留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2020年  第46卷  第12期

显示方式:
2020年, 第46卷, 第12期
icon下载 (25940) 437
论文
考虑冲击韧性的退化-冲击相依竞争失效建模
孙富强, 李艳宏, 程圆圆
2020, 46(12): 2195-2202. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0628
摘要:

复杂系统的失效通常是退化失效与随机冲击导致的突发失效之间耦合竞争的结果。针对某些具有冲击韧性的系统,提出了一种基于非线性Wiener过程的退化-冲击相依竞争失效模型与可靠性评估方法。首先,采用m-δ冲击模型考虑了系统抵抗冲击载荷的能力,即只有随机冲击频率高于一定水平才会导致突发失效,其余情况只会对退化过程产生影响。然后,在此基础上,通过修正非线性Wiener过程模型来考虑随机冲击对系统退化在退化增量和退化速率两方面的影响。最后,采用某空间用存储芯片案例对所提方法进行验证,并开展了参数敏感性分析,结果表明了所提方法的合理性与有效性。

分体四轮式空气循环制冷系统仿真及试验研究
杨涵, 张兴娟, 王超, 杨春信
2020, 46(12): 2203-2210. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0633
摘要:

为了提高飞机座舱环境控制系统性能,同时降低设计和制造难度,提出了分体四轮式空气循环制冷系统。所提系统采用2个独立的两轮式涡轮冷却器代替一体化四轮式涡轮冷却器。基于焓参数法分析了分体四轮式及四轮式空气循环制冷系统的热力性能,结果显示2个系统热力性能一致。基于实验室现有部件搭建了分体四轮式空气循环制冷系统原理样机,摸底测试表明,系统最大制冷量可达12.0 kW,制冷量理论值与试验值的误差分布在±15%以内,验证了焓参数法的有效性。原理样机的性能系数分布在0.21~1.15之间。所提系统可为国产大飞机环境控制系统的研制提供良好的技术储备。

多表冗余惯导数据融合算法及在自对准中的应用
郭建刚, 陈鹏, 郑伟
2020, 46(12): 2211-2216. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0604
摘要:

针对多表冗余惯导系统的自对准问题,基于某型三正交两斜置冗余的十表惯导系统,对仪表数据融合算法进行了研究。通过分析和仿真验证了最小二乘估计的数据融合算法在提高系统自对准精度中的有效性,并在静态对准试验的基础上,构造了基于仪表零偏稳定性的加权矩阵。试验结果表明:相较于只使用正交仪表的数据,数据融合可以有效提高系统自对准精度,使斜置冗余仪表的数据得到充分利用,改进算法精度比马尔可夫估计有所提高。

民机客舱布局工效学量化设计模型
陈浩, 庞丽萍, 完颜笑如, 方玉峰, 郭司南, 闵雨晨
2020, 46(12): 2217-2226. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0623
摘要:

为提升客舱布局设计效率及面向民机客舱快速仿真设计系统提供技术支撑,提出了一种民机客舱布局量化设计模型。该模型面向工效学设计需求,以座椅排距、座椅排数、各级客舱舱段长度等作为设计变量,构造了舒适性、安全性、经济性三类目标函数,实现了客舱边界限制、人机空间耦合关系、适航安全性要求等约束条件的量化描述。分别以双通道宽体干线客机、单通道窄体干线客机和支线客机为应用算例,对所提模型的可用性进行了计算验证。结果表明:所提模型可适用于多种机型的客舱布局设计,能够提供多个满足舒适性、安全性、经济性等多样化工效学设计指标的量化设计方案,并可给出各类指标进一步的优化途径。所提模型在一定程度上实现了民机客舱布局量化设计,为概念设计阶段客舱布局快速设计和多方案比较提供了一种新的方法,同时也可作为航空公司客舱布局选型的定量化辅助决策工具。

一种全球临近空间大气密度建模方法及应用
程旋, 肖存英, 杨钧烽, 胡雄, 闫召爱, 柳丹
2020, 46(12): 2227-2235. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0614
摘要:

基于TIMED/SABER卫星2002—2018年观测的20~100 km大气密度数据,统计获得多年月平均值和标准偏差的全球网格数据。利用网格数据,分析了大气密度的变化特征。以网格数据为基准,计算了USSA76的相对偏差,分析了USSA76相对偏差的分布特征。以网格数据为驱动,将大气密度表征为平均值与大尺度扰动量和小尺度扰动量的加和,大尺度扰动和小尺度扰动分别采用余弦函数和一阶自回归模型表征,初步建立了全球临近空间大气密度模型。通过对比模型仿真值与激光雷达观测值,表明模型仿真值与观测值具有较好的吻合度,验证了建模方法的可行性。利用蒙特卡罗方法可再现给定轨迹上所有可能的大气状态。

考虑舵机时滞的阵风减缓主动控制律设计
杨阳, 杨超, 吴志刚, 戴玉婷
2020, 46(12): 2236-2244. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0635
摘要:

针对存在舵机时滞环节的气动伺服弹性系统,提出基于Padé近似和线性二次高斯(LQG)控制的阵风减缓主动控制律设计方法。利用Padé近似将舵机中的时滞环节线性化为一个高阶传递函数并引入气动弹性模型,建立线性的阵风减缓受控模型;利用LQG控制方法对线性化模型设计阵风减缓主动控制系统,并采用平衡截断法对所设计的控制系统进行降阶;利用Simulink将所设计的控制系统引入非线性模型中,得到von Karman连续阵风激励情况下系统的开/闭环响应情况。计算结果表明:根据所提方法设计的阵风减缓主动控制律能有效降低原气动伺服弹性系统的阵风响应,对研究对象机身过载的抑制在15%左右,而对翼根弯矩的抑制达到25%以上。

辐照和EO灭菌对SIS材料免疫原性的对比研究
孙磊, 袁源, 牛睿, 李伟峰, 翟晖, 牛旭锋
2020, 46(12): 2245-2252. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0621
摘要:

免疫反应大小是决定可植入生物材料能否开展临床应用的关键因素之一。研究评估了辐照和环氧乙烷(EO)两种灭菌方式处理后的小肠黏膜下层(SIS)脱细胞外基质材料在体内的免疫反应,旨在为其临床试验的开展提供可行依据。将两种灭菌方式处理的SIS脱细胞外基质材料皮下植入到BALB/c小鼠,第14和28天取样后,系统性地评估了其免疫反应。与仅手术不植入材料的阴性对照组相比,免疫器官(脾和淋巴结)的形态、质量、细胞数、淋巴细胞的体外增殖及酶联免疫吸附检测结果均无显著性差异,证明两种灭菌方式处理后的SIS脱细胞外基质材料都不会对小鼠引起明显的免疫排斥反应。流式细胞术分析及局部H&E染色结果表明,经EO灭菌处理的SIS脱细胞外基质材料对小鼠的免疫刺激更小,是更适用于此材料的灭菌方法。研究结果为SIS脱细胞外基质材料的灭菌程序及其临床应用提供了支持。

基于ASTSMO和UIO的故障估计方法
秦玉峰, 史贤俊, 翟禹尧, 韩露, 龙玉峰
2020, 46(12): 2253-2263. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0631
摘要:

针对系统在有未知干扰情况下的故障估计问题,提出一种基于自适应Super-Twisting滑模观测器(ASTSMO)和未知输入观测器(UIO)的故障估计方法。不需要已知故障导数的上界,避免了现有自适应算法存在的滑模增益过估计问题,并且能够处理多执行器同时发生故障的情况。首先,通过非奇异变换将原系统降阶为两个子系统,其中一个子系统只受故障的影响,另一个子系统同时含有故障和不确定干扰。对两个子系统分别设计ASTSMO观测器和UIO观测器,并对误差系统有限时间内收敛的条件进行了证明,同时给出了滑模增益初始值和时变增益的设计方法。然后,基于等效控制的概念对故障进行检测和估计。最后,通过仿真算例验证了所提故障估计方法的有效性。

复杂系统的选择性维修模型和求解算法
王海朋, 段富海, 马骏
2020, 46(12): 2264-2273. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0619
摘要:

考虑不修、最小维修、换件维修和多中间维修水平,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法和多员维修的复杂系统选择性维修模型,将组件维修前状态、组件有效役龄和维修费用等因素引入不完全维修模型,更符合工程实际。提出了一种基于多员维修的系统组件维修分配算法,解决了如何将多维修任务分配给多维修人员,使得系统维修时间最小的问题,并将所提算法引入到PSO算法中,求解考虑多维修人员和不完全维修条件的复杂系统选择性维修模型。案例表明:所提模型和求解算法有效,能够为复杂系统提供切实有效的维修决策方案。

基于SADRC的四旋翼姿态解耦控制及稳定性分析
万慧, 齐晓慧, 李杰
2020, 46(12): 2274-2283. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0620
摘要:

针对四旋翼姿态控制欠驱动、强耦合的特性,提出了一种基于线性/非线性切换自抗扰控制(SADRC)的四旋翼姿态解耦控制方法。首先,以四旋翼平台为研究对象,建立了其姿态的数学模型,引入SADRC,对基本原理进行了介绍。其次,基于SADRC设计了四旋翼姿态解耦控制器,并基于Lyapunov函数对系统进行了稳定性分析。最后,通过仿真实验对SADRC控制性能进行了验证。结果表明:SADRC在某些场合抗干扰和鲁棒性方面较线性自抗扰控制(LADRC)和非线性自抗扰控制(NLADRC)具有优势,具有工程应用的潜力。

半自动驾驶公交车辆编组与调度优化
代壮, 陈汐, 马晓磊
2020, 46(12): 2284-2292. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0627
摘要:

半自动驾驶公交车辆编组是指半自动驾驶公交单元通过车联网技术连接在一起,实现车辆协同驾驶和车辆容量动态设计的车辆组织技术。以半自动驾驶公交车辆编组为出发点,建立编组车辆动态运行模型,分析编组车辆到离站时间、乘客上下车过程、车辆容量限制和车载乘客数量变化等。在此基础上,以车辆运营成本和乘客候车时间成本之和为目标函数,以车辆编组大小和发车时刻为决策变量,建立半自动驾驶公交车辆调度优化模型。提出改进的遗传算法高效求解模型。以杭州55路公交线路为实证案例,仿真结果表明:相比于传统人工驾驶公交的车辆调度,基于半自动驾驶公交的车辆调度能降低29.2%的车辆运营成本和18.2%的乘客候车时间成本,所得结果证实了所建模型优化半自动驾驶公交车辆调度的有效性。

暖机对舰载机滑跃起飞安全影响分析
钱仁军, 李本威, 徐彦军, 董庆, 张赟
2020, 46(12): 2293-2301. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0597
摘要:

针对发动机不暖机会产生推力损失,进而影响舰载机滑跃起飞安全的问题,分析了暖机与不暖机两种情况下舰载机起飞极限重量的差异。建立舰载机滑跃起飞动力学模型,根据滑跃起飞安全准则,利用飞行轨迹最小爬升率不小于零判定起飞极限重量,并在不同甲板风和大气温度下比较两种跑道暖机与不暖机起飞极限重量。结果表明:暖机对105 m短跑道滑跃起飞极限重量影响更大;随着甲板风的增大,舰载机暖机与不暖机滑跃起飞极限重量相对偏差逐渐减小,其中105 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.70%和2.44%,195 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.64%和2.40%;随着大气温度升高,舰载机暖机与不暖机滑跃起飞极限重量相对偏差变化趋势先增大后变缓,其中105 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.79%和2.56%,195 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.69%和2.46%。

基于级联注意力机制的孪生网络视觉跟踪算法
蒲磊, 冯新喜, 侯志强, 余旺盛, 马素刚
2020, 46(12): 2302-2310. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0601
摘要:

针对全卷积孪生网络(SiamFC)在相似物体干扰及目标发生大尺度外观变化时容易跟踪失败的问题,提出了一种基于级联注意力机制的孪生网络视觉跟踪算法。首先,在网络的最后一层加入非局部注意力模块,从空间维度得到关于目标区域的自注意特征图,并与最后一层特征进行相加运算。其次,考虑到不同通道特征对不同目标和各类场景的响应差异,引入通道注意力模块实现对特征通道的重要性选择。为了进一步提高跟踪的鲁棒性,将其与SiamFC算法进行加权融合,得到最终的响应图。最后,将提出的孪生网络模型在GOT10k和VID数据集上进行联合训练,进一步提升模型的表达力与判别力。实验结果表明:所提算法相比于SiamFC,在跟踪精度上提高了9.3%,在成功率上提高了5.4%。

空地量子密钥分发网络中数据协调方案
孙海正, 尚涛, 刘建伟, 耿云霄
2020, 46(12): 2311-2319. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0599
摘要:

在空地量子密钥分发网络中,空中平台的硬件设备限制使得后处理阶段数据传输速度以及处理能力减弱。针对空中平台的特性,提出了一种适合空地量子密钥分发网络的数据协调方案。首先,采用量子纠错技术减少原始密钥的误码率;其次,设计了一种新方法用来制备低密度奇偶校验(LDPC)译码算法中的随机置换序列;最后,兼顾LDPC译码算法性能和算法硬件实现复杂度,选取了软判决中最小和译码算法。仿真分析表明:量子纠错处理后的原始密钥误码率明显减少,错误率由29.5%减少为4.4%;使用新方法生成随机置换序列,在保证序列随机性的前提下效率提升,生成长度为10 000的随机置换序列所用时间约为0.019 s;LDPC译码算法中最小和译码算法性能适中且硬件实现简单。

基于Hamilton体系的Lagrange方程盒式倾转旋翼无人机建模
吴翰, 王正平, 周洲, 王睿
2020, 46(12): 2320-2328. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0602
摘要:

针对倾转旋翼飞行器动态倾转过程中动力学建模问题进行了研究。首先,从多体动力学出发,以某盒式倾转旋翼无人机为算例,将该无人机假设成由机翼、机体、涵道风扇、倾转旋翼等组成的多刚体系统。其次,通过不同刚体质心间的位移约束,建立该无人机系统的非保守力和力矩矩阵,以及动能、势能、余虚功和逆势能模型。最后,分别基于Hamilton体系下的Lagrange方程和第二类Lagrange方程推导并建立了该盒式倾转旋翼无人机的动力学模型。仿真结果表明:两类Lagrange方程所建动力学模型的仿真结果与实验数据一致,验证了所提建模方法的合理性;在倾转旋翼转速不变的情况下,倾转过程所用时间越长,无人机掉高越少,轨迹越光滑,但输入能量越多,具体倾转过程的设计要根据实际输入能量、倾转时间等需求进行确定。

基于SMO的改进型转子位置检测方法
赵亚辉, 冯明, 李卫文
2020, 46(12): 2329-2338. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0637
摘要:

针对无位置传感器永磁同步电机(PMSM)在高速运行时无法准确观测转子位置,导致三相电流波动畸变的问题,提出了一种改进型滑模观测器(SMO)来预估转子位置和速度的新方法。该改进型滑模观测器采用S型切换函数来估算反电动势,并通过软件锁相环(SPLL)算法计算转子位置角,降低了传统滑模观测器抖振对转子位置角的影响,实现了PMSM在高速运行状态下转子位置角的准确观测。开发出一套高速永磁同步电机控制器,实现了电机在超高速高功率状态稳定运行。

基于复合控制的磁悬浮CMG动框架效应抑制
王舒, 郑世强
2020, 46(12): 2339-2347. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0610
摘要:

针对磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)动框架效应导致转子悬浮精度和稳定性降低的问题,提出一种角加速率自适应前馈控制与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制方法。建立了MSCMG转子动力学模型,分析了框架转动情况下的磁轴承扰动力矩,设计了角加速率自适应算法和线性扩张状态观测器,并结合状态反馈控制设计了复合控制器,同时对磁轴承控制系统进行了稳定性分析,仿真结果验证了所提复合控制方法的有效性。利用研制的样机搭建实验平台进行验证,结果表明:所提方法与传统PID控制方法相比,磁悬浮转子收敛后的位移峰峰值降低了39.6%,提高了磁悬浮系统的抗干扰能力。

基于自适应学习策略的改进鸽群优化算法
胡耀龙, 冯强, 海星朔, 任羿
2020, 46(12): 2348-2356. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0603
摘要:

鸽群优化(PIO)算法已广泛用于无人机编队和控制参数优化等领域,但标准PIO算法容易陷入局部最优。提出了一种基于自适应学习策略的改进鸽群优化(ALPIO)算法。该算法引入了基于容差的搜索方向调整策略、基于自学习的候选者生成策略以及基于竞争学习的预测策略,通过增强种群的多样性,可提高算法全局最优概率,其已在8个基准函数上进行测试。仿真试验结果表明:所提算法在多峰函数优化问题中的收敛精度和收敛速度有了显著提升,并且能够更有效避免陷入局部最优解。

基于RS-CRITIC的空战目标威胁评估
杨爱武, 李战武, 徐安, 吕跃, 奚之飞
2020, 46(12): 2357-2365. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0638
摘要:

针对不确定信息下的空战目标威胁评估问题,提出了一种基于粗糙集(RS)理论和指标重要性相关(CRITIC)法的目标威胁评估模型。首先,通过CRITIC法确定准确信息下的目标威胁值,利用数据挖掘(MD)启发式算法求解最佳分割集合,将目标威胁值离散化处理后替代粗糙集决策信息系统中的决策属性。其次,基于构建的完备粗糙集决策信息系统,通过决策矩阵实现属性约简和目标威胁评估最小决策规则提取。最后,将规则应用于不确定信息下的目标威胁评估。仿真结果表明:所提模型能够实现信息缺失下的目标威胁评估,减少了主观因素和先验知识的影响,扩展了粗糙集理论应用范围。

极稀疏投影数据的CT图像重建
武丽君, 孙丰荣, 杨江飞, 于倩蕾, 贺芳芳
2020, 46(12): 2366-2373. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0613
摘要:

从稀疏投影数据足够精确地重建断层图像,从而能够在显著降低计算机断层成像(CT)检查X-射线辐射剂量的前提下,提供充分适宜影像学临床诊断需求的重建图像。针对圆周扫描扇束投影的二维CT图像重建,提出了投影驱动的系统模型,并将CT迭代图像重建与压缩感知(CS)理论相结合,设计了一种CT迭代图像重建算法,且将算法扩展到圆周扫描锥束投影的三维CT图像重建。仿真实验结果表明:在极稀疏投影数据的条件下([0,2π)范围内扇束/锥束扫描不超过20个投影角度),算法数值精度高,计算复杂度低,内存开销少,有很强的工程实用性。

GEO-UAV空天双基SAR二维分辨能力分析
李谨成, 郭德明
2020, 46(12): 2374-2380. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0611
摘要:

收发平台分置于地球同步轨道(GEO)和无人机(UAV)的GEO-UAV空天双基合成孔径雷达(SAR)系统能够实现对重点观测区域高精度、高时相的观测,二维分辨能力为其重要的系统指标。针对GEO-UAV空天双基SAR的二维分辨能力进行了分析:首先,基于梯度法给出了空天双基SAR矢量化的二维分辨率的计算方法;其次,基于GEO-UAV空天双基SAR的构型计算了其距离分辨率、方位分辨率以及二维分辨矢量夹角;最后,基于系统的二维分辨能力提出了GEO-UAV空天双基SAR的构型设计准则,通过点目标仿真对该准则的有效性进行了验证。所提设计准则能够为GEO-UAV空天双基SAR的系统设计提供有力支撑。

总目次
2020年第46卷总目次
2020, 46(12): 2381-2398.
摘要:
常见问答