复合材料仿生扑翼各铺层的有限元分析

利用有限元法,对具有粘弹性的碳纤维复合材料设置一组铺层角度,以探究扑翼在空气动力和惯性力作用下的结构力学性能表现。在单层板的4个铺设角度(0°,90°,45°和-45°)中,-45°铺层角度可得到最小的等效应力,但对应的最大变形相对最大,45°铺层角度可得到相对最小的变形,但对应的等效应力较大,最大应力和最大变形不能统一在同一铺层角度的单层板仿生翼上。在层合板的铺层角度组合中(-45°/0°、-45°/45°、-45°/90°、0°/45°、0°/90°、45°/90°),45°/90°铺层组合可得到最小的等效应力和最小的结构变形,整体及各分层的最大正应力和剪应力区域产生于前缘梁根部,集中应力分布合理,具有较好的力学性能。最大应力和最大变形可以统一在双层层合板仿生翼上,具有比单层板更优的力学性能,这与昆虫翼的由腹、背两层高承力薄膜构成的翅膜微结构相似。本研究有助于解释昆虫翼的完美结构表现,并为扑翼设计提供借鉴。     

基于Stewart平台的6-SS并联天平结构优化设计

良态的雅可比矩阵决定并联机构的性能，并决定了其结构参数是否合理。本文利用矩阵的F-范数研究一种新颖的并联天平力雅可比矩阵，以力雅可比矩阵的条件数为目标函数进行并联天平结构优化设计，推导出优化目标函数以5个基本结构参数表达的解析式。利用数值解法求出目标函数关于过渡变量的最小值，并用矩阵2-范数加以验证，找到8种保证并联天平精度的优化结构。该法同时也为六维力／力矩传感器的性能指标评价及其结构优化提供很好的借鉴。     

并联风洞天平应用研究

研究了一种新型的并联风洞天平,首先依据并联天平的空间力变换关系推导出六维感测力雅可比矩阵,然后以该雅可比矩阵条件数最小原则即各向同性准则,将其条件数为目标函数对天平进行结构优化设计,应用数值算法优化出8种满足精度要求的并联天平结构,据此设计并制造出并联天平的物理样机。最后在南京航空航天大学低速风洞中以建筑标模为试验模型检验并联天平的设计性能,结果证明本天平的研制是成功的。     

基于全局近似函数的薄壁结构耐撞性多目标优化

以圆锥形薄壁金属管为对象进行耐撞性优化研究,并对几种全局近似函数构造模型精度与适用性进行讨论。以薄壁管的多个几何参数为设计变量,以质量比吸能、长度比吸能、最大冲击载荷为目标函数,通过对比几种不同方法构造的近似模型精度,发现依据各个目标函数的非线性强弱程度不同,可以采用相对应的构造方法获得精度最高的近似模型。最后结合普适性最好的RBF法对圆椎管进行多目标的耐撞性优化,并给出设计空间中的Pareto解集与Pareto曲面,提供了多种侧重不同耐撞性指标优化的设计方案。     

图像序列直线提取和匹配时Hough变换的应用研究

本文利用Hough变换的点线对偶性,将对图像序列中的特征直线的匹配转化为在参数空间中对特征点运动轨迹的参数估计,设计采用卡尔曼滤波器对运动目标进行初步跟踪,通过建立模板与图像的匹配相关系数判定搜索到的特征点的精确坐标。实验结果表明,该方法具有较好的跟踪结果。     

深度图像优化分层分割的3D场景流估计

针对现有基于RGBD数据的3D场景流估计方法,在复杂背景、弱刚性运动以及运动遮挡等情况下计算精度与鲁棒性较低的缺点,提出一种基于深度图像优化分层分割的3D场景流估计方法。首先,利用连续图像序列帧间光流信息对场景深度图像进行优化分层分割,提取图像中运动目标与背景的深度信息。然后,根据深度图像分层结果,利用坐标下降法并结合图像分层技术计算RGBD序列3D场景流。最后,分别采用RGBD、Middlebury以及SRSF等测试图像集对方法的深度图像分层和场景流估计的准确性与可靠性进行综合对比试验。实验结果表明:所提方法针对复杂场景、弱刚性运动以及运动遮挡等类型图像具有较高的场景流估计精度与鲁棒性。     

绿色作业车间机器与AGV的集成调度研究

针对加工资源和运输资源集成下绿色作业车间调度问题,通过研究生产车间综合能耗模型,建立了机器和自动导引小车(Automated guided vehicle,AGV)集成调度下多目标优化模型。提出一种改进分布估计算法(Improved estimation of distribution algorithm,IEDA)对模型进行求解。首先,采用优良种群作为样本学习来构建概率分布模型以提高IEDA的全局搜索能力;然后基于一种类似激素调控机制的速度冷却控制方法设计出新的模拟退火函数,并将其融入到分布估计算法中以提高IEDA的局部搜索能力。最后通过数值实验来验证所提模型和算法的可行性和有效性。     

基于改进蝴蝶优化算法的无人机3-D航迹规划方法

针对基本蝴蝶优化算法（Butterfly optimization algorithm,BOA）在进行无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）三维航迹规划时存在的搜索速度慢、搜索精度低以及易陷入局部最优等问题，提出一种改进的蝴蝶优化算法（Improved butterfly optimization algorithm,IBOA）。在全局搜索阶段提出对数自适应惯性权重策略和动态更新调节策略，提高了算法全局搜索能力和搜索精度。同时，在局部搜索阶段，提出一种动态概率余弦选择策略，增加位置更新多样性，避免陷入局部最优。首先，为检验改进算法与基本算法的寻优性能，在部分标准多元函数上进行仿真对比。对比结果表明，改进算法对复杂函数具有较强的寻优能力，能在更短时间内找到全局最优解。然后，在二维路径规划仿真中对比了改进算法与PSO算法性能，从对比结果看，IBOA具有更优的规划效果。接着，利用山峰模拟函数对UAV三维航迹规划进行建模，将改进算法应用到航迹规划中，利用MATLAB仿真对比了不同复杂度环境下的航迹规划效果。仿真实验表明：相同实验条件下，该优化算法较BOA综合适应度值减...     

基于改进BBO算法的火力分配方案优化

将生物地理学优化（Biogeography-based optimization,BBO）算法应用于火力打击目标分配方案的优化中,对BBO算法增加三维变异操作,优化算法的收敛精度。采用改进的Tdv-BBO算法（Three-dimensional variation biogeography-based optimization,Tdv-BBO）来解决火力打击中的目标分配问题,对敌方想定实例进行了目标-火力数量组合优化。算例验证结果表明：改进的BBO算法增强了全局搜索能力,可为海上联合打击的目标分配提供一种有效的方法。     

半桥三端口变换器并联控制

介绍了一种半桥三端口变换器并联系统的均流控制策略。为了实现并联系统的稳定、均流运行,要求至少对其中两个端口进行均流控制,另一个端口根据功率平衡实现自然均流。采用一种近似解耦方法,通过设置控制环路带宽和引入解耦控制变量,实现了单个变换器模块控制环路之间的近似解耦,以方便控制环路参数设计。为了实现并联系统较高的稳定度和均流度,采用平均电流均流外环、电压内环的均流控制结构,并对均流环参数进行优化设计。基于200W半桥三端口变换器模块搭建并联系统,实验结果验证了均流控制策略的正确性。     

求解多目标优化问题的随机梯度遗传算法

遗传算法的收敛速度很慢，为此引入另一种解决优化问题的工具，即Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation(SPSA)算法，该算法是一种简单、易实现、高效率的随机逼近算法。本文将SPSA算法作为一种快速局部优化方法并将其和遗传算法的整体搜索策略结合起来，提出一种解决多目标优化问题的随机梯度遗传算法，对新算法的执行策略进行了认真的设计。大量的数值实验表明：随机梯度遗传算法不仅提高了多目标遗传算法的收敛速度，且得到了大量的分布较均匀的Pareto最优解。     

涡轴发动机整机S2参数化流道造型及数值仿真

建立了一种涡轴发动机整机S2参数化流道造型方法,采用某S2数值仿真软件完成了某涡轴发动机的整机计算.计算表明S2参数化流道造型方法简单、有效,仿真软件对涡轴发动机进行整机稳态计算的精度基本满足计算要求,为涡轴发动机整机多学科设计优化奠定了基础.     

防止空中相撞的目视搜索新技术

眼睛的功能和眼脑的协作不会因目视搜索的本能自然地得到完善,但是实验证明飞行员能够通过目视搜索以及探测技术的训练达到更有效地目视探测空中交通情况的目标.     

大口径反射镜背部支撑结构的响应面优化方法

惯性约束聚变(ICF)装置中大口径反射镜在自重作用下的畸变常常导致其面形精度降低,从而降低整个激光装置的打靶精度。为了满足反射镜面形精度要求,以反射镜通光表面面形峰谷值(PV值)为优化目标,以支撑点位置为设计变量,对两种反射镜背部支撑方式进行优化研究。通过对试验设计方法、常用响应面类型和优化算法的分析,综合考虑优化效率与精度,最终选取Kriging响应面结合遗传算法开展优化工作。为提高优化效率,提出了两步优化策略。首先建立基于全设计范围的粗精度响应面模型,得到表示设计变量与目标量关系的曲面与初步优化结果。然后基于初步优化结果,缩小设计范围建立高精度响应面模型,进一步优化支撑点位置以得到最佳支撑形式。结果表明响应面优化的最优解与该点处的有限元计算结果非常接近,与在有限元模型上直接优化结果的误差在可接受范围内,但计算效率得到了很大提升。     

一种求解多目标柔性作业车间调度的改进粒子群算法

针对具有高维搜索空间的多目标柔性作业车间调度问题,提出了一种基于偏好的多目标粒子群优化算法(PMOPSO).该算法引入了决策者的偏好信息,用以指导算法的搜索过程,使算法在决策者感兴趣的区域进行搜索,不但缩小了算法的搜索空间,提高了算法的效率,而且一次运算只求得偏好区域内若干个折中解,避免了决策者要在众多非劣解中作出困难的选择.在该算法中,采用了新的偏好信息给定方法,即采用目标间重要关系、目标数值或目标权重大致取值范围来表示偏好信息.采用该方法,不但便于决策者给定偏好信息,而且还可以根据决策者的需求,对搜索区域的范围进行适当地调整.针对偏好信息的特点,提出了一种模拟人类社会组织"投票选举"的偏好信息处理方法,该方法直观简便并易于实现.最后,通过实例仿真,对该算法性能进行比较分析和评价,结果表明了该算法的有效性和可行性.     

一种基于腹足动物运动机理的介入机器人

在对腹足动物运动机理研究的基础上,基于仿生学原理提出一种介入机器人设计方案.通过理论建模及实验手段对机器人仿生设计效果及运动性能进行研究.结果表明:对粘液功能的模拟方案正确;机器人正常运行速度由直线微马达伸缩速度决定,但过快的微马达运动方向变化会导致机器人运行效率的降低.     

距离多普勒成像和多散射点定位

距离多普勒雷达成像系统的基本任务是利用雷达回波信号的距离和多普勒信息重构目标反射率的空间分布。本文把用逆合成孔径雷达对运动目标进行距离多普勒成像当作多散射点定位问题来研究,把成像雷达信号处理的两个关键,运动补偿和成像作为最大似然估计问题一起求解。原则上需进行多维搜索,一般情况下,目标上散射点的个数、位置以及目标的轨道运动都先验未知,这种求解的计算量极大。在若干合理的假设成立时,可引入DFT,免去估计散射点个数和位置,大大减少搜索维数,并可利用FFT,从而大大提高计算效率。这样做的代价是最终的成像质量有所下降。当目标轨道运动模型可用二次的距离时间函数描述时,只需进行二维搜索,文中导出了进一步简化的相位补偿和成像算法,并给出了计算机模拟结果。     

基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法研究

描述了基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法。采用特征造型方法建立了弹性折叠机构几何模型,CAD二次开发技术实现了折叠机构模型的参数化自动建模;考虑折叠机构几何参数不确定性,建立了折叠机构可靠性动态分析模型;基于功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析问题简化为静态问题;采用一次二阶矩法分析了机构折叠时间、最大应力和机构寿命的可靠度;以折叠机构几何参数为设计变量,采用修正的可行方向法驱动优化使折叠机构质量最轻且寿命更长。数值分析结果显示功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析简化为静态可靠性分析,可以在保证分析精度的前提下,提高可靠性分析效率;同时与传统优化方法比较表明,可靠性优化设计方法可以通过牺牲部分优化目标性能换取优化设计结果可靠性的提高。     

基于动态遗传神经网络的方盒件成形多目标优化

针对板料成形优化中采用传统静态代理模型存在全局近似精度不高、超量选取样本点等问题,提出了多重近似精度收敛、逐步增添样本点的动态遗传神经网络(Genetic Algorithm Back Propagation Neural Network,GABP)建模方法。样本点增补策略根据动态模型的全局近似精度和局部近似精度分别按最大最小距离增补和局部最优解增补。将动态代理模型应用于NUMISHEET 93方形盒冲压成形优化问题,结合灰色关联理论将多目标问题转化为单目标问题并构造用于优化的迭代格式,实现了方盒件成形的多目标优化,有效地提高了方盒件成形质量和优化计算效率。     

微型仿生扑翼飞行器的尺度效应分析

微型仿生扑翼飞行器是一种新概念的微型飞行器。但它不是对传统飞行器的简单几何缩小,当其特征尺度缩小到一定尺度时,系统内各种因素的相对影响将产生质的变化。针对微型仿生扑翼飞行器的机械扑翼系统,包括微驱动器、仿生翅、运动系统和动力源等,本文进行了尺度效应分析。分析结果表明,当尺寸减小时,仿生飞行更容易实现:通过共振能实现高频运动,微静电、电磁和压电驱动器都能满足扑翼系统功率需求。这为设计和研制微型仿生扑翼飞行器提供了理论依据。