本文方法思路简单、力学概念明确、算法简洁有效 ,易于被结构工程设计人员所接受。     

并行化MATLAB在天河一号上的实现

MATLAB和Simulink简介 MATLAB和Simulink是美国MathWorks公司的软件产品.MATLAB是著名的以矩阵计算为基础的科学计算语言,具有高效、易用、图形化等特征,配合大量的工具箱,可以帮助各行各业的科研人员、工程师、分析师快速解决各种复杂的应用数学问题;Simulink是MathWorks基于MATLAB语言开发的工业仿真平台,被广泛地应用于汽车、航空航天、能源交通、电子通讯等多个领域.     

大型民用飞机气动外形典型综合设计方法

基于自主研发的飞行器气动外形大规模并行化、分布式综合设计软件AMDEsign，开展了大型民用飞机气动外形多目标综合设计，研究了处理高维目标空间多目标优化问题的有效处理方式，为优化数学模型的合理确定提供数据参考。在此基础之上，基于软件AMDEsign的主分量分析（PCA）、离散伴随方法两个典型模块，对宽体飞机数字化模型开展多目标优化，其中离散伴随方法中引入虚拟可行解集逼近方法，为权系数提供有效的导向性选择；并进一步将结果进行多目标评估分析，设计结果表明，主分量分析能够有效识别目标函数的相关性，虚拟可行解集方法效率较高，充分利用了离散伴随效率高以及导向性权函数预测等优点，多点设计外形在巡航升阻比、抖振特性以及阻力发散等性能上具有明显改善。文中提出的综合设计方法简捷高效且具有较强的工程应用价值。     

基于iSIGHT的大膨胀比5.0级向心涡轮多目标优化与分析

针对轻量化、紧凑化、高效化的向心叶轮设计需求，对5.0大膨胀比向心涡轮进行三维多目标优化。首先，基于iSIGHT，集成Numeca，CFX软件及自编程序，搭建了三维气动优化集成系统，实现向心涡轮流道、叶片的参数化、网格划分、数值计算及三维结果的自动处理与优化，且其所需的存储空间仅为原优化系统的2.4%，极大地降低了对计算机存储空间的要求；其次，针对向心叶轮造型参数众多所导致的优化规模巨大问题，采用试验设计方法（DOE）详细地开展了流道、叶片的控制参数对涡轮性能的影响研究，得到造型参数对涡轮效率的贡献度，继而给出了优化变量的选取依据，从102个造型参数中选取23个作为优化变量，减少了优化的盲目性，缩短了优化时长，极大地减轻了工作量，提高了优化效率；最后，考虑涡轮性能、排气损失以及叶轮轻量紧凑化的需求，以涡轮总对静效率η_ts，级出口气流角α₆及叶片的表面积A作为优化目标，采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化并探讨相应机理。优化后，叶轮的轴向长度缩短了8.09%，叶片的表面积减小了8.46%，有效降低了叶轮的尺寸及重量；在保持涡轮进口流函数和膨胀比基本不变的情况下，设计点涡轮总对静效率提高了0.1%，级出口绝对气流角仅降低1°，且不同转速下涡轮的性能基本保持不变。以上研究表明，该三维优化系统和多目标优化方法的有效性。     

无铰变截面盒型梁桨叶气弹动力学多目标优化

基于有限元法建立了无铰旋翼变截面盒型梁桨叶的挥舞/摆振气弹稳定性优化分析模型,提出了多目标、多约束条件下的灵敏度分析方法,采用遗传优化算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm - NSGA-II）,实现了盒型梁桨叶气弹稳定性条件下多约束、多目标优化。最后完成了实例模型旋翼桨叶的优化与对比验证,结果表明,在气弹稳定性、自转惯量和振动固有频率等多约束条件下,实现自转惯量提高到原来的1.147倍,桨叶重量减少5.74%～8.6%,应力减少29.6%～30.1%的多目标优化,优化性能良好。     

无铰旋翼变截面盒型梁桨叶气弹动力学多目标优化

基于有限元法建立了无铰旋翼变截面盒型梁桨叶的挥舞/摆振气弹稳定性优化分析模型,提出了多目标、多约束条件下的灵敏度分析方法,采用遗传优化算法(Non-dominated sorting geneti calgorithm-NSGA-Ⅱ),实现了盒型梁桨叶气弹稳定性条件下多约束、多目标优化.最后完成了实例模型旋翼桨叶的优化与对比验证,结果表明,在气弹稳定性、自转惯量和振动固有频率等多约束条件下,实现自转惯量提高到原来的1.147倍,桨叶重量减少5.74%～8.6%,应力减少29.6%～30.1%的多目标优化,优化性能良好.