水面无人艇航迹规划算法设计与仿真

针对水面无人艇在复杂多变的海洋环境下,其航迹实时规划难度较大的问题,提出了一种基于简单模型的无人艇航迹规划算法。根据由电子海图获得的静态障碍物信息,建立航行海区的全局静态环境模型,再利用粒子群优化算法进行全局航迹规划得到参考航迹;当无人艇沿着参考航迹航行时,建立基于雷达探测的局部动态威胁模型,并按提出的动态威胁规避策略实时调整航行轨迹。仿真结果验证了该算法的可行性,提高了水面无人艇对海洋环境的适应性,可得到比较理想的航迹路线。     

基于粒子群优化算法的水面无人艇分层局部路径规划

基于粒子群优化算法,将无人艇的局部路径规划分为静态障碍物避障和动态障碍物避障两个层面。首先确定了粒子群优化算法中相关参数取值和适应度函数,对障碍物进行基于极坐标系下的圆形和有向包围盒建模。然后利用启发式知识对粒子进行初始化,加入路径平滑优化处理方法实现第1层路径规划——静态障碍物的避障。然后结合相关海事规则实现第2层路径规划——动态障碍物的避障,并通过两个层次的规划得到无人艇规避障碍物的最优路径。最后通过仿真实验验证了文中算法的可行性和有效性。     

求解TSP问题的增强型自探索粒子群算法

分析了单点调整思想自探索粒子群算法求解TSP问题的不足,并以此为基础构造了求解TSP问题的增强型自探索粒子群算法。在算法中进一步强化了粒子的自探索行为,增加了随机序列段调整思想,以提高算法发现全局最优解的概率。实验结果分析,表明了该增强型自探索粒子群算法具有较强的全局搜优能力,比其他同类算法获得了质量更高的解。     

基于改进人工鱼群算法的无人艇控制参数优化

针对欠驱动无人艇控制系统的参数优化问题,基于改进人工鱼群算法,提出了一种非线性控制系统的参数优化策略。首先考虑了人工鱼群算法存在的求解精度低、盲目搜索、收敛缓慢等问题,提出了一种改进人工鱼群算法。然后分别以最小跟踪误差、最小能量消耗为性能指标,利用改进的人工鱼群算法,对欠驱动无人艇的跟踪控制器进行参数优化。数值仿真试验结果表明:无人艇实现了对期望轨迹的跟踪,并具有良好的控制性能,试验结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

基于松散式代理模型管理框架的亚音速机翼优化设计方法研究

基于N-S方程的三维气动外形的优化设计一直以来都因为存在众多的设计变量和庞大的计算量问题而无法实现,为了解决这些问题,文中发展了一套机翼气动优化设计系统,该系统基于模拟退火粒子群优化算法、松散式代理模型以及动网格和改进的HicksHenne函数变形技术,选取翼根、翼梢各18个设计变量进行参数化。按某型飞机设计要求,在给定设计指标下进行优化设计,研究了基于松散式代理模型管理框架下,训练样本采用拉丁超立方方法对Kriging代理模型的预测能力进行评估,以及应用该代理模型框架进行了亚音速机翼的气动外形优化设计,结果显示,优化后机翼的气动特性有着显著提高。     

基于曲面表达的几何特性计算及其在船舶工程中的应用

船舶静力性能计算中主要涉及到与水线面、横剖面、排水体积和舱容等相关的几何特性计算,在阻力和适航性等性能计算中还要对湿表面积进行计算,以便在设计阶段对船体外形的优劣进行评估和分析,为线型的进一步优化提供依据.为了更精确地计算相关的船舶性能,文章提出了基于曲面表达的相关2D或3D几何体几何特性计算新方法.该方法首先将所表达的曲面离散成四边形或三角形单元,将空间区域分割成若干广义棱柱,再通过四边形、三角形和广义棱柱的几何特性的组合,分别计算界定平面、曲面或空间区域的几何特性.对解析曲面进行NURBS表达,对其截面积、局部表面积和体积及几何特性进行计算,其结果与解析法计算的精确解非常接近.将该方法具体应用于实船的相关计算,结果表明了其可行性、合理性和精确性.     

基于改进粒子群算法的无人船全局路径规划研究

针对传统粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)在全局路径规划过程中存在搜索路径不合理、容易陷入局部最优解等问题,提出了一种PSO-ABC(Particle Swarm Optimization-Artificial Bee Colony Algorithm)融合搜索算法。首先,提出惯性权重自适应更新与动态学习因子策略,使得粒子能够随着迭代次数的变化而更新惯性权重与学习因子,提高算法的寻优能力和收敛速率;其次,提出粒子拥挤度因子的概念,增强算法跳出局部极小值的能力;最后,引入人工蜂群算法中的跟随蜂和侦察蜂思想,提高融合算法的全局搜索能力。设置4种不同的障碍物环境进行仿真实验,实验结果表明,改进的融合算法相较于3种对比算法路径规划速度快且路径短,提高了算法搜索路径的成功率,其综合性能显著优于传统的粒子群算法。     

基于改进PSO-GWO算法的无人艇路径跟踪控制系统研究

随着海洋经济的迅猛发展,水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)的重要性更加显著。由于无人艇本身具有非线性不确定性和欠驱动的特点,在航行过程中易受到风、浪等环境因素的干扰,使得未知扰动下USV的路径跟踪控制问题非常困难。将无人艇路径跟踪控制分解为对USV航向的控制和导引策略的设计两个问题。首先采用由粒子群算法改进的灰狼算法(PSO-GWO)对自抗扰航向控制器的相关参数进行在线整定,降低了传统自抗扰控制器参数调整的复杂度;再设计LOS导引策略计算期望航向角,实现对USV的路径跟踪控制。经Matlab仿真实验验证,所设计的系统能实现对航向角的快速稳定跟踪,具有很强抗干扰能力;USV在给定航行速度下能以较短路径到达期望的直线路径和曲线路径,跟踪精度高。     

动态价格约束下生鲜无人零售点选址-路径方法研究

“新零售”创新了生鲜无人零售的渠道和销售模式,通过研究网络化无人售货的技术优势,引入在线动态定价机制,解决了生鲜无人销售品控难、客户黏度低的问题,有效减低了系统综合成本;同时构建了一种面向生鲜商品的无人零售的干线和支线混杂配送模型,在多目标求解、问题解耦和PSO全局优化等方面进行突破,建立了一种动态价格约束下的带时间窗选址-路径二级运输模型（2E-dPLRPTW）,并进行了案例验算,确认该方法能有效提升生鲜商品无人售卖的效益。     

Cable-driven legged landing gear for unmanned helicopter:Prototype design,optimization and performance assessment

Unmanned helicopters equipped with adaptive landing gear will dramatically extend their application especially in dealing with challenging terrains. This study presents a novel cable-driven legged landing gear(CLG) with differential transmission for unmanned helicopters in complex landing environments. To obtain the preferred configuration of the legged mechanism, a multi-objective optimization framework for the CLG is constructed by concurrently considering terrain adaptability, landing stabili...     

Four-function Principle for Optimization Design of Green High Performance Massive Concrete

A four-function principle was proposed for the optimization design of green high performance massive concrete（GHPMC）based on the theory of value engineering and the adiabatic temperature change control.A set of concrete formulas were designed according to the orthogonal experiment.The experimental results were analyzed by applying the variance analysis method to find out the effects of influential factors and determine the optimum mixture formula.In addition,the four-function principle was successfully applied to optimize the mixture formula in field massive concrete engineering.The practical results show the adiabatic temperature change of massive concrete could be efficiently controlled,and the excellent durability,good workability and high compressive strength could be achieved.     

西安市办公建筑多目标优化设计

为解决性能评价和形态设计脱节、负相关性能目标难以权衡优化的问题,采用整合性能模拟和遗传算法的方法优化西安市办公建筑设计.利用性能模拟实现建筑设计要素和建筑性能的统一,利用遗传算法实现多变量多目标的寻优,为方案决策提供数据支持.办公建筑性能优化设计框架遵循设计、模拟及评价、优化的逻辑搭建.制定应用于建筑形态、表皮和细部的性能优化设计,以朝向、面宽、窗墙比、遮阳方式、百叶宽度、百叶倾角等为变量,采用遗传算法实现以能耗和光性能为目标的建筑形态寻优. 结果表明: 以西安市某办公建筑为例,基于气候特征量化节能策略,被动太阳能得热的利用率最高; 以建筑太阳辐射增益量为目标,形态寻优结果是办公楼南北向长轴布局、长宽比是1.4; 建筑表皮设计以各朝向的窗墙比为变量,南向窗墙比为60%、其他朝向窗墙比是40%时,光热性能均优.进而优化外置遮阳百叶,寻优结果在建筑表皮优化的基础上,将总能耗降低3%、全年光暴露量降低36.5%、空间全天然采光时间百分比没有明显下降.     

GIS-based 3D limit equilibrium analysis for design optimization of a 600 m high slope in an open pit mine

1. Introduction An economical and safe plan of slope angle is an important issue for the slope designing of an open pit mine. In the practice of geotechnical engineering, a two-dimensional (2D) limit equilibrium method is gen- erally employed to calculate the safety factor against failure for a slope. Assuming a plane-strain condition, the safety factor is commonly assessed through a 2D idealization of the slope, for example, an “equivalent” plane-strain problem is postulated and analyzed […     

基于Matlab优化工具箱的结构优化设计

介绍了结构优化设计的基本理论和MATLAB优化工具箱,分析了结构优化设计中的主要约束条件,提出结构优化设计的通用流程方法。首先,进行结构受力分析,合理设置优化目标函数和约束条件;然后,使用MATLAB优化工具箱进行编程计算。对一桁架进行优化设计分析,结果显示,与其他方法相比,使用MATLAB优化工具箱进行优化,不仅计算精度较高,而且可以减少计算时间。因此在结构工程设计领域有较大的实际应用价值。     

高比转速离心叶轮的参数化分析及优化设计

为提高高比转速离心泵的性能和解决多参数优化难的问题,提出一种基于变量降维和智能算法的优化设计方法。变量降维过程基于Pearson相关性分析方法,研究叶轮的18个设计变量对泵水力性能的影响,并选择其中8个具有高影响因子的变量作为最终的优化变量。优化过程基于拉丁超立方抽样方法生成160组设计样本,以最大化设计工况效率作为目标,利用人工神经网络和遗传算法对优化问题进行求解。优化结果经CFD验证：模型泵在设计工况点效率提高了3.02%,高效运行区得到了拓宽;相比于原始叶轮,优化后叶轮内湍动能分布得到了改善,不稳定流动结构减少。该方法对高比转速离心泵的设计具有良好的借鉴意义。     

无人地面车辆车道级路径引导方法

针对无人地面车辆对高精度电子地图的需求和在结构化道路环境下的导航要求,基于多传感器信息融合构建了车道级的电子地图,并基于该电子地图提出了一种车道级的路径引导算法．首先,利用数据采集平台采集多传感器的数据,并对采集到的数据进行融合来构建车道级的电子地图,并进一步根据交通规则生成道路和车道线;接着,根据不同地理对象所反映的不同特征设计了其属性表;然后,根据结构化道路环境的特点提出了一种全局路径规划策略;最后,针对无人地面车辆遇到障碍物需要对全局路径进行修正的场景,提出了一种基于代价地图的修正方法,指导车辆完成避让．跑车实验和中国智能车挑战赛比赛结果表明,文中提出的高精度电子地图和路径引导方法能满足无人地面车辆在结构化道路环境下的导航需求,能够为无人地面车辆安全、快速行驶提供可靠的指导和保障．     

基于伪谱法的小型超音速无人机轨迹优化

为了提高小型超音速无人机的经济性能,针对配备加力燃烧室导致设计复杂、油耗过大的问题,提出小型无加力燃烧室的超音速无人机. 利用马赫俯冲机动突破音障,基于hp自适应伪谱法的最优控制轨迹规划方法,求解达到超音速巡航飞行的最小油耗和最小时间2种轨迹最优化问题. 该方法将控制与状态变量离散化,结合无人机飞行的物理过程,将多约束最优控制问题转化为非线性规划问题. 将本文与传统飞行方案所得的结果进行比较,分析重要设计参数对最优轨迹的影响. 仿真结果表明,利用该方法能够有效地规划出无人机从高亚音速到超音速飞行过程中的可行轨迹,得到的最小油耗、最小爬升时间均优于传统飞行方案,最小油耗降低约11%,最小爬升时间降低约46%.     

轴流通风机的优化设计

为了提高轴流通风机的效率和降低噪音,用离散复合形法对轴流通风机的气动设计进行优化,采用主要目标法处理多目标优化问题.实例计算表明,用离散复合形法的优化设计比传统设计有较大优越性.     

Selection of a non-localized landing region for an unmanned helicopter based on an attention model

A new landing region selection algorithm for an unmanned helicopter is proposed based on an attention model. Different from the original attention model, some properties of the possible safe landing regions (e.g., depth, regional color and motion features) are included in the selection algorithm. Furthermore, regional color and motion features are fused directly into the saliency map because these features do not have the "central-peripheral" property.Experimental results validate the feasibility and efficiency of this approach.