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无人机目标实时自适应跟踪系统

计算机工程与应用 2022年第10期58卷 178-184页

作者：严飞马可刘佳刘银萍夏金锋南京信息工程大学自动化学院南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044 南京信息工程大学大气物理学院南京210044

随着无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)在航拍、空中侦察等相关领域被广泛应用,对于无人机的智能化需求逐渐提高。目标跟踪具有信息量大、实时性高等优点,能够为无人机的智能飞行提供大量且实时的外部信息。进行低开销、低功耗的无... 详细信息

随着无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)在航拍、空中侦察等相关领域被广泛应用,对于无人机的智能化需求逐渐提高。目标跟踪具有信息量大、实时性高等优点,能够为无人机的智能飞行提供大量且实时的外部信息。进行低开销、低功耗的无人机目标跟踪系统的研究,对无人机智能化进程的加速具有深远意义。为更好解决跟踪过程中出现的对背景复杂、光照变化、目标较小、移动速度快等情景的目标跟踪准确度和实时性等问题,提出一种基于FPGA的自适应跟踪算法。将视频RGB数据流进行灰度转换;将模板数据和搜索区域的像素灰度值保存于片内RAM,搜索区域内遍历寻找与模板相似度最高的区域;当背景或光线发生变化,采用更新模板的方式,进一步提高跟踪准确度。仿真结果显示所提跟踪算法具有较好的实时性,跟踪重叠率在95%以上,跟踪速率在50 frame/s以上,有较好的跟踪准确度和实时性。

关键词：现场可编程门阵列(FPGA) 目标跟踪自适应图像储存图像处理

盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法研究

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工程力学 2024年第1期41卷 39-55页

作者：王超邹金锋中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为探明隧道盾构注浆荷载作用引起带榫管片水平轴线偏移规律,以小曲率半径盾构隧道为例,分析壁后注浆引起管片上浮的诱因,考虑管片环“椭圆化”变形、纵向连接螺栓预应力、环缝影响范围和横向刚度等综合因素的影响,建立榫杆连接条件下带... 详细信息

为探明隧道盾构注浆荷载作用引起带榫管片水平轴线偏移规律,以小曲率半径盾构隧道为例,分析壁后注浆引起管片上浮的诱因,考虑管片环“椭圆化”变形、纵向连接螺栓预应力、环缝影响范围和横向刚度等综合因素的影响,建立榫杆连接条件下带榫环缝的管片单元纵向等效抗弯刚度有效率计算式,并通过计算盾构注浆荷载作用下带榫管片的静态和动态上浮力,构建盾构注浆荷载作用下带榫管片上浮力计算表达式,由此分析小曲率半径隧道盾构注浆荷载作用下带榫管片受力情况及其在文克尔弹性地基梁假定条件下受上浮力作用的挠曲变形规律,建立盾构注浆荷载作用下带榫管片水平轴线偏移量计算方法,并依托实际工程加以验证。结果表明:该文理论值与模拟值和监测值均拟合良好,该文计算方法具有良好的工程适用性,可为盾构隧道工程及其类似工程中注浆荷载作用下管片偏移及错台问题提供有效的理论指导。

关键词：注浆荷载带榫管片水平轴线偏移盾构隧道上浮力文克尔弹性地基梁

非最小相位的单电感双输出Buck-Boost变换器的复合控制方法

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浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1266-1274,1314页

作者：皇金锋李啸天陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723001

单电感双输出Buck-Boost (SIDO Buck-Boost)变换器在电感电流连续模式(CCM)下工作存在交叉影响以及非最小相位特性的问题.为了解决上述问题,提出基于储能函数的扩张状态观测器(ESO)的改进非奇异快速终端滑模(NFTSM)和自抗扰控制(ADRC)... 详细信息

单电感双输出Buck-Boost (SIDO Buck-Boost)变换器在电感电流连续模式(CCM)下工作存在交叉影响以及非最小相位特性的问题.为了解决上述问题,提出基于储能函数的扩张状态观测器(ESO)的改进非奇异快速终端滑模(NFTSM)和自抗扰控制(ADRC)相结合的控制策略.设计主路控制器,对系统的传递函数进行拟合得到ADRC范式,利用该范式对主路进行解耦控制.设计支路控制器,采用改进型ESO对储能函数进行观测,并将观测值反馈补偿到非奇异快速终端滑模控制律中,达到支路解耦的效果.为了抑制滑模控制的抖振问题,对趋近律进行改进.利用Lyapunov理论证明系统稳定性.基于硬件在环(HIL)实验平台进行实验验证.结果表明,所提控制策略与PI控制策略以及基于ESO的滑模控制策略相比,在超调量和响应时间上具有较好的效果.

关键词：单电感双输出 Buck-Boost变换器非奇异快速终端滑模控制自抗扰控制改进滑模趋近律

基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 12-21页

作者：皇金锋杨振宇陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723001

针对光储直流微网混合储能系统易受能源间歇性输入、负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰,会造成母线电压波动、系统功率失稳等问题,提出一种基于有限时间观测器的互补滑模控制(FTESO+CSMC)策略.首先,根据混合储能元件的高低频特性,... 详细信息

针对光储直流微网混合储能系统易受能源间歇性输入、负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰,会造成母线电压波动、系统功率失稳等问题,提出一种基于有限时间观测器的互补滑模控制(FTESO+CSMC)策略.首先,根据混合储能元件的高低频特性,对系统差额功率进行电流等效分配.然后,设计有限时间扩张状态观测器,对系统受到的总扰动进行观测,并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中,对系统扰动进行补偿,保证系统状态在有限时间内达到收敛,提高了系统的快速性和抗扰性,并根据Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性.最后,基于MATLAB仿真平台,对多种模拟工况进行仿真,仿真结果表明,相较于传统控制策略,本文所提控制具有更快的响应速度以及更好的抗扰性能.

关键词：光储直流微网混合储能母线电压有限时间观测器互补滑模

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改进Mean Shift目标跟踪算法实现

电子测量技术 2023年第2期46卷 31-39页

作者：刘银萍夏金锋姜栋徐龙严飞南京信息工程大学大气物理学院南京210044 南京信息工程大学自动化学院南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

目标跟踪技术目前具有较好的应用前景,但在嵌入式处理平台中面临着实时性要求高、跟踪场景复杂等情况,加上受成本和嵌入式处理平台算力的限制,其处理效果往往很难满足现实需求,因此目标跟踪等图像处理技术的落地实现是当前研究的热点内... 详细信息

目标跟踪技术目前具有较好的应用前景,但在嵌入式处理平台中面临着实时性要求高、跟踪场景复杂等情况,加上受成本和嵌入式处理平台算力的限制,其处理效果往往很难满足现实需求,因此目标跟踪等图像处理技术的落地实现是当前研究的热点内容。针对此问题,本文在FPGA平台实现了改进Mean Shift目标跟踪算法,该算法首先通过目标的概率密度分布梯度爬升来寻找目标,然后采用Kalman滤波的预测机制来预估下一帧搜寻计算的位置,从而减少Mean Shift的迭代次数。该算法实现充分利用FPGA能够并行和流水线处理的特点,实现了在1 920×1 080@60 Hz高清视频图像场景下的实时目标跟踪,其中Kalman滤波算法使其在较复杂场景下也能具备一定的抗遮挡干扰的能力。

关键词： FPGA 目标跟踪 Mean Shift算法 Kalman滤波

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

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电力系统保护与控制 2024年第9期52卷 111-122页

作者：陈旭皇金锋李聪林陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723001

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰... 详细信息

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

关键词：双极性直流微电网级联有限时间扩张状态观测器改进型超螺旋滑模自抗扰控制抗扰性能

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单电感双输出Buck变换器改进滑模自抗扰控制

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工程科学与技术 2024年

作者：皇金锋周杰陕西理工大学电气工程学院

针对单电感双输出(SIDO) Buck变换器发生输入电压跳变和负载扰动时输出支路间存在严重交叉影响使得输出电压暂态性能变差的问题，文中提出了一种基于降阶级联扩张状态观测器(CRESO)和改进非奇异终端滑模(TSMC)的自抗扰控制(ADRC)策略。... 详细信息

针对单电感双输出(SIDO) Buck变换器发生输入电压跳变和负载扰动时输出支路间存在严重交叉影响使得输出电压暂态性能变差的问题，文中提出了一种基于降阶级联扩张状态观测器(CRESO)和改进非奇异终端滑模(TSMC)的自抗扰控制(ADRC)策略。首先，根据状态空间平均法，建立了SIDO Buck变换器在电感电流连续模式下的数学模型，在此基础上分析了交叉影响产生的原理。其次，将变换器的主路和支路拟合成独立的二阶ADRC范式分开设计，针对传统扩张状态观测器(ESO)对状态变量和扰动观测精度不足的问题，利用CRESO对系统状态变量和内外总扰动项进行估计，提升估计能力，在相同带宽下提升扰动估计速度。然后，利用非奇异TSMC设计状态误差反馈控制律，使滑模面能在有限时间内收敛到原点，代替PD控制以提高系统的快速性和鲁棒性，并加入超扭矩算法进一步降低滑模控制的抖振现象。接着，通过特征值稳定判据和Lyapunov理论证明了CRESO和改进非奇异TSMC的稳定性，求出了CRESO的稳态误差范围和改进非奇异TSMC的收敛时间。最后，搭建了SIDO Buck变换器的仿真和实验平台，通过对比分析输入电压和负载突变时共模-差模电压(CMV-DMV)控制、传统ADRC和本文改进ADRC的输出电压暂态性能，验证了本文所提控制策略的有效性和优越性，表明该控制策略具有一定的工程应用价值。

关键词：单电感双输出交叉影响降阶级联扩张状态观测器非奇异终端滑模超扭矩控制算法

改进的动车组速度跟踪系统的无模型自适应控制

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交通运输工程学报 2024年第2期24卷 267-280页

作者：周靓夏金凤李中奇华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001

为了提高列控系统跟踪精度与平稳运行,提出了一种改进的多输入多输出(MIMO)无模型自适应控制(MFAC)方法;基于动态线性化技术,将系统各动力单元输入输出数据等效成更符合高速动车组实际运行特性的全格式动态线性化(FFDL)数据模型;通过在... 详细信息

为了提高列控系统跟踪精度与平稳运行,提出了一种改进的多输入多输出(MIMO)无模型自适应控制(MFAC)方法;基于动态线性化技术,将系统各动力单元输入输出数据等效成更符合高速动车组实际运行特性的全格式动态线性化(FFDL)数据模型;通过在目标准则函数中加入输出误差率,并对输出误差和输出误差率进行加权融合,推导出新的带有输出误差率的无模型自适应控制(MFAC-OER)方案;通过对FFDL数据模型的外界扰动、参数误差等不确定项进行延时估计,进一步提升了算法的控制性能和对系统的等价描述程度;以实验室配备的CRH380A型动车组半实物试验平台对该方法进行仿真测试,使其跟踪济南—徐州的实际速度-位移曲线,并与传统算法进行对比。仿真结果表明:通过MFAC-OER方法得到的动车组各动力单元速度误差为[-0.151,0.136]km·h^(-1),控制力和加速度分别在[-48,42]kN和[-0.785,0.687]m·s^(-2)以内且变化平稳,控制性能优于比例积分微分方法和传统MFAC方法;整体仿真结果证明了MFAC-OER方法不仅能快速到达系统稳态并且具有良好的抗外界干扰特性,满足动车组跟踪精度与安全要求。

关键词：动车组列车自动驾驶无模型自适应控制动态线性化输出误差率扰动估计

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光储一体化变流器改进滑模自抗扰控制

电工技术学报 2024年

作者：周杰皇金锋黄红杰陕西理工大学电气工程学院

由于光照强度等不可控因素的影响，光伏模块输出功率具有较大的随机性，容易降低光储并网系统的暂态性能。为此，本文在光储一体化变流器中提出了一种改进滑模自抗扰控制(SM-ADRC)策略以降低暂态时的直流母线电压波动并加快功率响应速... 详细信息

由于光照强度等不可控因素的影响，光伏模块输出功率具有较大的随机性，容易降低光储并网系统的暂态性能。为此，本文在光储一体化变流器中提出了一种改进滑模自抗扰控制(SM-ADRC)策略以降低暂态时的直流母线电压波动并加快功率响应速度。首先，针对传统扩张状态观测器(ESO)对状态变量和扰动观测精度不足的问题，引入了新的误差作为ESO的调节依据以提升跟踪能力；然后，将反步设计和互补滑模控制相结合运用到状态误差反馈律中，以提升控制系统的鲁棒性，并通过改进指数趋近律减小滑模固有的抖振现象；其次，从理论上证明了基于改进指数趋近律的反步互补滑模(BCSMC)和改进ESO的稳定性以及改进ESO的误差范围；最后，通过仿真和实验对比在不同工况下的直流母线波动情况和功率响应速度，验证了本文所提改进SM-ADRC策略相比于传统SM-ADRC策略和PI控制策略的优越性，表明了本文改进控制的优越性和可行性。

关键词：光储一体化变流器自抗扰控制反步设计互补滑模改进指数趋近律