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基于前馈非线性模型预测控制的类车机器人路径跟踪

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工程科学学报 2025年第1期47卷 101-112页

作者：伊力夏提·伊力哈木江孟宇白国星顾青王国栋常鑫睿黄建秀郑燕北京科技大学机械工程学院北京100083 北京科技大学顺德创新学院顺德528399 中国移动通信集团内蒙古有限公司呼和浩特010020

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误... 详细信息

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误差、类车机器人的前轮转角和前轮转角速度出现剧烈振荡现象.针对前述问题,本文基于非线性模型预测控制(Nonlinear model predictive control,NMPC)的滚动优化原理,引入基于逆运动学模型的前馈转角信息,将前轮转向角作为预测模型的第四维,提出了一种基于前馈非线性模型预测控制(Feedforward NMPC,FNMPC)的类车机器人路径跟踪控制算法.并通过Simulink和CarSim进行了联合仿真,结果表明FNMPC有效减小了模型失配导致的振荡现象,同时具有较高的跟踪精度.其中前馈非线性模型预测控制器的位移误差幅值不超过0.1106 m,航向误差幅值不超过0.1253 rad.在相同工况下,线性模型预测控制、前馈线性模型预测控制、纯跟踪控制和Stanley控制误差发散,而本文提出的FNMPC相比已有NMPC跟踪精度更高,且控制增量绝对累计值相比NMPC控制器减小67.53%.通过线控类车机器人底盘作为实验平台完成的测试结果表明,NMPC系统在进入弯道时出现控制失控现象,在相同工况下,FNMPC系统能够有效完成对参考路径的跟踪,同时将位移误差幅值控制在0.1624 m以内,航向误差幅值控制在0.1138 rad以内.

关键词：类车机器人路径跟踪前馈信息模型预测控制平顺性

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光电目标反猫眼探测技术效能评价系统

光学精密工程 2019年第5期27卷 1033-1038页

作者：刘洋夏润秋吕勇北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院

为了对'反猫眼探测'技术的效能进行量化及客观评价,本文提出一种基于目标回波图像处理的'反猫眼探测'效能评价技术,利用计算窗内图像质心变化作为目标可探测性判据,通过对'反猫眼探测'技术改进前后的目标进行对比实验,对其最大可探测距... 详细信息

为了对'反猫眼探测'技术的效能进行量化及客观评价,本文提出一种基于目标回波图像处理的'反猫眼探测'效能评价技术,利用计算窗内图像质心变化作为目标可探测性判据,通过对'反猫眼探测'技术改进前后的目标进行对比实验,对其最大可探测距离及相同探测距离上最小照明激光功率的等效能评价参数进行了相对测量,实现对'反猫眼技术'效能的量化评价。对评价系统的原理进行分析、设计了原理样机并以'反猫眼探测'技术改进前后的瞄准镜作为目标进行了外场实验。实验结果表明,当测试距离由500m变为1km时,最小照明功率的下降率变化1.5%;当照明激光功率由500mW变为300mW时,最大探测距离增加率变化1.8%。由此证明本文所提出评价方法在不同实验条件下所得出结果一致性较好,可客观、准确地反映'反猫眼探测'技术的效能,从而为相关领域研究提供支持。

关键词：主动光电探测反猫眼探测回波图像图像质心

Dy3+掺杂YNbO4微晶粉末发光特性（英文）

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发光学报 2019年第6期40卷 758-765页

作者：牛春晖朱婷郎晓萍北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院

采用高温固相法在1 300℃煅烧2小时制备了不同浓度Dy3+离子掺杂的YNbO4微晶粉末,测量了样品的X射线衍射谱,结果表明生成了纯相YNbO4微晶结构。采用漫反射积分球和光纤光谱仪测量了样品吸收谱,并通过Judd-Ofelt理论计算了Dy3+掺杂YNbO4... 详细信息

采用高温固相法在1 300℃煅烧2小时制备了不同浓度Dy3+离子掺杂的YNbO4微晶粉末,测量了样品的X射线衍射谱,结果表明生成了纯相YNbO4微晶结构。采用漫反射积分球和光纤光谱仪测量了样品吸收谱,并通过Judd-Ofelt理论计算了Dy3+掺杂YNbO4微晶粉末样品的光谱强度参数Ω2、Ω4、Ω6,以及实验和理论振子强度。测量了监测波长为577 nm的样品激发谱,结果表明在260 nm处有一个强激发峰,其主要由YNbO4晶格吸收产生,在其他波段还有几个较强激发峰,主要归因于Dy3+离子的4f-4f跃迁。测量了270 nm和360 nm波长激发下的发射谱,观察到了相似的发射峰分布。通过不同Dy3+掺杂浓度样品发射峰比较,发现了浓度猝灭效应。根据能量传递理论分析表明,Dy3+离子的浓度猝灭属于电偶极-电偶极相互作用。最后,计算了样品的CIE色坐标,发现最接近于白光区域的色坐标为(0.219, 0.166)。

关键词： YNbO4 Judd-Ofelt理论 CIE色坐标电偶极-电偶极相互作用

BaGd2ZnO5∶Sm3+微晶粉末发光特性及其Judd-Ofelt分析

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发光学报 2019年第8期40卷 961-968页

作者：朱婷牛春晖北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院

使用常规固相法制备了不同Sm^3+掺杂浓度的BaGd2ZnO5∶Sm^3+的微晶粉末。通过X射线衍射图分析确认所有产物均为纯相BaGd2ZnO5。采用积分球测量微晶粉末的漫反射谱并计算得到其吸收谱,通过吸收谱采用Judd-Ofelt理论计算得到样品的谱线强... 详细信息

使用常规固相法制备了不同Sm^3+掺杂浓度的BaGd2ZnO5∶Sm^3+的微晶粉末。通过X射线衍射图分析确认所有产物均为纯相BaGd2ZnO5。采用积分球测量微晶粉末的漫反射谱并计算得到其吸收谱,通过吸收谱采用Judd-Ofelt理论计算得到样品的谱线强度参数Ωλ(λ=2,4,6),从而计算出理论振子强度和实验振子强度,其偏差为δrms=1.26×10^-7。计算了Sm^3+的各个能级跃迁的电偶极矩跃迁几率、磁偶极矩跃迁几率、跃迁分支比及能级寿命参数。发现4G5/2能级的寿命较长,为4.82ms,可用作激光发生过程的上能级;4G5/2到6H9/2和4G5/2到6H7/2的跃迁几率和跃迁分支比明显高于其他跃迁,对应于Sm^3+发射光谱中610nm和660nm处两个强发射峰。测量了发射波长为610nm的激发光谱,发现了由于Sm^3+的4f-4f跃迁引起的6个激发峰。另外,测量了410nm激发下的发射光谱,发现分别在570,610,660nm处的强发射峰。通过研究3个强发射峰处的发光强度随Sm^3+的掺杂浓度变化,发现了Sm^3+发光的浓度猝灭现象。根据能量转移理论的分析结果表明,Sm^3+离子中的浓度猝灭机制属于偶极-偶极相互作用。CIE颜色坐标的计算结果表明,5个样品的所有坐标都位于橙红区域。

关键词： BaGd2ZnO5 Judd-Ofelt理论吸收光谱 CIE坐标

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卡尔曼滤波单目相机运动目标定位研究

仪器仪表学报 2018年第8期39卷 220-229页

作者：燕必希朱立夫董明利孙鹏王君北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院

单目相机运动目标定位是视觉跟踪的基本任务之一,视觉传感器对目标点位置的获取至关重要。根据单目相机针孔模型,将运动目标图像二维坐标,通过几何关系映射为相机坐标系的三维坐标。标定相机高度和旋转参数,在此基础上求得目标位置坐标... 详细信息

单目相机运动目标定位是视觉跟踪的基本任务之一,视觉传感器对目标点位置的获取至关重要。根据单目相机针孔模型,将运动目标图像二维坐标,通过几何关系映射为相机坐标系的三维坐标。标定相机高度和旋转参数,在此基础上求得目标位置坐标。当运动目标被遮挡时,以匀变速运动为模型,根据先前位置信息确定加速度和速度,并对加速度进行自适应更新,建立运动目标状态方程,利用卡尔曼滤波算法预测目标位置。以预估位置代替真实位置,继续估计后续运动状态,在预估位置搜索运动目标,实现运动目标遮挡定位跟踪。实验结果表明,该定位方法具有可行性,当运动目标发生遮挡时,能够完成对目标的定位和跟踪。

关键词：单目相机运动目标定位目标遮挡卡尔曼滤波状态更新状态估计