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基于动力学模型的六轴机械臂轨迹跟踪控制方法研究

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基于动力学模型的六轴机械臂轨迹跟踪控制方法研究

作者：宋涛涛山东建筑大学

学位级别：硕士

随着工业制造的智能化发展,六轴机械臂因其高度的灵活性在医疗、物流、农业和制造业等领域都得到了广泛的应用。研究机械臂的轨迹跟踪问题能够保障实际应用的效率和稳定性,因而与之相关的控制技术一直是学术研究的方向之一。本文以六轴... 详细信息

随着工业制造的智能化发展,六轴机械臂因其高度的灵活性在医疗、物流、农业和制造业等领域都得到了广泛的应用。研究机械臂的轨迹跟踪问题能够保障实际应用的效率和稳定性,因而与之相关的控制技术一直是学术研究的方向之一。本文以六轴机械臂作为研究对象,建立其动力学模型进行分析。考虑到六轴机械臂是一个具有强耦合和高度非线性特点的控制系统,其轨迹跟踪效果难以有效保证,于是本文在建模误差、外界干扰和不确定项的影响下,对六轴机械臂的轨迹跟踪策略进行了研究,使机械臂能够精确地跟踪期望轨迹,并且在机械臂仿真平台上进行验证。本文的主要研究内容如下:(1)建立六轴机械臂的动力学模型。首先对机械臂在笛卡尔坐标系下的运动学位姿和坐标变换进行了分析,然后根据动能和势能的差值,选取广义坐标对其求微分,使用拉格朗日方程建立了六轴机械臂的动力学方程式。为验证算法效果,将三维机械臂模型导出URDF(Unified Robot Description Format)文件到Matlab/Simulink中,在仿真环境下模拟机械臂在给定目标轨迹后的跟踪情况。(2)针对机械臂运动过程中存在的轨迹跟踪误差大和运动不平稳问题,提出了一种改进灰狼算法优化PID(Proportional Integral Differential)控制器的参数选择过程。为灰狼算法设计了基于二次余弦规律的自适应收敛因子a和增强α狼适应度值f的比例权重方法,增强了算法迭代前期的全局搜索能力和后期的收敛速度。通过实验仿真与自整定PID和传统灰狼PID控制算法相比较,得出改进灰狼PID控制算法能有效降低机械臂跟踪误差,更快达到预期轨迹,使控制效果更加理想。(3)为了提升机械臂轨迹跟踪精度和抗干扰能力,采用了基于六轴机械臂的非奇异快速终端滑模控制方法。通过分析终端滑模和非奇异终端滑模控制方法的特点,在原有滑模面的基础上引入非线性项,并使用饱和函数替代切换函数。通过Lyapunov方法证明了系统的稳定性和系统状态能够在有限时间内收敛的特性,并在实验过程中增加外部干扰。从仿真结果得出,非奇异快速终端滑模控制方法能够有效提升系统收敛速度,具有良好的抗干扰能力和轨迹跟踪精度。(4)考虑到机械臂建立模型的过程中可能存在着建模误差和不确定项的影响,在非奇异快速终端滑模控制方法的基础上,提出了一种基于径向基神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)的滑模控制方法来自适应逼近模型未知部分。在切换控制部分引入改进变结构趋近律方法优化趋近运动的收敛速度,利用Lyapunov方法导出神经网络自适应律,使控制器自适应调节权重保证整个系统的全局稳定性和收敛性。与非奇异快速终端滑模控制方法在干扰和不确定项的影响下进行对比,表明了该方法能够有效地弥补建模的不确定性,保障轨迹跟踪效果。

关键词：六轴机械臂动力学模型轨迹跟踪灰狼算法非奇异快速终端滑模控制 RBF神经网络

高速公路保洁巡检中小目标垃圾检测算法比选及优化研究

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高速公路保洁巡检中小目标垃圾检测算法比选及优化研究

作者：乐涛涛北京交通大学

学位级别：硕士

目前高速公路垃圾巡检仍以人工巡检为主,此种方式费时费力、巡检周期长,很容易受到各种人为因素的干扰。无人机巡检作为一种新兴的智能巡检方式具有高效、灵活的特点,适合于高速公路保洁巡检场景。在无人机保洁巡检场景中有许多小目标... 详细信息

目前高速公路垃圾巡检仍以人工巡检为主,此种方式费时费力、巡检周期长,很容易受到各种人为因素的干扰。无人机巡检作为一种新兴的智能巡检方式具有高效、灵活的特点,适合于高速公路保洁巡检场景。在无人机保洁巡检场景中有许多小目标垃圾需要精准检测。本文拟对现有的几种经典目标检测算法进行检测效果的分析对比,选出效果较好的一种算法,再对其进行改进优化以提升小目标检测精度,最后对改进后的算法进行压缩优化,提升其检测精度。具体的研究工作如下:首先,分别使用Faster-RCNN、SSD、Retina Net和YOLOv5算法在本文的数据集上进行研究,从网络结构、先验框生成与正负样本匹配方式和损失函数等几方面对几种算法的原理进行对比,发现YOLOv5在原理上更适合本文的研究场景。实验结果显示,YOLOv5在测试集上针对所有目标垃圾的平均精度均值(m AP)达到0.771,针对小目标的m AP达到0.752,每秒检测帧数(FPS)为175,实验效果优于其他三种算法。因此选择YOLOv5作为后续研究的基础算法。其次,从三个方面对YOLOv5的网络结构进行改进:1)将YOLOv5的检测头解耦,分成三个子网络分别预测分类置信度、目标置信度以及矩形框的位置参数,加快网络的收敛速度,减少训练成本;2)采用空间到深度(SPD)结构和非跨步卷积替代跨步卷积从而减轻信息丢失问题对小目标检测的影响;3)添加坐标注意力机制(CA)模块从而减轻背景干扰。本文设计了四种候选添加方案供实验验证。在实验参数的设计上,使用K-means算法聚类得到更符合数据集分布的先验框。实验结果显示,最终的改进方案在测试集上的所有目标m AP为0.830,小目标的m AP为0.829,FPS为91。最后,针对改进后算法检测速度下降明显的问题,采用基于知识蒸馏的方法对改进后的算法进行压缩优化。结果显示,压缩后的算法在测试集上的针对所有目标的m AP为0.820,针对小目标的m AP为0.817,FPS上升为182。实验结果表明,经过优化后的算法相较于原始YOLOv5不仅小目标检垃圾检测精度有一定提升,而且检测速度也有提升。图53幅,表17个,参考文献40篇。

关键词：无人机巡检小目标检测算法垃圾检测坐标注意力机制

基于FPGA的多波束合成孔径声呐信号采集处理系统设计与实现

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基于FPGA的多波束合成孔径声呐信号采集处理系统设计与实现

作者：蔡涛涛哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

成像声呐在海底地形地貌的探测等方面发挥着不可或缺的作用,其中多波束测深声呐具备高效率、高精度、高分辨等特点,但其波束脚印从根本上限制了航迹向分辨率。传统合成孔径声呐大多基于侧扫声呐基阵结构,虽然利用孔径合成信号处理技术... 详细信息

成像声呐在海底地形地貌的探测等方面发挥着不可或缺的作用,其中多波束测深声呐具备高效率、高精度、高分辨等特点,但其波束脚印从根本上限制了航迹向分辨率。传统合成孔径声呐大多基于侧扫声呐基阵结构,虽然利用孔径合成信号处理技术能够获得水下成像高分辨率,但其正下方不可避免地存在探测间隙。多波束合成孔径声呐既不需要对正下方进行补隙,又具备航迹向高分辨率不受距离与频率影响的优势。因此本文在国家自然科学基金-山东省联合基金项目的支持下,基于现有的声呐基阵,完成多波束合成孔径声呐信号采集处理系统设计与实现。首先,简述多波束合成孔径声呐的国内外发展现状、探测机理与信号采集处理技术。研究多波束合成孔径声呐探测机理,分析其功能需求以及硬件组成结构,结合多波束合成孔径声呐基阵参数进行关键参数论证。提出了基于FPGA的多波束合成孔径声呐信号采集处理系统模拟接收电路、数字处理平台与信号采集、成像预处理逻辑方案。其次,对模拟接收电路中的固定增益、可控增益、带通滤波、模数(后续简称A/D)转换、数模(后续简称D/A)转换等进行芯片选型与电路实现,并通过Multisim仿真验证电路设计的正确性。完成基于FPGA的数字处理平台中电源转换、千兆网传输、串口通信、辅助存储模块的电路实现。通过Altium Designer绘制多波束合成孔径声呐信号采集处理系统硬件电路原理图、PCB并完成制板、焊接。再次,基于多波束合成孔径声呐信号采集逻辑方案,利用Zynq 7100核心处理平台,实现信号采集逻辑中串口通信、信号源输出、增益控制、A/D转换、基于FDMA的高速缓存模块并完成逻辑功能的仿真验证。对多波束合成孔径声呐信号成像预处理过程中相关原理进行介绍,提出多波束合成孔径声呐成像预处理逻辑的改进方案,实现数字混频、延时抽取、脉冲压缩等模块并完成逻辑功能的仿真验证。最后,完成多波束合成孔径声呐信号采集处理系统硬件电路中增益放大、带通滤波、通道一致性、等效输入噪声性能指标的测试,并通过集成逻辑分析仪获取联调测试过程中的数据,验证了信号采集与成像预处理逻辑的功能。最终通过水池与外场试验,验证了多波束合成孔径声呐信号采集处理系统的有效性与可靠性。

关键词：多波束合成孔径声呐信号采集处理 FPGA Zynq 7100 FDMA

创伤与重建：路易斯·厄德里克《守夜人》中印第安人的创伤书写

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创伤与重建：路易斯·厄德里克《守夜人》中印第安人的创伤书写

作者：高涛涛华东师范大学

学位级别：硕士

路易斯·厄德里克是美国当代最具盛名的印第安女性作家之一,其长篇小说《守夜人》一经发表便斩获了2021年普利策文学奖。小说以20世纪50年代美国国会的终结法案为历史背景,虚实结合,讲述了印第安保留地齐佩瓦部落为捍卫土地和家园而付... 详细信息

路易斯·厄德里克是美国当代最具盛名的印第安女性作家之一,其长篇小说《守夜人》一经发表便斩获了2021年普利策文学奖。小说以20世纪50年代美国国会的终结法案为历史背景,虚实结合,讲述了印第安保留地齐佩瓦部落为捍卫土地和家园而付出的种种努力。本文首先采用文本分析法,分析审视小说中众多错综复杂的人物关系及其生活经历;进而运用杰弗里·亚历山大的“文化创伤”理论进行创作意图分析,分析指出,厄德里克通过文学讲述历史,再现白人同化政策下寄宿制教育、酗酒、性暴力三个方面带给齐佩瓦部落中三位年长男性(托马斯、罗德里克和帕兰托)和两位年轻女性(帕特莉丝、薇拉)不同的创伤体验。为对抗创伤,厄德里克以保留印第安部落语言风格、频繁使用齐佩瓦族语、建立与土地的联系和崇敬超自然精神等族裔传统解构法案的政治终结意图,重建族裔身份。分析结果显示,文化创伤虽然隐匿,但仍可以被感知和叙述,并且是不可磨灭的。因此,厄德里克通过文学作品的记忆特性,将种族主义和性暴力的创伤带入集体记忆,由此展现了几代印第安部落为保存文化身份而进行的艰苦斗争。

关键词：路易斯·厄德里克文化创伤族裔传统文学记忆

改良生酮饮食治疗难治性癫痫共病认知障碍的疗效

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改良生酮饮食治疗难治性癫痫共病认知障碍的疗效

作者：杜涛涛山西医科大学

学位级别：硕士

目的:本研究旨在探讨改良生酮饮食(Ketogenic diet,KD)——中链甘油三酯饮食(Medium-chain triglyceride diet,MCTD)添加治疗难治性癫痫共病认知障碍患者的疗效。方法:采用前瞻性自身对照研究,收集2021年11月至2022年10月在山西医科大... 详细信息

目的:本研究旨在探讨改良生酮饮食(Ketogenic diet,KD)——中链甘油三酯饮食(Medium-chain triglyceride diet,MCTD)添加治疗难治性癫痫共病认知障碍患者的疗效。方法:采用前瞻性自身对照研究,收集2021年11月至2022年10月在山西医科大学第一医院神经内科门诊及住院部诊断为难治性癫痫共病认知障碍的患者,共22例,记录患者的临床资料,比较MCTD添加治疗开始前及治疗3个月后癫痫发作频率、脑电图、Mo CA量表(≥16岁)及韦氏智力量表(6-15岁)、汉密尔顿焦虑量表(HAMD)、汉密尔顿抑郁量表(HAMA)的变化,评估其疗效。应用统计软件SPSS26.0进行统计分析,检验水准均为P=0.05。结果:1)接受MCTD治疗的19例患者中,癫痫发作控制治疗有效率为84.21%,无效率为15.79%,且疗效与癫痫发作类型、抗癫痫发作药物种类、年龄、起病年龄均无关(P>0.05)。2)≥16岁患者中,Mo CA量表评分生酮治疗后总分高于生酮治疗前,且差异有统计学意义(P0.05);6-15岁患者中,生酮治疗后韦氏智力量表评分高于生酮治疗前,且差异有统计学意义(P<0.05)。3)伴有焦虑抑郁的患者中,生酮治疗后HAMA、MAMD评分低于生酮治疗前,且差异有统计学意义(P<0.05)。4)在退出研究的3例患者中,1例儿童因挑食拒食MCT粉而退出研究,1例儿童、1例成人因经济原因退出研究。结论:MCTD可作为难治性癫痫共病认知障碍患者的一项安全、有效的添加治疗方案。MCTD不良反应少,主要为胃肠道不适,但大多可适应,安全性高。

关键词：中链甘油三酯饮食难治性癫痫认知障碍添加治疗

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化学链钒氧载体及覆盖度效应研究

物理化学学报 2022年第8期38卷 6-7页

作者：张涛中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室辽宁大连116023

丙烯是化工行业重要的基础原料之一。在众多生产丙烯的工艺中,丙烷无氧脱氢(PDH)以丙烯选择性高、技术成熟度高、投资成本低的特点,成为目前最具竞争力的丙烯生产工艺^(1,2)。但商业化的Pt基和Cr基催化剂因其成本高昂、环境污染和丙烷... 详细信息

丙烯是化工行业重要的基础原料之一。在众多生产丙烯的工艺中,丙烷无氧脱氢(PDH)以丙烯选择性高、技术成熟度高、投资成本低的特点,成为目前最具竞争力的丙烯生产工艺^(1,2)。但商业化的Pt基和Cr基催化剂因其成本高昂、环境污染和丙烷转化率受热力学平衡限制等因素而影响了其应用和发展^(3,4)。因此,开发新型、可替代的脱氢工艺及与之配套的催化剂体系具有重要的科学研究和工业应用价值。

关键词：催化剂体系丙烯选择性热力学平衡脱氢工艺化学链氧载体科学研究环境污染

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全面抗战时期三边分区的经济建设

全面抗战时期三边分区的经济建设

作者：李涛涛宁夏大学

学位级别：硕士

三边分区是陕甘宁边区五大行政分区之一,成立于1937年11月9日,撤销于1949年9月27日。同陕甘宁边区其它区域的贫瘠相比,三边分区物产丰饶,尤其是其辖区内的食盐、皮毛、甘草闻名遐迩,产量位居西北之首,誉为“三宝”。全面抗战时期,三边... 详细信息

三边分区是陕甘宁边区五大行政分区之一,成立于1937年11月9日,撤销于1949年9月27日。同陕甘宁边区其它区域的贫瘠相比,三边分区物产丰饶,尤其是其辖区内的食盐、皮毛、甘草闻名遐迩,产量位居西北之首,誉为“三宝”。全面抗战时期,三边分区积极响应党中央和边区政府的号召,从自身的实际情况出发,以分区内食盐、皮毛等富集资源为依托,在农业、盐业、工业、商贸、财税等方面采取一系列卓有成效的措施,大力发展经济。经过长期的艰苦奋斗,三边分区的经济建设取得极其辉煌的成就,缓解了边区的经济困难,提高了三边群众的生活福祉,巩固了党在三边分区的统治基础,促进了三边分区的民族团结,生动诠释了“自力更生、艰苦奋斗”的延安精神,培养了一大批优秀的革命干部。同时,它波澜壮阔的奋斗历程,留给后人宝贵的经验。本文以党史系统编纂的权威文献为主,其他相关史料作为补充,采用史论结合等研究方法完成论述。首先,深入阐述全面抗战前三边地区的经济状况,梳理三边苏区的创建历程。其次,根据全面抗战时期三边分区经济建设重点的变化,分两个阶段对全面抗战时期三边分区的经济建设进行论述,交代不同阶段三边分区经济建设的背景,分析每一阶段三边分区经济建设的成果,且对三边盐业的重要性进行讨论。再次,将全面抗战时期三边分区经济建设的具体实践分为农业、盐业、工业、商贸、财税五个大的方面依次展开论述。最后,根据以上论述总结全面抗战时期三边分区经济建设的意义和经验,使其为当代的经济建设提供有益的借鉴。

关键词：全面抗战时期三边分区经济建设食盐

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一种基于深度学习的降水短临预报的方法研究

一种基于深度学习的降水短临预报的方法研究

作者：余涛涛中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

降水对人们的生活和工作具有很大的影响,准确的预测降水可以帮助人们及时采取防范措施,避免或减轻洪涝等灾害所带来的损失。因此,对降水的准确预测具有重要的意义。本文采用多普勒雷达图像序列数据,并利用深度学习方法构建降水短临预报... 详细信息

降水对人们的生活和工作具有很大的影响,准确的预测降水可以帮助人们及时采取防范措施,避免或减轻洪涝等灾害所带来的损失。因此,对降水的准确预测具有重要的意义。本文采用多普勒雷达图像序列数据,并利用深度学习方法构建降水短临预报模型,旨在提高降水预测的准确性。主要工作如下:(1)在雷达数据预处理上,本文主要考虑到雷达回波反射率因子与降水量之间的关系,采用了百分位数法和卷积神经网络的思想,即利用卷积层进行滑动区域的选择,利用池化层进行百分位数池化操作。将选取的雷达反射率因子作为主要的特征信息,最终可以将15×4×101×101的原始雷达图像处理成15×4×10×4的特征信息。这样的处理不仅提高了数据的质量,还可以满足后续模型的需要。(2)在降水预测模型的构建上,结合了卷积神经网络特征学习能力强和循环神经网络擅长处理降水等时序问题的能力,在前人的基础上,首先构建了基于三维卷积长短期记忆网络(Conv3D-LSTM)的降水预测模型。然后对该模型做进一步的改进,改进的主要内容是采用了双向门控循环单元网络模块替代长短期记忆网络模块,这样可以让模型学习到雷达特征数据前后时序上的关键信息,同时引入了注意力机制,这样可以让模型重点关注反射率因子更大的区域,最终构建出了基于注意力机制的三维卷积双向门控循环单元网络(Att-Conv3D-Bi GRU)的改进模型。(3)为了验证改进模型的有效性,将两个模型在实验上的结果进行对比分析,并与常用的降水预测模型对比。实验结果表明,基于Att-Conv3D-Bi GRU的改进模型在对目标站点未来1～2小时内总降水量的预测效果和模型的评价指标上表现更好。其中本文改进模型的决定系数(R)达到0.63高于Conv3D-LSTM模型的0.59,其平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为6.42mm和9.36mm,均低于Conv3D-LSTM模型的6.85mm和10.18mm。而且改进模型在预测性能评价上均优于常用的降水预测模型,这表明改进模型有效地提高了降水预测的准确性。

关键词：降水量预测深度学习卷积神经网络双向门控循环单元注意力机制

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人脸识别技术侵权责任中的损害认定

人脸识别技术侵权责任中的损害认定

作者：许涛涛浙江工商大学

学位级别：硕士

人脸识别技术侵权责任中的损害认定主要存在损害范围不清和损害对象性质不明两个问题。损害范围的确定中包括风险性损害是否成立以及下游损害能否成立两个问题。损害对象的定性中存在个人信息权益属于民事权益还是公法权利的争议;若属... 详细信息

人脸识别技术侵权责任中的损害认定主要存在损害范围不清和损害对象性质不明两个问题。损害范围的确定中包括风险性损害是否成立以及下游损害能否成立两个问题。损害对象的定性中存在个人信息权益属于民事权益还是公法权利的争议;若属于民事权益,又引发个人信息保护应当采取人格权进路还是财产权进路、个人信息权益与隐私权的关系如何以及个人信息权益是否存在多层内容等问题。厘清损害对象的性质是确定损害范围的前提。个人信息民事权益说忽视了个人信息的公共属性,认为个人信息主要表现为防御性权利且个人信息处理者与自然人处于平等地位的观点存在不足;个人信息公法权利说忽视了自然人在个人信息保护中的积极防范作用,认为自然人在个人信息上成立民事权益会导致自然人对个人信息享有独占控制权的观点存在偏差。个人信息综合权益说结合了二者的合理之处,较为全面;现行法对人脸识别技术使用者所负个人信息合法处理义务和所负责任的规定,也体现了对个人信息持综合权益说的态度。而对于个人信息权益中属于民事权益的部分,应当认为其属于人格权益,与隐私权是交叉关系,且包含手段性权利与目的性权利双层内容。关于人脸识别技术侵权责任中的损害范围,风险不能作为损害,下游损害在主客观条件具备时可以成立。否定风险作为损害的理由是:第一,《个人信息保护法》明确规定损害,且严格区分了侵害与损害;第二,域外经验不能说明风险可以作为损害;第三,将风险作为损害以实现风险分配的做方式不合理;第四,侵权责任的首要功能为填补损害,不必对风险予以赔偿实现个人信息保护。下游损害成立,即人脸识别技术使用者对第三人造成的下游损害承担责任的前提是:客观上信息处理行为与下游损害存在因果关系;主观上人脸识别技术使用者对下游损害的发生具有可预见性。人脸识别技术侵权责任中存在三种类型的损害:其一是自然人寻求手段性权利救济时可主张的为制止侵权行为所支付的合理开支;其二是侵害手段性权利同时侵害具体人格权可主张的精神损害;其三是侵害目的性权利造成的下游人身、财产损害。关于损害的计算方法,财产损失用差额说足以计算;精神损害要以规范损害说来认定;若仍无法计算,应根据实际情况确定数额,可参考人脸识别技术的使用者和使用目的、告知同意情况和影响范围等因素。

关键词：损害认定人脸识别技术侵权责任个人信息权益