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基于多视角三维点云融合的采棉机器人视觉感知方法

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农业机械学报 2024年第4期55卷 74-81页

作者：刘坤王晓朱一帆南京工程学院自动化学院南京211167

针对传统采棉机器人因单一视角和二维图像信息带来的视觉感知局限问题,本文提出了一种多视角三维点云配准方法,以增强采棉机器人实时三维视觉感知能力。采用4台固定位姿的Realsense D435型深度相机,从不同视角获取棉花点云数据。通过Apr... 详细信息

针对传统采棉机器人因单一视角和二维图像信息带来的视觉感知局限问题,本文提出了一种多视角三维点云配准方法,以增强采棉机器人实时三维视觉感知能力。采用4台固定位姿的Realsense D435型深度相机,从不同视角获取棉花点云数据。通过AprilTags算法标定出深度相机RGB成像模块与Tag标签的相对位姿,并基于深度相机中RGB成像模块与立体成像模块坐标系间的转换关系,解算出各个相机间点云坐标的对应变换,进而实现点云间的融合配准。结果表明,本文配准方法的全局配准平均距离误差为0.93 cm,平均配准时间为0.025 s,表现出较高的配准精度和效率。同时,为满足采棉机器人感知的实时性要求,本文对算法中点云获取、背景滤波和融合配准等步骤进行了效率分析及优化,最终整体算法运行速度达到29.85 f/s,满足采棉机器人感知系统实时性需求。

关键词：采棉机器人视觉感知三维点云融合 AprilTags算法

静水压力作用下(H_(2)dabco)[K(ClO_(4))_(3)]结构与稳定性的第一性原理研究

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物理学报 2024年第14期73卷 51-60页

作者：李巧利李慎慎肖继军陈兆旭南京理工大学化学与化工学院南京210094 南京大学化学与化工学院南京210023

基于第一性原理计算,深入研究了(H_(2)dabco)[K(ClO_(4))_(3)](DAP-2)晶体在0—50 GPa压力作用下的晶体结构、分子结构、电子结构和力学性质变化,并评估了压力对其撞击感度和稳定性的影响.通过分析晶体内部特征键长和键角发现,在25 GPa... 详细信息

基于第一性原理计算,深入研究了(H_(2)dabco)[K(ClO_(4))_(3)](DAP-2)晶体在0—50 GPa压力作用下的晶体结构、分子结构、电子结构和力学性质变化,并评估了压力对其撞击感度和稳定性的影响.通过分析晶体内部特征键长和键角发现,在25 GPa处,有机阳离子H_(2)dabco^(2+)的笼状结构发生了扭曲.对H_(2)dabco^(2+)和KO_(12)多面体的质心平均分数坐标和欧拉角的计算结果显示,整个压力范围内晶体可能保持Pa-3空间群对称性不变.根据第一性原理带隙判据和不同压力下的带隙变化,发现在低于20 GPa时,DAP-2的撞击感度随着压力增加而逐渐减小;而当压力高于20 GPa时,撞击感度则呈现出随压力增加而缓慢增大的趋势.此外,弹性常数C_(ij)、杨氏模量(E)、体积模量(B)、剪切模量(G)以及柯西压(C_(12)–C_(44))均随着压力的增大而增大,表明在压力作用下晶体的刚性和延展性得到了显著增强.根据力学稳定性准则,该晶体在整个压力范围内保持力学稳定性.

关键词：含能钙钛矿密度泛函理论晶体结构电子结构力学性质

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南京夏季大气臭氧光化学特征与敏感性分析

环境科学 2024年第3期45卷 1382-1391页

作者：罗丽彤章炎麟林煜棋 Ahsan Mozaffar 曹梦瑶南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学教育部气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心南京210044

对流层臭氧(O_(3))主要由氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)经过一系列光化学反应生成,反应过程呈现复杂的非线性关系.为深入了解O_(3)的光化学特征及生成机制,利用2018年夏季大气O_(3)与VOCs的观测数据,结合大气零维框架模拟模型F0AM-... 详细信息

对流层臭氧(O_(3))主要由氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)经过一系列光化学反应生成,反应过程呈现复杂的非线性关系.为深入了解O_(3)的光化学特征及生成机制,利用2018年夏季大气O_(3)与VOCs的观测数据,结合大气零维框架模拟模型F0AM-MCM,研究O_(3)超标日和非O_(3)超标日的O_(3)光化学特征之间的差异性.观测结果表明,O_(3)超标日期间φ(O_(3))和φ(TVOCs)的平均值分别为47.8×10^(-9)和49.0×10^(-9),为非O_(3)超标日期间O_(3)(26×10^(-9))和TVOCs(30×10^(-9))体积分数的1.8倍和1.6倍.使用F0AM模型,借助EKMA曲线和RIR分析等识别O_(3)敏感性,发现南京市O_(3)超标日和非O_(3)超标日O_(3)的形成均主要受VOCs和NOx的协同控制.F0AM-MCM模拟结果表明,在O_(3)超标日,·OH和HO_(2)的日平均混合比分别是非O_(3)超标日的1.3倍和1.8倍,表明O_(3)超标日期间具有更强的大气氧化能力,且·OH和HO_(2)的形成和损失速率也有明显的增加,表明自由基循环的增强.此外,O_(3)超标日的O_(3)生成速率明显高于非O_(3)超标日,从而导致了O_(3)超标日的O_(3)净生成速率明显高于非O_(3)超标日.以上发现提高了对南京夏季O_(3)超标日大气O_(3)光化学特征的认识.

关键词：臭氧(O_(3)) 挥发性有机物(VOCs) 臭氧敏感性 F0AM模型生成机制

基于增量式Q学习的固定翼无人机跟踪控制性能优化

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控制与决策 2024年第2期39卷 391-400页

作者：赵振根程磊南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对固定翼无人机纵向控制的高性能需求,提出一种控制系统性能优化结构.该结构包括一个使系统稳定的标称控制器和一个参与性能优化的增量式控制器.控制系统增量式的实现不会改变原有的控制系统,而是仅对标称控制系统做控制输入的补偿与... 详细信息

针对固定翼无人机纵向控制的高性能需求,提出一种控制系统性能优化结构.该结构包括一个使系统稳定的标称控制器和一个参与性能优化的增量式控制器.控制系统增量式的实现不会改变原有的控制系统,而是仅对标称控制系统做控制输入的补偿与控制性能的优化.基于Q学习理论进行增量式控制器设计,针对状态信息完全可获得的系统,设计一种基于状态反馈的增量式Q学习算法.当状态信息不能完全获得时,利用系统输入、输出和参考信号数据,设计一种基于输出反馈的增量式Q学习算法.两种增量式控制器均是在数据驱动环境下自适应学习增量式控制律,无需提前知道系统动力学模型以及标称控制器的控制增益.此外,证明了增量式Q学习方法在满足持续激励条件的激励噪声下,对Q函数贝尔曼方程的求解没有偏差.最后,通过对F-16飞行器纵向模型实例的仿真验证该方法的有效性.

关键词：强化学习 Q学习增量式控制性能优化跟踪控制无人机

含有输入时滞的非线性系统的输出反馈采样控制

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自动化学报 2024年第9期50卷 1772-1784页

作者：马倩盛兆明徐胜元南京理工大学自动化学院南京210094

针对含有输入时滞和低阶非线性项的非线性系统,提出一种基于采样机制的无记忆输出反馈控制方法.该方法移除了传统预测控制方法预测映射难以确定的限制,同时避免了时滞依赖方法对过去时刻状态信息的依赖性,在实际中更易实现.首先,根据系... 详细信息

针对含有输入时滞和低阶非线性项的非线性系统,提出一种基于采样机制的无记忆输出反馈控制方法.该方法移除了传统预测控制方法预测映射难以确定的限制,同时避免了时滞依赖方法对过去时刻状态信息的依赖性,在实际中更易实现.首先,根据系统输出在采样时刻的信息,利用加幂积分技术和齐次占优思想设计了无记忆输出反馈采样控制器.然后,利用齐次系统理论提出了闭环系统的稳定性条件.最后,仿真结果验证了所提方法的有效性和优越性.

关键词：无记忆采样控制输出反馈低阶非线性项输入时滞

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异构多智能体输出调节量化自适应跟踪控制

宇航学报 2024年第3期45卷 469-477页

作者：马梓元万茹龚华军王新华南京航空航天大学自动化学院南京211106

考虑到无人机-无人船动力学模型中部分状态信息丢失、输出降维和延迟量化输入等复杂情形,提出了一种适用于解决异构多智能体系统一致性跟踪控制问题的输出调节量化自适应方案。利用降维的输出信息设计量化反馈控制输入及自适应律,实现... 详细信息

考虑到无人机-无人船动力学模型中部分状态信息丢失、输出降维和延迟量化输入等复杂情形,提出了一种适用于解决异构多智能体系统一致性跟踪控制问题的输出调节量化自适应方案。利用降维的输出信息设计量化反馈控制输入及自适应律,实现异构多智能体编队系统内全维状态信息向参考模型的一致性跟踪,基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了各变量的一致有界性,将该一致性跟踪控制方法应用于无人机-无人船编队系统中,通过数值仿真验证了该异构多智能体编队系统在平面内实现各变量一致性跟踪的能力。

关键词：无人机-无人船编队编队控制多智能体输出调节自适应控制

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并行独立控制策略下消振电力作动器系统

航空学报 2024年第13期45卷 366-380页

作者：郝振洋张凤婷杨健曹鑫南京航空航天大学自动化学院南京210016

传统消振电力作动器采用交叉耦合控制策略实现输出力伺服控制,但该控制策略存在耦合控制项,影响输出力响应的快速性、准确性,降低了作动器的减振效率;同时在直流(DC)母线侧产生不满足国军标要求的冲击电压,直接威胁了直升机的飞行安全... 详细信息

传统消振电力作动器采用交叉耦合控制策略实现输出力伺服控制,但该控制策略存在耦合控制项,影响输出力响应的快速性、准确性,降低了作动器的减振效率;同时在直流(DC)母线侧产生不满足国军标要求的冲击电压,直接威胁了直升机的飞行安全。基于此,提出了并行独立控制策略下的消振电力作动器伺服控制系统,首先对系统的给定输出力进行解耦设计,以实现系统多电机并行独立运行。其次,利用主导极点法和最大灵敏度法分别从时域和频域角度设计系统的动稳态特性及鲁棒性。最后,搭建实验平台进行控制策略对比,标幺化实验数据表明,系统在变方向时响应精度提升3.6%,响应时间减少40%;在变相位时响应精度提升1.5%,响应时间减少31%;直流母线侧的电压冲击值减少了8 V,进而验证了并行独立控制策略的有效性及其优势。

关键词：消振电力作动器多电机同步控制并行独立控制策略交叉耦合控制策略电压冲击

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考虑交通梗塞的合流区交通状况诊断

吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 478-484页

作者：张鑫胡启洲何君吴啸宇南京理工大学自动化学院南京210094

为了从交通梗塞角度诊断合流区交通状况,以交通流breakdown概率为交通梗塞指标并提出了合流区交通状况诊断模型。基于该模型,一方面探究了模型参数的满足条件;另一方面结合控制变量法和标定后的模型探究了交通状况,同时讨论了分析结果... 详细信息

为了从交通梗塞角度诊断合流区交通状况,以交通流breakdown概率为交通梗塞指标并提出了合流区交通状况诊断模型。基于该模型,一方面探究了模型参数的满足条件;另一方面结合控制变量法和标定后的模型探究了交通状况,同时讨论了分析结果并提出了管控策略。结果表明:车流在v较小时难以及时驶离合流区,此时q或r继续增大将增大P;车流在v较大时可及时驶离合流区,P相对较小,但随着q或r继续增大而增大;在已知交通流时,适当调整v可有助于降低P。

关键词：交通工程交通状况交通梗塞合流区控制变量法

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基于交互式多模型因子图的自适应组合导航算法

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中国惯性技术学报 2024年第4期32卷 346-353页

作者：曾庆化王守一李方东邵晨南京航空航天大学自动化学院南京210016

针对复杂城市环境下因外部干扰或传感器故障而引起的传统车载导航系统定位精度下降的问题,提出了一种基于因子图的交互式多模型车载导航算法。基于因子图优化算法建立了IMU/GNSS/LIDAR组合导航系统模型,引入了交互式多模型对子系统传感... 详细信息

针对复杂城市环境下因外部干扰或传感器故障而引起的传统车载导航系统定位精度下降的问题,提出了一种基于因子图的交互式多模型车载导航算法。基于因子图优化算法建立了IMU/GNSS/LIDAR组合导航系统模型,引入了交互式多模型对子系统传感器量测进行建模并构建变量节点,利用模型概率更新来优化传感器权重,并依据因子图非线性优化和增量平滑理论实现车载导航系统的解算与更新。实验结果表明:相比于自适应因子图算法,所提算法在复杂城市环境下的定位精度提高了26.2%。

关键词：因子图交互式多模型车载导航复杂场景