摘要：为应对组合动力飞行器涡轮/冲压发动机模态转换过程中容易出现的推力陷阱问题,开展了组合动力飞行器模态转换阶段飞行/推进一体化保护控制研究。该研究利用组合动力爬升段飞行轨迹优化方法,解决模态转换过程中组合发动机总推力无法满足平飞加速需求的推力陷阱问题。结合轨迹线性化控制方法,完成了宽速域飞行器/发动机一体化轨迹跟踪控制设计,利用迎角、油门等变量的协同调节实现轨迹跟踪控制。仿真结果表明,轨迹优化策略能够在一定程度上克服模态转换过程中的推力不足问题,一体化轨迹线性化控制方法可以有效实现爬升轨迹跟踪,避免模态转换过程对组合动力飞行器飞行任务造成的不利影响。

摘要：针对复杂绕飞问题,为提升优化方法的全局寻优能力,提出一种基于混合整数二阶锥规划(MISOCP)的迭代求解算法。首先,定量分析了传统序列凸化方法处理绕飞区(NFZ)约束产生的误差;随后,为消除误差,利用整数变量结合自变量变换将绕飞区约束转化为混合整数线性约束;最后,将原问题转化为MISOCP问题,并设计了迭代算法进行求解。仿真表明,本方法全局寻优能力强,且求解时间仅为GPOPS的20%。对随机生成的复杂绕飞场景,本方法鲁棒性较好,且平均求解时间在10 s量级。

摘要：针对四足机器人难以跨越大尺寸障碍物的问题,提出了一种仿生腾空跳跃的轨迹优化控制方法 .首先,对马里努阿犬的越障运动进行测试和仿生学分析,得到腾空跳跃的参考轨迹.其次,根据摩擦锥、轨迹平滑、运动学和动力学等约束条件,基于轨迹优化的方法对仿生参考轨迹进行离线优化,生成四足机器人的期望跳跃轨迹,得到跳跃所需的足端位置、关节力矩和关节角度序列.再次,设计分阶段的跳跃控制器,采用关节和质心PD(Proportional Derivative)的组合控制策略,实现对期望跳跃轨迹的跟踪,采用变刚度虚拟模型控制实现对落地姿态的调整和足底力的缓冲.最后,在Webots仿真环境中完成了1 m高度的自由落地和跳跃0.75 m高度桌子的仿真实验.研究结果表明:仿生轨迹优化与控制算法能够使四足机器人跳跃大尺寸障碍物并且具有平稳落地的效果,对于提高四足机器人的高性能运动能力以及拓展其应用环境具有参考价值.

摘要：针对大气层边缘补能-跳跃滑翔运动,建立了一种助推-补能跳跃滑翔全程空间运动模型以及补能滑翔段无量纲运动方程。提出了一种基于Gauss伪谱法的动态分段串行优化策略,可对助推段俯仰程序角、补能-跳跃滑翔段飞行攻角、倾侧角以及补能时刻等轨迹控制变量进行求解,实现含连续/离散控制变量的轨迹优化一体化设计。分别对助推-补能跳跃滑翔和助推-拟平衡滑翔轨迹优化开展仿真,验证了针对补能-跳跃滑翔轨迹的分段串行优化策略的有效性,同时分析了相同助推规模和飞行器质量条件下,补能跳跃轨迹相较拟平衡滑翔轨迹在增大飞行时间、航程和机动过载能力上更具优势。

摘要：以高斯伪谱法为基础,考虑多段多复杂约束,提出了一种面向突防任务需求,通过罚函数法处理非全程飞行高度与飞行攻角约束的高超声速滑翔式导弹轨迹优化方法。通过仿真结果可以看出,初始状态约束、控制约束、过程约束与终端状态约束均得到了有效控制,且罚函数法处理突防任务段约束相较于常规分段约束法在约束量收束方面更具备优势,能够为后续设计工作保留更多的余量。此外,仿真结果还验证了该方法在不同射程、不同发射点高度和目标点高度条件下的有效覆盖能力。

摘要：星舰是美国太空探索技术公司(SpaceX)研制的新一代可重复使用航天运输系统。该类型飞行器的着陆过程与传统航天器截然不同,具有姿态机动大、约束条件多、精度要求高的特点。首先研究了类星舰飞行器翻转着陆段的动力学模型,将发动机摆角响应引入动力学方程来抑制发动机摆角振荡问题。接着,基于凸优化方法设计了可以考虑姿态机动和典型约束条件下类星舰飞行器飞行时间自由的翻转着陆轨迹优化算法。为了提高算法的收敛性,使用虚拟控制、在目标函数中惩罚信赖域并给出了初值选取方法。最后,结合数值优化结果,分析了不同初值选取方法、发动机摆角响应、着陆发动机个数和优化目标选取对翻转着陆过程的影响。

摘要：传统飞机清洗车由于关节运动不稳定,清洗时间长,清洗效率低造成无法对机身蒙皮进行快捷高效清洗。针对心目问题,设计了六自由度飞机清洗臂,为验证机械臂的运动性能,运用改进D-H法进行运动学分析得到机械臂末端转换矩阵,设计了GUI计算运动学正逆解。并提出将改进粒子群算法与3-5-3分段插值相结合的方法对飞机清洗臂进行时间最优轨迹规划。通过仿真结果显示,与传统3-5-3多项式插值相比,上述方法在保证运动稳定性的同时缩短了运动时间。为以后飞机清洗臂的路径规划与控制问题的研究奠定了基础。

摘要：提出了基于改进的蜣螂优化算法的并联机器人时间最优轨迹优化方法。对Delta并联机器人进行运动学逆解分析,基于NURBS曲线对并联机器人轨迹进行规划,使用改进的蜣螂优化算法对并联机器人轨迹进行优化,设置关键路径点并通过并联机器人运动学逆解模型求出各路径点对应的关节角度。模拟实验结果表明,与蜣螂优化算法相比,改进的蜣螂优化算法能够提升并联机器人的运动效率,缩短并联机器人的运动时间。

摘要：针对上肢康复机器人的训练轨迹运动生涩、不贴合人手臂的日常习惯等问题,提出使用改进粒子群算法对上肢康复机器人进行时间最优轨迹优化.由于粒子群算法极易早熟,存在寻优稳定性较差的问题,在算法中引入鸟类混群协同觅食的概念,设计了一种新的速度更新公式,考虑个体极值、群体极值和社会极值对粒子更新的影响,提高了算法在高维搜索空间中和高维约束条件下的全局寻优能力与寻优鲁棒性,并在粒子迭代过程中引入停滞变异补偿机制增加粒子多样性,进一步提升算法的寻优效率.通过MATLAB仿真实验,改进后的粒子群算法将平均最优时间缩短44.29%,平均收敛代数减小了16.75%,使得上肢康复机器人各关节运动符合康复训练要求,能够提高康复训练质量.

摘要：为了进一步提高工业机器人取货效率,设计了一种改进鲸鱼算法(IWOA)方法,并被成功应用于取货轨迹优化方面。以时间最短为优化目标,用IWOA方法优化关节位置。研究结果表明:将每段轨迹最大时间值作为最终的设定时间,IWOA方法优化后总时间比优化前节省7.31 s。IWOA方法优化后关节位置的曲线很平滑,没有出现突变,最大限度地发挥工业机器人的运动学性能,实现平稳快速的取货运动。该方法对工业机器人移动搬货物实现时间最优控制具有借鉴意义。