机器学习下随机机翼模型的复杂非线性动力学与控制研究
批准号:
12072264
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
许勇
依托单位:
学科分类:
非线性振动及其控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
许勇
中文摘要
机翼模型的随机动力学与控制问题已经引起了学者们的广泛关注。然而,传统的动力学分析与控制理论和方法主要依赖于一个所有参数均已知的数学模型,且对一些复杂情形尤其是高维或随机问题计算效率较低。为了突破传统理论和方法的瓶颈,本项目拟以经典的机翼模型为研究对象,结合人工智能领域中的机器学习方法,从数据驱动角度研究随机扰动下机翼模型的复杂非线性动力学与控制问题。首先,基于风洞试验或仿真数据,构建神经网络模型对随机及非线性因素进行精确化建模,实现机翼模型的反问题研究。其次,发展高效的机器学习分析方法,探索随机机翼模型的复杂动力学行为,揭示随机扰动对机翼模型的作用机理。此外,通过神经网络模型构建有效的控制器,实现机翼模型的振动控制。最后,对提出的机器学习方法的可靠性及泛化能力进行讨论,旨在建立可靠且适用于复杂随机扰动下机翼模型的新理论和新方法,为我国飞行器设计与制造行业的发展奠定基础。
英文摘要
Stochastic dynamics and control for the airfoil models has attracted extensive attentions from scholars. However, traditional theories and methods for dynamic analysis and control mainly depend on a mathematical model that all parameters are known, and show a lower computational efficiency for some complex situations, especially for high-dimensional problems. To break through the bottlenecks mentioned above, this project intends to investigate complex nonlinear dynamics and control of the classical airfoil models with random fluctuations from a data-driven perspective by combining the machine learning techniques in the field of artificial intelligence. First, with wind tunnel test or simulation data, a neural network model is constructed to accurately model the stochastic and nonlinear factors, and then inverse problems of the airfoil models are studied. Subsequently, several efficient machine learning methods are developed to explore the complex dynamics of the stochastic airfoil models, and reveal influence mechanisms of the random fluctuations on the airfoil models. In addition, effective controllers are constructed via a neural network model to achieve vibration control of the airfoil models. Finally, reliability and generalization of the proposed machine learning algorithms are discussed in order to establish the new theories and methods which are reliable and applicable to the airfoil models subject to complex random disturbances. These results and methods in this project will lay the foundation for the development of design and manufacturing industry of the aircraft.
本项目面向国家重大需求,针对机器学习下随机机翼模型的复杂非线性动力学与控制开展研究,在系统的参数辨识、响应预测、动力学分析和振动控制等方面取得了一系列成果,为飞机机翼的研制提供了理论支撑。具体成果如下:.1)在数据驱动的反问题方面,针对高斯噪声、非高斯Lévy噪声等不同随机激励下的机翼模型,提出了参数辨识的机器学习方法,并改进了固定区间平滑方法,实现了系统参数和噪声参数辨识、动力学特性预测,并对所提出的方法进行了可靠性及泛化能力分析。.2)在机器学习下系统的响应求解方面,在较少数据量条件下基于深度KD树提出了概率密度响应的机器学习求解新方法,并建立了基于低秩分离的深度学习方法,实现了FPK方程的高效求解,为随机机翼模型的动力学分析提供了有效工具。.3)在机器学习下的复杂动力学与控制方面,对于大幅值振动引起的机翼结构失效问题,分析了随机机翼模型的状态跃迁、早期预警、随机共振等。针对机翼的大幅振动,在系统中引入粘弹性冲击保护,将系统的振动控制在稳定点附近避免发生跃迁,实现了机翼系统的大幅振动抑制。.4)此外,还完善了非高斯Lévy噪声和分数高斯噪声下的随机动力系统理论框架,包括复杂噪声激励下随机动力系统的平均原理、快-慢系统的大偏差及中偏差理论等,为复杂随机激励下机翼模型的随机动力学研究奠定了基础。.在该基金支持下,发表学术论文32篇,其中包括SCI收录论文31篇;举办了国内外学术会议7场,邀请国内外著名专家学术交流20余人次;支持项目组成员1人次前往国外进行交流访问和学习,60余人次参加各种学术会议;培养硕士毕业生3人,博士毕业生3人,资助博士后2人;培养的研究生获陕西省研究生创新成果展校级一、二等奖,优秀研究生、一等学业奖学金等多项奖励;项目主持人获批国家青年科学基金项目(A类)(原国家杰出青年科学基金项目)。
IUTAM研讨会:数据驱动的非线性和随机动力学与控制
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批准号:12142211
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:8万元
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批准年份:2021
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负责人:许勇
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依托单位:
时空扰动下典型复杂系统的非线性随机动力学与控制
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:250万元
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批准年份:2021
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负责人:许勇
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依托单位:
随机环境下周期通道中的非线性动力学
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批准号:11772255
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2017
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负责人:许勇
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依托单位:
随机二元机翼模型的非线性动力学响应
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批准号:11572247
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2015
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负责人:许勇
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依托单位:
基于Lévy噪声的随机非线性动力学研究及典型生物系统应用
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批准号:11372247
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项目类别:面上项目
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资助金额:88.0万元
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批准年份:2013
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负责人:许勇
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依托单位:
色噪声激励下非线性系统的随机动力学研究
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批准号:10972181
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项目类别:面上项目
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资助金额:33.0万元
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批准年份:2009
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负责人:许勇
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依托单位:
非线性随机复动力学系统的分岔与混沌控制研究
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批准号:10502042
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2005
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负责人:许勇
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依托单位:
国内基金
海外基金