空间机器人动力学奇异回避的笛卡尔轨迹规划

针对空间机器人动力学奇异的回避问题,提出一种基于组合函数的笛卡尔轨迹规划方法。将梯形规划与正弦函数相结合,对机械臂末端的位姿进行参数化。机械臂沿着某一轨迹运动时,根据阻尼最小方差法(DLS)的特点,提出一种判断是否发生动力学奇异的方法,并据此进行轨迹规划。该方法可以保证空间机械臂运动过程中不会遇到动力学奇异。此外,将基座姿态扰动和机械臂运动时间作为目标函数的一部分,最终,轨迹规划问题转化为多目标优化问题,并利用混合整数规划的混沌粒子群优化算法(CPSO)进行求解。该优化算法能够改善标准粒子群算法(PSO)的“早熟”现象。仿真结果表明,新方法能够有效处理动力学奇异问题,减小基座姿态扰动及运动时间。     

基于盒粒子滤波的低成本皮纳卫星高效姿态确定算法

针对低成本皮纳卫星姿态确定系统在质量、体积、计算量以及能耗等方面的限制问题,本文基于区间分析理论提出了卫星姿态区间化描述方法并建立了运动学区间化方程,提出了基于盒粒子滤波(BPF)的皮纳卫星姿态确定算法。该算法首先采用双矢量算法对太阳敏感器和磁强计得到的量测进行姿态解算,并将解算出的姿态四元数作为伪量测值输入传递给BPF,从而降低敏感器噪声对估计精度的影响。仿真实验表明,相比于传统粒子滤波的姿态确定算法,本文所提出的BPF姿态确定算法能够在保证姿态确定精度的同时大幅缩短算法运行时间。     

基于脉冲初值的小推力转移轨道优化研究

针对小推力转移轨道优化过程往往忽略初值多样性的现状,研究了基于不同脉冲初值的小推力转移轨道优化问题。基于直接法的离散思想建立了小推力转移轨道优化模型,提出了基于粒子群和序列二次规划的组合优化算法,以地球1∶1共振近地小行星2016HO3交会任务为例,将3种典型的脉冲轨道作为初值设计了燃料最优小推力转移轨道。仿真结果表明:3种初值轨道优化得到了2个小推力转移发射窗口,两者燃料消耗差距不超过6%。不同的初值对小推力轨道的整体性能指标影响较小,但开关机时刻和推力方向的变化会产生较大差异,从而得到不同的最优控制曲线。     

损伤演化对Ti6Al4V高速切削仿真结果的影响

利用ABAQUS有限元分析软件建立了Ti6Al4V二维切削仿真模型,在模型其他参数（本构参数、初始损伤参数等）固定不变时,得到了不同损伤演化特征参数（断裂能）取值下的切削力、切削温度和切屑形貌,以此来研究损伤演化过程对仿真结果的影响。研究发现随着断裂能取值的减小,仿真的切削力、切削温度会降低,切屑的锯齿化程度会变得严重。在切削速度为180 m/min,进给量为0.1 mm/r的条件下进行了Ti6Al4V正交切削实验,测量了切削力,将仿真得到的主切削力和切屑锯齿化程度与实验结果进行对比,确定了适合本研究建立的仿真模型的合理断裂能值。结果表明,在使用此断裂能取值时,仿真得到的切削力和切屑形态与实验值有很好的一致性。在消除了能量密度对仿真模型的影响后,进行了4组验证实验,仿真结果与验证实验的结果相吻合,证明了断裂能取值的准确性。     

基于粒子群算法的核屏蔽感应电机多目标优化设计

屏蔽感应电机是核反应堆冷却回路的动力源,提高该电机的效率和降低电磁噪声具有重要的意义。将有限元法和磁路法相结合,设计了1台20 kW核屏蔽感应电机。利用有限元软件对其进行额定工况运行状态下噪声和损耗仿真分析,确定影响电机效率和电磁噪声的主要参数;选取影响电机效率和噪声的主要参数为优化变量,电机电磁噪声和效率为优化目标,输出功率为约束条件;采用正交试验表获得样本空间;通过响应面法建立优化目标及约束条件的优化模型,最后利用粒子群算法对优化模型进行求解。有限元仿真结果表明:优化后电机效率提高了2.6%,电磁噪声降低了5.2 dB。     

基于粒子群优化算法的火箭弹弹道研究

针对制导火箭弹滑翔增程问题,文章提出了以攻角为优化变量的解决方法;基于火箭弹的四自由度模型,结合粒子群优化算法,提出了火箭弹射程优化模型并建立了约束条件。对某制导火箭弹弹道进行优化仿真,所得到的结果表明:通过控制火箭弹攻角的变化规律,能够有效增加火箭弹的射程。因此,文章所提出的攻角控制方法是可行的。     

高阶非线性系统的位置控制器PID参数优化

针对高阶非线性系统的位置控制器PID参数优化问题,以五阶传递函数横动伺服系统为例,结合粒子群算法成功实现了参数的优化。设计了粒子群算法的PID参数优化原理。在已知系统传递函数的基础上,利用ZN法进行参数初求解,然后利用粒子群算法对初解进行参数寻优,并将优化前后的系统进行动态性能对比,结果表明:优化后的高阶非线性系统动态性能更好,响应速度更快,调节时间更短,鲁棒性更强。     

SiCp/Al复合材料-GCr15钢干摩擦磨损行为研究

采用无压浸渗法制备了SiC颗粒体积分数分别为15%、25%、35%、45%、55%、65%的铝基复合材料。在M-200磨损试验机上研究了SiC颗粒体积分数及载荷对铝基复合材料干摩擦滑动磨损行为的影响,对摩材料为GCr15钢环。采用SEM对铝基复合材料磨损表面及亚表面形貌进行了分析,采用EDX分析了磨损表面及亚表面的元素组成。研究结果表明,铝基复合材料的摩擦系数随着SiC颗粒体积分数的增加而上升,随着载荷的升高而降低,磨损率随着SiC颗粒体积分数的增加而下降。铝基复合材料磨损表面有一层机械混合层,它的出现有利于降低铝基复合材料的磨损率,混合层的厚度随着SiC颗粒体积分数和外加载荷的增加而增加,随着载荷的增加,混合层内出现裂纹并产生剥落。铝基复合材料的磨损机理主要是磨粒磨损、氧化磨损和剥层磨损。     

基于PCA-MPSO-ELM的空战目标威胁评估

目标威胁评估是空战对抗过程中的关键环节。由于影响空战目标威胁评估的因素复杂多样，且指标之间存在相关性，导致传统的评估算法无法得到准确客观的评估结果。由此，提出了一种基于主成分分析法和改进粒子群算法优化的极限学习机（PCA-MPSO-ELM）的目标威胁评估算法。首先，综合分析了影响目标威胁程度的指标，利用主成分分析法对原始评估指标进行线性变化处理得到综合变量，消除了评估指标之间的相关性，实现了对评估数据的降维；在此基础上，构建ELM神经网络并利用改进的粒子群算法优化极限学习机的输入权值和阈值，提高了目标威胁评估模型的精度。最后，在空战训练测量仪中选取空战对抗数据，利用威胁指数法构造了目标威胁评估样本数据，通过仿真实验分析了PCA-MPSO-ELM算法的精度和实时性，结果表明所提算法可以快速准确地进行空战目标威胁评估。     

Magnetic connectivity and solar energetic proton event intensity profiles at deka-MeV energy

We present an analysis of the time-intensity profiles of 25 solar energetic proton events at 18.2 MeV, modelled by fitting an analytical function form (a modified Weibull function) to the observed intensities. Additionally relying on previous work that characterized the magnetic connectivity between the event-related solar flare and the observer in these events with three angular parameters, we investigate the fit function parameters, the connectivity parameters, and the iron-to-carbon ratio of the events for dependencies and correlations. We find that the fit parameter controlling the basic shape of the profile (parameter a) is not clearly dependent on the connectivity parameters or the Fe/C ratio, suggesting that the profile shapes of neither well and weakly connected nor generally “impulsive” and “gradual” events differ systematically during the early stages of the event at 1 AU. In contrast, the time scaling of the fit function (parameter b) is at least moderately correlated with both the magnetic connectivity parameters and the Fe/C ratio, in that well-connected and iron-rich events are typically shorter in relative duration than weakly connected and nominal-abundance events; intensity rise times display a similar correlation with the connectivity parameters. We interpret the former result as following from the combined effect of various transport processes acting on the particles in interplanetary space, while the latter is essentially consistent with established knowledge regarding the observed dependence of the time-intensity profile shapes of solar energetic particle events on their magnetic connectivity and heavy ion abundances. The desirability of modelling the particle transport effects in detail and extending the analysis to cover higher energies is indicated.