基于降维算法和Edgeworth级数的结构可靠性分析

针对工程实际中存在功能函数为隐式或高维非线性的复杂结构,本文提出了一种基于降维算法和Edgeworth级数的可靠性分析方法。利用降维算法将n维函数展开为n个一维函数,经变量转换后变量都相互独立且服从均值为0、方差为0.5的正态分布,再结合Gauss-Hermite积分方法计算出一维函数的原点矩,从而得到结构功能函数的中心矩,将所得的矩信息应用到Edgeworth级数展开式中,给出功能函数的累积分布函数表达式,计算得到结构的失效概率。该方法避免了功能函数对变量梯度的要求,仅需少量的确定性重分析计算。数值算例结果表明了本方法的有效性和正确性。      

基于函数型数据的广义线性回归模型

函数型数据的回归分析研究主要集中在函数型线性模型。不要求因变量为连续型随机变量,可以为离散型或属性数据(对应于泊松或Logistic回归),对同时含有数值型多元变量和函数型变量的广义线性模型的估计问题进行分析,采用非参数方法得到了参数部分和非参数部分的估计量,并给出了一种重加权算法进行参数求解,解决了含数值型和函数型混合数据类型自变量的回归问题,同时扩展了函数型线性模型的应用范围。估计过程中,分别采用了函数型主成分和B样条基函数,并给出了基函数个数选择的准则。数值模拟结果表明,所提出方法具有良好的可行性与正确性。      

考虑认知不确定的雷达功率放大系统可靠性评估

高可靠性部件短时间内很难得到足够的性能数据,致使对部件退化规律的认知存在一定不确定性,无法准确估计系统的可靠性。为实现对系统可靠性准确估计,假定部件性能参数的分布参数为区间变量,建立了基于区间变量的部件性能参数分布模型,给出了部件状态概率的计算方法。对状态性能区间边界进行补偿,定义了区间通用生成函数及其运算法则,提出了考虑认知不确定性的多态系统可靠性评估方法,并对某型雷达功率放大分系统的可靠性进行分析。本文方法克服了性能参数分布信息缺少、无法准确建立状态性能参数分布模型的不足,具有很强的通用性和工程应用价值。      

一种可靠性试验实测振动数据的处理方法

针对传统实测振动数据归纳方法只能处理正态分布数据的问题,引入选择约翰逊曲线的方法,采用约翰逊曲线对非正态情形的实测振动数据进行拟合,给出了非正态情形一定概率下的实测振动数据功率谱密度上限.在此基础上提出了一种可靠性试验实测振动数据的处理方法.将该方法用于某产品可靠性试验实测振动数据的处理中,计算结果表明,该方法不仅能给出任意分布实测振动数据功率谱密度概率上限,而且与传统方法比较,给出的数据上限能更真实反映产品振动环境条件.      

多元线性回归的预测建模方法

根据历史的样本数据,建立多元线性回归的预测模型;从而在不需要未来样本数据的情况下,预测未来时刻多元线性回归模型中的回归参数,以及主要的模型精度评估指标.对多元线性回归模型参数的预测,转化为对其变量集合的增广矩阵的叉积阵的预测.对叉积阵进行谱分解,利用高维群点主轴旋转的预测建模方法,通过Givens变换得到特征向量矩阵的转角值,对自由取值的转角以及特征值建立预测模型.仿真实验例示了该方法的主要计算步骤;计算结果显示,利用本模型得到的拟合值精度较高,预测值真实可信.最终计算结果和实验结果吻合较好,表明这种方法可以用于分析和预测众多领域中因变量对自变量的回归关系问题.      

连续谱数据的函数型主成分回归

对连续谱数据不做离散化处理,而是将光滑后的连续谱作为连续曲线,进行函数型主成分回归分析,以期获得既可降维又能减少信息损失的回归方程.在此建模过程中,还引入连续谱的导数曲线作为协变量,并给出函数型主成分回归系数的bootstrap置信区间.作为实证研究,对玻璃样品的X射线谱和样品中硅元素含量进行回归分析.研究结果表明,基于函数型主成分的回归分析对响应变量具有较强解释能力,同时其回归系数更加符合数据本身的特点,显示出新方法所具有的优越性与实用价值.      

Gaussian-Hermite矩旋转不变矩的构建

矩及矩的方程因其较强的表述图像特征的能力在图像处理与模式识别中有着广泛的应用,但目前基于具有正交性质的Gaussian-Hermite矩的研究还比较有限.针对Gaussian-Hermite矩进行深入的研究,将其推广到极坐标下复数空间中,提出Polar-Gaussian-Hermite矩;给出利用升降算符计算矩的方程的方法;并利用极坐标下复数空间中的优势,以及它们之间的一一对应关系,推导Gaussian-Hermite矩的旋转不变矩,并给出其旋转不变矩的独立与完备集.实验结果验证所提出的旋转不变矩的正确性,以及良好的数字稳健性.     

基于广义线性模型的固体推进剂贮存寿命评估

研究了固体推进剂在贮存过程中性能退化对贮存寿命与可靠性的影响,提出了一种基于广义线性模型的固体推进剂贮存寿命与可靠性评估方法.首先结合固体推进剂退化数据的特点,利用位置刻度模型来描述固体推进剂抗拉强度与贮存时间的关系,建立了固体推进剂的贮存寿命模型.然后利用广义线性模型,给出了贮存寿命模型系数的极大似然估计.根据极大似然估计的渐近正态性,利用Fisher信息矩阵,给出了贮存寿命与可靠度近似置信下限.结合算例表明该方法综合利用固体推进剂在不同贮存时间下的性能数据,改善了固体推进剂贮存寿命与可靠性评估精度.      

BP-AdaBoost模型在光纤陀螺零偏温度补偿中的应用

针对光纤陀螺零偏漂移随温度呈复杂的非线性变化,建立了BP-AdaBoost（Back Propagation neural network,Adaptive Boosting）模型对零偏进行补偿,改善了光纤陀螺的零偏稳定性能.同时,研究了模型参数对预测精度的影响,给出了BP神经网络隐含层神经元个数的选择以及AdaBoost模型迭代次数的确定方法.运用AdaBoost算法提升单个BP神经网络的预测能力,提高了集成模型整体的预测精度.对采集的光纤陀螺输出实测数据进行了事后仿真,结果表明,BP-AdaBoost模型相比传统的线性回归模型、混合线性回归模型、单个BP神经网络模型的补偿效果更显著,验证了该模型的有效性,具有重大的工程应用参考价值.      

疲劳裂纹扩展随机过程相关参数的估计

对数正态随机过程模型是可靠性与损伤容限分析中常用的裂纹扩展随机模型.在裂纹扩展对数正态随机过程模型的基础上,建立了由试验数据估计一般平稳正态随机过程相关参数的方法.应用这种方法可以直接由试验数据估计随机过程的相关参数.同时,给出了用Monte-Carlo方法估算置信区间的方法.最后,给出了用具体试验数据,这组试验数据共有237个数据点,估计随机过程相关参数的算例.     

基于畸变影响的动态星模拟器星点位置修正方法

介绍了动态星模拟器工作原理及星点位置误差计算方法,提出一种基于星模拟器自身光学系统畸变影响的星点位置修正方法,根据星点位置修正原理,建立修正模型并推导出相应公式. 通过对动态星模拟器光学系统进行分析,在畸变曲线基础上利用Matlab拟合得出光学系统视场与星点位置修正量的关系曲线,通过确定星点位置修正临界视场并选取适当修正范围,根据公式对星点位置进行修正以满足星模拟器的设计指标,利用该修正方法能够有效降低对动态星模拟器光学系统畸变设计的要求,为动态星模拟器误差修正提供有效方法.      

柔性空间机械臂捕获卫星过程的碰撞动力学、镇定控制和柔性振动线性二次最优抑制

研究空间机械臂系统捕获卫星过程的碰撞动力学及受碰撞后不稳定系统的控制问题. 利用第二类拉格朗日方程推导得到空间机械臂系统的动力学模型. 在空间机械臂捕获卫星而受碰撞冲击过程中,利用动量冲量法评估碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态变化的影响效应. 为使受碰撞冲击后不稳定的空间机械臂与被捕获卫星组合体系统恢复稳定,设计了线性反馈和线性二次最优复合控制算法对受碰撞冲击后空间机械臂系统进行镇定控制和柔性杆振动抑制,所提出的控制算法无需控制漂浮基的位置,从而可以节省漂浮基位置控制推进器燃料消耗. 通过数值算例模拟了碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态的影响效应并验证上述控制算法的效果.      

一次二阶矩可靠度方法及其软件

开发了利用一次二阶矩方法计算正态分布、对数正态分布、极值分布和截断正态分布随机变量非线性极限状态方程可靠度的软件,并利用相关系数考虑了机械产品随机变量相关的情况.在增加相应简单模块的基础上,可用于计算包含其它分布类型随机变量极限状态方程的可靠度.软件运行表明这种方法迭代格式简单,收敛快,可用于计算机械零件、结构和机构可靠度.      

乏信息多传感器压力数据自助模糊融合估计

乏信息多传感器压力测量数据的融合估计是压力测量研究的重要问题,不同于经典的统计学方法,结合自助法和模糊数学的相关算法,提出一种实现乏信息多传感器压力测量数据融合估计的自助模糊数学模型.对具有乏信息特征的多个压力传感器的测量数据进行自助抽样;利用最大熵算法构建出不同时刻与位置的多个压力传感器测量数据的自助分布;用自助分布进行加权均值计算,提取相应特征值,得到自助融合序列;通过模糊隶属函数得到所测压力值的真值与区间估计.实例计算表明：在乏信息条件下,算法精度可达87%;在大样本条件下,测量数据在置信水平99.7%下,融合估计可靠性可达95%,验证了乏信息自助模糊融合估计算法的有效性.     

飞机结构产品的数字化定义

为满足数字化飞机研制环境对结构产品定义的要求,借鉴国外航空企业成功经验,总结了飞机结构产品数字化定义内容的构成.定义了数字化定义中基准类型,并给出应用实例.定义了飞机设计中数字样机的概念,以及其应用范畴.对数字化条件下加工制造进行分析,给出了二维制图的指导原则.提出了融合传统制造信息的概念,总结了工艺信息、质量控制信息在数字化定义中的应用.分析了数字化定义内容信息颗粒度,建立了基于层表的数字化信息管理模式.最终为建立满足航空工业数字化工程中数字化定义技术的应用提供了参考依据.      

组合航天器转动惯量在轨两步辨识标定

在轨辨识转动惯量参数是主动航天器与非合作空间目标构成组合体后实现高精度姿态控制的重要前提,文章提出了一种两步在轨辨识组合航天器转动惯量参数的方法。第一步以航天器本体坐标系滚动轴转动惯量为基准将转动惯量矩阵归一化,得到特殊的转动惯量比矩阵,建立与其相关的姿态动力学模型,提出了基于扩展卡尔曼滤波的在轨辨识算法,基于星上陀螺角速率测量信息在100s左右辨识出所有转动惯量比参数,克服了由于模型简单导致转动惯量信息辨识不完整的缺点;第二步基于第一步辨识得到的转动惯量比参数,采用最小二乘算法辨识得到滚动轴转动惯量值,计算量小,消耗能量少。最后给出仿真算例,辨识精度基本在1|之内,验证了方法的有效性。     

涂覆吸波材料圆柱的RCS预估方法

用缩比模型测量结果预估是研制阶段获得大尺寸目标雷达散射截面（RCS）的常用方法，但根据经典电磁相似理论，严格满足缩比条件的涂覆吸波材料缩比目标测量难以实现。针对涂覆吸波材料缩比目标的RCS预估问题，提出了采用多元对数线性回归模型的预估方法。设计了2组圆柱模型，在微波暗室中对缩比因子分别为1、2、4、8的2组模型进行了测试。在完成角度矫正等数据预处理基础上，将缩比模型RCS数据作为训练集代入模型当中求得参数，对原模型的RCS进行预估并与实际实测数据进行对比分析。结果表明:所提方法预估数据与实测数据曲线拟合度较好，相较于传统平方率模型，误差下降了3~5 dB，在回归模型中加入吸波材料因子后误差进一步下降了0.3~0.8 dB。      

矩的显式积分算法研究与应用

矩的求解通常被用于求解有限元、体积、惯性矩等问题中.基于矩的叠加性,首先给出了在三维空间中计算域的离散方式,并推导了矩的显式积分公式,随后将其推广到n维空间中,该表达式易于在计算机上实现;设计了矩的并行计算算法,并通过Fortran和Python混编的方式,实现了矩的并行计算;对多重精度下的样例数据给出了一个算例,实现了零阶矩和二阶矩的计算,并和串行算法、逐次降维算法作出比较,进行了效率分析和误差分析.结果显示,矩的显式积分并行计算算法易于程序实现,并且在效率上高于串行算法,能够很容易推广到高维空间,该算法具有高度可并行性,误差主要来自计算域离散.      

考虑舵机时滞的阵风减缓主动控制律设计

针对存在舵机时滞环节的气动伺服弹性系统,提出基于Padé近似和线性二次高斯（LQG）控制的阵风减缓主动控制律设计方法。利用Padé近似将舵机中的时滞环节线性化为一个高阶传递函数并引入气动弹性模型,建立线性的阵风减缓受控模型;利用LQG控制方法对线性化模型设计阵风减缓主动控制系统,并采用平衡截断法对所设计的控制系统进行降阶;利用Simulink将所设计的控制系统引入非线性模型中,得到von Karman连续阵风激励情况下系统的开/闭环响应情况。计算结果表明:根据所提方法设计的阵风减缓主动控制律能有效降低原气动伺服弹性系统的阵风响应,对研究对象机身过载的抑制在15%左右,而对翼根弯矩的抑制达到25%以上。      

一种基于地转风模型的平流层风场插值方法

平流层风场水平分量的数据精度和密度对高空气球实验的轨迹预测精度和飞行控制精度有着直接的影响。面向平流层风场，提出一种基于地转风模型的插值方法。该方法通过改进科里奥利频率公式，并用二维卷积计算地转风模型，提升了地转风模型的计算效率和低纬度地区风场精度，再用迭代二元线性回归和改进的自适应观测场偏差权重矩阵减小了观测误差对插值结果的影响。实验结果表明:所提插值方法能有效提升平流层风场插值计算速度，并对平流层风场水平分量的插值精度有显著提升。