基于图和流体扰动算法的多无人车编队及避障研究

为解决多无人车编队在存在运动目标、移动威胁与突发威胁等多种情况的复杂环境中的避障问题,设计了一种基于刚性图论和流体扰动算法的多无人车编队避障控制算法。首先,针对编队控制问题,采用图论方法描述多无人车之间的协同关系,利用无人车之间的距离约束,基于反步控制理论设计领航-跟随编队控制器。李雅普诺夫分析表明,期望的编队形状是渐近稳定的。其次,针对复杂动态障碍物环境下的编队避障问题,设计了基于流体扰动算法的避障路径规划方法,由领航无人车规划出编队的行驶路径,实现编队的整体避障。最后,基于MATLAB的仿真结果验证了所提算法的有效性。

基于流体扰动计算的无人机三维无碰撞航路规划

针对三维多架无人机(UAV)入侵的情况,提出一种基于流体扰动计算方法与交互多模型(IMM)算法相结合的无碰撞航路规划算法.首先将流体扰动计算方法用于三维单机入侵情况下的无碰撞航路规划,并简要分析该方法的特点.然后将改进的流体扰动计算方法运用到三维多机入侵的情况,并采用机动目标多模型跟踪算法对机动入侵机进行跟踪并对其未来运动态势进行预测,再结合滚动优化思想在线调整影响系数,在无人机性能约束要求下对避撞航路进行实时的局部优化,最终规划出一条三维可飞行的无碰撞航路.仿真结果表明,该算法能够规避多架入侵机,航路平滑可飞,满足实时性要求.

基于动态流体扰动原理的三维滚动航路规划

针对复杂环境中存在运动目标、移动威胁与突发威胁等多种情况,将动态流体扰动算法与滚动优化策略相结合,进行无人机(UAV)三维动态航路规划.基于移动目标运动信息与威胁运动信息引入相对初始流场,用扰动矩阵量化表示障碍物或威胁对相对初始流场的扰动影响,计算相对扰动流场,进而得到实际流场流线即无人机规划航路.充分利用实时环境信息,综合考虑未来运动态势,在有限时域内采用动态流体扰动算法规划出可选航路,然后构建目标函数,滚动优化反应系数,实现在线航路规划.仿真结果表明,该算法能较好地适用于复杂动态环境.

循环管路内流体扰动物理模型的研制

近来的研究表明,高速投射物伤时远达效应的发生与致伤瞬间循环管路内流体的剧烈扰动密切相关。但是,由于在体实验时影响因素较多,尤其是在神经体液因素的作用下,很难对管路内流体动力效应作出客观的评估。为此,我们以心血管系统物理模拟原理为基础,研制了该物理模型,为研究高速投射物伤时循环管路内的流体动力效应及其对组织细胞的影响提供了有力的手段。

高速投射物所致流体扰动和创伤血清对培养血管内皮细胞的影响

利用体外模拟循环管路和远达效应动物模型，观察致伤瞬间流体扰动和创伤血清对培养的猪主动脉内皮细胞（ＶＥＣ）的作用特点，探讨这两种致伤因素在损伤ＶＥＣ过程中的关系。发现高速投射物所致流体扰动可使ＶＥＣ的结构和功能发生明显改变。表现为ＶＥＣ膜破裂或皱缩；局灶性胞浆疏松、水肿；胞浆内空泡增多，细胞器离散、数目减少。内皮细胞生成和释放的６－ｋｅｔｏ－ＰＧＦ１α明显降低，ＡＣＥ、ＥＴ和ｆⅧＲ：Ａｇ显著增加。猪发生远达效应后，其４、６ｈ血清也可使ＶＥＣ结构和功能发生类似改变，但没有扰动流体所致ＶＥＣ结构和功能的改变严重。提示高速投射物致伤机体瞬间，循环管路内剧烈扰动的流体已可造成远隔部位组织脏器微血管内皮的损伤，这可能为远达效应的发生创造了条件。创伤后神经体液因子的改变则促使这种损伤进一步加剧。

基于流体扰动算法的农用植保无人机避障航路规划与仿真

根据直升机机动特性,提出一种面向农业植保领域,基于流体扰动动态系统的航路规划方法。通过样例直升机参数,确定最大升限、爬升性能、前飞速度等机动特性;建立障碍物等效模型,将其量化为扰动矩阵并修正初始流场产生新航点,同时结合已确定的机动特性,针对不同的障碍物类型作出不同避障策略。仿真结果表明该方法可实时高效产生平滑可飞的航路,使无人植保直升机自主躲避农田间常见障碍物并完成植保任务。

基于流体扰动算法与深度神经网络的无人机自适应路径规划

鉴于现有的无人机路径规划方法难以兼顾路径质量和计算效率,提出了一种将扰动流体动态系统与深度神经网络相结合的自适应路径规划方法。首先,基于扰动流体算法仿真生成样本数据以解决样本数量不足的问题,并通过灰狼优化算法和滚动时域控制优化样本性能。然后,利用深度神经网络强大的学习能力,从样本数据中提取无人机与目标点、障碍物之间的相对位姿信息作为深度神经网络的输入,以扰动流体算法的参数作为深度神经网络输出端的特征提取,离线训练深度神经网络。之后,利用训练好的深度神经网络基于当前环境信息实时动态调整扰动流体参数。最后,通过仿真验证得知该方法具有较高的鲁棒性,规划的路径质量较高,且计算开销较小符合实时性要求,增强了无人机对环境的自适应能力。

基于扰动流体与TD3的无人机路径规划算法

针对双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法存在的动作选取随机性低的问题,在TD3算法中依正态分布进行动作选取,并依据扰动流体路径规划方法在路径平滑度上较高的优势,提出一种基于扰动流体与TD3算法的无人机路径规划框架,将其用于解决动态未知环境下的无人机路径规划问题,实现了无人机路径规划方案的快速收敛。仿真结果表明,对算法的改进可大幅提升网络训练效率,且能在保证避障实时性的前提下,满足航迹质量需求,为路径规划任务中应用深度强化学习提供了新思路。

卧式沉降过滤式离心机螺旋参数对流体扰动的影响分析

卧式沉降过滤式离心机是以沉降分离原理进行工作的设备,沉降分离效果越好,物料的产率越高,反之,分离效率越低。为了提高卧式沉降过滤式离心机的分离效率,以卧式沉降过滤式离心机螺旋参数为研究对象,采用有限元方法模拟分析了不同螺距、不同转速、不同转差率等条件下沉降分离阶段螺旋参数对流体扰动的影响规律。研究结果表明:卧式沉降过滤式离心机分离效率不仅受物料粒度、密度的影响,还受流体扰动的影响,且螺旋结构参数作为影响流体扰动的重要因素,与结构参数对流体扰动的影响程度存在较大差异。对卧式沉降过滤式离心机螺旋内筒的结构进行优化,优化后的螺旋分料结构对降低流体扰动程度的影响效果显著,为整机的螺旋结构参数与运行参数的设计提供参考依据。

无人机反应式扰动流体路径规划

针对复杂三维障碍环境,提出一种基于深度强化学习的无人机(Unmanned aerial vehicles,UAV)反应式扰动流体路径规划架构.该架构以一种受约束扰动流体动态系统算法作为路径规划的基本方法,根据无人机与各障碍的相对状态以及障碍物类型,通过经深度确定性策略梯度算法训练得到的动作网络在线生成对应障碍的反应系数和方向系数,继而可计算相应的总和扰动矩阵并以此修正无人机的飞行路径,实现反应式避障.此外,还研究了与所提路径规划方法相适配的深度强化学习训练环境规范性建模方法.仿真结果表明,在路径质量大致相同的情况下,该方法在实时性方面明显优于基于预测控制的在线路径规划方法.

基于改进流体扰动算法与灰狼优化的无人机三维航路规划

针对复杂地形环境下的无人机三维航路规划问题,提出一种基于改进的扰动流体动态系统与灰狼优化理论的混合航路规划算法.构建改进的扰动流体动态系统数学模型,通过修正初始汇流得到扰动流场,流场流线即可看作规划航路,能有效避免驻点、局部陷阱等问题.通过模拟灰狼群体的等级制度和捕食策略,并引入个体记忆功能和优胜劣汰选择规则,对障碍物反应系数进行寻优.仿真结果表明,规划出的三维航路平滑、可飞,具有良好的避障特性.

基于扰动流体动态系统的无人机三维航路规划:方法与应用

本文阐述了基于扰动流体动态系统的复杂地形条件下无人机三维航路规划方法。扰动流体动态系统源于流水避石航路规划方法,但其流体物理学性质被相对简化,因此能够采用解析法进行研究。利用该方法,可以得到光滑、可飞性高的航路,实现无人机在复杂地形条件下的避障飞行。首先介绍了扰动流体动态系统的基本原理,然后针对经典扰动流体动态系统面临的几个关键性问题,例如局部极小、参数优化、航路可飞性等,分析并列举了相应的改进与解决方案。除三维避障航路规划以外,该方法还广泛应用于目标跟踪、能量最优飞行、区域搜索、电力巡线等特定无人机任务中,体现出较高的应用价值。

基于扰动流体的无人机空中自主避撞算法

针对无人机(UAV)飞行时与其他飞行器发生冲突的问题,提出了基于扰动流体的避撞航路规划算法。基于入侵飞机的运动信息引入相对初始流场,用扰动矩阵量化表示入侵机模型对相对初始流场的扰动影响,计算相对扰动流场,进而得到实际流场流线即规划的无人机避撞航路。同时利用滚动优化思想,考虑无人机性能约束要求,实时优化影响系数,保证规划航路的可飞性。仿真结果表明,该算法能够实时规划出满足无人机可飞性要求的避撞航路。

高速投射物所致模拟循环管内流体动力效应的实验研究

本文在建立模拟动物循环管路内主要动力学参数实验模型的基础上，观测了高速投射物距撞击点不同距离循环管路内流体动力学因素的变化特征。结果表明，在距撞击点３０ｃｍ以外的模拟管路内可测到高于撞击前５～１１倍的压力峰值，管内压力波的脉动频率约２９．４１～４２．１Ｈｚ，传播速度约为１８．０４ｍ／ｓ，这意谓着，高速投射物撞击瞬间能引起循环管路内剧烈的流体扰动，并以压力波的形式在管路内传播。本研究结果为高速投射物致伤时远达效应致伤机理的研究提供了重要依据。

基于场协同理论的冷藏展示柜内流体对流换热分析

目的研究冷藏柜内对流换热机理,增强冷藏柜内流体对流换热效果,提高冷气流冷却效率。方法从冷藏柜出风口角度出发,建立数学模型,通过Ansys流体分析软件对冷藏柜内流场进行模拟仿真,应用场协同理论研究冷藏柜内流体流动及传热机理。结果出风口角度在30°附近时冷藏柜内换热效率较高且温度分布较为均匀,此时商品壁面的存在改变了冷气流流动方向。在壁面增加半圆突起后,气流沿圆弧切线方向流动,改善了速度与温度梯度之间的协同程度,从速度场、温度场及其相互作用的角度增强了冷藏柜内的对流换热效果,整体换热效率提高了38.65%。结论冷藏柜内流体流动及传热强化的根本在于流体的扰动,而出风口角度的改变和壁面凸起的存在加强了商品对流体的扰动,两者共同作用改变了冷藏柜内场的分布,进而提高了冷藏柜整体的冷藏效率,该研究可为冷藏柜的工厂化生产提供参考价值。

基于深度强化学习和导航向量场的卫星规避拦截算法

针对在轨卫星规避拦截问题,提出了一种新的基于强化学习和三维李雅普诺夫导航向量场(3D-LGV)算法。首先,采用3D-LGV产生收敛于椭圆轨道的趋近律,保证规避拦截后能再次入轨。其次,针对拦截卫星利用扰动流体动态系统算法(IFDS)产生扰动流场,利用该扰动流场对导航向量场产生的趋近律进行修正,从而保证卫星能有效地规避拦截。由于IFDS算法中扰动流场大小和方向主要受其中反应系数和方向系数的影响,采用近端策略优化深度强化学习算法作为决策层输出反应系数和方向系数,用于指导卫星在不同场景下提供合适的对导航向量场的修正。最后,通过将IFDS算法修正后的趋近律作为卫星的最终运动方向,实现了整个规避过程。在构建的不同场景下进行了对比实验,结果表明,相较于滚动时域优化算法(RHC)、人工势场算法(APF)和传统IFDS算法,基于强化学习的算法决策时间更短、规避效果更好,在不同场景下均能实现有效规避。同时,对该算法进行蒙特卡洛仿真,统计结果显示卫星规避成功率高达98%。因此,此研究对智能方法在卫星规避拦截领域的应用具有一定价值。

定产定压条件下叠置含气系统煤层气合采试验研究

为了研究多压力系统合采生产特征,以叠置含气系统这一特殊气藏模式为工程背景,利用自主研发的多场耦合叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验系统开展了常规合采、定压合采和定产合采3种模式的物理模拟试验研究,探讨了不同合采模式下叠置含气系统煤层气开采产气特征及其流体流动规律,阐述了多压力系统煤层气合采过程中的流体扰动效应机制。结果表明:①对井筒出口施加限定条件,较低初始能量煤储层易遭受压力扰动,导致近井地带出现压力上升的现象,但该压力扰动主要存在合采初期阶段,而后逐渐消弱;②压力扰动会改变煤储层内势能的空间分布形态,尤其是初始流体能量较低的煤储层,即在近井地带形成一个高势带,导致煤储层内流体在高势带的影响下而改变其原有的流动特征;③定压合采会致使压力存在差异的各个煤储层与井筒之间形成一种“动态压力平衡”关系,在压力势能的作用下,来自高初始流体能量煤储层的流体向低初始流体能量煤储层流动,而定产合采将整个合采过程划分为稳产期和衰减期,在稳产期内,各煤储层的产气能力在井口定产的作用下重新分配,形成一种“动态分配”产气模式,即当流体能量高的煤储层产气能力超越定产值时,部分来自初始流体能量高煤储层的流体向初始流体能量低煤储层反向注入,加剧合采流体扰动效应。

高精度水下基准位置测量及误差分析

水下基准位置的精确测量是水声高精度定位标定系统的关键技术,它的方位精度直接影响到水声定位系统定位误差的计量。文章详细分析了水下基准安装柱扰曲形变、GPS定位误差、罗经测向误差、纵倾横摇角测量误差对高精度定位标定系统水下基准位置的影响,为工程应用上的误差控制提供了一定的理论支持。

乙烯淤浆聚合物体系的相平衡计算

乙烯淤浆聚合反应体系的流程模拟与优化过程中气液相平衡的准确计算影响到聚乙烯生成量和聚乙烯分子量的模拟.通过再参数化含链扰动统计缔合流体理论(Perturbed-ChainStatisticalAssociatingFluidTheory,PC-SAFT)状态方程,建立了乙烯淤浆聚合体系物性的计算方法.以文献数据为基准,利用PolymersPlus软件平台,分别得到了乙烯、氢气、己烷、聚乙烯、氮气纯组分的PC-SAFT方程的模型参数,并在准确确定纯组分模型参数的基础上,得到了乙烯-己烷、氢气-己烷、氮气-己烷、以及聚乙烯-乙烯、聚乙烯-己烷组分二元交互系数.计算结果表明,采用再参数化PC-SAFT状态方程可以准确计算乙烯淤浆聚合反应体系的纯组分物质性质和两组分之间的相平衡.同时对工业过程中5个不同牌号聚乙烯的反应器内气液平衡状态进行了模拟计算,氢气与乙烯在气相的摩尔比与工业分析值能很好地吻合,最大误差为7.5%.