组合故障的无人机神经网络自适应容错控制

针对四旋翼无人机在传感器偏差故障、双执行器效率损失故障和外界干扰下的容错控制问题进行研究。首先建立组合故障下的四旋翼无人机动力学模型;其次将神经网络融入到观测器的设计,构建一种新的基于神经网络的扩张状态观测器来估计不同故障类型;然后结合自适应理论来设计位置和姿态控制器,并通过权值函数来调节控制器的控制律参数;最后通过李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性,数值仿真验证了所提出设计方法的有效性,使得无人机在组合故障下具有更好的容错控制能力。

高职百万扩招背景下面向无人机应用技术专业的教学模式探索

面对扩招生源结构的多样化及复杂性,如何实现“更高质量和更充分就业”,是当前高职院校面临的重要课题。以新兴产业发展背景下的无人机应用技术专业为例,在学情分析基础上,采用弹性学制下“思政教育强化职业素养、课证照融通提高职业技能”的多元化教学模式进行教学试点,从教学组织形式、教学环境的创设、教学方法的改革等方面研究适应于扩招生源教学模式改革与创新的路径及策略,通过近两年来的探索与实践,取得了初步成效,为同类院校及专业提供了一定的参考。

基于改进YOLOv5无人机图像目标检测算法

针对目前在无人机图像目标检测算法中存在漏检与误检、不能兼顾检测速度,并且不能很好地应用于移动设备端等问题,提出了以YOLOv5n算法为基础进行改进的无人机图像目标检测算法。在原有的网络结构中添加小目标检测层M,增强对小目标的检测能力;在主干特征提取网络中引入BoT模块,减少网络参数量计算并提高检测精度;在特征融合网络中添加CBAM注意力机制,有效抑制背景信息干扰;将网络的头部替换成解耦头部,增强网络的收敛效果。将改进的算法在处理后的VirDrone数据集上进行测试,实验结果表明,在YOLOv5n算法上整体平均精度均值提升了10.25%,检测精度提高了9.81%,改进后的算法在保证实时性的同时有效提高了检测精度。

以事故间隔为核心的中大型无人机地面撞击风险评估

为明确中大型无人机地面撞击风险的范围以及主要影响因子,本文按照“以事故间隔量化风险”的思路,基于改进的地面撞击风险模型,采用概率统计法和Spearman相关系数法,开展了模型的不确定性分析和全局敏感性分析,并探讨地面撞击风险等级划分方案以及风险缓解策略。结果表明:中大型无人机地面撞击风险跨度大,超过98%的无人机的事故间隔介于1×10^(3)~1×10^(7)h。若事故间隔小于1×10^(4)h,则判定其地面撞击风险等级为低风险等级;若介于1×10^(4)~1×10^(5)h,则为中风险等级;若大于1×10^(5)h,则为高风险等级。遮蔽系数、特征尺寸、平均人口密度是中大型无人机地面撞击风险的主要影响因子。选择遮蔽系数大、平均人口密度小的运行区域,可以有效缩短中大型无人机的事故间隔,大幅缓解地面撞击风险。

Golay3稀疏孔径成像系统共相误差研究

稀疏孔径成像系统在校正共相误差后可实现多个子孔径干涉成像,达到提高成像分辨率的目的。本文以Golay3稀疏孔径成像系统为研究对象,分析了子孔径间存在不同活塞误差和倾斜误差时,系统的MTF和面目标成像情况。研制了一套Golay3稀疏孔径成像系统,以USAF1951分辨率板为面目标进行了成像实验。通过调整光束折转调整模块中的平面反射镜位置,校正了子孔径的活塞误差和倾斜误差,实现了三孔径合成成像,并对理论分析结果进行了验证。实验结果表明:所研制系统的角分辨率为1.77μrad,接近于等效单口径成像系统的理论极限分辨率1.18μrad。所研制的Golay3稀疏孔径成像系统能有效校正共相误差,提高成像分辨率。

用于稀疏孔径成像系统光程控制的自适应控制算法研究

目前,稀疏孔径成像系统共相误差校正效果不佳,为此,提出了一种用于稀疏孔径成像系统光程控制的自适应控制算法。首先,分析了仅有前馈控制存在的累积误差问题,并由此引出了改进的比例-微分-积分(PID)反馈控制结构和表达式;然后,将两者结合,形成了前馈-改进PID反馈的复合控制系统,并用该系统对单个压电陶瓷进行了控制仿真;最后,采用一种随机并行梯度下降(SPGD)算法,以成像清晰度为优化目标,将稀疏孔径成像系统中的多个压电陶瓷组成了联合控制系统;通过搭建精密光程调控系统实验平台,对单个压电陶瓷采用前馈-PID反馈复合控制系统进行了1μm、5μm、8μm和10μm位移跟踪实验。实验结果表明:不同位移的响应曲线基本与期望位移曲线重合,不同位移的响应时间能有效控制在0.08 s以内,位置误差能有效控制在±3 nm以内;将SPGD联合控制系统用于1个三孔径稀疏孔径成像系统中,进行了分辨率板成像对比实验,对共相误差校正前后图像进行了定量评价(校正前,评价值J 1=0.54;校正后,评价值J 2=0.78)。研究结果表明:该联合控制系统能有效控制光程精度,校正共相误差,实现子光束干涉成像的目标。

一种融合逻辑回归的麻雀搜索算法研究

为了改善麻雀搜索算法收敛速度缓慢、局部搜索能力较弱等问题,提出了一种融合逻辑回归的麻雀搜索算法。文章通过引入Sine-Sine混沌、逻辑回归模型、步长因子组合策略来改进麻雀搜索算法的不足之处。实验结果表明该算法具有更好的收敛速度、寻优精度和稳定性的能力。同时,利用该算法预估Taylor定位算法的初始值,解决了TayLor的初值难以选择问题,进一步验证了改进策略的有效性。

基于翼龙2的视景仿真研究

传统的视景仿真中,采用通用化的模块进行仿真,不同时刻的场景差别不大,很难达到特定飞行训练科目的场景要求。针对飞行训练中不同故障的烟雾特点,采用LOD模型进行对象的创建与PSO算法进行粒子全周期的模拟,增加了视景仿真的真实感。实验结果表明该算法真实地展现了烟雾发生、发展与消散的全过程。该算法可以满足特定飞行科目下对于火焰与烟雾的模拟效果,并且通过相应参数的更改也可应用于多种训练场景。

基于数值模拟的小匙孔搅拌摩擦点焊接头连接机理分析

为了研究短搅拌针实施搅拌摩擦点焊的连接机理,采用DEFORM-3D软件对6061-T6铝合金搅拌摩擦点焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中的温度场、应变场以及材料流动行为。结果表明:焊接进入驻留阶段后,周围材料的温度平缓升高,同时材料的塑性变形大幅提高;对短搅拌针而言,搭接界面上板与下板材料主要靠搅拌针搅拌摩擦产热形成以冶金结合为主的点焊接头;材料的塑性流动速度增大到一定幅度后开始减小,因此应对焊接驻留时间进行合理控制;通过对比分析数值模拟与试验所得的焊接接头横截面宏观形貌,发现两者吻合良好,在此基础上判断采用短搅拌针实施搅拌摩擦点焊可得到良好的接头质量。

搅拌头几何形貌对无倾角搅拌摩擦焊焊缝成型的影响

针对常规三坐标搅拌摩擦焊设备无法实现搅拌头带倾角焊接的问题,文章通过优化搅拌头的结构,设计了轴肩圆锥外凸式搅拌头,以6061-T6铝合金为对象,进行无倾角搅拌摩擦焊焊接工艺试验,将其与常规搅拌头进行焊接性能对比试验,研究经过优化设计的外凸搅拌头进行无倾角搅拌摩擦焊焊接的接头性能和最优工艺参数。试验结果表明,采用搅拌头轴肩外凸式结构焊接,焊缝未发现有孔洞型缺陷,且相比于平轴肩搅拌头,焊缝成型质量受焊速大小的影响不大,对形成优良形貌的焊缝更有利,同时可降低对焊接设备的要求及提高焊接效率。

基于k-d tree的ICP三维点云拼接方法

为了解决传统ICP算法在三维点云拼接中容易陷入局部最优解,算法效率低的问题,本文提出了一种基于k-d tree的ICP三维点云拼接方法。首先建立目标点云的k-d tree,确定三维点云k-d tree的最近邻搜索方法,使用源点云对目标点云进行最近邻搜索,剔除点云拼接的非对应点集;再对目标点云与源点云在ICP迭代计算过程中,使用k-d tree快速搜索最近点,获取对应点集,完成三维点云拼接。试验表明,本文提出的方法能够减少目标点云与源点云中的错误匹配点对,提升算法效率,有效地改善点云拼接效果。