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考虑变有效载荷的机械臂自适应PID控制

机电工程 2022年第3期39卷 291-299页

作者：丁荣乐侯旋孙文建南京机电职业技术学院自动化系江苏南京211306 运城职业技术大学印刷工程系山西运城044000 太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

针对现有PID方法难以适用于机械臂变有效载荷工况下的控制问题,提出了一种考虑变有效载荷的机械臂自适应PID控制策略。首先,构建了变有效载荷条件下的机械臂动力学模型,探讨了经典PID在变有效载荷条件下进行机械臂控制的缺陷;然后,基于... 详细信息

针对现有PID方法难以适用于机械臂变有效载荷工况下的控制问题,提出了一种考虑变有效载荷的机械臂自适应PID控制策略。首先,构建了变有效载荷条件下的机械臂动力学模型,探讨了经典PID在变有效载荷条件下进行机械臂控制的缺陷;然后,基于离散域中时延控制(TDC)与PID控制之间的等价性,设计了一种自适应PID控制律,确定了该自适应PID控制策略的各增益系数,分析了该方法的优势,并给出了增益系数整定方法;结合Lyapunov理论,进一步证明了该控制策略的稳定性,明确了该方法应对机械臂有效载荷变化的鲁棒性;最后,通过仿真分析与物理实验,验证了该控制策略的有效性与变有效载荷条件下的鲁棒性。研究结果表明:与经典PID控制以及现有自适应PID控制相比,该控制方法在保证控制精度相同的前提下,对于较大幅度有效载荷变化工况(致使关节惯性最多增加124.4%)下的机械臂控制,其鲁棒性更强;该控制方法并可为后续更为复杂精准的自适应控制方法的提出提供参考。

关键词：机械臂变有效载荷自适应PID控制时延控制 Lyapunov理论

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基于强化学习的视频码率自适应决策研究

基于强化学习的视频码率自适应决策研究

作者：肖君北京交通大学

学位级别：硕士

随着互联网技术和通信技术的飞速发展,视频业务已成为主要的互联网业务之一。为保证服务器端和客户端可靠的视频传输,自适应流媒体传输技术应运而生。码率自适应算法是自适应流媒体传输技术的关键,它可以动态地为视频块选择合适的码率级... 详细信息

随着互联网技术和通信技术的飞速发展,视频业务已成为主要的互联网业务之一。为保证服务器端和客户端可靠的视频传输,自适应流媒体传输技术应运而生。码率自适应算法是自适应流媒体传输技术的关键,它可以动态地为视频块选择合适的码率级别,有效提高用户的观看体验质量(Quality of Experience,Qo E)。然而,目前广泛应用于视频点播平台的码率自适应算法忽略了视频语义信息以及用户的主观感受,事实上,受视频语义和用户偏好的影响,用户对视频内容有不同程度的偏好。其次,在实时直播视频流中,直播平台需要进行实时的沟通交流以及弹幕互动,对低时延提出更高的要求。同时在直播视频流中可用于码率决策的信息较少,码率自适应算法不仅需要进行码率控制,还需要进行时延控制来调整播放速度,降低时延并减少卡顿现象的出现。因此,本文聚焦视频传输过程中的码率自适应决策问题,引入深度强化学习思想,在视频点播和实时直播场景下,分别实现了基于用户偏好的码率自适应算法和基于播放速率和跳帧控制的连续时延和码率控制算法。具体研究内容如下:(1)针对视频点播场景下码率自适应算法忽略视频语义信息这一问题,本文提出一种基于用户偏好感知的码率自适应算法。首先,基于深度学习的神经网络模型进行场景识别,实现对视频的语义分析,并结合用户观看历史得到用户对不同视频内容的偏好程度。在此基础上,使用马尔可夫决策过程对码率自适应决策过程建模,并提出一种基于深度强化学习的码率自适应算法,该算法综合考虑用户偏好、网络吞吐量以及缓冲区占用等因素,以最大限度提高用户的体验质量为目标,动态地为视频选择合适的码率级别。仿真结果表明,本文提出的算法能够很好地得到用户的偏好,并且能够使码率决策与用户的偏好保持一致。同时算法与现有的一些基线算法相比,对于平均Qo E至少有12.5%的提升。(2)针对实时直播流媒体中的码率自适应决策问题,本文提出基于播放速率和跳帧控制的连续时延和码率控制算法。该算法通过时延控制参数来调整播放速度,并通过跳帧控制来防止直播时延过大。其次,算法结合了深度强化学习中的DDPG算法,它可以在连续控制问题中输出确定性的动作。仿真结果表明,相比于其它离散的连续时延和码率控制算法,本文提出的算法可以避免时延控制参数离散化粒度不好确定的问题,并且可以提供细粒度的时延控制。同时算法与现有的码率自适应算法相比,可以在不同的视频和网络场景下提供更好的体验质量,并且对于平均QoE有较为明显的提升。

关键词：流媒体技术码率自适应算法深度强化学习时延控制 QoE

Towards SDN Based Queuing Delay Estimation

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China Communications 2016年第3期13卷 27-36页

作者： MA Haiyan YAN Jinyao Panagiotis Georgopoulos Bernhard Plattner Faculty of Science and Technology Communication University of China Computer Engineering and Networks Laboratory Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH Zurich)

As one of Qo S(Quality of Service) metrics, delay is critical important to delay sensitive applications, such as interactive video, network game and online surgery. In this paper, we exploit SDN(Software Defined Networking) advantages to solve delay Qo S problem. Our work mainly focuses on SDN based queuing delay estimation with real traffic and end-to-end delay control. First, we propose a queuing estimation model and extended it for end-to-end delay of the whole path. It is proved to be feasible and accurate with experimental results in SDN environment. Second, in order to demonstrate the use of our proposed model, we also implement an end-to-end delay control application in SDN. It fulfills specific delay Qo S requirements by dynamically switching flows to a suitable queue based on estimation results and delay requirements.

关键词：时延估计 SDN 排队 QoS要求网络游戏时延控制估计模型端到端

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GNSS信号捕获中的伪码多普勒补偿技术

中南大学学报（自然科学版） 2015年第6期46卷 2134-2141页

作者：黄新明龚航朱祥维欧钢国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

针对全球导航卫星系统(GNSS)信号捕获中存在伪码多普勒,提出一种基于时延控制的伪码多普勒补偿方法,通过数字延迟滤波器补偿由于伪码多普勒引入的本地码和接收信号的相位不匹配。给出包括码多普勒补偿在内的新的GNSS信号捕获结构,并对... 详细信息

针对全球导航卫星系统(GNSS)信号捕获中存在伪码多普勒,提出一种基于时延控制的伪码多普勒补偿方法,通过数字延迟滤波器补偿由于伪码多普勒引入的本地码和接收信号的相位不匹配。给出包括码多普勒补偿在内的新的GNSS信号捕获结构,并对全球定位系统(GPS)C/A码信号进行仿真验证。研究结果表明:延迟滤波器阶数越大,码多普勒的补偿效果越好;在采样率为5 MHz时,采用三阶Farrow结构的分数阶延迟滤波器捕获损耗降低至0.2 d B。

关键词：全球导航卫星系统伪码多普勒补偿时延控制可变分数阶延迟滤波器

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四旋翼飞行器时延积分反演容错控制

系统工程与电子技术 2015年第10期37卷 2341-2346页

作者：贺有智刘同其燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室河北秦皇岛066004

针对四旋翼飞行器在飞行过程中会出现执行机构故障,提出了一种简单有效的容错控制方法,该方法是将积分反演控制技术与时延控制(time delay control,TDC)技术相结合得到的。采用积分反演控制方法设计基本控制器,在此基础上利用TDC技术的... 详细信息

针对四旋翼飞行器在飞行过程中会出现执行机构故障,提出了一种简单有效的容错控制方法,该方法是将积分反演控制技术与时延控制(time delay control,TDC)技术相结合得到的。采用积分反演控制方法设计基本控制器,在此基础上利用TDC技术的逼近能力来补偿执行机构可能出现的故障,该方法省去了在线的故障检测和估计,仅需要一步状态迭代即可,仿真结果表明该控制器对执行机构故障具有较强的鲁棒性。

关键词：四旋翼飞行器时延控制积分反演控制容错控制 time delay control (TDC)

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客车气压制动时延分析及其控制研究

北京理工大学学报 2012年第5期32卷 470-474页

作者：覃涛李刚炎涂鸣吴婷武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

提出了一种客车气压制动时延控制方法.考虑到客车气压制动系统的延时特性,建立了客车气压制动回路的数学模型,运用Matlab/Simulink和AMESim软件分别建立了其仿真模型,采用理论分析与仿真实验相结合的方法,分析了客车气压制动的时延特性... 详细信息

提出了一种客车气压制动时延控制方法.考虑到客车气压制动系统的延时特性,建立了客车气压制动回路的数学模型,运用Matlab/Simulink和AMESim软件分别建立了其仿真模型,采用理论分析与仿真实验相结合的方法,分析了客车气压制动的时延特性;基于闭环反馈控制理论,提出了客车气压制动回路时延控制方法.运用PID控制算法设计了时延控制器,并进行了对比仿真.仿真结果表明,进行时延控制后,客车的制动时延为0.3s,制动距离缩短1.8m,提高了客车的制动稳定性.

关键词：气压制动时延分析时延控制比例-积分-微分

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机器人系统的时延控制方法研究

机器人系统的时延控制方法研究

作者：陈世倪西华大学

学位级别：硕士

机器人应用在人们生产生活的各个领域,代替人进行一些复杂和危险的任务。因此,机器人的位置跟踪控制需要较高的精度。但是,由于机器人系统是一个非线性、强耦合的系统,受到各种不确定性的影响,如未建模动力学、测量噪声、负载变化、外... 详细信息

机器人应用在人们生产生活的各个领域,代替人进行一些复杂和危险的任务。因此,机器人的位置跟踪控制需要较高的精度。但是,由于机器人系统是一个非线性、强耦合的系统,受到各种不确定性的影响,如未建模动力学、测量噪声、负载变化、外部干扰、非线性摩擦、输入死区等。因此,需要一种结构简单同时又能确保跟踪性能良好的控制方法来控制机器人。时延控制以其结构简单、不依赖于系统模型的优点可以估计复杂未知动力学及难处理的非线性项。本文针对复杂非线性机器人系统,分别研究避免速度、加速度测量的时延控制方法和受负载影响下的时延控制方法,并进一步研究了受时延和死区影响的机器人系统的控制方法。本文的主要工作总结如下:（1）针对复杂非线性动力学的机器人系统的位置跟踪问题,提出了一种无速度自适应梯度估计时延控制器。首先,针对机器人模型中的所有非线性项,采用了时延控制进行抵消。进一步,考虑到传统的时延控制在系统受到库仑摩擦等情况产生不可忽略的时延估计误差,设计了自适应梯度估计法补偿时延估计误差。最后,为使控制器无需对速度、加速度进行测量,结合观测器使机器人系统可以实现精确的位置跟踪。运用Lyapunov函数法分析了系统的稳定性,并通过对二自由度的机器人仿真验证了该控制方法的有效性。结果表明:所设计的控制器可以使机器人系统具有更好的位置跟踪性能并有效观测机器人的速度和加速度。（2）针对负载存在和负载突变的机器人系统,为实现其精确的位置轨迹跟踪,提出一种自适应时延控制器。该控制器首先采用结构简单、不依赖于系统模型的传统时延控制,抵消机器人动力学模型中的所有非线性项。再采用滑动变量设计负载自适应律以适应机器人系统负载存在和负载突变。进一步,结合滑动变量设计时延估计误差自适应律,以抑制传统时延控制产生的时延估计误差。最后,针对传统时延控制中需要手动调整控制增益的问题,设计控制增益自适应律对控制增益进行自动调节。运用Lyapunov函数证明了所提控制方法的稳定性,并在二自由度的机器人系统上进行了仿真验证。结果表明:所设计的控制器可以适应机器人系统负载存在和负载突变的情形,在有效抑制时延估计误差的同时不需要手动调整控制增益,能够确保整个机器人系统具有良好的位置跟踪性能。（3）针对同时存在状态时变时延和输入死区的非线性机器人系统,提出一种基于辅助跟踪误差函数的位置跟踪控制器。首先,将输入死区和未知外部扰动视为一个集中扰动,设计滑模扰动观测器对集中扰动进行估计。接着,为保证存在状态时变时延下机器人系统的稳定性,设计基于辅助跟踪误差函数的位置跟踪控制器。最后,为补偿滑模扰动观测器的估计误差设计增益自适应律,进一步提高系统的位置跟踪性能。运用Lyapunov-Krasovskii函数法理论上证明了所提控制方法的稳定性,并通过对二自由度的机器人仿真验证了该控制器的有效性。结果表明:所设计的控制器可以在机器人系统同时存在未知状态时变时延和输入死区情况下实现稳定、准确的位置轨迹跟踪。

关键词：非线性机器人系统时延控制自适应律负载状态时变时延位置跟踪

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四旋翼飞行器姿态时延滑模容错控制

控制工程 2017年第5期24卷 1059-1065页

作者：贺有智刘同其燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室河北秦皇岛066004

针对四旋翼飞行器在飞行过程中存在执行机构故障和各种不确定因素的控制问题,提出了一种将时延控制技术与滑模控制技术相结合的鲁棒容错控制方法。该方法继承了滑模控制技术对干扰和模型参数摄动的鲁棒性,并且为了解决滑模控制器存在抖... 详细信息

针对四旋翼飞行器在飞行过程中存在执行机构故障和各种不确定因素的控制问题,提出了一种将时延控制技术与滑模控制技术相结合的鲁棒容错控制方法。该方法继承了滑模控制技术对干扰和模型参数摄动的鲁棒性,并且为了解决滑模控制器存在抖动的现象,引入一种基于PID的趋近律;同时,利用时延控制的逼近能力来补偿执行机构出现的故障,该方法省去了在线的故障检测和分离,而仅需要一步状态迭代。仿真结果表明,该容错控制器能很好的解决执行机构故障和模型参数不确定性等问题。

关键词：四旋翼飞行器容错控制滑模控制时延控制

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无人车AVB通信及降低通信时延方法研究

自动化仪表 2022年第12期43卷 38-43页

作者：徐晓林秦宗光赵毅栋郑州科技学院大数据与人工智能学院河南郑州450064 宇通客车股份有限公司河南郑州450000

无人车域间各系统进行音视频桥接(AVB)以太网通信时,不同域间的底层电子控制单元(ECU)通信会涉及大量AVB原始数据,且各域间控制器在转发通信的不同节点过程中也存在通信时延。时延会影响上层决策控制的时效性,导致执行机构的控制响应延... 详细信息

无人车域间各系统进行音视频桥接(AVB)以太网通信时,不同域间的底层电子控制单元(ECU)通信会涉及大量AVB原始数据,且各域间控制器在转发通信的不同节点过程中也存在通信时延。时延会影响上层决策控制的时效性,导致执行机构的控制响应延迟大,无法满足无人驾驶控制的鲁棒性要求。设计一种基于改进的滑动窗口算法来提取AVB有效载荷数据,利用过滤、提取、更新后的有效载荷数据来计算整体域间系统通信过程各节点的时延,以此确定关键延时节点。通过对时间合理修正以降低整体链路通信时延,提高了无人车各域间控制器的AVB通信效率,使上层决策获取到精简的有效数据,改善了决策控制的时效性。该方法满足无人车超低时延控制的鲁棒性、稳定性需求。

关键词：音视频桥接通信无人车以太网通信滑动窗口时延控制