稳定高精度的定位是实现地面无人车辆协同自主行驶的先决条件。激光同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术在缺少几何特征的走廊、隧道、沙漠等场景中难以实现精准定位。为此提出一种无人车蛙跳协同的激光SLAM退化校正方法。估计当前帧每个特征点的法向量,并提出一种激光SLAM退化检测算法,当检测到环境退化时,使用两个无人车之间的测距信息对激光SLAM进行退化校正,在位姿图中进一步优化定位结果,并在自主搭建的两个无人车平台上进行测试。研究结果表明,新方法与当前主流激光SLAM方法相比获得了更高的建图效果,证明了新方法能够显著提高激光SLAM在退化场景中的定位效果。

传统坦克双向稳定系统的控制策略难以有效处理新一代全电双向稳定系统中的耦合性、非线性和不确定性,而基于模型的非线性控制能够充分利用系统动态模型的先验信息提升控制效果。因此,建立计及执行器动态的全电双向稳定系统机电耦合动力学模型,提出一种基于神经网络补偿的非线性滑模控制方法。引入滑模面和基于双曲正切函数改进的滑模鲁棒控制律设计非线性滑模控制函数,以有效地消除系统振荡,提高系统的稳态性能。同时,深度融合多层神经网络,准确估计系统的不确定性并进行前馈补偿,避免高增益反馈。基于Lyapunov理论严格证明了新控制策略可以实现连续控制输入下坦克全电双向稳定系统的渐近稳定性能。搭建了联合仿真环境与半实物实验平台,通过大量对比实验验证了新控制策略的优越性。

润滑油在发动机中发挥作用时携带着大量关于发动机的状态信息,能够对发动机产生的故障进行表征,可利用其对发动机进行故障诊断。以某型装甲车辆发动机为研究对象,提出一种基于核线性判别和改进的蜣螂优化算法优化反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的故障诊断方法。对获取的润滑油数据通过核线性判别分析进行降维处理,降维后的数据作为BP神经网络的输入,通过引入最优拉丁超立方、权重因子以及Levy飞行策略对蜣螂优化算法进行改进,进一步对BP神经网络的关键参数进行优化,建立故障诊断模型,实现对测试数据的故障预测。实验结果验证了新方法在进行故障诊断预测方面的有效性,为装甲车辆发动机的维护和修理提供了科学依据。

针对高超声速滑翔飞行器末制导段存在的动力学模型参数不确定性,以及传统强化学习算法收敛速度慢的问题,提出一种基于强化学习的自适应制导方法。将标称条件下的高超声速滑翔飞行器末制导问题转化为最优控制问题,并根据序列凸优化算法进行求解得到状态-控制对的数据集:基于监督学习对数据集进行拟合,得到相应的神经网络制导模型:引入气动参数偏差、控制响应延迟系数不确定性以及状态测量噪声等干扰,通过飞行器与当前环境的大量交互,基于强化学习进一步优化神经网络制导模型。数值仿真结果表明,新提出的制导方法与监督学习制导方法相比具有更好的鲁棒性与精确性。

车用高速机电复合传动系统(Electro-Mechanical Transmission,EMT)结构高紧凑、零部件高转速,导致系统机电耦合效应显著,易产生共振。针对串联式EMT系统进行机电耦合固有振动特性分析,推导系统的机电耦合固有振动模型,研究其固有频率及模态振型,基于各阶模态的振型特点,总结系统的6种典型振动模式。研究高速运行工况和机电磁耦合效应对系统固有频率和模态振型的影响,并基于坎贝尔图和模态能量法研究宽速域运行范围内系统的共振转速。研究结果表明,机电磁耦合效应改变了系统的低频振动特性,高速运行工况可显著改变系统的某些固有频率,在动力学建模中应对二者进行充分考虑,共振转速研究为系统动力学调控和优化提供了参考。

随着地面无人平台(Unmanned Ground Vehicles,UGVs)在复杂作业环境中的潜在应用和战略价值日益凸显,确保其自主行为的安全性变得至关重要。提出一种结合系统理论过程分析(System-Theoretic Process Analysis,STPA)和Bow-Tie模型的地面无人平台系统安全分析方法。围绕遥控操作地面无人平台系统安全,通过STPA方法识别UGV系统中的不安全控制行为及其潜在风险,并利用Bow-Tie模型分析从损失致因场景到可能事故后果的事件链,得到风险传播路径和风险扩散路径。最终,基于Bow-Tie分析结果确定主被动安全分级控制措施,并通过自主安全控制器实现了系统安全管理。

基于现役有人驾驶履带车辆进行无人化改造是无人履带车辆研制的有效技术途径之一。为实现某现役履带车辆无人化线控技术改造,设计车辆数据采集系统,以实现车辆状态数据与驾驶员操控数据的同步采集。依据人类驾驶员的操控数据,基于高斯混合模型对驾驶员转向操控行为进行聚类分析,并建立转向操控行为概率模型。基于不同转向类别,以车辆行驶速度和航向角偏差为模型输入,以静液马达摆臂转角为转向操控量预测真值,对驾驶员转向操控预测模型进行训练,实现对驾驶员转向操控行为准确预测,并在真实越野场景下进行验证。试验结果表明,所提转向操控预测模型可以准确地预测驾驶员转向操控。

滑移转向轮式车辆应用领域广泛,掌握驱动系统对车辆直驶、转向性能的影响是实现其正向设计的基础。针对全液压驱动滑移转向车辆设计分析需求,基于全液压驱动滑移转向车辆系统原理,建立液压驱动系统和车辆动力学系统耦合仿真模型,结合具体车辆参数,仿真分析车辆直驶和转向工况特性,得到车辆行驶过程中液压系统的动态响应特性,并通过实车验证模型的仿真结果。研究结果表明:道路阻力、车速和驾驶员操作等时变参数对直驶液压驱动系统压力影响较大,转向液压驱动系统压力与动态转向阻力强相关;耦合驱动的车辆仿真模型能够实现车辆运动状态与驱动系统状态的耦合仿真,可用于驱动系统特性和车辆动力学特性的耦合分析。

水面无人艇(Unmanned Surface Vehicles,USV)具有机动性好、隐蔽性强、活动范围广等优点,在侦查、反潜、搜救等任务中具有广阔的应用前景,而环境感知技术是USV执行任务的基础,受到广泛关注。对国外USV环境感知技术发展现状进行调研,通过具体案例对USV环境感知技术进行定义并剖析任务难点;结合USV使用的感知设备,从单模态感知和多模态感知两个角度具体分析USV感知技术研究现状;总结分析USV暂未解决的难点并对USV环境感知技术发展给予展望。

时间序列匹配技术广泛应用于车辆操纵一致性评价。针对某型教练车在协同驾驶过程中的动作匹配度评判问题,提出一种基于分段式动态时间弯曲距离的车辆油门操纵动作一致性评估方法。在有效解决教练车协同操控试验过程中样本数据点数量不一致问题的基础上,根据动态弯曲路径的斜率约束条件,将传统的动态时间弯曲距离(Dynamic Time Warping,DTW)矩形搜索区域通过改变路径搜索斜率方式转变为平行四边形搜索区域,以缩小搜索区域面积,从而极大程度地减小计算量。选取4组典型的油门动作曲线组进行50轮迭代实验进行验证,通过分段式DTW方法计算得到实车A、教练车B动作曲线之间的DTW距离矩阵,利用最小离差平方法对A、B两车动作进行聚类对象合并,从而完成油门动作数据的一致性评判。实验结果表明,改进后的动态时间弯曲算法在各油门动作的平均匹配精度可达89.2%,相较于单一的DTW算法提升约3.2%,平均匹配时间约为92.45s,降低约12.6%,从而验证了分段式DTW算法在油门动作一致性评判的可行性和优越性。

考虑行进间坦克炮控系统受路面颠簸引起的外界扰动和炮控系统工作时火炮俯仰运动不平衡力矩影响,基于第二类Lagrange方法建立行进间坦克炮控系统两轴耦合2自由度动力学模型。针对炮控系统的实际受力和运动状态,建立方位向和高低向驱动系统含有永磁同步电机以及传动机构分别含有齿轮减速箱与滚柱丝杠的行进间坦克炮控系统机电耦合动力学模型。为快速抑制行进间坦克炮控系统内外扰动对目标稳定跟踪的影响,基于非奇异快速终端滑模控制律和线性扩张状态观测器设计具有有限时间收敛特性的行进间坦克稳定跟踪控制器。根据行进间坦克炮控系统对目标的稳定跟踪过程计算炮控系统稳定精度和到位时间,并在不同工况下与传统控制方法进行对比。研究结果表明,新方法响应速度快、抗干扰能力强、稳定精度高,验证了控制器设计的有效性。

为了提升装备机动能力,基于摆动缸式油气悬挂装置,建立高压气动原理和背压可控的阻尼阀结构,实现刚度和阻尼特性的实时调节。基于单轮悬挂模型开展不同刚度控制方法的振动响应对比分析以及阻尼特性频域不动点推导,提出一种刚度有级调节控制策略和一种频域混合阻尼控制方法,通过单轮悬挂动力学模型验证所提控制方法的有效性,并构建高机动履带车辆动力学模型进行整车仿真分析。在康庄、羊八井、坨里实测路面环境下,采用刚度阻尼联合控制方法的悬挂装置相较于传统被动悬挂的越野速度提升了25%以上,验证了新提出特性控制方法对振动响应抑制的优越性,能够为悬挂装置实现弹性与阻尼双特性自适应调节提供支撑。