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基于POE模型的工业机器人运动学参数二次辨识方法研究

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农业机械学报 2024年第1期55卷 419-425页

作者：乔贵方杜宝安张颖田荣佳刘娣刘汉忠南京工程学院自动化学院南京211167 东南大学仪器科学与工程学院南京210096

针对工业机器人在高度制造领域精度不高的问题,本文提出了一种基于POE模型的工业机器人运动学参数二次辨识方法。阐述了基于指数积(Product of exponential, POE)模型的运动学误差模型构建方法,并建立基于POE误差模型的适应度函数;为实... 详细信息

针对工业机器人在高度制造领域精度不高的问题,本文提出了一种基于POE模型的工业机器人运动学参数二次辨识方法。阐述了基于指数积(Product of exponential, POE)模型的运动学误差模型构建方法,并建立基于POE误差模型的适应度函数;为实现高精度的参数辨识,提出了一种二次辨识方法,先利用改进灰狼优化算法(Improved grey wolf optimizer, IGWO)实现运动学参数误差的粗辨识,初步将Staubli TX60型机器人的平均位置误差和平均姿态误差分别从(0.648 mm, 0.212°)降低为(0.457 mm, 0.166°);为进一步提高机器人的精度性能,再通过LM(Levenberg-Marquard)算法进行参数误差的精辨识,最终将Staubli TX60型机器人平均位置误差和平均姿态误差进一步降低为(0.237 mm, 0.063°),机器人平均位置误差和平均姿态误差分别降低63.4%和70.2%。为了验证上述二次辨识方法的稳定性,随机选取5组辨识数据集和验证数据集进行POE误差模型的参数误差辨识,结果表明提出的二次辨识方法能够稳定、精确地辨识工业机器人运动学参数误差。

关键词：串联型工业机器人改进灰狼优化算法指数积参数辨识

基于改进天牛须优化粒子滤波的UWB/LiDAR室内定位方法

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控制与决策 2024年第10期39卷 3261-3269页

作者：黄家才王徐寅高芳征薛源南京工程学院机械工程学院南京211167 南京工程学院自动化学院南京211167 江苏省仿生控制技术与装备工程研究中心南京211167

针对超宽带(UWB)测距存在非视距(NLOS)误差以及LiDAR存在累计误差影响定位精确度的问题,提出一种基于改进天牛须搜索算法(IBAS)优化粒子滤波的UWB/LiDAR室内定位方法.该方法综合UWB抗干扰能力强、时间分辨率高和LiDAR高精度、高效率的优... 详细信息

针对超宽带(UWB)测距存在非视距(NLOS)误差以及LiDAR存在累计误差影响定位精确度的问题,提出一种基于改进天牛须搜索算法(IBAS)优化粒子滤波的UWB/LiDAR室内定位方法.该方法综合UWB抗干扰能力强、时间分辨率高和LiDAR高精度、高效率的优点,使用LiDAR量测信息解算组合定位系统与UWB基站的距离,剔除UWB量测值中的NLOS误差.改进天牛须搜索算法的引入可消除粒子滤波的粒子退化现象,减少算法所需粒子数,提升算法运行速度和实时性.最后构建UWB/LiDAR的组合函数,使用图优化方法优化全局位姿.实验结果表明,同等效果下经改进天牛须搜索算法优化后所需的粒子数仅为原粒子滤波算法的20%,同时相较于单一的UWB、LiDAR定位,所提出方法的定位精度分别提升了44.75%和74.47%,效果良好.

关键词：室内定位超宽带激光雷达粒子滤波改进天牛须搜索算法

基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法

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电子科技大学学报 2024年第2期53卷 227-234页

作者：钱夔宋爱国田磊南京工程学院自动化学院南京211167 东南大学仪器科学与工程学院南京210096 东南大学深圳研究院深圳518071

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱... 详细信息

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱方法(FSM)的物理控制方程约束,时空数据在网络模型与频域控制约束耦合下实现无标签数据加速训练,完成系统演化学习。最后在Burgers系统上进行湍流预测验证,实验结果表明该方法可在物理规则约束下实现无标签非线性复杂建模,对比主流PINN模型及其变体,具有更快的学习速度与预测准确率。在t≤0.25 s、t≤0.5 s短时预测情况下,经前期20次训练后系统预测均方误差(MSE)相比主流基准模型同期预测,MSE降低了86%与95%,在t≤2 s长时预测情况下,经充分训练后系统预测MSE能降低80%。

关键词：物理信息神经网络傅里叶谱方法频域控制方程约束 Burgers系统非线性系统预测

电力电子变压器参与配电网调压调频的应用研究

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太阳能学报 2024年第6期45卷 182-190页

作者：季振东王亚祥李东野孙毅超王建华赵剑锋南京理工大学自动化学院南京210094 南京工程学院电力工程学院南京211167 南京师范大学电气与自动化工程学院南京210042 东南大学电气工程学院南京210096

为提升配电网的稳定性,该文提出利用配电网电力电子变压器对配电网的电压和频率进行调节。通过电力电子变压器输入级进行配电网无功功率调节,利用母线电压下垂特性提出无功调节方法,并引入无功电流反馈以提高配电网电压质量和稳定性;同... 详细信息

为提升配电网的稳定性,该文提出利用配电网电力电子变压器对配电网的电压和频率进行调节。通过电力电子变压器输入级进行配电网无功功率调节,利用母线电压下垂特性提出无功调节方法,并引入无功电流反馈以提高配电网电压质量和稳定性;同时,通过电力电子变压器输出级控制负载电压以调节配网有功功率,作为一次调频储备负载,从而在频率暂态期间减小频率偏差。通过对基于配电网电力电子变压器的调压调频控制方法进行实验验证,所提控制策略能改善配电网电压和频率质量,有效提升配电网的稳定性。

关键词：新能源配电网电力电子变压器无功调节下垂特性一次调频

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考虑不同制氢方法的高速公路加氢站布局规划

电力自动化设备 2024年第4期44卷 9-17页

作者：王书征单婷婷赵洋李沛林蒋宇南京工程学院电力工程学院江苏南京211167

针对高速公路加氢设施不完善的问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的高速公路加氢站布局方法。根据高速公路特性及电子收费记录,建立高速公路网络和加氢判断模型。基于多层次-模糊综合评价方法,从经济性、环保性以及安全性角度,提供... 详细信息

针对高速公路加氢设施不完善的问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的高速公路加氢站布局方法。根据高速公路特性及电子收费记录,建立高速公路网络和加氢判断模型。基于多层次-模糊综合评价方法,从经济性、环保性以及安全性角度,提供适合高速公路加氢站的制氢方法和制氢地点的组合。再结合分布式光伏的投入,以经济效益最优为目标,构建高速公路站外和站内制氢2组目标函数,利用改进自适应遗传算法分别进行优化布局和容量配置。以沈海高速(浙江段)作为研究对象进行分析,提供了不同制氢方法下加氢站布局方案及相关设施的容量配置,算例结果与模糊综合评价结果相互验证了模型的有效性。

关键词：氢燃料电池汽车加氢站规划高速公路模糊综合评价自适应遗传算法

新能源消纳与用户侧响应主从博弈的配电网智能软开关选址策略

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电力自动化设备 2024年第2期44卷 57-63页

作者：陈骁龙孙嘉张俊林倪良华吕干云南京工程学院电力工程学院江苏南京211167

分布式电源接入配电网后,配电网调控能力不足导致新能源消纳水平低、用户支出经济性指标差,提出一种新能源就地消纳和用户支出主从博弈的配电网智能软开关选址策略的嵌套模型和方法。外层建立以新能源渗透率最大、电能质量指标最佳且计... 详细信息

分布式电源接入配电网后,配电网调控能力不足导致新能源消纳水平低、用户支出经济性指标差,提出一种新能源就地消纳和用户支出主从博弈的配电网智能软开关选址策略的嵌套模型和方法。外层建立以新能源渗透率最大、电能质量指标最佳且计及传统调控手段的模型结构;内层考虑新能源用户消纳的分时电价、储能装置充放电成本和日运行费用因素,构建能满足用户支出成本最低的需求响应模型。调用CPLEX求解器求解混合整数非线性规划模型,用户侧与配电网侧模型通过反复博弈优化决策变量,主从博弈内层优化采用改进粒子群优化算法加快收敛速度。以改进的IEEE 33节点系统为算例进行分析,验证了所提智能软开关选址策略的有效性。

关键词：主从博弈智能软开关选址策略新能源渗透率需求响应新能源消纳

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基于液压放大的压电微动平台设计与试验

压电与声光 2024年第2期46卷 273-279页

作者：许有熊庄广锋陈星宇李恭乐南京工程学院自动化学院江苏南京211167 南京工程学院机械工程学院江苏南京211167

针对传统微动平台难以满足微/纳米定位的要求,该文结合液压放大原理,提出一种基于液压放大的两自由度压电微动平台,并对其进行了结构设计。采用正交设计方法对其进行有限元双向流固耦合分析,优化了其结构参数。研制了实物样机并进行试... 详细信息

针对传统微动平台难以满足微/纳米定位的要求,该文结合液压放大原理,提出一种基于液压放大的两自由度压电微动平台,并对其进行了结构设计。采用正交设计方法对其进行有限元双向流固耦合分析,优化了其结构参数。研制了实物样机并进行试验研究。开环控制试验结果表明,当压电驱动器输入为90μm时,压电微动平台最大输出位移为603.0μm,放大倍数约为6.7;闭环控制试验结果表明,采用分段微分、积分、比例(PID)算法能降低超调量,且响应时间、稳态时间均减小,稳态误差降低(为±0.2μm),实现了微动平台的大范围输出精密定位。

关键词：微动平台压电驱动器液压放大双向流固耦合试验研究

改进双向A*算法的移动机器人路径平滑处理研究

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系统仿真学报 2024年

作者：陈梦源乔贵方邹旭曹嘉禹田磊南京工程学院自动化学院东南大学仪器科学与工程学院

针对传统双向A*算法存在路径拐点多、不平滑以及路径穿越对角障碍物等问题，提出一种改进双向A*算法。首先，在正向搜索和反向搜索路径中分别添加局部路径约束搜索，解决规划路径穿越对角障碍物的问题，并通过仿真验证了改进双向A*算法... 详细信息

针对传统双向A*算法存在路径拐点多、不平滑以及路径穿越对角障碍物等问题，提出一种改进双向A*算法。首先，在正向搜索和反向搜索路径中分别添加局部路径约束搜索，解决规划路径穿越对角障碍物的问题，并通过仿真验证了改进双向A*算法能够有效地避免穿越对角障碍物的问题。其次，通过引入三次B样条曲线优化路径拐点，并利用差速移动机器人分别对平滑前后的路径进行跟踪控制。结果表明差速移动机器人的速度和加速度突变得到了有效抑制。因此，提出的改进双向A*算法在避开对角障碍物以及路径平滑性两方面都具有较优的效果。

关键词：路径规划融合算法路径平滑双向搜索样条曲线

基于IMU在线校准的SLAM精度提升方法研究

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仪表技术与传感器 2024年第3期 1-5页

作者：周霆威乔贵方刘娣付冬梅张颖南京工程学院自动化学院

基于多传感器融合的SLAM算法是当前移动机器人实现精准定位和导航的关键技术之一,在分析了惯性测量单元(IMU)的系统误差会对SLAM算法的建图和导航精度影响较大,并且IMU的系统误差会随工作时间发生变化的问题后,提出了一种易于实现的IMU... 详细信息

基于多传感器融合的SLAM算法是当前移动机器人实现精准定位和导航的关键技术之一,在分析了惯性测量单元(IMU)的系统误差会对SLAM算法的建图和导航精度影响较大,并且IMU的系统误差会随工作时间发生变化的问题后,提出了一种易于实现的IMU在线标定方法。该标定方法首先建立了IMU中加速度计和陀螺仪的误差模型。其次通过二维云台实现IMU的姿态调整。然后通过读取加速度传感器的静态数值实现加速度计的误差参数辨识。最后以标定后的加速度计输出数据和陀螺仪计算的旋转矩阵,实现陀螺仪的误差参数辨识。为验证以上标定算法的效果,文中基于标定前后的IMU分别进行SLAM建图实验,实验结果表明,基于标定后IMU的建图精度更好。

关键词：惯性测量单元误差标定即时定位与地图构建移动机器人在线校准