摘要：针对传统基于梯度的规划方法需预先构建欧式符号距离场(euclidean signed distance field, ESDF)导致障碍物信息冗余度高、规划效率受限问题,提出了一种基于区域快速优化的实时轨迹规划方法。所提方法设计碰撞控制点替换策略用于加快碰撞区域的轨迹优化收敛速度从而降低轨迹规划时间,并定义提取与轨迹规划相关的局部障碍物信息方法,避免构建ESDF过程,从而提高规划效率;之后考虑轨迹安全性、平滑性及动态可行性,建立多目标优化函数,进一步优化轨迹。仿真实验表明,该方法可有效实现无人机在线轨迹规划,且与前沿方法相比,轨迹规划时间平均缩短了36.1%,轨迹优化收敛速度平均提高了33.1%,实现了更高效的规划。

摘要：为提升高超声速飞行器的射程和飞行性能,提出一种基于气动力与火箭发动机推力混合控制的轨迹优化设计方法。针对高超声速飞行器再入阶段的混合控制轨迹优化问题,提出求解多段不同特征轨迹的分段高斯伪谱法,将多段最优控制问题转化为非线性规划问题。采用SQP算法对其进行求解,获取以最大射程为性能指标的飞行器轨迹优化方法,并以此研究火箭发动机在有限燃料、适当启动条件下单次和多次启动对飞行轨迹的影响。数值仿真结果表明,分段高斯伪谱法可较快速求解出火箭动力助飞高超声速飞行器最优轨迹,发动机单次启动和多次启动方案能够在不同方面改善飞行器性能。

摘要：近距离掠飞能够以较小的燃料消耗实现对空间目标的抵近观测,是空间态势感知的重要手段.任务航天器抵近目标航天器后实施观测,需满足合适的观测距离、光照角度等诸多条件,该过程具有很强的约束性,因此需要寻找一种既能快速优化,又可使优化后的轨道满足任务需求的优化算法.本文设计了一种综合多步优化和序列二次规划综合的优化算法,并提出了针对近程观测任务约束条件的简化模型,用以处理运算过程中的非线性约束问题,在符合任务需求和满足约束条件的前提下实现燃料最省的轨道机动.通过程序运算及仿真,验证了算法设计的有效性及简化模型的合理性.

摘要：为了减小单侧大帆板卫星长时间对日巡航模式下气动力矩和引力梯度力矩所造成的三轴角动量积累,对该卫星进行对日姿态轨迹优化及跟踪控制研究.建立单侧大帆板卫星的动力学模型和运动学模型;利用高斯伪谱法得到使三轴角动量积累最小的期望姿态轨迹;为使卫星在惯量矩阵不确定和未知干扰力矩的影响下能够跟踪期望姿态轨迹,设计了自适应滑模控制律.该控制律利用自适应律对控制增益进行调节,无需事先确定系统不确定性的上界.仿真结果表明:所设计的控制律能够实现卫星的对日姿态跟踪;相比常用的对日基准坐标系,优化得到的姿态轨迹能够明显减少卫星三轴角动量的积累.

摘要：针对激光熔覆修复技术中轴类零件的熔覆变形问题,对自行设计的一组简化阶梯轴进行了熔覆试验,通过对不同熔覆路径下阶梯轴不同测量位置圆跳动的测量与分析,得出变形最小的最优熔覆路径。并用ANSYS有限元分析对试验结果的正确性进行了验证。

摘要：在高速飞行器轨迹设计中,以驻点热流和总加热量为表征的传统热约束形式未能真实反映飞行器的动态热响应过程,存在约束表征不合理和过约束的缺陷。针对该问题,在传统飞行力学研究范畴的基础上,通过热环境近似拟合和热响应方程形式变换,建立包含热响应模型的高速飞行器增广动力学模型。对增广动力学模型进行热响应特性测试,结果表明在满足多约束条件下,采用跳跃飞行模式相较于平衡飞行模式可显著降低高速飞行器的内壁温度。最后使用自适应Radau伪谱法对多约束条件下的内壁温度优化问题进行研究。结果表明,相较于最佳升阻比攻角平衡飞行方案,优化设计得到的跳跃轨迹可将内壁温度降低78.4 K(降低13.97%),优化效果明显,实现预期目标。

摘要：在物联网(Internet of Things,IoT)系统中,信道具有高度时变性,直接链路有概率被阻塞。为了确保状态更新信息的及时传递,设计了一种智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)服务地面多用户的无线下行链路系统。UAV在下行链路中作为一个移动基站,沿着优化的轨迹飞行并在靠近地面用户的合适位置悬停,再与地面上的用户进行数据传输。通过时间离散化、数学建模等手段构建联合优化的模型,建立一个多约束优化问题。目标是通过对无人机轨迹和流调度、IRS相移设计等变量的联合优化以最小化系统的信息年龄。研究了IRS反射传输信号辅助改善无线环境的过程,即通过改变信道增益来改变最大数据传输速率。采用IRS相移调整的方式来提高时变的信道增益,以改善通信质量。由于目标函数和约束公式中含有的非凸公式以及多个优化变量之间的耦合关系,采用连续凸逼近(Successive Convex Approximation,SCA)和块坐标下降(Block Coordinate Descent,BCD)等技术设计优化算法,将非凸优化问题简化后求得总优化问题的解。仿真结果表明,算法能得到平滑曲线,系统信息年龄随发射功率和数据传输速率阈值升高显著降低,体现了所提算法的可行性。

摘要：针对固装被动传感器的多个移动智能体对一个运动目标协同观测时探测与轨迹变化耦合的现象,提出了一种基于信息熵的协同观测轨迹滚动时域优化(receding horizon optimization,RHO)方法。建立了多Agent协同观测系统的状态方程和基于纯方位信息的目标观测方程,构建了基于无色信息滤波(unscented information filter,UIF)的集中式融合估计算法,引入互信息建立了基于信息熵的目标状态估计性能指标函数,基于滚动时域优化方法,提出了最大化信息熵求解智能体角速度控制量的算法。仿真结果表明,在对运动目标的跟踪过程中,多智能体系统对目标状态估计的误差明显减小,实现了面向最优状态估计的轨迹优化,是一种协调设计多智能体协调观测滤波器和轨迹控制器的手段。

摘要：为了进一步提高双刀数控机床运动轨迹控制精度,根据轨迹规划要求设计了一种缩小双刀引起顶铣削非线性误差的新算法。在分析九轴联动机床构建转换模型的基础上,表征了双刀具加工时工件回转轴产生的非线性误差评价效果。仿真结果表明,叶背曲面相对叶盆曲面形成了更大的的非线性误差,进行插值处理前,叶背曲面非线性误差初始值超差。算法完成差值优化后可以控制加工误差达到公差设计要求,进一步提升了轨迹线和叶片型面之间的贴合性,有助于叶片型面获得更高加工精度。

摘要：针对船用焊接机器人运动轨迹过渡段时间具有不确定性且机械臂运动过程中要符合效率高和振动冲击低等要求的问题,基于传统的5次多项式轨迹规划,利用混沌麻雀搜索算法以时间和脉动冲击(平滑度)为目标对船用焊接机器人过渡段运行轨迹进行相应优化。仿真结果表明:采用的轨迹规划方法优化效果好,与未优化情形相比,运行时间减少了26%,有效提升了机械臂的效率和平稳性。该优化方法对于船用焊接机器人具有可实行性。