最优调节器的一个逆问题

 最优调节器的逆问题,是指已知某个具有未知定常扰动的线性定常系统和相对稳定性要求,寻求某个二次型性能指标,使得由相对稳定性要求确定的控制律对所构造的性能指标是最优的。1984年,Juang J C和Lee TT提出在规定域内进行极点最优配置的方法;1986年,Lee TT和Liaw G T在此基础上提出了一种不唱求解Riccati方程就能确定逆调节器权阵Q和R的新方法。     

Smooth free-cycle dynamic soaring in unspecified shear wind via quadratic programming

Harvesting wind energy is promising for extending long-endurance flights, which can be greatly facilitated by a flight technique called dynamic soaring. The presented study is concerned with generating model-based trajectories with smooth control histories for dynamic soaring maneuvers exploiting wind gradients. The desired smoothness is achieved by introducing a trigonometric series parameterization for the controls, which are formulated with respect to the normalized time.Specifically, the per...     

LMI approach to the mixed H2/H∞filtering design for discrete-time uncertain systems

The problem of full-order robust filtering design for discrete-time uncertain linear systems is addressed. The uncertain parameters are assumed to belong to convex bounded domains (polytope type uncertainty). The main purpose is to design a stable linear filter such that the filtering error output signal remains bounded. For that, the parameterization of all linear filters assuring quadratic stability with an H_∞ attenuation constraint to the filtering error system is provided in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Then, through the definition of an auxiliary cost, an upper bound to the filtering error variance is minimized, providing a mixed H₂/H _∞ guaranteed cost filtering design. Standard optimization procedures with global convergence assured can be used to solve the problem, as illustrated by an example     

应用旋转矩阵的卫星姿态输出反馈机动控制

针对卫星姿态机动控制问题,提出一种只利用向量测量信息的无角速度反馈的输出反馈控制方法。卫星姿态的指向直接通过旋转矩阵进行描述,而不是先进行参数化过程,避免了由欧拉角、修正的罗德里格参数（MRPs）与四元数等姿态描述方式产生的奇异问题与退绕问题。首先,通过向量测量信息与一组期望姿态向量,引入一个新的姿态指向误差向量,并对其性质进行分析。其次,进一步结合主导滤波器的思想,设计了无需角速度信息的卫星姿态机动控制器,并应用Lyapunov理论,对闭环系统的全局稳定性进行了严格的证明。最后,对所提出的控制算法进行了数值仿真,其结果验证了所设计的输出反馈控制算法的可行性和有效性。     

A serialized civil aircraft R&D cost estimation model considering commonality based on BP algorithm

The common design of serial civil aircraft, an important strategy of modern civil aircraft research and develop-ment, minimizes the whole life cycle cost of civil aircraft through asset reuse and resource sharing. However, the existing estimating model for the R&D cost of civil aircraft ignores the effects of common design, so the value estimated by estimating derivative models is significantly inconsistent with the actual one. To solve this problem, a novel assessment method for civil aircr...     

改进参数化方法及在低空风切变中的应用

研究对参数化方法进行必要的改进,从而使该方法更好地用于求解最优控制问题。改进的基本思路是设法降低利用该方法转换而得的非线性规划子问题的维数。通常在利用参数化方法求解最优控制问题时,由于对控制变量和状态变量同时参数化,从而导致所转化而得的非线性规划子问题维数高,求解难。通过分析认为,只需对控制变量参数化,而对状态变量在时间节点处的值,则可通过对最优控制问题的微分约束进行分段积分求得,从而降低了转换而得的非线性规划子问题的维数,有利于该算法进一步推广应用。利用改进算法求解了飞机在低空风切变中的最优着陆轨迹问题,求解结果表明,改进算法可以顺利求解一类最优控制问题。     

星际小推力转移轨道快速设计方法

 针对星际探测任务中燃料最省小推力转移轨道问题，提出一种基于标称轨道的快速设计方法。首先以具有相同端点时刻的无摄动标称轨道为参考，对传统的非线性轨道优化模型进行合理变换，将复杂的优化问题简化为可解的两点边值问题；然后基于标称轨道3个独立积分推导出解析的状态转移矩阵，并以此为基础导出了两点边值问题的最优解析解。该方法无需数值迭代，有效地克服了数值优化方法收敛性差、计算效率低的缺点。最后，以探测火星的小推力转移轨道为例对该方法进行了验证，与精确的数值结果相比，该方法计算的燃料消耗误差小于1%。     

Structural shape parametric optimization for an internal structural-acoustic problem

A structural shape optimization problem, with respect to the structural aspect ratio is developed in the context of an axisymmetric structural-acoustic system, consisting of an elastic dome coupled with an internal acoustic cavity, is analyzed in the low- and medium-frequency ranges. The dome is a thin shell considered as a three-dimensional continuum with a dissipative constitutive equation. The internal fluid is a dissipative acoustic fluid. The dome is submitted to an external wall pressure field modeled by a stochastic field. The cost function is related to the pressure field over an internal axisymmetric observation surface inside the acoustic cavity. We are interested in minimizing the internal noise over the observation surface with respect to the structural aspect ratio defining the geometric shape of the dome. This paper develops an analysis of the structural-acoustic shape optimization problem to determine wheter or not there exist values of the dome aspect ratio for which the internal noise is a minimum. The frequency response functions of the structural-acoustic system are calculated to construct the cost function. In this context, the Fourier series expansions of the structural displacement field and the internal fluid velocity potential are carried out with respect to the polar angle variable. For each fixed circumferential wave number, a reduced matrix model is constructed using the structural modes of the structure in vacuo and the acoustic modes of the internal acoustic cavity with rigid wall. The structural modes and the acoustic modes are computed by the finite element method. The optimization parameter is the aspect ratio of the structure. The analysis presented shows that the structural shape optimization problem of the dome with respect to its aspect ratio parameter has a clear solution which minimizes internal noise in the low- and medium-frequency ranges.     

Gaussian mixture model based adaptive control for uncertain nonlinear systems with complex state constraints

This paper addresses an uncertain nonlinear control system problem with complex state constraints and mismatched uncertainties. A novel Gaussian Mixture Model(GMM) based adaptive PID-Nonsingular Terminal Sliding Mode Control(NTSMC)(GMM-adaptive-PID-NTSMC)method is proposed. It is achieved by combining a GMM based adaptive potential function with a novel switching surface of PID-NTSMC. Next, the stability of the closed-loop system is proved.The main contribution of this paper is that the GMM meth...     

基于代理模型全局优化的自适应参数化方法

对于翼型气动隐身设计问题，设计变量的配置对设计结果影响很大，而简单地增加设计变量不能保证得到理想的结果。提出一种适用于代理模型全局优化的自适应参数化方法：利用全局敏感性分析方法——基本效应法，得到设计空间关于目标函数的敏感区域信息，并以此为根据增加设计变量；利用节点插入算法将低维样本在高维空间内进行重构，避免了重新取样的工作量。相对于传统固定设计空间维度方法，自适应参数化方法在设计空间的敏感区域扩展维度，能够更加精准地描述外形并反映目标的变化趋势。通过飞翼布局翼型的气动隐身优化算例，证实自适应参数化方法可以大幅提高优化设计质量和效率。     

基于共轭方程法的跨音速机翼气动力优化设计

 设计状态的机翼气动力特性是设计人员最为关心的指标, 应用控制理论设计方法进行了有升力约束情形下跨音速机翼阻力优化设计研究, 根据给定的目标函数推导了相应的共轭方程和边界条件, 研究了共轭方程的数值求解方法, 以及计算目标函数对设计变量的敏感性导数时所涉及的度量矩阵变分求解问题, 研究了流场计算、共轭方程数值求解、敏感性导数求解和拟牛顿优化算法这几个主要方面的有效结合问题, 发展出了一种跨音速机翼气动力优化设计方法, 进行了跨音速机翼气动力优化设计研究验证, 优化后机翼气动力特性有一定程度的改善, 阻力系数能减少20%左右, 而升力系数有所增大, 说明所发展的设计方法是成功的, 该设计方法在跨音速及复杂外形气动设计方面比以往设计方法具有更好的适用性和优越性。     

有限姿控能力的低RCS微小卫星姿态实时规划

 为提高在轨微小卫星使用效能及生存能力,提出一种受姿控能源消耗及驱动能力约束的低雷达散射截面（RCS）微小卫星姿态实时规划算法。算法应用曲面像素法、时域有限差分法及假设检验,在三维空间内对微小卫星的RCS及雷达探测水平进行建模,并结合雷达分布模型构建了相应的威胁评估函数及规划代价评估函数。同时,为提高算法的实时性能,采用了粒子群优化(PSO)算法以降低计算复杂度。仿真结果表明,在有限计算量的基础上,算法能够以较小规划代价有效降低卫星威胁方向的RCS及雷达探测概率,满足对微小卫星飞行姿态实时规划的需要。     

CST气动外形参数化方法研究

 类别形状函数变换(CST)方法是通过类别函数和形状函数来表示几何外形的新型气动外形参数化方法。通过考察参数化过程线性系统的条件数以及对翼型的表示误差,研究了Bernstein多项式阶数(BPO)对CST方法单值性和精度的影响,并将CST方法与B样条法、Hicks-Henne法和参数化翼型(PARSEC)法的参数数量和表示精度进行了对比。使用基于CST参数化方法的远场组元(FCE)激波阻力优化方法对超声速机翼进行外形优化,优化后的机翼其激波阻力降低达61%。研究结果表明:CST方法具有参数少,精度高的优点;为保证表示精度,同时避免病态参数化过程,应使用4阶以上、10阶以下的Bernstein多项式定义形状函数。     

一种MEMS陀螺标度因数误差补偿方法

高动态、恶劣温度环境下,微小型飞行器(MAV)导航、制导与控制系统关键器件微机电系统(MEMS)陀螺受温度和转速耦合影响,其标度因数误差呈强非线性特点,常规方法无法精确补偿。通过分析MEMS陀螺标度因数误差的产生机理,建立了包含温度和转速非线性因素的标度因数误差模型,提出一种基于径向基(RBF)神经网络的标度因数非线性耦合误差补偿方法,解决了常规补偿方法精度差的问题。标定与补偿实验表明:在-10～+55℃温度范围、-150～+150(°)/s输入转速范围内,采用新方法补偿后MEMS陀螺输出平均精度比多项式拟合方法提高7倍;在-20～+20(°)/s低输入转速的误差强非线性区间内,精度提高近20倍,验证了本文方法的有效性和优越性。     

基于控制理论和NS方程的气动设计方法研究

研究了基于控制理论和NS方程的气动设计方法,针对给定的目标函数表达形式,应用该设计理论在计算坐标下详细推导了相应的共轭方程及边界条件具体表达形式,以及梯度方程求解表达式,通过合理的数学变换,导出了共轭方程在笛卡尔坐标系下的直观表达形式,发展了有效的共轭方程数值求解方法,通过流动控制方程数值求解、共轭方程数值求解、目标函数对设计变量的梯度求解和优化算法等方面的有效结合,研究与发展了一种新的气动设计方法,以二维机翼气动设计为例,成功进行了亚、跨音速情形下的相关设计算例研究,研究结果表明应用控制理论和NS方程的气动设计方法在设计理论、适用性以及时间花费等方面都有着很好的特色和优点,且设计结果也更为可靠.     

浅谈航空产品转包与国际接轨的基础工作

以质量和制造体系建设为纲,以成本控制为目,本着无畏开拓、致力于洪都航空产品转包生产国际化的思想,通过核心与外围系统集成的方法,阐述了在洪都航空产品转包与国际制造业接轨中存在的问题并提出建设性解决方案。     

Robust trajectory planning for UAV communication systems in the presence of jammers

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) has emerged as a promising novel application for the Sixth-Generation (6G) wireless communication by leveraging more favorable Line-of-Sight (LoS) propagation. However, the jamming resistance by exploiting UAV’s mobility is a new challenge in the UAV-ground communication. This paper investigates the trajectory planning problem in an UAV communication system, where the UAV is operated by a Ground Control Unit (GCU) to perform certain tasks in the presence of multiple jammers with imperfect power and location information. To ensure the reliability of the GCU-to-UAV link, we formulate the problem as a non-convex semi-infinite optimization, aiming to maximize the average worst-case Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio (SINR) over a given flight duration by designing the robust trajectory of the UAV under stringent energy availability constraints. To handle this problem efficiently, we develop an iterative algorithm for the solution with the aid of S-procedure and Successive Convex Approximation (SCA) method. Numerous results demonstrate the efficacy of our proposed algorithm and offer some useful design insights to practical system.     

弯曲变截面隔离段参数化设计与优化

为了提高弯曲变截面隔离段的气动性能,发展了基于几何融合的参数化设计与优化方法。为了丰富几何融合方法产生构型的种类,提出了基于几何长度的新型离散化方法。为满足偏置要求及灵活性要求,中心线设计时选用了B样条曲线。利用优化软件Isight内置全局算法,针对某隔离段,以弯曲隔离段出口的总压恢复系数为目标进行了优化求解。结果表明:优化构型相对于原始构型,在给定相同来流入口情况下总压恢复系数提高了12.3%。     

空间失效慢旋卫星视觉特征跟踪与位姿测量

空间碎片或者失效卫星往往绕其惯性主轴做自旋运动,虽然处于一种稳定状态,但是对其运动状态测量的难度相比三轴稳定目标而言又增加了许多,主要体现在复杂光场环境下和目标观测面周期性进出视场引起的特征点丢失、尺度变化和旋转变化,以及长时间连续观测引起的累积误差增大、位姿解算不收敛等难题。通过构建优化目标特征数据库,将传统测量方式中前后帧的匹配转变为当前帧与特征数据库的匹配和特征点的优化,即使中间过程帧出现了偏差仍然可以较好地跟踪后续图像帧的正确位置。在李代数空间下建立位姿向量微分扰动方程,获得测量值与估计值的残差目标函数,基于贝叶斯法则最大后验概率和李群与李代数的对指变换法则,求取位姿向量最优解。解决了李群空间下由于位姿变换矩阵不可加性而无法优化的问题,提高了连续测量过程中系统的测量精度。实验结果表明,无优化测量方法无法保证整个旋转周期的有效测量;通过增加位姿优化过程,连续稳定测量时间明显延长,针对以12（°）/s自旋运动的目标,测量稳定段误差在2°以内,旋转角速度测量误差为0.12（°）/s。     

三层三级民机修理级别经济性分析模型的改进

现代民机产品普遍采用模块化设计，具有多层次特点，相应的维修场所也表现为多个维修级别。现有修理级别分析（LORA）模型在移级维修和报废时，可能存在父单元与其内部封装子单元成本重复累加的问题。引入跟随行为矩阵，对子单元中因父单元层级约束而做出的决策进行标记，能有效地避免父单元与子单元成本被重复计算。在此基础上，考虑实际维修活动中无故障发现事件（NFF）、二次维修等人为因素对LORA决策的影响，建立适用于民机的修理级别分析模型，较已有模型更加真实地反映决策的预计成本，提高了决策的可信度和工程适用性。最后使用混合惩罚函数法将原问题转化为等价的无约束优化问题，采用改进的二进制粒子群算法（BPSO）对多故障模式下的三层三级案例进行仿真优化，验证了该经济性分析模型的合理性和求解算法的有效性。