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移动机器人集群协同编队围捕控制研究

移动机器人集群协同编队围捕控制研究

作者：熊宇涛华南理工大学

学位级别：硕士

移动机器人集群系统(Multi-robot systems)是由多台移动机器人组成的自主协作系统。相较于单台移动机器人,该系统在可靠性、效率和灵活性等方面表现更为优异,近年来已成为机器人与控制领域的前沿研究方向。移动机器人集群协同编队围捕... 详细信息

移动机器人集群系统(Multi-robot systems)是由多台移动机器人组成的自主协作系统。相较于单台移动机器人,该系统在可靠性、效率和灵活性等方面表现更为优异,近年来已成为机器人与控制领域的前沿研究方向。移动机器人集群协同编队围捕控制是这个领域的研究分支之一,被广泛用于国防军事、设备巡检等任务场景。目前,对移动机器人集群协同编队围捕控制问题的研究除了实现基本的控制目标以外,越来越多地关注于解决移动机器人群体在实际运行过程中所遇到的各种约束问题,包括但不限于目标的全局位置不可获取,连接保持约束,碰撞避免约束等问题。因此,本文以具有非完整性约束的移动机器人群体为研究对象,针对实际应用场景,开展了对移动机器人集群协同编队围捕控制问题的深度研究工作。本文主要研究内容如下:第二章研究了基于相对信息的移动机器人集群协同编队围捕控制设计问题。考虑一组多台具有非完整性约束的移动机器人对一个未知移动速度的目标进行编队围捕。假定目标在大地坐标系下的状态信息不可获得,且目标的相对信息仅可通过感知距离有限的机载传感器测量获取。除此之外,移动机器人群体运行中的碰撞避免约束问题和均匀分布队形的形成问题也被考虑其中。首先,将上述约束问题转化成对控制误差的约束,并在控制器设计中引入全局障碍李雅普诺夫函数(Universal barrier Lyapunov functions)确保控制误差始终在预先设定的范围内变化。为避免控制器包含目标速度的信息,设计了一种自适应估计律,用以动态估计目标的速度上界。应用后推(Backstepping)设计法和动态面技术构造了基于已知模型的编队围捕控制器。在此基础上,考虑到移动机器人模型往往存在难以建模的未知项,引入径向基神经网络与自适应参数估计技术,构造了考虑模型不确定性的编队围捕控制器。仿真以及实物实验结果验证了控制策略的有效性。第三章研究了可视性约束下的移动机器人集群协同编队围捕控制问题。在该任务场景中,移动机器人采用固定的机载深度相机持续跟踪和观测移动目标,并获取目标与自身之间的距离和角度信息。为确保目标始终处于移动机器人深度相机的可探测范围内,控制器的设计需要同时满足视角约束和可视距离约束。此外,该章还讨论了移动机器人群体的碰撞避免约束和任意期望角度的编队队形问题。首先,针对单台移动机器人围捕移动目标的控制设计问题展开研究。引入全局障碍李雅普诺夫函数用以解决移动机器人与目标之间的碰撞避免约束和可视距离约束问题。控制器的设计基于将控制任务分解成保持期望距离和围绕目标旋转两个部分的思想,并采用约束控制输入的方法来解决视角约束问题。引入辅助设计系统(Auxiliary design system)用以补偿约束控制输入对系统稳定性产生的影响。其次,在此基础上,研究了多台移动机器人对目标的协同编队围捕控制问题。提出了协同编队围捕控制器设计方法,实现了多台移动机器人协同围捕目标,并保持任意期望角度的编队队形以及群体成员之间的碰撞避免约束。利用李雅普诺夫定理证明了系统的稳定性。最后,仿真与实物实验的结果验证了所设计控制策略的有效性。

关键词：移动机器人集群系统编队围捕控制非完整性约束碰撞避免可视性约束

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丰城脱贫攻坚综合施策 006

江西日报

作者：邹海斌熊宇涛黄磊

本报丰城讯（记者邹海斌通讯员熊宇涛、黄磊）丰城市坚持问题导向，突出结果导向，从政策、资金、机制等方面综合施策，全力打赢脱贫攻坚这场硬仗。舞龙头，补短板，带动扶贫产业链。该市出台农村集体产权制度改革、壮大村级集体经济... 详细信息

本报丰城讯（记者邹海斌通讯员熊宇涛、黄磊）丰城市坚持问题导向，突出结果导向，从政策、资金、机制等方面综合施策，全力打赢脱贫攻坚这场硬仗。舞龙头，补短板，带动扶贫产业链。该市出台农村集体产权制度改革、壮大村级集体经济、做好产业扶贫中资产收益扶贫工作等?

关键词：产业扶贫

来源： cnki报纸评论

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数字孪生战场：概念、架构与技术

系统工程与电子技术 2024年

作者：熊宇涵李雄中山大学系统科学与工程学院

当前作战仿真模型存在态势理解滞后、物理模型无法更新等问题，这些问题将影响后续态势推演与决策效果。为此，提出了数字孪生战场的概念，并建立了数字孪生战场的四层架构模型。基于这种模型，分析了其在战场空间的部署方式及寿命周期... 详细信息

当前作战仿真模型存在态势理解滞后、物理模型无法更新等问题，这些问题将影响后续态势推演与决策效果。为此，提出了数字孪生战场的概念，并建立了数字孪生战场的四层架构模型。基于这种模型，分析了其在战场空间的部署方式及寿命周期运用，探讨了其潜在运用价值。同时，从多源数据采集与处理、孪生战场建模、模型动态更新和态势推演与决策四个视角出发，讨论了数字孪生战场建模所需的关键技术。随着这种新型作战仿真模型的运用，可以帮助指挥机构做出更高效的决策。

关键词：数字孪生战场指挥决策多源数据采集作战建模模型更新态势推演

基于多羧酸的金属-有机框架材料在染料吸附、荧光传感和白光材料合成上的应用

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基于多羧酸的金属-有机框架材料在染料吸附、荧光传感和白光材料...

作者：熊宇旋吉林大学

学位级别：硕士

近年来,关于多羧酸配位聚合物（Coordination Polymers,CPs）的研究被大量报道。这种材料具有独特的拓扑结构,在气体分离储存、发光、催化、化学传感、吸附等方面的应用广泛。其中,金属有机框架（Mental-Organic Framworks,MOFs）因其... 详细信息

近年来,关于多羧酸配位聚合物（Coordination Polymers,CPs）的研究被大量报道。这种材料具有独特的拓扑结构,在气体分离储存、发光、催化、化学传感、吸附等方面的应用广泛。其中,金属有机框架（Mental-Organic Framworks,MOFs）因其多孔框架、发光特性和高热稳定性,适合用于染料吸附、荧光传感和发光材料制备。在面向稀土离子的金属有机框架中,稀土离子具有较高的配位数和特有的发光特性;羧酸配体具有较高的羧酸配位能力和丰富的配位模式,允许部分或完全去质子化。将这两方面结合,合成出了颜色鲜艳、色纯度高、理化性质稳定的聚合物,并在拓扑学领域获得了许多新发现。它们被广泛应用于发光材料和化学传感领域。由于配体修饰可导致材料功能化,因此改善此类材料的性能一直是无机化学材料领域的热门研究课题。总之,选择聚羧酸配体对于设计具有所需功能效果的金属-有机框架材料至关重要。配体的刚性和柔性、形状、长度、官能团和立体效应都会影响化合物的最终结构和物理化学性质。首先,刚性配体可以更好地控制化合物的支架结构,而柔性配体则可以轻微弯曲和灵活旋转,以保持化合物的结构稳定性。其次,芳香族羧酸配体具有大π共轭结构,其结构具有重要的优势:配位能力强、配位方式可变,并能通过大π共轭结构作为发色团,使稀土离子敏化发出特征光。最后,通过选择具有官能团对比的配体来设计和合成MOFs,对材料的功能化和性能改进有很好的指导作用。基于上述考虑,我们分别选择了带有氧间隔基团和氨基的配体,设计合成了七种基于多羧酸的三维配位聚合物,并对其进行了结构分析、表征分析,并测试了在染料吸附、荧光传感和白光材料中的性能。本论文总共分为五章:第一章为绪论,阐述了配位聚合物、金属有机框架材料的概念、金属有机框架的研究进展、合成方法和策略、影响MOFs材料合成方法的因素、该材料在各方面的应用以及本文的选题的目的、意义和主要研究成果的概括。第二章为实验方法,测试仪器和试剂。第三章我们选择了分别为三角型和V型的半刚性的配体合成的两种3-D多孔网络配位聚合物MOF-1([（CH2）2NH2]2[Cd2（L1）]·3DMA·2H2O,H6L1=5,5',5''-(苯-1,3,5-三基三（氧）)三间苯二甲酸)和MOF-2([（CH3）2NH2][Zn3（L2）(OH)（H2O）2]·2DMF·0.5H2O,H4L2=5'-（4,5-二羧基-1,2-亚苯基）-二氧-二异酞酸)。这两种化合物都是在含有DMF或DMA的溶剂中合成的阴离子骨架材料,二甲基铵阳离子([（CH3）2NH2]+)是在水热合成过程中通过DMF/DMA的脱羧作用形成的。根据这两种化合物的孔结构和孔中存在的[（CH3）2NH2]+阳离子,我们研究了MOF-1和MOF-2对染料的吸附特性。两种化合物的吸附机理都是对阳离子染料的选择性吸附,离子交换相互作用是主要的驱动力。配体中的氧间隔基团能在一定程度上提高两种化合物的吸附能力,MOF-1（对MB+）和MOF-2（对AA+）的最大吸附量分别为1220 mg·g-1和971mg·g-1。在保持化合物结构稳定性的前提下,两种材料对两种染料的吸附-解吸循环至少可以进行五次。此外,还研究了MOF-1和MOF-2的荧光传感性能,MOF-1能够在20种氨基酸干扰的情况下选择性地检测谷氨酸,检测限为4.18×10-5 M。MOF-2对金属离子Fe3+具有良好的选择性和抗干扰能力,检测限为1.62×10-5M(猝灭效率常数Ksv=5.82×10～2 M-1)。第四章我们选择了H3L3（2-氨基苯-1,3,5-三羧酸）、H3L4（1,3,5-均苯三甲酸）两种配体成功合成了五种同构的3-D配位聚合物[Ln（L3）(H2O)2·H2O](Ln=Tb（3）,Eu（4）,Gd（5）)、Ln（L4）(H2O)2·H2O(Ln=Tb（6）)。分析了化合物的结构,并研究了几种化合物的荧光特性。发现在20种氨基酸溶液中,带有氨基的化合物3比不带有氨基的化合物6具有更好的选择性和更低的检测限。结果表明,添加氨基酸官能团确实可以改善氨基酸的荧光特性。另外,光学实验发现化合物3被确定为硝基爆炸物的潜在化学传感材料。化合物6是金属离子Fe3+的潜在荧光探针。最后,我们通过精确调节稀土离子的比例,在化合物3、4和5的三种主要光色基础上,合成了一种同构的白光材料化合物7。第五章为研究生期间的主要工作总结,以及在该方向上我们课题组未来的研究计划与展望。

关键词：金属-有机框架材料染料吸附传感荧光白光材料

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生态环境质量对旅游经济发展的影响研究

生态环境质量对旅游经济发展的影响研究

作者：熊宇芬上海师范大学

学位级别：硕士

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基于深度学习的学生课堂行为识别

基于深度学习的学生课堂行为识别

作者：熊宇成南昌大学

学位级别：硕士

学生在课堂上的行为识别是计算机科学与教育技术领域交叉热点课题,这一领域的研究进展标志着人工智能技术和数字化教育平台的融合,为教育管理带来了创新的变革。这种以人工智能为基础的教育信息化正在成为现代教育体系中的发展趋势。本... 详细信息

学生在课堂上的行为识别是计算机科学与教育技术领域交叉热点课题,这一领域的研究进展标志着人工智能技术和数字化教育平台的融合,为教育管理带来了创新的变革。这种以人工智能为基础的教育信息化正在成为现代教育体系中的发展趋势。本研究专注于课堂环境中学生的行为识别,优化教学流程并提升学习体验,教师需实时监控学生行为以便及时调整教学策略。通过分析学生在课堂上的行为,可以对学生进行更综合的评估,为教师提供有效的课堂管理工具,并准确掌握学生的学习动态。本文深入探讨了学生课堂行为识别在教育领域的应用,国内外相关研究进展。研究主要包括以下方面:(1)创建相关数据集,包括收集整合图像数据和视频数据、对数据预处理及标注动作。(2)应用经过改进的YOLOv5s算法,对学生课堂行为进行有效检测。通过引入EMA注意力机制,优化YOLOv5s模型的主干网络结构,强化了模型对时空依赖的捕获,同时减少了计算需求。对于小目标检测不足的问题,增加了检测层以生成更高分辨率的特征图,有效防止了特征信息的丢失。采用Bi FPN加权双向特征融合策略,不增加额外计算成本的同时,提高了特征整合的广度和深度,通过动态特征权重调整,提升了融合效率和识别精度。实验结果表明,改进后的模型在精确率、召回率、m AP@0.5上均有所提升。(3)结合Deep Sort与Slow Fast算法,通过Slow Fast模型对视频内容进行差异化处理,以识别细微变化和关键动作,实现高效行为识别。Deep Sort算法用于跟踪人员身份ID,实现了对人员在不同时间段行为的连续跟踪与识别。此外,使用改进的YOLOv5s模型替换了Faster R-CNN,加速了行为识别过程。

关键词：行为识别 YOLOv5s EMA注意力机制 SlowFast DeepSort

基于停车视距的高速公路下坡段货车制动可靠性

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：张航熊宇豪吕能超武汉理工大学交通与物流工程学院武汉理工大学智能交通系统研究中心

为进一步提升货车制动过程安全性，对高速公路下坡段货车停车视距可靠性进行研究。构建了考虑ABS系统的四阶段停车视距模型，引入可靠度理论，使用蒙特卡罗方法对高速公路下坡段货车停车视距可靠度进行分析，给出货车停车视距建议值。... 详细信息

为进一步提升货车制动过程安全性，对高速公路下坡段货车停车视距可靠性进行研究。构建了考虑ABS系统的四阶段停车视距模型，引入可靠度理论，使用蒙特卡罗方法对高速公路下坡段货车停车视距可靠度进行分析，给出货车停车视距建议值。最后，通过工程实例与Trucksim仿真验证模型合理性。结果表明：停车视距失效概率与事故率有正相关性；可靠度模型计算值误差较规范值更小，结果更加保守。说明研究成果对于降低道路安全风险有一定现实意义。

关键词：道路工程可靠度理论停车视距货车高速公路 Trucksim

基于RPC的同相供电系统供电运行能量多维控制研究

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电源学报 2024年第05期 213-219页

作者：崔晓熊宇柳贵东曾贵娥广东白云学院电气与信息工程学院

为确保高速铁路安全、可靠、经济运行，提出高速铁路同相供电系统供电运行能量多维控制方法。分析供电系统组成结构与供电过程，利用潮流控制器补偿该系统功率，确保系统稳定运行；结合三相不平衡程度、电压电流波形畸变等指标构建运行... 详细信息

为确保高速铁路安全、可靠、经济运行，提出高速铁路同相供电系统供电运行能量多维控制方法。分析供电系统组成结构与供电过程，利用潮流控制器补偿该系统功率，确保系统稳定运行；结合三相不平衡程度、电压电流波形畸变等指标构建运行能量的最佳负载模型，使传输能量损失降到最低；经过对2个供电臂电流的有功与无功补偿，消除负序电流；制定铁路功率调节器控制策略，获得降压变压器变化情况，保障直流侧电压稳定；再使用比例积分控制器获取电流理想值，得出控制信号，实现供电运行能量多维控制。仿真实验证明，所提多维控制方法能提高三相电流平衡程度，达到均压稳定效果。

关键词：高速铁路同相供电系统运行能量多维控制铁路功率调节器

基于机器学习和遗传算法的非局部晶体塑性模型参数识别

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力学学报 2024年第3期56卷 751-762页

作者：周瑞熊宇凯储节磊阚前华康国政张旭西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 西南交通大学计算机与人工智能学院成都610031

非局部晶体塑性模型考虑了由非均匀变形引起的位错在空间上的重排,使得其本构模型变得复杂,可调节参数众多,因此采用常规的“试错法”难以准确确定这些参数.虽然遗传算法能够稳健地全局优化解决参数确定问题,但对于非局部晶体塑性模型,... 详细信息

非局部晶体塑性模型考虑了由非均匀变形引起的位错在空间上的重排,使得其本构模型变得复杂,可调节参数众多,因此采用常规的“试错法”难以准确确定这些参数.虽然遗传算法能够稳健地全局优化解决参数确定问题,但对于非局部晶体塑性模型,其计算成本相对较高.为解决这一问题,提出了一种耦合机器学习模型的遗传算法,以有效降低计算成本.针对含有冷却孔的镍基高温合金的拉伸响应问题,以单拉应力-应变曲线为目标,基于屈服应力和最终应力建立评价公式,使得优化结果与实验尽可能接近.在这一方法中,机器学习模型能够通过非局部晶体塑性模型的参数来预测相应的应力值,从而替代了遗传算法中原本需要的有限元计算过程.为了分析本构模型参数对单拉力学响应的影响,研究采用SHAP框架,并通过有限元结果进行验证.结果表明,通过该方法可以有效获取非局部晶体塑性模型参数,使得参数计算得到的应力-应变响应与实验结果吻合较好.此外, SHAP框架能够提供本构模型参数的重要程度分析,以及对屈服应力和最终应力的影响.

关键词：晶体塑性机器学习参数确定遗传算法

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