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基于漏斗策略的航天器高精度姿态控制器设计

控制与决策 2024年第5期39卷 1543-1549页

作者：黄元魏春岭严晗郝仁剑北京控制工程研究所空间智能控制技术国家重点实验室北京100190

针对一类具有外部扰动的航天器控制系统,提出一种基于漏斗策略的高精度姿态控制方法,从而对整个跟踪控制轨迹进行规划,保证控制误差时刻满足设计需求,有效提升控制系统动态性能与品质.首先,对所提出姿态控制策略的跟踪性能进行理论分析... 详细信息

针对一类具有外部扰动的航天器控制系统,提出一种基于漏斗策略的高精度姿态控制方法,从而对整个跟踪控制轨迹进行规划,保证控制误差时刻满足设计需求,有效提升控制系统动态性能与品质.首先,对所提出姿态控制策略的跟踪性能进行理论分析,结果表明如果姿态控制误差初值位于根据性能需求设计的漏斗区域内,则在后续任意时刻跟踪误差将始终位于该动态性能漏斗中.在此基础上,考虑到实际工程应用中航天器系统控制信号的有界性需求,给出性能漏斗的优化设计方法,从而保证在输入幅值约束下控制系统的动态性能.最后通过数值仿真验证了所提出航天器姿态漏斗控制策略设计方法及理论分析结果的正确性和有效性.

关键词：航天器姿态跟踪控制漏斗控制策略预设误差性能输入幅值约束扩张状态观测器扰动抑制

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融合显隐式反馈的协同过滤推荐模型

控制与决策 2024年第3期39卷 1048-1056页

作者：欧朝荣胡军重庆邮电大学计算智能重庆市重点实验室重庆400065

融合显式和隐式反馈已被应用于提升推荐模型的性能,但是,现有的此类推荐模型未能保留显式反馈中反映用户偏好程度的信息,且现有研究认为拥有显式反馈的数据和仅拥有隐式反馈的数据对于模型具有同等影响,未能充分发挥显式反馈的优势.针... 详细信息

融合显式和隐式反馈已被应用于提升推荐模型的性能,但是,现有的此类推荐模型未能保留显式反馈中反映用户偏好程度的信息,且现有研究认为拥有显式反馈的数据和仅拥有隐式反馈的数据对于模型具有同等影响,未能充分发挥显式反馈的优势.针对这些问题,提出一种新的融合显式和隐式反馈的协同过滤推荐模型(CEICF).首先,所提出模型提取显式反馈中的特征得到用户/物品的全局偏好向量;然后,从隐式反馈中提取用户/物品的潜在向量,进而将两种向量进行融合得到用户/物品的偏好向量;最后,使用神经网络预测用户与物品交互的可能性.在训练模型时,定义一种加权的二进制交叉熵损失函数,加强显式反馈对模型的影响来增强模型捕获用户偏好的能力.为了验证所提出模型的有效性,在覆盖不同领域的现实数据集上进行实验,实验结果表明,CEICF可有效地融合显式和隐式反馈,且推荐效果相对于基线模型有显著提升.

关键词：信息过载个性化推荐协同过滤显式反馈隐式反馈神经网络

基于蓄能基站供能的光伏电站智能运维机器人设计

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太阳能 2024年第2期 64-75页

作者：孙龙军卢卫萍宋倩雯沈费琪吴梦南通理工学院南通226001 南通市智能控制与智能计算重点实验室南通226001

在全球传统能源紧缺的背景和碳达峰、碳中和目标的指引下,中国光伏行业获得迅速发展。而发展中存在的问题也突显出来,其中,光伏组件的清洁及探伤难题尤为突出。为解决这些难题,提出并设计了一种基于蓄能基站供能的光伏电站智能运维机器... 详细信息

在全球传统能源紧缺的背景和碳达峰、碳中和目标的指引下,中国光伏行业获得迅速发展。而发展中存在的问题也突显出来,其中,光伏组件的清洁及探伤难题尤为突出。为解决这些难题,提出并设计了一种基于蓄能基站供能的光伏电站智能运维机器人。该运维机器人由机器人主体结构、移动系统、清洁系统、探伤系统、供能系统5部分构成,其可利用红外热成像技术对光伏组件的热斑、隐裂等进行探测,并将数据传输至主控平台;同时,针对光伏组件清洁问题,利用高温蒸汽去除各类难以清除的污垢。经过验证发现,所设计的光伏电站智能运维机器人不仅达到了较好的清洗效果,且对光伏组件热斑、隐裂的探测基本达到了预期设计目标,具有良好的应用价值。

关键词：光伏电站运维机器人蒸汽清洗负压吸附红外热成像

面向阵列级同时同频收发的宽带自干扰空域抑制

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1951-1957页

作者：林朗赵宏志邵士海唐友喜电子科技大学通信抗干扰全国重点实验室成都611731 电磁空间认知与智能控制技术实验室北京100089

具备阵列级同时同频收发能力的多功能一体化平台,面临发射阵列对接收阵列的强自干扰问题。针对这一问题,该文设计了一种宽带自干扰空域抑制方法,构造了限制主波束增益损失条件下,最小化残余自干扰和噪声功率的非凸优化问题,提出了交替... 详细信息

具备阵列级同时同频收发能力的多功能一体化平台,面临发射阵列对接收阵列的强自干扰问题。针对这一问题,该文设计了一种宽带自干扰空域抑制方法,构造了限制主波束增益损失条件下,最小化残余自干扰和噪声功率的非凸优化问题,提出了交替迭代的优化算法联合求解发射和接收数字波束成形系数,从理论上分析了所提算法的自干扰抑制极限性能,并给出了所提算法的计算复杂度。分析和仿真结果表明,给定2.4 GHz工作频率,100 MHz带宽,主波束增益损失限制在3 dB时,收发各30阵元的相控阵列宽带自干扰空域抑制能力,即有效各向同性隔离度达到168 dB,距离自干扰抑制性能极限差距7 dB。

关键词：同时同频收发数字波束成形空域自干扰抑制

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神经网络类机理建模下的持续自学习控制

控制理论与应用 2024年第5期41卷 885-894页

作者：谭天乐张万超何永宁周恒杰上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109

针对未知、时变复杂动力学系统在基于模型的控制中的动态建模问题,本文采用前向全连接神经网络对动力学系统进行数据驱动下的非机理拟合建模.通过动态线性化和归一化/反归一化数据处理,基于前向传播算法,将神经网络的网络拓扑计算过程... 详细信息

针对未知、时变复杂动力学系统在基于模型的控制中的动态建模问题,本文采用前向全连接神经网络对动力学系统进行数据驱动下的非机理拟合建模.通过动态线性化和归一化/反归一化数据处理,基于前向传播算法,将神经网络的网络拓扑计算过程转化成动力学系统机理模型的同构等价表达形式.与基于模型的预测与反演控制相结合,提出了神经网络类机理建模下的持续自学习控制方法,探索了神经网络在动力学系统建模与控制中的可解释性问题.以机械臂为控制对象的仿真结果表明,神经网络类机理模型与机理模型在形式上同构,在参数上近似或等价,可用于控制系统控制品质的定性、定量分析.持续自学习控制对非线性未知、时变复杂系统具有较好的动态适应能力.

关键词：黑箱系统时变系统非机理建模神经网络建模同构等价表达模型预测与反演控制持续自学习控制机械臂控制

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乳腺近红外光谱断层成像系统研究进展

中国激光 2024年第9期51卷 143-159页

作者：魏承朴冯金超栗雅轩胡婷孙中华贾克斌李哲北京工业大学信息学部计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124 先进信息网络北京实验室北京100876

近红外光谱断层成像是一种可以获得乳腺组织内部光学特性,弥补传统乳腺影像学检查方法的不足,具有无创无辐射、高特异性等特性,在乳腺成像中有重要应用价值的光学成像技术。近红外光谱断层成像系统对该技术在乳腺疾病临床诊断中的应用... 详细信息

近红外光谱断层成像是一种可以获得乳腺组织内部光学特性,弥补传统乳腺影像学检查方法的不足,具有无创无辐射、高特异性等特性,在乳腺成像中有重要应用价值的光学成像技术。近红外光谱断层成像系统对该技术在乳腺疾病临床诊断中的应用起着重要的作用。然而,近红外光谱断层成像系统的空间分辨率低,限制了其在乳腺成像中的应用。将连续波模式与频域或时域测量模式相结合,并融合临床用的数字乳腺断层摄影、超声或核磁共振成像等技术有助于解决上述问题。先对近红外光谱断层成像系统的测量模式、多模态系统和多模态融合技术进行梳理、对比,然后介绍了该技术在乳腺成像中的最新应用,进一步讨论了乳腺近红外光谱断层成像系统未来的发展方向。

关键词：成像系统生物光学近红外光谱断层成像乳腺成像多模态

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基于环境反馈机制的四足机器人运动技能学习

控制与决策 2024年第5期39卷 1461-1468页

作者：张思远朱晓庆阮晓钢李春阳刘鑫源北京工业大学信息学部北京100124 北京计算智能与智能系统重点实验室北京100124

哺乳动物的运动学习机制已得到广泛研究,犬科动物可以根据环境反馈的引导性信息自主地学习运动技能,对其提供更为特定的训练引导可以加快其对相关任务的学习速度.受上述启发,在软演员-评论家算法(SAC)的基础上提出一种基于期望状态奖励... 详细信息

哺乳动物的运动学习机制已得到广泛研究,犬科动物可以根据环境反馈的引导性信息自主地学习运动技能,对其提供更为特定的训练引导可以加快其对相关任务的学习速度.受上述启发,在软演员-评论家算法(SAC)的基础上提出一种基于期望状态奖励引导的强化学习算法(DSG-SAC),利用环境中的状态反馈机制来引导四足机器人进行有效探索,可以提高四足机器人仿生步态学习效果,并提高训练效率.在该算法中,策略网络与评价网络先近似拟合期望状态观测与当前状态的误差,再经过当前状态的正反馈后输出评价函数与动作,使四足机器人朝着期望的方向动作.将所提出算法在四足机器人上进行验证,通过实验结果可知,所提出的算法能够完成四足机器人的仿生步态学习.进一步,设计消融实验来探讨超参数温度系数和折扣因子对算法的影响,实验结果表明,改进后的算法具有比单纯的SAC算法更加优越的性能.

关键词：强化学习四足机器人仿生步态学习环境探索状态反馈引导

基于PLS-SEM的航天器控制系统能力建模方法

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中国空间科学技术（中英文） 2024年第2期44卷 98-108页

作者：黄元魏春岭严晗郝仁剑北京控制工程研究所空间智能控制技术国家级重点实验室北京100190

为提升航天任务完成品质,航天器需根据任务及环境针对性调整自身能力,而对航天器控制系统高层次能力的定量刻画,即系统能力建模是实现上述调整的重要理论依据。针对一类航天器姿态控制系统,提出一种基于偏最小二乘-结构方程模型(partial... 详细信息

为提升航天任务完成品质,航天器需根据任务及环境针对性调整自身能力,而对航天器控制系统高层次能力的定量刻画,即系统能力建模是实现上述调整的重要理论依据。针对一类航天器姿态控制系统,提出一种基于偏最小二乘-结构方程模型(partial least square structural equation model,PLS-SEM)的航天器控制系统能力建模方法,实现对包括控制能力、观测能力等抽象能力的定量描述。首先,根据航天器闭环控制系统的结构要素,综合设计能力建模所需的指标类型,生成建模数据样本。在此基础上,设计并构建SEM框架下的能力变量体系,进而通过PLS算法完成模型路径、载荷、权重等关键参数的确定,并对所得PLS-SEM能力模型的结构方程与测量方程的有效性、可信性等分别进行评估。最终,根据航天器PLS-SEM能力模型对控制系统的各抽象能力进行定量描述与分析,验证本文所提出建模方法的可行性。

关键词：结构方程模型偏最小二乘方法航天器控制系统能力模型因子分析

仿鼠脑内嗅-海马-前额叶信息传递回路的空间导航方法

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 80-89页

作者：廖诣深于乃功北京工业大学信息学部计算智能与智能系统重点实验室北京100124

生理学研究发现,大鼠进行空间定位依赖内嗅—海马CA3结构中的网格细胞与位置细胞,而内嗅—海马结构与前额叶皮层之间的动态联系是导航的关键。基于此,本文提出一种仿鼠脑内嗅—海马—前额叶信息传递回路的空间导航方法,旨在为移动机器... 详细信息

生理学研究发现,大鼠进行空间定位依赖内嗅—海马CA3结构中的网格细胞与位置细胞,而内嗅—海马结构与前额叶皮层之间的动态联系是导航的关键。基于此,本文提出一种仿鼠脑内嗅—海马—前额叶信息传递回路的空间导航方法,旨在为移动机器人赋予强大的空间导航能力。在海马CA3—前额叶空间导航模型的基础上,本文构建以海马CA1区位置细胞为基本单元的动态自组织模型优化导航路径。随后通过海马CA3区位置细胞与前额叶皮层动作神经元将优化后的路径回馈至脉冲神经网络,提高模型收敛速度的同时还有助于建立导航习惯的长期记忆。为验证方法的有效性,本文分别设计了二维仿真实验和三维仿真平台的机器人实验。实验结果表明:本文方法不仅能够在导航效率、收敛速度等方面超越其他算法,而且对动态变化的导航任务具有较好的适应性。同时,本文方法还能够很好地应用在移动机器人平台上。

关键词：位置细胞动作神经元内嗅—海马前额叶空间导航