“复杂系统控制与决策”课程的递进滚动式教学方法探索与实践

不同课程要有对应的教学方法,针对“复杂系统控制与决策”博士生课程知识跨度大、内容新且缺少成熟教材的实际情况,课程组采取了精讲经典内容、研读重要文献、研讨主要观点、实践实用方法及邀请专家授课等灵活的教学形式,采取“全程聚焦、滚动深化和分段推进”等可行的具体措施,提出并实践了递进滚动教学法,取得了很好的教学效果。

面向多阶段的无尾飞行器力矩控制分配方法研究

为满足不同飞行阶段对无尾飞行器气动性能的不同要求,提出一种多目标控制分配方法。首先,建立无尾飞行器非仿射舵效模型,对无尾飞行器控制分配问题进行数学描述。然后,提出增量式非线性控制分配方法。其次,对增量形式的次级性能指标与加权形式的综合性能指标进行构建。最后,基于有效集二次规划方法对多目标非线性控制分配问题进行求解,并进行仿真验证。在仿真场景中,与最小舵偏算例相比,最小阻力算例平均阻力系数降低了36.96%,最大升力算例平均升力系数增大了7.76%。实验结果证明了控制分配方法能在满足力矩分配误差最小的条件下,有效实现最小舵偏、最小阻力与最大升力等不同次级目标。

非酿酒酵母在酒类酿造过程中的微生物相互作用及功能特性研究进展

不同于酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),非酿酒酵母(non-Saccharomyces yeasts)发酵能力弱,乙醇耐受性低,难以充当酒精发酵的主要菌株,但其代谢产物及分泌的酶类能促进酿酒酵母降解葡萄糖等发酵底物,产生醛、酯、酸等芳香化合物,对最终酒产品的风味产生积极影响。非酿酒酵母与酿造环境中其他微生物间的不同相互作用,如有利于双方共同生长的协同作用,或是两者相互抑制的营养竞争等,都可改变体系中的发酵环境和微生物稳定性,增加风味复杂性,对酿酒酵母的生存和酒产品的质量产生重要影响。该文综述了酿造酒中非酿酒酵母与其他微生物的相互作用及其对酒产品质量的影响,分析了目前研究的局限性,在此基础上,对如何利用非酿酒酵母及提高利用效率进行展望,以期为优质酒产品的研发提供参考。

基于改进蚁群算法的凹区域无人侦察机覆盖航线规划

针对固定翼无人机的区域覆盖侦察航线规划问题,提出一种基于改进蚁群算法的凹区域覆盖航线规划方法。建立垂直载荷侦察模型,引入平行覆盖策略,通过旋转卡壳法确定飞行方向;针对不规则凹多边形区域,提出融合凹点移除和区域分解的多策略凹多边形转换方法;将覆盖航线规划问题转换为搜索最优条带遍历顺序的优化问题,建立Dubins转弯航线,通过在蚁群算法中改进启发函数、引入自适应信息素挥发系数和3-opt算法进行问题求解。实验结果表明,该方法能够高效实现凹区域转换,并获得长度更短的区域覆盖侦察航线,可为开展无人侦察机自主区域侦察研究提供理论支持。

无人机自主航迹规划智能算法综述

自主能力是无人机跨代升级的根本能力和直接推手。随着人工智能技术的颠覆变革,基于智能算法的自主航迹规划技术成为提高无人机自主能力的关键技术,具有重要研究价值。本文首先总结国内外相关研究,提出对无人系统自主性的理解,对智能算法应用于无人机自主航迹规划的优势进行分析,然后从算法改进方式入手,对进化算法、群智能算法、神经网络、强化学习算法和深度强化学习等航迹规划智能算法进行分类梳理和总结,最后结合当前无人机自主航迹规划面临的挑战,对未来的研究方向进行展望。

超声速无尾飞行器最小阻力增量控制分配方法

针对超声速无尾飞行器操纵面冗余度高、舵效非线性强、超声速巡航阻力大的问题,提出了一种最小阻力增量控制分配方法。在增量非线性控制分配框架下对超声速无尾飞行器的控制分配问题进行重构,然后在操纵面幅值与速率约束下,构建增量形式“分配精度-阻力”混合优化目标,并使用有效集二次规划求解,形成了一套完整的最小阻力控制分配方法。在超声速巡航条件下进行仿真,结果表明该方法可有效分配虚拟控制指令,减小飞行阻力。

基于体系系统工程视角的美军NIFC-CA系统分析研究

不同于国内学者研究美海军综合火控——制空的角度,在详细阐述美军体系系统工程发展的基础上,深入研究NIFC-CA组成系统及其解耦与体系构建,进而系统剖析该体系项目在管理组织、研发机制及经费管理等工程管理方面的创新举措,总结了NIFC-CA在体系系统工程建设方面的优长之处。

小支板后不同喷孔形状射流的气动特性

针对带有小支板后低动压喷注的超声速流场进行数值模拟,分析了有无小支板时6种不同喷孔形状的流场特性。研究结果表明:小支板能显著提高后方不同喷孔横向射流的穿透深度、促进燃料与来流掺混并且不会导致较大的总压损失;小支板与方孔、圆孔和三角形喷孔组合时流场特性差异并不大,与长宽比为10:1的喷孔和菱形孔组合混合效率提升得较为显著;大长宽比喷孔能使射流充分利用小支板后缘的低压区与强湍流区,从而发挥出比无小支板时更为优越的掺混特性;通过研究进一步认识了小支板后低动压喷注的流场特性,为优化喷射装置提供了依据。

超燃燃烧室肋片构型数值研究

为进一步研究不同肋片构型对后方射流的影响规律,运用数值模拟方法,研究了统一特征尺寸下不带前引导面与带前引导面等10种不同构型肋片流场特性差异。研究发现,肋片后低动压喷射的总压损失主要由壁面与横向射流产生,与传统横向喷流算例相比,带Pylon A和Pylon D的算例总压损失有所减小;肋片后缘面越大能提供的低压区越大,后缘面过大燃料组分扩散过早,羽流质量中心高度未必越大,无论后缘面前倾或后倾流场特性无明显改善;前引导面对掺混特性的影响效果大于后缘面对掺混特性的影响效果,Pylon D、Pylon I及Pylon J构型的肋片最具进一步研究价值。

乙烯超燃燃烧室支板/多凹腔一体化组合数值分析

为探索多凹腔与交错尾部支板组合时对燃烧室性能的影响,运用有限体积法对乙烯喷注当量比0.6的燃烧室进行了数值模拟。通过对比不同长深比的凹腔串、并联对混合效率、燃烧效率、总压损失的影响,发现并联凹腔能通过更早的实现燃料与主流充分掺混从而提供更大的燃烧区;长深比为3.5的凹腔串、并联对提高燃烧效率效果不明显,长深比为8的凹腔串、并联能显著提高混合效率和燃烧效率,其中长深比为8的凹腔并联燃烧室性能较好。

超燃燃烧室支板喷注器燃料掺混优化数值分析

为分析喷孔对带交错支板/凹腔组合结构燃烧室性能的影响,运用数值模拟的方法研究了单个喷孔和多个喷孔与支板的相对位置对燃料掺混效率的影响,并探讨了流场在不同喷射角度下的变化情况。研究发现:喷孔正对下斜支板更有利于燃料向燃烧室中心区域扩散,提高混合效率,此结论同样适用于多喷孔喷射;喷射角越接近90°,越有利于提高燃料的穿透深度,同时远场穿透能力随之增强。但喷射角度越大,总压损失越大。

非仿射纯反馈系统自适应神经网络快速预设性能控制

鉴于在纯反馈系统控制器设计过程中广泛采用的反推法需要逐级设计虚拟控制律,设计过程复杂,本文通过变量替换将一类未知非仿射纯反馈系统变换为等效的积分链式系统.利用有限时间收敛的微分器对转换系统的状态进行估计,并构造时变的误差面.通过对误差面的瞬态与稳态值进行性能约束并设计自适应预设性能控制器,实现了对跟踪误差的预设性能控制.最后,基于Lyapunov理论进行了稳定性分析,证明了闭环系统所有信号半全局最终一致有界.仿真算例表明了控制方法的有效性.

乙烯超燃燃烧室支板/凹腔结构组合数值优化

为探索带交错尾部支板的超燃燃烧室流场特性,运用有限体积法对乙烯喷注当量比0.6的燃烧室进行了数值模拟。对比喷孔不同布置方式,支板尾部交错结构不同数目、不同翘角对混合效率、总压损失的影响。研究发现,喷孔数目越多,对燃料与空气充分混合越有利,但过多喷孔会降低穿透深度,且导致可燃混合区重叠,不利于掺混增强;交错结构数目越多,产生的流向涡涡量强度越大,但远场混合效率并不理想,当支板交错结构数目等于4时,在凹腔附近能取得较大掺混效率;在一定范围内,支板翘角越大,掺混效果越好,交错结构掠形尾部也有利于掺混增强,但均会导致更大的总压损失。

支板-凹腔组合结构对煤油混合的数值分析

为研究超声速燃烧室的混合特性,采用离散相模型对带有支板-凹腔组合结构的煤油超燃冲压发动机燃烧室进行了数值模拟,分析了凹腔长深比和凹腔后缘倾角变化对煤油混合特性的影响。计算结果表明,大长深比的凹腔构型增大了燃料的穿透深度,拓宽了煤油与空气的接触面积,从而使混合效率增加。后缘倾角为30°的凹腔较后缘倾角为45°的凹腔更容易卷吸主流中的燃料,增加燃料与凹腔内气体的质量交换。

乙烯超燃燃烧室菱形孔射流的数值优化

为分析相同面积条件下菱形孔的不同长宽比、不同偏转角度对超燃燃烧室中的流动特性影响,对低动压喷射的超声速流场进行了数值模拟。研究结果表明:在计算的6种长宽比构型中,长宽比为5构型燃料穿透能力和掺混特性最强,但此时对称面上总压损失变大;在计算的3种偏转角构型中,偏转角度为30°构型的燃料掺混特性和燃料的穿透能力最强,但此构型在远流场处抬升能力变弱,羽流质量中心高度出现下降。

小支板构型对射流作用的数值分析

为分析小支板后喷射燃料在超燃燃烧室中的流动特性,运用数值模拟的方法研究了小支板对增强乙烯与主流掺混的作用规律。对比分析不同支板构型对燃料掺混的影响,发现支板增强掺混的机制主要在于在支板后方形成流向涡与低压区,前引导面与支板后缘面是影响混合性能差异的主要原因;前引导面面积越大来流产生的激波偏转角越大,支板后方产生涡量值更大的湍流区,但会带来更大总压损失;后缘面面积越大,支板后低压区范围越大,燃料穿透深度越大,混合效率越好。

基于Policy Gradient的机械臂运动跟踪控制器参数整定

针对机械臂运动跟踪控制器的参数自整定问题,设计了一种基于强化学习Policy Gradient法的参数整定器。首先,介绍了机械臂的一种混合动力学模型,根据该系统模型进行了比例微分(proportional-derivative,PD)控制器设计和李雅普诺夫稳定性证明,并由此给出了参数矩阵的范围。其次,设计了基于Policy Gradient的参数整定器,通过引入积分器的方法对其进行改进,使其控制下的参数行为连续化以进一步提高PD控制器的控制效果。最后,以二阶机械臂系统为例进行了仿真验证。实验数据证明了该参数整定器的有效性和可行性,并能有效提升系统的动态性能。

基于正交试验的超燃燃烧室小肋片数值优化

为研究超燃燃烧室中小肋片长、宽、高对流场特性的影响及参数择优问题,采取正交试验设计方法对其进行了数值模拟。对比分析25种不同小肋片参数组合情况下其燃料与空气的混合效率、总压损失、穿透深度之间的差异。研究表明,小肋片高度对燃料和空气的混合效率影响程度最显著,其次是宽度和长度;长宽高对超燃燃烧室中总压损失、穿透深度影响程度不显著。经过优化后的小肋片燃料和空气的混合效率(0.712 439)高于正交试验里的所有结果,其总压损失(0.130 3)通过损失2%的总压换取了燃料与空气的混合效率37%的增强,其穿透深度(10.023)通过损失1%的穿透深度换取了燃料与空气的混合效率9%的增强,为小肋片的设计和改进提供了方法借鉴和参考依据。

一类非线性系统的模糊自适应反推滑模控制

针对一类具有非匹配不确定非线性系统,提出一种模糊自适应反推滑模变结构控制方法。首先利用模糊逻辑系统有效逼近系统的未知非线性,然后针对反推方法中需要对虚拟控制反复求导而存在的"微分爆炸"现象引入低阶滤波器,同时抑制非匹配不确定性的影响;最后设计一种积分终端滑模控制,解决了控制过程中的奇异问题,加快了远离平衡位置的系统状态收敛速度,保证了系统的收敛精度,同时削弱了传统滑模控制中存在的抖振现象。Lyapunov稳定性分析证明了所设计的控制器能够保证闭环系统的有限时间收敛。对比仿真结果显示系统状态跟踪效果较好,控制输入抖振现象削弱明显。

超燃燃烧室小肋片/气动斜坡结构组合研究

为设计出一种能有效增强掺混、提高燃烧效率的燃料喷注方案,首次将锥形肋片与气动斜坡进行结构组合研究,并对小肋片/气动斜坡不同组合方式冷、热流场进行数值模拟,分析结果发现:与传统的气动斜坡喷射相比,多肋片展向组合后方喷射能取得较为理想的掺混效果,并且不会带来较大总压损失;引入燃气发生器后,肋片的掺混增强效果得到明显提升。改善后的喷射方案能提高约9%的燃烧效率。