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基于模型预测的AUV轨迹跟踪滑模控制方法

中国惯性技术学报 2024年第2期32卷 205-212页

作者：黄浩乾郑康健马惊天河海大学能源与电气学院南京211100

针对自主水下航行器(AUV)在模型参数不确定和外界海流干扰情况下轨迹跟踪误差大的问题,提出一种基于模型预测的滑模控制方法。首先,基于李雅普诺夫稳定性理论,设计一种滑模控制器;其次,为高效利用计算资源,提高AUV的轨迹跟踪性能,设计... 详细信息

针对自主水下航行器(AUV)在模型参数不确定和外界海流干扰情况下轨迹跟踪误差大的问题,提出一种基于模型预测的滑模控制方法。首先,基于李雅普诺夫稳定性理论,设计一种滑模控制器;其次,为高效利用计算资源,提高AUV的轨迹跟踪性能,设计一种滑模控制器与模型预测控制相结合的控制框架;考虑到执行器饱和问题,利用滑模跟踪控制律,在该控制框架上构造收缩约束,确保闭环系统的稳定性;最后,采用仿真实验验证,实验结果表明所提方法与滑模控制器比较,在模型参数确定且无干扰情况下均方跟踪误差减小了60%以上,在模型恢复力参数不确定和海流扰动情况下均方跟踪误差减小了80%以上,能够克服时变恢复力对系统的影响,并对外界海流干扰有较好的抑制作用,保证了系统的鲁棒性。

关键词：自主水下航行器轨迹跟踪模型预测控制滑模控制

GPU加速的演化算法求解多目标流水车间调度问题

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计算机应用 2024年第5期44卷 1364-1371页

作者：姜涛梁振宇程然金耀初南方科技大学计算机科学与工程系广东深圳518055 鹏城实验室广东深圳518055 西湖大学杭州310012

智能制造和环境可持续性研究中,多目标调度问题对于协调生产效率、成本管理与环境保护之间的平衡具有至关重要的意义,但现有基于CPU的调度解决方案在处理大规模生产任务时仍面临效率和时效性的限制,而GPU的并行计算能力可为优化大规模... 详细信息

智能制造和环境可持续性研究中,多目标调度问题对于协调生产效率、成本管理与环境保护之间的平衡具有至关重要的意义,但现有基于CPU的调度解决方案在处理大规模生产任务时仍面临效率和时效性的限制,而GPU的并行计算能力可为优化大规模流水车间调度问题提供新的解决途径。针对多目标零等待流水车间调度问题(NWFSP),以同时最小化最大完成时间和总能耗(TEC)为优化目标,构建了混合整数线性规划模型(MILP)表征该调度问题,并提出一种基于GPU加速的张量化演化算法(Tensor-GPU-NSGA-Ⅱ)求解该问题。Tensor-GPU-NSGA-Ⅱ的主要创新在于对NWFSP关于最小化最大完成时间和TEC的计算过程的张量化处理,并提出了一种基于GPU的并行种群更新方法。实验结果表明,在500工件和20机器的问题规模下,Tensor-GPU-NSGA-Ⅱ在计算效率上相较于传统NSGA-Ⅱ算法取得了9761.75的加速比;且随着种群规模的增加,它的加速性能有显著提升。

关键词：智能制造多目标优化流水车间调度 GPU加速张量化方法

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大跨桥梁车辆追踪与荷载时空分布智能识别

中国公路学报 2024年第8期37卷 43-52页

作者：黄永徐海鹏闫昕蒋运泉金耀李惠哈尔滨工业大学土木工程学院中路高科交通检测检验认证有限公司中交公路规划设计院有限公司

车辆荷载是大跨桥梁最重要的作用荷载之一，也是大部分桥梁疲劳劣化的最主要原因。但桥梁动态称重系统造价昂贵，无法在桥上分布式布置，桥梁车辆荷载分布信息的动态识别仍是挑战性难题。面向大跨桥梁结构健康监测需求，引入计算机视觉... 详细信息

车辆荷载是大跨桥梁最重要的作用荷载之一，也是大部分桥梁疲劳劣化的最主要原因。但桥梁动态称重系统造价昂贵，无法在桥上分布式布置，桥梁车辆荷载分布信息的动态识别仍是挑战性难题。面向大跨桥梁结构健康监测需求，引入计算机视觉与深度学习技术，建立了一套集成化的桥梁车辆荷载时空分布智能识别系统。首先，研究基于交通监控数据和深度目标检测网络的车辆识别方法，开展车辆目标检测任务的YOLOv7深度网络训练，并通过训练后模型获取单摄像头数据中包含车辆类型与时间等信息的车辆图像；其次，引入HardNet深度特征描述符，建立图像点特征匹配方法，通过分布布置的监控视频数据设计搜索匹配策略，实现车流方向多个监控对应车辆图像数据的匹配，并对监控盲区采用线性插值估计车辆位置，得到车辆在桥梁上的时空分布信息；然后，将各方法集成，建立车辆荷载时空分布识别系统，该系统可结合动态称重数据自动输出车辆荷载时空分布信息与可视化结果，实现从监控数据到车辆荷载时空分布的一体化流程；最后，采用九江长江大桥监控数据进行应用验证。研究结果表明：该系统基于视频数据实现车辆目标识别与匹配追踪，运算耗时小于输入视频时长，对大型车辆匹配准确率达97.62%,可以快速、准确地识别车辆荷载分布信息，该系统对保障桥梁服役安全具有重要的意义，应用前景广阔。

关键词：桥梁工程荷载识别系统计算机视觉车辆荷载深度学习结构监测

基于聚类引导和目标值和的高维多目标进化算法

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控制与决策 2024年第10期39卷 3190-3198页

作者：王旭健张峰干姚敏立火箭军工程大学作战保障学院

基于分解的高维多目标进化算法在处理不规则前沿优化问题时需要调整参考向量,为避免这一复杂操作,提出一种基于聚类引导和目标值和的高维多目标进化算法.该算法借助一个储存非支配解并定期更新的精英集,通过聚类引导当前种群进化,从而... 详细信息

基于分解的高维多目标进化算法在处理不规则前沿优化问题时需要调整参考向量,为避免这一复杂操作,提出一种基于聚类引导和目标值和的高维多目标进化算法.该算法借助一个储存非支配解并定期更新的精英集,通过聚类引导当前种群进化,从而使得当前种群保持较好的多样性.选择个体时,根据Pareto支配关系以及目标值和衡量个体的收敛性,基于该收敛性度量方式进行非支配排序和适应值排序,从而选择收敛性较好的个体.与7种算法在2套高维多目标优化测试题上进行对比实验,实验结果表明,所提出算法能有效解决不同类型的高维多目标优化问题.

关键词：多目标优化高维多目标优化分解聚类目标值和

基于荷载试验的大跨径悬索桥监测系统验证分析

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公路 2024年第6期69卷 93-99页

作者：鞠定超王俊博金耀中交投资有限公司北京市100020 中交公路规划设计院有限公司北京市100010 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨市150090

结构健康监测系统是对运营期的桥梁进行全寿命周期的监测,实时掌握大桥的运营安全状态。荷载试验是检验施工质量和桥梁的受力状态。以某大跨径悬索桥荷载试验为例,结合荷载试验期间的健康监测数据,对荷载试验期间大桥的挠度、应变、主... 详细信息

结构健康监测系统是对运营期的桥梁进行全寿命周期的监测,实时掌握大桥的运营安全状态。荷载试验是检验施工质量和桥梁的受力状态。以某大跨径悬索桥荷载试验为例,结合荷载试验期间的健康监测数据,对荷载试验期间大桥的挠度、应变、主梁振动等试验数据进行验证分析,评估成桥状态的受力特性。结果表明:在静载试验加载和卸载情况下监测数据反映主桥一直保持为弹性工作状态,结构刚度满足设计要求;在动载试验中,监测系统数据反映桥梁结构平稳,结构动力特性良好。通过对监测系统数据进行深度挖掘,有效记录大桥成桥后的初始状态,可为其他大跨径悬索桥的智能化管养提供借鉴和参考。

关键词：大跨径悬索桥监测系统荷载试验验证分析初始状态

汽车功能安全:面向敏感指令攻击场景的自主驾驶车辆路径规划风险缓解控制

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机械工程学报 2024年第10期60卷 302-316页

作者：林晨魏洪乾荆威张幽彤北京理工大学机械与车辆学院北京100081 清洁车辆北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院嘉兴314000 汽车测控与安全四川省重点实验室成都610039

为解决敏感动作指令攻击诱导的路径规划失效与跟踪控制失稳问题,提出一种基于状态解耦与实时模型预测控制相结合的自主驾驶车辆路径规划风险缓释控制方法。首先,从汽车的横向、纵向及航向等三个自由度进行风险解耦判断,并引入了网络风... 详细信息

为解决敏感动作指令攻击诱导的路径规划失效与跟踪控制失稳问题,提出一种基于状态解耦与实时模型预测控制相结合的自主驾驶车辆路径规划风险缓释控制方法。首先,从汽车的横向、纵向及航向等三个自由度进行风险解耦判断,并引入了网络风险因子和阻断风险因子对汽车可能遭受的敏感指令攻击风险进行量化评估;然后,将风险因子引入模型预测控制中的局部路径规划模块,对其惩罚函数进行实时修正,规划出考虑动态网络攻击风险的局部最优参考路径;此外,还在轨迹跟踪层加入基于阈值驱动的主备冗余总线切换机制,缓解敏感动作指令攻击对汽车操控能力的恶性破坏;最后,引入三种常见的敏感动作集攻击场景进行有效性验证。测试结果表明,在加速动作指令攻击场景和制动动作指令攻击场景下,与没有缓解控制的方案相比,所提方案能够缓解约31%的速度急剧变化,有效地规避汽车的纵向驾驶风险和横向失稳问题;此外,面向转向动作指令攻击时,所提方案可以制止错误的转向过程,阻止汽车发生碰撞事故。

关键词：智能网联汽车自主驾驶路径规划网络攻击主动安全

基于PSCAD的独立光储微电网雷电感应过电压防护研究

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电瓷避雷器 2024年第1期 59-67页

作者：金耀许健国网安徽省电力有限公司合肥230000 国电南瑞科技股份有限公司南京210000

光储微电网是解决偏远地区供电问题的重要手段,有必要做好雷电感应过电压防护以确保系统长期稳定运行。利用PSCAD软件搭建独立光储微电网仿真电路模型,计算微电网内埋地电缆雷电感应过电压,分析感应过电压在系统直流侧和交流侧的传递特... 详细信息

光储微电网是解决偏远地区供电问题的重要手段,有必要做好雷电感应过电压防护以确保系统长期稳定运行。利用PSCAD软件搭建独立光储微电网仿真电路模型,计算微电网内埋地电缆雷电感应过电压,分析感应过电压在系统直流侧和交流侧的传递特性,讨论电缆埋深和电缆长度对过电压幅值的影响,最后分析安装SPD防护效果。研究结果表明:当独立光储微电网直流侧发生雷击时,埋地电缆感应产生较高幅值的过电压,过电压沿线缆传递至光伏阵列和储能系统,交流侧设备不受影响,同样,当交流侧发生雷击时,电缆感应过电压传递至逆变器交流侧和箱变前端,直流侧设备不受影响。电缆埋得越深,传递至光储微电网主要部件的感应过电压衰减越厉害。随着光伏阵列与逆变器、逆变器与箱变间连接电缆长度的增加,光伏阵列过电压减小,储能电池和箱变前端过电压增大,逆变器交流侧过电压则变化不大。在独立光储微电网系统主要部件前端安装SPD后,感应过电压得到有效遏制,能够实现对内部电气电子元件的精密防护。

关键词：雷电独立微电网光伏储能系统感应过电压电涌保护器

《科技自立自强的中国道路——新型举国体制下强化国家战略科技力量》书评

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南方经济 2024年第9期 F0002-F0002,F0003页

作者：张知干广东省社会科学界联合会

实现高水平科技自立自强,是中国式现代化建设的关键。当前世界百年未有之大变局加速演进,新一轮科技革命和产业变革深入发展,国际形势的不稳定性不确定性明显增加,全球范围内产业分工格局均发生深刻改变,美国实施“脱钩断链”“小院高... 详细信息

实现高水平科技自立自强,是中国式现代化建设的关键。当前世界百年未有之大变局加速演进,新一轮科技革命和产业变革深入发展,国际形势的不稳定性不确定性明显增加,全球范围内产业分工格局均发生深刻改变,美国实施“脱钩断链”“小院高墙”遏制中国“竞赢中国”图谋不减,产业链区域化布局趋势强化。如何发挥新型举国体制优势强化国家战略科技力量以实现科技自立自强,是一个关乎国家前途命运的时代课题,也是实践中亟须解决的难题,是需要学术界深入研究、有重大意义的真命题。

关键词：自立自强产业变革中国式现代化国家前途命运全球范围不确定性国际形势区域化布局

不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱轴压受力性能研究

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建筑结构学报 2024年第2期45卷 175-188页

作者：郑永乾何多艺 MBANDA Erneste 福建理工大学福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福建福州350118

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能,进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究,主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢... 详细信息

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能,进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究,主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢筋再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱),获得了破坏形态、荷载-应变关系、极限荷载、刚度和延性等性能。结果表明:不锈钢管的约束作用提高了短柱的承载力和延性,承载力随再生砖骨料掺量增加而减小,再生砖骨料掺量100%时圆形和方形截面短柱承载力比无掺入情况分别下降23.6%和39.5%;再生砖骨料掺量越大,短柱的轴压刚度越小,不锈钢管壁厚从1.4 mm变化到1.9 mm对轴压刚度影响不大;再生砖骨料高掺量情况或增加不锈钢管厚度可显著提高短柱延性。同时,修正了现有圆形截面的约束混凝土本构模型,建立了不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱的有限元模型进行轴压性能分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。对114个不同参数下短柱模型进行计算,提出了圆形和方形截面不锈钢管约束再生混凝土短柱轴压承载力和刚度设计方法。

关键词：钢筋再生混凝土短柱不锈钢管约束轴压性能有限元分析承载力轴压刚度