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。

Risley棱镜通过共轴独立旋转的方式对扫描视场范围内的光束实现任意指向, 因结构紧凑、指向精度高、功耗低、响应迅速等特点而广泛应用于激光雷达、红外对抗、光学侦察等领域。螺线扫描方式可以满足视场可控、覆盖率可控、周期可控、速度稳定等指标要求。但由于扫描轨迹设置以及受电机最大速度、加速度等因素的限制, 在最大张角和最小张角附近, 棱镜的速度依然存在一定的突变, 造成过大的伺服控制误差。针对此问题, 采用滤波与插值结合的方法优化扫描轨迹。实验表明:优化后棱镜的旋转速度趋于平滑, 最大伺服控制误差从约1 200″, 减小至约300″, 减小至原来的1/4。该方法降低了因棱镜速度突变而造成的随动伺服控制误差, 优化了棱镜的旋转过程, 降低了棱镜因速度突变而产生的抖动, 有利于提升系统的扫描精度。

为实现辊筒模具大面积微透镜阵列的高效率与高精度加工, 对微透镜阵列成形法的加工轨迹优化和进给轴伺服参数的优化方法进行了理论分析与实验研究。首先, 通过分析微透镜阵列的特征轮廓, 确定微透镜表面振纹的主要诱因为过渡台阶的突变;其次, 为使加工轨迹的二阶导数具有连续性, 提出采用三次样条插值与傅里叶级数拟合对加工轨迹进行分段优化设计; 最后, 在优化加工轨迹的基础上, 通过调整伺服系统的前馈参数, 改善了进给轴的响应能力, 减小了因驱动质量和阻尼而产生的跟踪误差。口径为800 μm、深度为26.7 μm的微透镜阵列的加工实验表明: 采用优化的刀具轨迹和伺服参数, 微透镜加工效率可以达到8 Hz, 进给轴跟踪误差小于300 nm, 并消除了微透镜阵列的表面振纹。微透镜单元口径尺寸精度为设计值的1.075%, 随机检测50组, 口径尺寸变化范围控制在2 μm内, 表明微透镜具有良好的尺寸一致性。实验结果表明, 加工轨迹的分段设计方法和伺服参数优化可有效抑制进给轴的振动, 改善了微透镜阵列表面质量。

针对非线性、多约束的滑翔飞行器再入段质点运动学与动力学模型, 采用多区间hp自适应伪谱法对滑翔飞行器的再入段轨迹进行优化设计, 再将得到的最优控制量进一步解算, 得出飞行器最优控制信号, 并针对滑翔飞行器滚转通道进行跟踪控制。仿真结果显示, 系统能够识别控制信号, 并有效实现姿态跟踪, 使得飞行器沿最优轨迹再入飞行。

导弹的主动段弹道设计及优化是提高导弹弹道射程的主要因素。以二级弹道导弹为例，建立导弹主动段的弹道射程优化模型，根据参数优化理论，提出一种基于单纯形-遗传算法的复合算法，该复合算法不仅具有较好的全局收敛性，而且具有精度高、收敛速度快的优点, 实现了主动段弹道的优化仿真，并与初始弹道进行比较验证。仿真结果表明，主动段终点的速度有效增大，射程提高32%，证明所提方法在弹道优化应用中是可行有效的。

针对三维空间交会对接中的异面非圆轨道转移规划问题, 提出了一种基于粒子群算法(PSO)的多脉冲异面交会对接能量最优的转移轨道优化算法。该算法以二体动力学方程及脉冲变轨理论构造空间多脉冲异面交会对接优化模型; 通过引入 Lambert 算法处理终端约束条件, 减少未知变量的个数从而简化问题。然后, 将追踪飞行器变轨过程中脉冲的作用时刻、方向、大小设计成待优化变量, 以交会对接过程中消耗能量、终端约束条件等为目标函数, 基于PSO优化了最省燃料转移轨道。在MATLAB中对四脉冲交会对接问题进行了仿真测试, 并与相同初始条件下, 采用Lambert算法的双脉冲交会对接仿真结果进行了对比。结果显示: 在本文所给算例条件下, 采用PSO优化的四脉冲交会对接过程所需速度增量为4.4243 km/s, 而采用Lambert算法的双脉冲对接过程所需速度增量为11.2691 km/s, 前者节省了60%的能量。数据表明, 设计方案有效节省了燃料消耗, 从而证明了设计方法的有效性。

为研究多种约束条件下的高超声速滑翔式飞行器快速突防轨迹优化问题, 提出了基于hp自适应伪谱法的多段优化求解策略。建立了高超声速滑翔式飞行器的运动学模型, 用三次样条插值拟合升力系数和阻力系数。综合考虑动压、过载和热流约束, 建立了考虑禁飞区和航路点的约束模型。详细阐述了hp自适应伪谱法的求解原理, 提出了以航路点为分段点的求解策略, 最后以最小到达时间为代价函数对高超声速滑翔式飞行器再入突防过程进行了数字仿真。仿真结果表明, 基于分段求解策略的最优轨迹能够有效满足各种约束条件的限制, 达到了快速突防的目的。