基于深度强化学习的复杂地形适应机器人设计与实验

针对行星表面轻量化自主探测任务,基于仿生思想设计了一种仿海胆结构的十二足球形机器人,其具备自主改变构型以贴合复杂地形的能力,可实现无倾覆、高容错的全向运动;基于数据驱动方法,对该机器人设计了一种数据高效的无模型强化学习运动策略,可实现无先验知识的从0到1步态训练以及步态的实物样机快速部署。通过在平面地形和非结构化地形中对其进行仿真实验,验证了经过训练的机器人具备自主运动、适应非结构地形等能力;通过与常用基准策略进行对比,证实了本文提出的运动策略具有训练高效、鲁棒性好的优势;最后通过开发原理样机,开展实物实验验证了仿真环境中所生成的步态在真实物理环境中的动力学可行性。     

随机颗粒轨道模型在长尾喷管发动机流场计算中的应用

应用随机轨道模型对长尾喷管发动机长尾段内的轴对称两相流动进行了数值模拟,并对确定轨道和随机轨道获得的计算结果进行了对比分析,研究了10、30、50、80、100μm不同直径颗粒及3种不同颗粒直径分布下颗粒的运动轨迹和颗粒在壁面聚集浓度的区别。研究表明,随着颗粒直径的增加,颗粒的随流性变差,惯性增强,湍流脉动对颗粒的作用减小,不同颗粒轨道模型获得的计算结果区别明显,尤其是喷管扩张段的差异;随机轨道相对于确定轨道获得的结果,流场中几乎不存在无颗粒区域;不同颗粒直径的分布形式对计算结果影响也较明显;颗粒和壁面碰撞的形式主要为小直径颗粒主要受湍流脉动的作用,大直径颗粒主要是由于惯性的作用。     

跨大气层飞行器的无动力跃滑弹道优化研究

针对跨大气层飞行器的无动力跃滑飞行弹道的特性,建立了其飞行动力学模型,通过弹道仿真分析了该弹道相对于最小能量弹道所具有的射程和突防性能优势,提出了几种跳跃飞行可能采用的控制方式,其中最大升阻比控制方式在单一控制方式中的射程最大,在此基础上,基于射程最大进行全弹道优化,结果表明最大升阻比滑翔飞行是使射程最大的最佳飞行方式。     

气动引力辅助的火星自由返回轨道设计方法

为更准确地描述大气飞行过程,提出一种三段式大气飞行模型,将大气飞行段分为下降段、平飞段和上升段,使用大气飞行角和航迹角描述飞行过程,并建立了相应的计算模型。对“地球-火星-地球”、“地球-火星-金星-地球”和“地球-金星-火星-地球”自由返回轨道序列的优化结果表明,三段式模型可以准确描述气动引力辅助过程,同时气动引力辅助技术可以有效提升自由返回轨道性能,如减少转移时间,降低燃料消耗等。     

火箭垂直回收多阶段最优轨迹规划方法

针对火箭高空再入定点回收,基于凸优化方法提出一种考虑气动力和推力控制的多阶段轨迹优化方法。在气动减速段,通过控制总攻角,实现气动升力和阻力的调制。由于气动力连续变化,使用Legendre-Gauss-Radau伪谱离散方法进行离散化,利用较少的离散点实现较高的数值精度。在动力减速段,推力矢量为控制变量。由于推力调节可能出现不连续,采用等距离散方法进行离散。在此基础上,将发动机开、关机时间也作为优化变量,并考虑各种约束,构建了多阶段离散最优控制模型。使用无损凸化方法对升力约束和推力约束进行松弛,并通过逐次凸化消除由气动力、自由时间变量以及质量引入的非凸约束,最终将问题描述为序列迭代求解的二阶锥规划问题(SOCP)。通过仿真校验,经过少量的逐次凸化迭代,可快速收敛到最优解,且落点调节范围更大,燃料更省。     

固体火箭发动机一维准定常内弹道解法

本文着重讨论了固体火箭发动机一维准定常内弹道问题的解法.指出这个问题可有两种解法:平衡解法和非平衡解法,并用实例计算说明了非平衡解法优于平衡解法.     

基于开环补偿的飞机偏航角控制系统设计及仿真

飞机侧向姿态运动的有关侧向力、力矩具有较强耦合性,且基于副翼、方向舵对侧向运动实施控制,侧向运动这些特点必然导致侧向控制系统设计的复杂性。为设计飞机偏航角侧向姿态控制系统,首先,基于飞机侧向运动的动力学方程组,建立了飞机侧向姿态控制系统全面运动结构图;然后,在分析全面运动结构图基础上,基于开环补偿原理,设计了一种飞机偏航角侧向姿态控制系统,即通过引入交叉传动比,将滚转通道的γ信号引入偏航通道,通过调节来实现基本协调转弯的控制结构方案;最后,在Matlab平台下,对所设计的飞机偏航角侧向姿态控制系统进行了大量仿真研究。仿真结果显示,通过调节可减弱飞机滚转运动和偏航运动的耦合影响,基于开环补偿的飞机偏航角侧向姿态控制系统是合理可行的。     

特征趋势分区Gauss伪谱法解再入轨迹规划问题

针对强约束下的滑翔再入轨迹规划问题,采用基于特征趋势分区的Gauss伪谱法将连续最优问题转换为多个并行非线性规划问题并对其进行求解。针对传统拟谱方法在处理状态受限时,非平滑最优控制解难以收敛的问题,引入Sobolev空间证明了分区并行的收敛性和一致性。基于Letts准则提出了非连续特征趋势提取方法,通过分析离散点配置导数进行了可变分区的迭代设定,并结合导数变化趋势给出了各分区的动态配点数。利用不同阶次的多项式进行精度逼近,保证了在考虑多项强约束条件下弹道规划的可行解获取。结合状态分区的策略进行离线状态的分解,提高了计算效率。最终针对典型的再入应用进行了轨迹规划应用。仿真结果表明,所提出的方法可有效应对多种约束条件,能够根据飞行器的气动能力规划出可行的轨迹,过程条件满足约束,且可适应气动力20%的拉偏范围。     

一种用于井眼轨迹测量的惯性解算方法

在井眼轨迹测量的惯性解算过程中,需要根据重力场模型补偿地球重力向 量。结合井下惯性测量的实际情况,从地球内部构造特性着手,采用重力点质量模型的 方法推导出适用于地表岩层内的重力梯度模型,进而得出便于参与惯导力学方程编排的 重力场模型。用Matlab 编写惯导仿真程序,分别将传统重力模型与新建重力模型代入惯 导程序,对比相同导航时间内解算产生的导航参数误差大小。对比结果显示：含新建重 力模型的惯性解算方法可以有效地提高井眼轨迹测量的精度。     

基于复杂性的六边形扇区驶入问题研究

为解决飞机穿越扇区边界飞行时存在局部复杂性上升的问题,在未来航空统一化管理的前提下,使用六边形的扇区理想化模型,并针对六边形扇区的几何特性及驶入飞机与扇区内飞机的相对位置、速度关系,提出了飞机在驶入六边形扇区时的空中交通复杂性模型。根据构建的空中交通复杂性模型,进行了复杂性分布图的计算,为飞机选择驶入扇区的位置、航向提供了参考依据。