面向海流扰动和通信时延的欠驱动AUV编队跟踪控制

由欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)编队组成的水下探测阵列具有响应快、机动性好、智能化程度高的特点。针对无速度信息传输的多AUV在海流和时延复合扰动下的编队控制问题,提出一种虚拟轨迹、轨迹预测、自适应反演滑模控制技术相结合的编队控制方法。使用领航者的位置信息和期望队形得到跟随者的参考轨迹,并引入虚拟轨迹使其与跟随者参考轨迹有限时间重合,从而得到跟随者的期望位置和速度。在此基础上,使用最小二乘法拟合轨迹曲线进行时延补偿,并通过自适应反演滑模控制技术完成海流干扰下的编队轨迹跟踪。理论分析和仿真结果表明,新方法具有可行性和有效性。

基于空海异构无人平台的水下目标搜索与跟踪

海上异构无人系统可有效提高复杂任务的完成效率。文中采用自主水下航行器(AUV)和无人机(UAV)来完成近海海域内未知水下目标的搜索与跟踪任务。首先,描述了水下目标搜索跟踪任务,将任务过程分为目标搜索和目标跟踪阶段,2个阶段的目标分别是使AUV&UAV总搜索空间最大化以及AUV与水下目标的末端位置误差最小;然后,建立AUV&UAV跨域协同搜索模型,并设定模型中AUV和UAV探测范围和通信距离等约束条件;最后,在跨域协同搜索与路径跟踪规划中,基于传统粒子群算法,加入自适应学习因子调控策略和精英保存策略,生成搜索与跟踪路径。仿真实验表明,采用改进粒子群优化算法的AUV&UAV异构无人系统能够更高效地完成水下目标搜索与跟踪任务。

深海锂电池关键技术研究与发展

本文综述了目前锂电池组在水下装备中的应用现状和技术进展,通过对现有深海锂电池技术的现状分析,结合目前国内在深海锂电池技术上的研究进展,分析了发展深海锂电池技术的必然性和急迫性。展望了未来水下无人化装备用深海锂电池技术的发展方向,聚焦在新体系锂电池、模块化成组技术、高效组合技术等发展方向,为我国水下装备向深远海进军提供了有力的技术支撑和理论支持。

基于遗传算法的最大似然参数优化估计

用最大似然法进行参数优化估计时,为了避免常规优化算法由于受迭代初值的影响不易收敛到全局最优解的缺点,文中采用遗传算法,不再需要估计优化变量的初始值即可获得全局近似最优解。建立以似然函数为目标,求其极大值点即可确定参数最优解的优化模型。为了更好地确保遗传算法获得全局最优解,在传统遗传算法的基础上采用尺度变换适应度函数、并行操作、保留最优个体等方法,进一步保证方程解的精度。最后以威布尔分布为例进行参数估计,结果表明,改进的遗传算法可以在求解效率和收敛性能上达到较好的平衡,能更好地将优化方法与最大似然估计法相结合。

预防周期不同的最佳系统预防性维修优化模型

建立了一种系统预防维修周期优化模型,该模型不但考虑到系统预防维修时各周期不同的情况,而且还充分考虑到预防维修可以提高系统生产效益的同时,其故障率会随着维修次数的增加而上升,引入役龄回退因子对预防维修活动前后系统性能的动态变化进行了描述。重点研究了系统在不同预防周期条件下的总维修费用随预防维修次数的变化,并与预防维修周期相同时的情况进行了比较。实例验证了该优化模型的正确性与可用性。

并联系统预防性维修费用的优化方法

主要针对并联系统建立了有限时间区间的预防性维修优化模型,该模型充分考虑到预防维修可以提高系统生产效益的同时,其故障率会随着维修次数的增加而上升,引入役龄回退因子对预防维修活动前后系统性能的动态变化进行了描述,而且还将系统可靠度作为约束条件。在运用遗传算法进行优化求解的基础上,研究了系统总维修费用随可靠度的变化率,对其进行了深入分析,实例验证了该优化模型的正确性。

基于多失效模式的水下航行器耐压壳体结构可靠性研究

耐压壳体结构是水下航行器重要的组成部分,考虑到结构强度和稳定性失效之间的相关性以及结构参数存在的随机性,基于可靠性理论开展多耦合失效模式下的耐压壳体结构性能分析研究。在研究过程中,首先基于二阶响应面法对耐压壳体结构的力学模型进行简化分析,获得相应的结构力学数学模型;其次在综合考虑结构参数随机性基础上,结合随机摄动法、二阶矩方法和窄界限法,建立水下航行器耐压壳体结构多失效模式可靠性分析模型;最后在分析计算各结构参数灵敏度基础上,获得结构参数对耐压壳体结构性能的影响规律。通过研究清楚地了解各因素对耐压壳体结构性能的影响程度,为结构设计提供一定的理论参考。

基于AMSAA增长模型的鱼雷系统Bayes可靠性分析

Bayes理论是分析研究鱼雷系统可靠性的有效方法,文中针对美国陆军装备系统分析中心(AMSAA)增长模型,提出了Bayes可靠性增长分析的基本方法。该方法将鱼雷研制阶段的可靠性增长试验数据作为产品可靠性评估的先验信息,再结合少量现场试验数据,运用Bayes方法即可对现场试验后的鱼雷产品可靠性进行评定。仿真结果验证了该方法的有效性,为鱼雷系统可靠性评定提供了一种新的分析方法。

动力减振器的模糊可靠性优化设计

把机械零件的固有频率、激振力频率和振动响应按照实际处理为随机变量 ,将有关优化技术、可靠性理论和模糊数学有机地结合起来 ,以传统的振动设计方法为基础 ,提出了对机械零件振动基于可靠性的模糊优化设计方法。这种方法不但充分考虑了可靠性指标的要求 ,而且还考虑了有关设计参量所具有的随机性和模糊性 ,从而使设计结果更加符合实际。对动力减振器的模糊优化设计 ,表明模糊可靠性优化设计是可行的、符合实际的。

面向高速公路的车辆视频监控分析系统

随着视频监控技术在道路安全应用的迅猛发展,为实现高速公路智能化管理,提出一套面向高速公路的车辆视频监控分析系统。通过对监控视频流中的车辆进行检测和跟踪,进一步实现了高速公路相关车辆监测的应用。提出了基于双向金字塔多尺度融合的轻量级车辆检测跟踪算法,基于YOLOv3在主干网络上使用轻量级网络EfficientNet,并且利用双向特征金字塔网络进行多尺度特征融合,使得算法在保证检测实时性的同时提升检测的准确度。通过采集高速公路监测视频,构建了一个多场景高速公路车辆目标数据集。在此数据集上的实验结果表明,所提出的算法检测精度达97.11%,高于原始YOLOv3检测算法16.5%,并且结合DeepSORT模型在车辆跟踪上以31帧每秒的帧速度实时运行。同时,该车辆监测系统可在车流量统计、交通异常事件检测领域进行多路实时监测,具有实际应用价值。

基于先验信息可信度的鱼雷可靠性Bayes分析

鱼雷武器装备具有小子样复杂系统的特点,在运用Bayes方法进行鱼雷系统可靠性试验与评定分析时,为了尽量较少试验样本,充分利用了各种先验信息,但在进行Bayes分析时尚未考虑先验信息的可信度问题。基于此,在分析先验信息是否会淹没小子样现场试验信息问题基础上,引入可信度理论,给出了基于先验信息可信度的鱼雷可靠性Bayes方法。最后通过鱼雷系统仿真实例具体说明了方法的应用,同时也验证了方法的合理性和有效性。

基于优化分析的计数抽样检验方法

将抽样方案与质量标准结合起来,运用优化理论和Pareto非劣解排序思想,建立了以生产方风险和使用方风险为目标函数的计数抽样检验优化模型,不但充分反映了生产方风险和使用方风险之间的制约关系,而且还可避免求解繁琐的非线性超越方程组。最后通过实例分析验证了该模型的正确性、可用性。

遗传算法的预防性维修周期优化方法

考虑到预防维修可以提高系统生产效益的同时,故障率会随着维修次数的增加而上升,引入役龄回退因子对预防维修活动前后系统性能的动态变化进行描述;而且还充分考虑到系统预防维修周期随维修次数的变化情况,建立了系统预防维修周期优化模型,并将改进后的遗传算法运用于模型的优化求解。重点研究了系统总效益随预防维修次数的变化率,从而有效地帮助决策者判定系统何时进行更新替换。

串联系统预防维修周期优化策略研究(英文)

针对串联系统建立了基于可靠性约束的预防性维修优化模型,该模型充分考虑到预防维修可以提高系统可靠性的同时,其故障率会随着维修次数的增加而上升,引入役龄回退因子对预防维修活动前后系统性能的动态变化进行了描述。通过实例验证了该优化模型的正确性与可用性,对模型作进一步的扩展,还可用于更一般复杂的串并联系统。

导流板对Banki式风机性能的影响分析

Banki式风机是一种适合在低风速下运行的小型风机,但其在迎风方向存在负力矩,整体效率不高的问题,为此提出了在迎风方向上安装一个弧形导流板的方案。为了探索导流板对风机气动性能的影响机理,并定量分析导流板对风机发电功率的影响,使用滑移网格技术对风机进行了二维非定常数值流体动力学仿真。仿真结果表明:导流板可减少叶轮在逆风半周期内的负转矩,提高风机的输出功率最高可达66.9%.

基于序贯验后加权检验的鱼雷抽样检验分析

Bayes理论是分析研究具有小子样特点鱼雷可靠性的有效方法,文中基于序贯验后加权检验的思想,给出针对二项分布的抽样检验基本方法,并将其应用在鱼雷系统抽样检验试验中。该方法充分利用抽样试验之前所能获得的先验信息,可有效减小试验所需的样本容量。最后以鱼雷系统为例进行分析,仿真结果验证该方法在减小试验样本容量的有效性,为鱼雷可靠性抽样检验试验提供一种新的分析方法。

基于分布图信息融合的Bayes可靠性评定方法

在利用Bayes理论进行小子样可靠性评定过程中,为了尽可能少做现场试验,必须充分利用各种先验信息,多源先验信息的融合是小子样理论方法应用中亟待解决的一个问题。基于分布图方法,提出了分布图多源信息融合技术,建立了基于分布图信息融合的Bayes可靠性评定模型。仿真实例验证了方法的合理性和有效性。

伸缩叶片式垂直轴风机叶轮的数值仿真

为减小垂直轴阻力型风机叶轮在回程方向的阻力,提出了一种伸缩叶片式垂直轴风机叶轮方案,设计了叶片伸缩机构来控制叶片的径向位置,并给出了叶片的运动规律。为进一步探索该叶轮在工作状况下的力矩、功率特性,采用滑移网格技术对不同叶片数目的叶轮进行了二维计算流体动力学数值计算,并分析了实际工况下压力场的基本特点。结果表明:叶片力矩系数在进程方向为较大正值,而在回程方向保持在0值附近;四叶片叶轮在速比系数为0.4时获得最大平均功率系数0.244 9。

基于海洋能的无人水下航行器能源发电装置设计

针对无人水下航行器在水下长时连续工作对能源的需求,提出了一种由两级转换系统构成的海洋动能发电装置方案,该装置可直接将海洋动能传递给发电机,去掉了中间的能量传递环节,可有效减小结构体积、提高系统的转换效率。基于永磁发电机基本原理和刚体绕定轴转动定律,建立了飞轮动能与电机输出电压的关系模型,结合项目组研制的海洋动能发电装置试验样机,经过仿真表明,所提出的模型方法是合理可行的,为后续开展分析不同海况下晃动动能发电装置的发电效率提供了理论基础。

海流能发电系统功率跟踪控制策略方法研究

针对一种可伸缩式垂直轴叶轮海流能发电系统,开展最大功率跟踪控制策略研究,解决在海流动态变化过程中的最大能量捕获问题。针对现有海流能最大功率跟踪控制方法存在需要准确测量海流速度、控制系统设计复杂等问题,在分析海流能发电系统运动方程和转矩特性基础上,提出了一种基于2阶滑模控制的最佳转矩控制策略,将叶轮模型输出的转矩作为转矩环的反馈信号。仿真结果表明,所设计的功率调节装置和控制系统能动态地跟踪最大功率点,具有良好动态特性和控制效果,验证了控制策略的稳定性和有效性,对后续开展海流能发电系统实物样机设计具有实际指导意义。