无人机规避或跟踪空中目标的自适应运动导引方法

无人机规避或跟踪空中目标可以看作是一个非线性运动导引控制问题。针对这类任务中无人机和目标存在高机动性、高时敏性等特点,提出了一种基于Lyapunov稳定性理论的无人机规避或跟踪目标运动导引方法。构建了基于精细时间运动导引方法的无人机规避或跟踪空中目标问题求解框架,并将无人机碰撞规避和机动目标跟踪问题分别转化为到达虚拟目标点和与虚拟目标点交会的问题。针对碰撞规避问题,将其转化为实现平行导引的控制问题,基于Lyapunov稳定性理论设计了无人机碰撞规避导引律。针对机动目标跟踪问题,在碰撞规避基础上,根据目标点交会的要求设计了相应的目标跟踪导引律。在Gazebo平台上开展了仿真验证实验,实验结果表明:所提方法能够有效避免大过载情况的出现,并具有较强的时变和参数适应性。     

瞄准式战斗部瞄准策略研究

对不同的瞄准点,瞄准式战斗部对目标毁伤效果不同,为此提出了适用于瞄准式战斗部的瞄准策略,保证了对目标较高的毁伤概率和较好的毁伤效果,解决了起爆之前战斗部的定位问题。     

接触碰撞模型的弹管耦合问题

基于弹塑性力学、多体动力学与接触碰撞问题的有限元法,分别建立了火箭武器发射过程中定向管与火箭弹刚性约束和弹塑性约束的有限元模型,运用非线性动力学方法模拟两种情况的弹管碰撞过程。对比分析两种模型的仿真结果表明:弹管刚性约束对火箭弹的起始扰动的影响更大,弹塑性约束的弹管碰撞系统更能真实描述火箭弹和定向管之间的接触碰撞过程。仿真结果为火箭武器的设计和分析提供了一定的参考价值。     

一种改进的多智能体碰撞避免行为

针对目前碰撞避免行为缺乏真实性和通用性的问题,本文提出一种改进的多智能体碰撞避免行为生成方法。通过引入角色参数和个性参数,使得智能体能够根据自身的属性调整避碰行为。改进的多智能体碰撞避免行为把碰撞避免行为与真实人的属性相联系,可以保持智能体前后运动的一致性和平滑性。因此,更符合真实人的碰撞避免行为特性,具有更强的"类人性"和通用性。仿真结果表明,加入了真实人属性的改进方法产生的避碰行为能有效地应用于具有多样化属性的虚拟人群行为仿真、多机器人系统和多智能体领域中。     

空间碎片对航天活动的威胁日益严峻

近五年来,几次碰撞和解体事件使得空间碎片数量急剧增加,尤其是低轨道区域,数量增加已经超过50%,造成航天器在轨碰撞概率大大升高空间碎片是在轨运行或再入大气的无功能的人造物体及其残块和组件。目前在轨的空间碎片占所有在轨物体的95%。截至2013年10月,在轨空间碎片数量达到16134个。空间碎片的影响及危害空间碎片和航天器的平均撞击速度是每秒10公里,厘米级以上的空间碎片可导致航天器彻底损坏,其破坏力之大几乎无法防护,唯一的办法是躲避。     

高重合度人字齿轮轮齿最佳修形优化设计

基于斜齿轮轮齿接触分析技术,建立了考虑人字齿轮典型安装误差的抛物线人字齿轮轮齿接触分析方法。综合考虑人字齿轮的传动误差与啮合特性,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法对高重合度人字齿轮的传动性能进行了多目标优化设计,该算法克服了优化结果的局部收敛,获得了人字齿轮最佳的齿廓、齿向抛物线修形参数。通过实例表明,修形优化后的齿面啮合印痕与传动误差较优化之前得到了明显的改善,有效地改善了高重合度人字齿轮的齿面偏载现象,降低了齿轮传动过程中的啮合冲击。对加工的人字齿轮在减振降噪试验台上进行带载试验,对比优化前后的噪音分贝值,进一步验证了该优化方法对人字齿轮副减振降噪具有一定作用。     

大功率船用减速器斜齿圆柱齿轮啮合仿真模型

利用大型有限元分析软件MSC.Marc的直接约束法,建立了某大功率船用减速器斜齿圆柱齿轮副多齿啮合的三维有限元非线性接触分析模型。基于该模型,对齿轮副进行了一个啮合周期内的准静态啮合仿真分析。计算表明,本文得到的结果非常符合实际啮合规律,也验证了模型的正确性。由于模型的特点,有望进一步应用于齿轮的动态啮合分析。     

高速/超高速碰撞效应研究

高速/超高速碰撞会产生大量破片,并伴随闪光、等离子体等现象.高速碰撞材料受冲击产生射流及破片高温会引起碰撞闪光现象,获得了碰撞等离子体电磁场强度的变化规律.采用数值仿真与理论分析相结合的方法,获得了高速碰撞破片云团分布规律.     

有初始间隙弹性摩擦接触问题的罚有限元法

针对三维有初始间隙带摩擦的弹性接触问题,提出了一种新的迭代求解方法——罚有限元法。根据接触问题局部非线性的特点,将接触区域的法向非嵌入条件及切向连续性条件作为罚因子引入系统的总势能泛函中,由最小势能原理,得出了求解有初始间隙带摩擦弹性接触问题的罚有限元公式系统。最后通过两个数值算例验证方法的正确性和有效性。     

基于松弛序列凸优化的轮式机器人协同轨迹规划

针对威胁环境下的多智能体协同轨迹规划问题,以轮式机器人为对象,研究了基于序列凸优化方法的协同轨迹规划方法。首先通过对轮式机器人模型的分析,给出单独轮式机器人实际物理约束,同时以状态量、控制量加权为性能指标,考虑运动学方程、避障避碰约束、个体物理性能约束、终端约束,建立多轮式机器人协同轨迹规划问题;其次,对运动学方程、避障避碰约束进行凸化,证明了满足凸化后的避障避碰约束的解也满足原始避障避碰约束,并进行了几何直观解释;然后,将凸优化子问题进行离散化与松弛化,采用序列凸优化架构进行问题求解;最后,通过数值仿真,对比了松弛序列凸优化方法与现有非线性优化求解器的求解效率。结果表明,松弛序列凸优化方法在尽可能保证最优性的同时大大缩短了计算时间,具有一定工程意义。