混合驱动水下滑翔机动力学建模与海试研究

从能量的角度出发,引入黎曼几何和仿射联络,基于微分几何理论建立混合驱动水下滑翔机动力学微分几何模型。基于上述模型,分析混合驱动水下滑翔机系统驱动方式、姿态调节方式及其航行过程中所受外部力与力矩作用,同时针对目前所研制的混合驱动水下滑翔机纵垂面"之"字形剖面滑翔运动进行数值模拟分析,得到控制输入量与混合驱动水下滑翔机运动特性之间关系,并将数值模拟结果与南海试验数据进行对比,验证了该动力学微分几何模型的有效性,为改善混合驱动水下滑翔机系统设计及其动力学行为预报提供参考依据。

基于实验本构关系的接触电阻预测方法研究

双极板与扩散层之间的接触电阻是导致质子交换膜燃料电池功率损失的重要因素。研究接触电阻的影响因素与形成规律并对其进行准确预测,对提高和优化质子交换膜燃料电池性能具有重要意义。提出了接触电阻本构关系的概念和基于实验本构关系的接触电阻预测方法。通过平板压缩试验测得了石墨-扩散层的接触电阻与接触压力实验本构关系。采用实验本构关系预测了不同装配压力下石墨双极板与扩散层间的接触电阻,并与实测结果进行了对比。结果表明,提出的基于实验本构关系的接触电阻预测方法是可行的。

浮式起重船吊装过程的计算机仿真

研究浮式起重船吊装过程的计算机仿真技术。从安全性上分析,对吊装过程进行理论建模、优化选择,并确定起重船的工作参数。利用计算机软件对吊装过程进行运动干涉检验和仿真,防止重物与障碍物的碰撞。该软件采用通用数据库技术,系统具有开放性和可扩展性,具有普遍的意义。

深水自主水下航行器附体安装结构参数优化及涡流噪声分析

深水自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)是主要依靠声学设备实现导航、定位以及任务操作的机电装备。声通信调制解调器是保证深水AUV正常水下作业的唯一数据通路,其周围的涡流噪声对其信号精度有着不容忽视的影响。以降低涡流噪声对声通信传感器信号干扰为目的,研究声通信传感器的安装结构设计。依据AUV上声通信传感器的安装结构抽象出几何模型,即圆柱凸体–孔腔组合结构,采用LES-Lighthill等效声源混合法对该结构的流场、声场进行模拟仿真,探讨组合结构涡流流动机制及辐射噪声特征。分析影响组合结构涡流噪声的因素,以降低涡流噪声为目的,利用正交试验的方法优化圆柱凸体–孔腔组合结构参数。结果表明,在较低速度范围内,水下航行器速度对组合结构水动噪声的影响不如组合结构参数对水动噪声的作用显著,安装结构参数对涡流噪声的影响顺序为高深比>直径比>深径比。研究成果为水下航行器声学传感器的合理安装及提高信号精度提供了理论指导。

水下滑翔机浮力驱动系统生存分析与试验

水下滑翔机的可靠性直接影响了其生存能力和完成任务的能力,浮力驱动系统作为它的核心模块,其可靠性研究显得尤为重要。针对水下滑翔机浮力驱动系统故障试验数据存在缺失性的情况,采用生存分析方法对水下滑翔机PETREL-II进行了可靠性分析和评估。首先依据水下滑翔机浮力驱动系统生存删失数据,由生存分析理论的Kaplan-Meier估计方法获得了浮力驱动系统的生存曲线,然后根据原始故障数据,应用常规可靠性理论计算浮力驱动系统的故障率与可靠度,将传统可靠性理论估计结果与生存分析结果进行对比。结果表明,生存分析方法可更好地评价水下滑翔机浮力驱动系统的可靠性,对水下滑翔机整体可靠性分析提供有力支持。

纳米切削分子动力学仿真可视化研究

为了更好的理解纳米切削的机理,该文使用C++和OpenGL技术构建了纳米切削分子动力学仿真可视化系统MDView。MDView根据仿真模型特点采用面向对象技术动态建立与仿真结果对应的原子集合类,应用显示列表和显示细节技术优化可视化性能。实现的三维数据显示、剖视显示和交互操作功能可用于仿真结果观察和程序调试。最后利用MDView对金刚石刀具切削单晶铝材料的纳米切削分子动力学仿真进行了可视化。可视化结果对于调试纳米切削分子动力学计算程序和观察切削变形起到了良好的作用。

POMDP模型在多机器人环境探测中的应用研究

为了提高多机器人环境探测的效率和精度,本文提供了一种基于部分可观马尔可夫决策过程(Partially observable markov decision process,POMDP)的路径规划方法来控制多个装有传感器的机器人实现对环境的协同探测。建立了多机器人环境探测系统的POMDP模型,以信息熵作为回报函数,令机器人沿着信息熵最大的方向不断移动。机器人对环境的信念采用非参数的、基于样本的表示,并用贝叶斯滤波来更新机器人对环境的信念。在仿真试验中,对两种环境的CO浓度进行了探测,都得到了精确的测量结果。与传统的全覆盖路径规划的方法相比,该方法在效率和精度上都具有优势。

集约型时间触发以太网拓扑优化方法

时间触发以太网(time-triggered ethernet,TTE)是一种时间业务与事件业务混合技术,其在兼容标准以太网基础上,保障时间触发(time-triggered,TT)业务的确定性和可靠性,在航天通信领域具有显著的优势.但由于航天网络的高成本问题,在很大程度上限制了TTE的发展,因此研究集约型网络拓扑可降低系统架构成本.本文首先引入复杂网络理论,在满足速率约束(rate-constrained,RC)消息延迟界门限的前提下,建立简化网络拓扑结构的问题模型.其次提出最小介数节点删除及混合策略恢复的集约型拓扑优化算法,通过对节点和边的交替迭代收敛到目标函数最小化的状态.最后,在优化后的集约型网络基础上设计双冗余结构,提高时间触发业务的可靠性.实例的优化前后结果表明,不同恢复策略在不同网络结构下性能不同,说明所提出混合策略的优势.通过优化目标函数对比表明所提出的方法能兼顾时延的前提下简化网络拓扑结构,降低架构成本.本研究给出了基于TTE的实时航天通信的设备部署优化算法及恢复策略,可用于旧网络的升级与改造.通过实例给出了在随机的BA无标度网络中,实现模型建立和拓扑优化的过程,其算法思路和设计方法可进一步应用于更大规模的网络拓扑优化,为航天通信网络优化提供了参考.

基于置信度上界的移动机器人信息路径规划方法

路径规划是移动机器人未知环境探索的关键问题,路径点的合理规划对提高环境探索的效率和环境场预测的准确性至关重要.基于强化学习范式,提出一种适用于静态环境场探索的移动机器人在线信息路径规划方法.针对基于模型训练算法计算成本高的问题,通过机器人与环境的交互作用,采用动作价值评估的方法来学习所获取的环境场历史信息,提高机器人实时规划能力.为了提高环境预测准确性,引入基于置信度上界的动作选择方法来平衡探索未知区域与利用已有信息,鼓励机器人向更多未知区域进行全场特征探索,同时避免因探索区域有限而陷入局部极值.仿真实验中,环境场分别采用高斯分布和Ackley函数模型.结果表明,所提算法能够实现机器人环境探索路径点的在线决策,准确有效地捕捉全场和局部环境特征.