A novel gradient approach for optimal design and sensitivity analysis of EWMA control charts

Conventional control charts are often designed to optimize out‐of‐control average run length (ARL), while constraining in‐control ARL to a desired value. The widely employed grid search approach in statistical process control (SPC) is time‐consuming with unsatisfactory accuracy. Although the simulation‐based ARL gradient estimators proposed by Fu and Hu [Manag Sci 45 (1999), 395–413] can alleviate this issue, it still requires a large number of simulation runs to significantly reduce the variance of gradient estimators. This article proposes a novel ARL gradient estimation approach based on integral equation for efficient analysis and design of control charts. Although this article compares with the results of Fu and Hu [Manag Sci 45 (1999), 395–413] based on the exponentially weighted moving average (EWMA) control chart, the proposed approach has wide applicability as it can generally fit into any control chart with Markovian property under any distributions. It is shown that the proposed method is able to provide a fast, accurate, and easy‐to‐implement algorithm for the design and analysis of EWMA charts, as compared to the simulation‐based gradient estimation method. Moreover, the proposed gradient estimation method facilitates the computation of high‐order derivatives that are valuable in sensitivity analysis. The code is written in Matlab, which is available on request. © 2014 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 61: 223–237, 2014     

THO-MAC:一种两跳优化的低延迟低功耗无线传感器网络介质访问控制协议

功耗与延迟是无线传感器网络介质访问控制协议设计首要考虑的两个问题。提出了一种新的传感器网络低延迟、低功耗、接收节点初始化异步介质访问控制协议——THO-MAC协议。通过准确预测接收节点的唤醒时间,THO-MAC协议调度发送节点侦听信道,从而减少发送节点空闲侦听能量浪费。THOMAC协议在发送节点两跳转发节点集中选择使报文两跳转发延迟最小的转发节点,从而降低报文传输延迟。使用NS2模拟器对THO-MAC协议进行了详细模拟。模拟结果显示,与RI-MAC和Any-MAC协议相比,THOMAC协议可以减少35.5%和18%的报文传输延迟,同时节省23.5%和15.5%的节点功耗。     

惯组动态测试台误差分析及附加运动补偿算法

为了完成惯组的高精度、大动态测试任务,基于Gough-Stewart平台设计了电动六自由度惯组动态测试台。建立了系统的误差模型并分析了电动缸长度误差对系统精度的影响,分析了电动缸在惯组动态测试台运动过程中产生的被动螺旋附加运动,并对该运动补偿算法进行了研究。对被动螺旋附加运动产生的误差进行量化分析,结果表明,被动螺旋附加运动对惯组动态测试台的位姿精度存在非常显著的影响。为了消除该影响,编制了补偿算法,并将其应用于惯组动态测试台的实时控制系统中。实验结果表明,经过算法补偿后,惯组动态测试台的位姿精度达到了设计指标要求。     

航空时敏制导炸弹增程弹道组合优化设计

为增强航空时敏制导炸弹在中制导段的滑翔能力,将极小值原理与自适应进化粒子群算法相结合,提出了一种适用于航空时敏制导炸弹增程弹道的组合优化设计方法。基于纵向平面内质心运动模型,推导了性能指标泛函及各不等式约束函数。引入Lagrange乘子矢量并建立相应的Hamilton函数实现无约束泛函极值问题的转换,推导出兼顾各优化目标函数的满意优化模型。利用自适应进化粒子群算法对该段增程弹道进行了攻角与弹翼张合档位双设计变量的组合优化。数值仿真算例表明,在满足状态方程约束的条件下,双变量的增程效果比常规单变量控制时显著提高,其优化结果可为制导炸弹弹道规划设计的研究提供一定的理论参考。     

潜艇自航模控制系统设计

为满足自航模操纵性试验的需要,设计了潜艇自航模控制系统的结构,建立了基于TCP/IP的网络通信协议,为保障自航模操纵性实验的安全性,设计了应急处理流程,通过对自航模定深控制过程的分析,完成了升降舵模糊控制器的设计。基于实现的自航模控制系统在操纵性实验中表现良好,对于类似系统的设计与实现具有一定借鉴意义。     

舰炮火控雷达实测误差时序特性分析建模

针对舰炮火控雷达高精度实时仿真建模的问题,运用高斯分布和正态平稳过程的两种误差序列生成方法,建立火控雷达简化仿真模型。通过对某火控雷达实测数据误差的统计及时序相关性分析,完成误差序列仿真生成与验证,给出了实现舰炮火控雷达探测误差仿真的优选方法。实践证明,正态平稳模型的误差生成方法可以有效满足新型舰炮仿真试验火控雷达建模要求。     

参数化建模的螺栓法兰连接刚度分析

为分析几何参数对螺栓法兰连接刚度的影响,用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL(Patran Command Language)建立了螺栓法兰连接的参数化模型。研究了螺栓法兰连接刚度随连接结构几何参数的变化规律并进行了灵敏度分析。经分析可知,连接结构刚度对开孔位置比例参数最敏感,其次是上法兰厚度。当上部段长度大于某一数值时,连接结构刚度对上部段长度参数不敏感,这一结论能为连接结构动力学简化建模提供一定理论参考。     

绳系拖曳离轨过程中的摆动抑制策略

以周向常值连续小推力作用下的绳系拖曳离轨为背景,针对离轨过程中的系绳摆动抑制问题,建立了系统质心轨道动力学方程及系绳摆动动力学方程,分析了无系绳收放控制时的系绳摆动特性以及系绳收放对系绳摆动的作用效果,构造了使系绳摆动衰减的期望绳长收放速率并设计了系绳张力控制律。仿真结果表明:无系绳收放控制时,系绳摆动表现为平衡位置附近的周期性往复运动;张力控制连续平滑,很好地实现了系绳实际长度对期望长度的跟踪,同时有效地抑制了离轨过程中的系绳摆动。     

远程复杂通信电磁环境模拟器的设计与实现

通信电磁环境模拟器是保障完成通信对抗装备检测与训练的重要设备。提出了一种基于任意波形发生器和嵌入式GPRS/GPS模块的远程模拟器设计方案。同时,讨论了一种模拟器的组网拓扑设计,实现了复杂信号环境生成。解决了远程通信电磁环境生成问题,具有很高的工程应用价值。     

多无人机协同任务分配方法

任务分配是多UCAV协同控制的核心和有效保证,是一类复杂的多目标优化问题。针对一种扩展的混合整数线性规划(MILP)任务分配模型,通过对模型特点的分析,提出一种基于相似度的遗传退火算法解决该问题并进行仿真实验,仿真结果表明该算法具有较强的收敛性和较好的多样性,验证了改进算法解决该问题模型的有效性。