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动态环境下基于动态区域剔除的双目视觉SLAM算法

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机器人 2020年第3期42卷 336-345页

作者：魏彤李绪北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

现有的同步定位与地图创建(SLAM)算法在动态环境中的定位与建图精度通常会大幅度下降,为此提出了一种基于动态区域剔除的双目视觉SLAM算法.首先,基于立体视觉几何约束方法判别场景中动态的稀疏特征点,接下来根据场景深度和颜色信息进行... 详细信息

现有的同步定位与地图创建(SLAM)算法在动态环境中的定位与建图精度通常会大幅度下降,为此提出了一种基于动态区域剔除的双目视觉SLAM算法.首先,基于立体视觉几何约束方法判别场景中动态的稀疏特征点,接下来根据场景深度和颜色信息进行场景区域分割;然后利用动态点与场景分割结果标记出场景中的动态区域,进而剔除现有双目ORB-SLAM算法中动态区域内的特征点,消除场景中的动态目标对SLAM精度的影响;最后进行实验验证,本文算法在KITTI数据集上的动态区域分割查全率达到92.31%.在室外动态环境下,视觉导盲仪测试中动态区域分割查全率达到93.62%,较改进前的双目ORB-SLAM算法的直线行走定位精度提高82.75%,环境建图效果也明显改善,算法的平均处理速度达到4.6帧/秒.实验结果表明本文算法能够显著提高双目视觉SLAM算法在动态场景中的定位与建图精度,且能够满足视觉导盲的实时性要求.

关键词：视觉SLAM(同步定位与地图创建) 双目视觉动态区域视觉导盲

自适应卡尔曼滤波在无刷直流电机系统辨识中的应用

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光学精密工程 2012年第10期20卷 2308-2314页

作者：魏彤郭蕊北京航空航天大学惯性技术重点实验室新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

为了有效抑制量测噪声特性变化对系统辨识精度的影响以获得准确的无刷直流电机模型,提出了一种采用自适应卡尔曼滤波算法的无刷直流电机系统辨识方法。通过计算新息理论方差的极大似然最优估计,并将其引入卡尔曼滤波算法中修正滤波增益... 详细信息

为了有效抑制量测噪声特性变化对系统辨识精度的影响以获得准确的无刷直流电机模型,提出了一种采用自适应卡尔曼滤波算法的无刷直流电机系统辨识方法。通过计算新息理论方差的极大似然最优估计,并将其引入卡尔曼滤波算法中修正滤波增益来抑制量测噪声特性变化对辨识结果的影响,使该滤波算法实现对模型参数的准确估计,提高辨识精度。实验结果表明,在量测噪声特性变化的情况下,该算法能够准确跟踪实际量测噪声特性的变化,参数估计平滑,相对于目前系统辨识广泛采用的带有遗忘因子的递推最小二乘算法,输出误差的均方根值减小了73.5%。该算法简单易行,计算量小,辨识结果可以很好地描述系统行为,便于在工程实践中应用。

关键词：无刷直流电机系统辨识参数估计自适应卡尔曼滤波

磁悬浮高速转子基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法

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机械工程学报 2012年第16期48卷 184-191页

作者：魏彤向岷北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191 北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京100191

磁悬浮转子高速旋转时产生与转速同频的不平衡振动,向外界传递振动力,干扰外部动力学环境。为消除同频不平衡振动力(即自动平衡),可采用消除同频电流与补偿位移刚度力相结合的轴承力消除方法,但磁轴承功放环节的低通特性使位移刚度力补... 详细信息

磁悬浮转子高速旋转时产生与转速同频的不平衡振动,向外界传递振动力,干扰外部动力学环境。为消除同频不平衡振动力(即自动平衡),可采用消除同频电流与补偿位移刚度力相结合的轴承力消除方法,但磁轴承功放环节的低通特性使位移刚度力补偿存在误差,并降低系统稳定性,且上述影响随转速升高而显著增大。为增强自动平衡效果,提出一种基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法,在消除同频电流的同时,采用不平衡量—电流前馈以补偿同频位移刚度力,并引入功放的简化逆模型对前馈量进行超前校正,消除功放低通特性的影响。对该方法进行仿真和试验验证,仿真结果同频轴承力减小到无超前校正时的20%,试验结果同频振动加速度减小到无超前校正时的28%,验证了该方法的有效性。

关键词：磁轴承自动平衡前馈补偿超前校正

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子高频自激振动的抑制

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宇航学报 2006年第2期27卷 291-296页

作者：魏彤房建成北京航空航天大学第五研究室北京100083

磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)中转子一阶弹性模态自激振动是影响磁悬浮高速转子系统稳定性的关键因素之一。自激振动通常可以采用陷波器(NF)进行抑制,然而引入NF或改变其参数以及转子转速的变化均会改变模态自激频率,因而难以直接准确地确... 详细信息

磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)中转子一阶弹性模态自激振动是影响磁悬浮高速转子系统稳定性的关键因素之一。自激振动通常可以采用陷波器(NF)进行抑制,然而引入NF或改变其参数以及转子转速的变化均会改变模态自激频率,因而难以直接准确地确定NF参数。本文提出一种仿真确定NF参数的方法,通过转子弹性模态缩减建模和模态参数确定得到准确的弹性转子动力学模型,进而采用闭环仿真优化确定NF中心频率和极点阻尼。采用该方法设计的NF有效抑制了转子的高频弹性模态自激振动,使得磁悬浮CMG转子可以稳定升速到24000r/min。实验结果验证了该方法的实用性和有效性。

关键词：控制力矩陀螺磁轴承转子动力学振动抑制陷波器

基于RLS-DE算法的多变量径向磁轴承系统辨识

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机械工程学报 2016年第3期52卷 143-150页

作者：魏彤田双彪北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191 北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京100191

磁轴承的系统模型是提高其控制精度、稳定性及可靠性的基础,为了准确获取多变量径向磁轴承的系统模型,提出一种基于'递推最小二乘-差分进化'算法的辨识方法。该方法在剔除与转子转速同频的不平衡量的基础上,首先采用递推最小二乘法对径... 详细信息

磁轴承的系统模型是提高其控制精度、稳定性及可靠性的基础,为了准确获取多变量径向磁轴承的系统模型,提出一种基于'递推最小二乘-差分进化'算法的辨识方法。该方法在剔除与转子转速同频的不平衡量的基础上,首先采用递推最小二乘法对径向磁轴承系统模型进行初步辨识,之后在初步辨识得到的模型参数的小范围内初始化差分进化算法的种群,通过反复进行差分进化算法的变异、交叉和选择操作,直至得到系统模型的最优参数。对该方法进行了仿真和试验验证,仿真结果表明,在递推最小二乘法辨识的基础上,通过差分进化算法小范围搜索得到的辨识模型输出误差的方差下降了92.86%;试验结果表明输出误差的方差能下降80.13%。验证了该方法高精度辨识径向磁轴承系统模型的有效性。

关键词：辨识磁轴承差分进化算法递推最小二乘法

基于机器学习识别与标记分水岭分割的盲道图像定位

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光学精密工程 2019年第1期27卷 201-210页

作者：魏彤周银鹤北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100089

视觉导盲仪是一种旨在解决盲人出行困难的导盲设备,为了实现视觉导盲仪诱导盲人找到盲道并沿盲道行走,提出了一种基于机器学习识别与标记分水岭分割的盲道图像定位算法,通过离线训练与在线的识别、分割来定位盲道区域。首先对盲道图像... 详细信息

视觉导盲仪是一种旨在解决盲人出行困难的导盲设备,为了实现视觉导盲仪诱导盲人找到盲道并沿盲道行走,提出了一种基于机器学习识别与标记分水岭分割的盲道图像定位算法,通过离线训练与在线的识别、分割来定位盲道区域。首先对盲道图像进行视角变换的预处理,根据盲道的地面方程将变化的倾斜视角转换为固定的俯视视角,消除射影变换带来的失真;然后利用局部二进制模式描述子提取鸟瞰图的纹理特征,以自适应增强学习算法离线训练盲道识别分类器;进而利用分类器对鸟瞰图像进行在线识别,粗略确定盲道区域;最后将识别结果进行形态学处理后作为标记,利用标记分水岭算法得到精确分割的盲道区域并定位盲道中心线。在研制的视觉导盲仪上进行验证,结果表明盲道定位准确率达到了95.44%,速度平均每秒8帧,具有高准确率的同时达到实时性要求,为盲道的准确三维定位提供了必要条件。

关键词：盲道图像定位视角变换图像识别图像分割

基于反馈线性化和保性能控制的轴向磁轴承单侧线圈故障容错控制

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光学精密工程 2014年第3期22卷 695-703页

作者：魏彤刘云波北京航空航天大学惯性技术重点实验室新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

针对轴向永磁偏置磁轴承一侧线圈无电流时磁轴承承载能力下降且非线性增强的情况,提出一种反馈线性化与保性能控制相结合的组合容错控制策略来提高轴向磁轴承在故障情况下的承载能力并使其能在承重时稳定悬浮转子。首先,建立了故障情况... 详细信息

针对轴向永磁偏置磁轴承一侧线圈无电流时磁轴承承载能力下降且非线性增强的情况,提出一种反馈线性化与保性能控制相结合的组合容错控制策略来提高轴向磁轴承在故障情况下的承载能力并使其能在承重时稳定悬浮转子。首先,建立了故障情况下后轴向磁轴承-转子系统的非线性动力学模型,通过反馈线性化方法使系统大范围线性化。然后,在考虑参数摄动的基础上设计最优保性能控制器使转子稳定悬浮。最后,在轴向一侧线圈无电流的永磁偏置磁悬浮转子上进行了多项实验。实验结果表明,所设计的组合容错控制器实现了承重情况下转子的稳定悬浮,摄动最大的参数变化约35%时位移跳动量峰值为2.6μm,超调量小于3%,调节时间为82ms。结果验证了该方法不仅能实现容错控制,而且具有良好的动静态性能及鲁棒性。

关键词：磁轴承容错控制反馈线性化保性能控制

基于双频Bode图设计磁悬浮弹性转子陷波器

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光学精密工程 2008年第5期16卷 789-796页

作者：魏彤房建成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

提出一种基于双频Bode图的陷波器(NF)参数设计方法,采用双频Bode图分析转子弹性模态稳定性,得出不同转子转速下对NF相位校正角的要求,然后在保证转子章动稳定性的前提下优化设计NF参数。采用该方法设计的NF有效地抑制了转子的弹性自激振... 详细信息

提出一种基于双频Bode图的陷波器(NF)参数设计方法,采用双频Bode图分析转子弹性模态稳定性,得出不同转子转速下对NF相位校正角的要求,然后在保证转子章动稳定性的前提下优化设计NF参数。采用该方法设计的NF有效地抑制了转子的弹性自激振荡,使所研制的磁悬浮控制力矩陀螺稳定升速到20 000 r/min,从而验证了该方法的实用性和有效性。

关键词：控制力矩陀螺磁悬浮弹性转子弹性模态自激振荡陷波器双频Bode图

基于双目ORB-SLAM的障碍物记忆定位与去噪算法

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机器人 2018年第3期40卷 266-272页

作者：魏彤金砺耀北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

针对现有视觉障碍物定位算法无法定位移出视野的障碍物且存在定位噪声的问题,提出一种基于双目ORB-SLAM(基于ORB特征的同时定位与地图构建系统)的障碍物记忆定位与去噪算法.算法在障碍物识别的基础上,首先将逐帧障碍物像点通过SLAM(同... 详细信息

针对现有视觉障碍物定位算法无法定位移出视野的障碍物且存在定位噪声的问题,提出一种基于双目ORB-SLAM(基于ORB特征的同时定位与地图构建系统)的障碍物记忆定位与去噪算法.算法在障碍物识别的基础上,首先将逐帧障碍物像点通过SLAM(同步定位与地图创建)地图投影到地面栅格,然后计算栅格内标准障碍物投影点数,进而采用大津(Otsu)法去除定位噪声,最终得到准确的障碍物记忆定位结果.实验结果显示,障碍物移出视野后仍能被记忆定位,单一障碍物去噪成功率达到95.3%,并且平均处理速度达到每秒8个关键帧.这证明本文算法实现了障碍物记忆定位,具有良好的去噪性能及实时性.

关键词：计算机视觉障碍物定位去噪