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基于深度强化学习的无人机虚拟管道视觉避障

自动化学报 2024年

作者：赵静裴子楠姜斌陆宁云赵斐陈树峰自动化学院人工智能学院南京邮电大学南京航空航天大学自动化学院浙江大学控制科学与工程学院北京计算机技术及应用研究所

针对虚拟管道下的无人机自主避障问题,提出一种基于视觉传感器的自主学习架构.通过引入新颖的奖励函数,设计了一种端到端的深度强化学习控制策略.融合卷积神经网络和循环神经网络的优点构建双网络,降低了网络复杂度，对无人机深度图像... 详细信息

针对虚拟管道下的无人机自主避障问题,提出一种基于视觉传感器的自主学习架构.通过引入新颖的奖励函数,设计了一种端到端的深度强化学习控制策略.融合卷积神经网络和循环神经网络的优点构建双网络,降低了网络复杂度，对无人机深度图像进行有效处理.进一步通过Airsim模拟器搭建三维实验环境,采用连续动作空间优化无人机飞行轨迹的平滑性.仿真结果表明,与现有的方法对比该模型在面对静态和动态障碍时,训练收敛速度快,平均奖励高,任务完成率分别增加9.4%和19.98%,有效实现无人机的精细化避障和自主安全导航.

关键词：自主避障深度强化学习虚拟管道无人机

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基于智能车的高还原度虚拟仿真实验平台设计

实验技术与管理 2023年第4期40卷 133-137,143页

作者：崔勇袁志鸿迟清凯董韶鹏姚楠郑建英胡庆雷北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学机械与控制工程国家级虚拟仿真实验教学中心北京100191

基于智能车的实验及竞赛培养了学生的实践能力和多学科综合能力,是高校培养新型人才的良好载体。为了解决相关线下实验周期长、设备不足、空间受限等问题,该文搭建了基于运动学仿真模型Coppeliasim和数学建模软件MATLAB的智能车虚拟仿... 详细信息

基于智能车的实验及竞赛培养了学生的实践能力和多学科综合能力,是高校培养新型人才的良好载体。为了解决相关线下实验周期长、设备不足、空间受限等问题,该文搭建了基于运动学仿真模型Coppeliasim和数学建模软件MATLAB的智能车虚拟仿真平台。该平台在高度还原线下课程实验场景的同时,其赛道的设计具有一定自由度,可同时满足不同能力学生的需求。此外,基于该平台开发的仿真实验激发了学生对智能车的兴趣爱好,提升了学生参与度,提高了学生的操作能力与创新思维能力,获得了良好的教学效果。

关键词：智能车虚拟仿真循迹控制高还原度数字图像处理

基于云实验平台的无线传感器网络实验教学探索

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实验技术与管理 2019年第9期36卷 161-163页

作者：崔勇张茜富立北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学机械与控制工程国家级虚拟仿真实验教学中心北京100191

无线传感器网络具有广阔的发展前景和重要的实用价值。为了培养符合技术发展需求的工程技术人才,改善传统实验教学中实验资源利用率低、维护成本高、受时空限制等问题,本文基于我校云实验平台设计了无线传感器网络实验课程。该课程的内... 详细信息

无线传感器网络具有广阔的发展前景和重要的实用价值。为了培养符合技术发展需求的工程技术人才,改善传统实验教学中实验资源利用率低、维护成本高、受时空限制等问题,本文基于我校云实验平台设计了无线传感器网络实验课程。该课程的内容设计及创新性的实验教学模式,在激发学生自主学习积极性、提高学生实践创新能力、提升实验课程质量等方面取得了良好的效果。

关键词：云平台无线传感器网络实验教学

多物理场虚拟仿真的现代检测技术实验课程探索

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实验室研究与探索 2019年第9期38卷 221-223页

作者：崔勇富立刘颖异王秋生北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学机械与控制工程国家级虚拟仿真实验教学中心北京100191

'双一流'和'新工科'建设对多学科的交叉融合提出了较高的要求。在北京航空航天大学现代检测技术实验研究生课程中,通过引入多物理场建模技术,设计并开发了多种类型的虚拟仿真实验。所设计的实验能够使得学生直观地从多个角度理解检测系... 详细信息

'双一流'和'新工科'建设对多学科的交叉融合提出了较高的要求。在北京航空航天大学现代检测技术实验研究生课程中,通过引入多物理场建模技术,设计并开发了多种类型的虚拟仿真实验。所设计的实验能够使得学生直观地从多个角度理解检测系统工作原理。同时,由于实验融合了材料学、电子学以及机械学等多学科背景知识,对于帮助学生建立多学科交叉融合的意识,养成在多学科空间观察、思考问题的习惯起到了重要作用。

关键词：多物理场微执行器电场传感器电晕电流传感器虚拟仿真

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基于驻极体的柔性纳米发电机实验设计

实验技术与管理 2020年第4期37卷 48-50,56页

作者：崔勇吴明李良亚富立北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学机械与控制工程国家级虚拟仿真实验教学中心北京100191

以纳米发电机为代表的自驱动能源具有广阔的应用前景。为了激发学生对这一前沿领域的兴趣,拓宽学生知识面,该文设计了基于驻极体材料的柔性纳米发电机实验,并对制备的纳米发电机的性能进行了表征和测试。所开发的实验,在提高学生科研素... 详细信息

以纳米发电机为代表的自驱动能源具有广阔的应用前景。为了激发学生对这一前沿领域的兴趣,拓宽学生知识面,该文设计了基于驻极体材料的柔性纳米发电机实验,并对制备的纳米发电机的性能进行了表征和测试。所开发的实验,在提高学生科研素养、增强学生工程实践能力与创新思维意识方面取得了良好效果。

关键词：驻极体纳米发电机教学实验

基于滑模观测器与径向基网络的电液位置伺服系统反步控制

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机电工程 2024年第3期41卷 465-474页

作者：卢彬陈明和南京机电职业技术学院机械工程系江苏南京211300 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对传统电液伺服系统中存在的未知扰动、非线性动态以及参数不确定性等共性问题,提出了一种基于滑模观测器和径向基函数(RBF)神经网络的反步控制(BC)方法。首先,构建了阀控缸系统三阶严反馈状态空间模型,并采用具有有限时间收敛特性的... 详细信息

针对传统电液伺服系统中存在的未知扰动、非线性动态以及参数不确定性等共性问题,提出了一种基于滑模观测器和径向基函数(RBF)神经网络的反步控制(BC)方法。首先,构建了阀控缸系统三阶严反馈状态空间模型,并采用具有有限时间收敛特性的滑模观测器,估计系统的未知速度状态和非匹配项集总扰动;然后,基于系统的严反馈模型和指令滤波技术,设计了反步控制器,利用径向基神经网络(RBFNN)补偿系统速度/扰动的估计误差、滤波偏差以及系统的匹配项扰动,并根据Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统跟踪误差的渐进有界收敛;最后,搭建了阀控缸电液控制系统实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法对多频率参考信号的跟踪性能。研究结果表明:该控制方法在传统PI控制器的基础上进一步改善了电液伺服系统的轨迹跟踪精度,实验跟踪误差最大值M e、跟踪误差平均值μ和跟踪误差均方值σ分别降低了66.7%、80%、83.3%;该滑模干扰观测器和RBF补偿器能够有效降低不确定性扰动的影响。

关键词：电液伺服系统位置跟踪性能径向基函数径向基神经网络反步控制滑模观测器 Lyapunov

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考虑空间碎片质量的多碎片清理任务规划方法

北京航空航天大学学报 2024年

作者：郭甲张海博庞兆君杜忠华北京控制工程研究所南京理工大学机械工程学院

在解决多碎片主动清理问题时，现有基于时间依赖型旅行商问题的决策框架仅对空间碎片清理序列和转移时间进行优化，优化效果有限。本文依据多碎片主动清理任务特点，将空间碎片质量加入决策需考虑的因素，并将空间碎片释放时机引入决策... 详细信息

在解决多碎片主动清理问题时，现有基于时间依赖型旅行商问题的决策框架仅对空间碎片清理序列和转移时间进行优化，优化效果有限。本文依据多碎片主动清理任务特点，将空间碎片质量加入决策需考虑的因素，并将空间碎片释放时机引入决策框架，从而实现转移次数和平台负载的平衡，以此实现更深层次的优化。设计了适用于漂移轨道转移方法的聚类算法，用以从大规模碎片池中选出适宜作为任务目标的空间碎片，实现了挑选碎片和任务方案优化的解耦，降低了计算量。参考铱星-33碎片云的轨道信息，设置了固定碎片质量的仿真试验以及模拟现实中空间碎片质量不定的仿真试验。结果表明聚类算法可以选出轨道相近、利于转移的目标。本文提出的决策框架得到的解相较于传统决策框架得到的解获得了更优的指标，通过分批捕获空间碎片可以进一步降低任务成本。

关键词：空间碎片任务规划遗传算法聚类分析多目标优化

使用质心规划的四足机器人爬行步态优化控制方法

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制造业自动化 2024年第5期46卷 8-17页

作者：金泽凡于宪元李习辉马洪涛韩晓建北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 北航歌尔(潍坊)智能机器人有限公司山东潍坊261000

在四足机器人爬行步态中,由于在同一时刻有三条腿处于支撑相,步频较低、质心的位置波动较大,且控制系统实时计算量庞大。单独使用虚拟模型控制(VMC)或模型预测控制(MPC)方法对四足机器人的爬行步态(WALK)的控制效果欠佳,针对四足机器人... 详细信息

在四足机器人爬行步态中,由于在同一时刻有三条腿处于支撑相,步频较低、质心的位置波动较大,且控制系统实时计算量庞大。单独使用虚拟模型控制(VMC)或模型预测控制(MPC)方法对四足机器人的爬行步态(WALK)的控制效果欠佳,针对四足机器人的爬行步态提出了一种新的控制方案。首先使用基于二次优化的VMC进行机器人的足底支反力计算,构建机器人基本的运动控制模型,然后根据爬行步态的特点,对机器人的质心进行了基于MPC的轨迹规划,并将规划结果送入VMC求解器中迭代求解,从而得到机身期望的姿态和足底力。在仿真模型中检验后将此控制算法应用于物理样机进行试验。实验结果表明,该控制方案大幅度提高了四足机器人爬行步态的稳定性、减少了控制系统实时计算时间。

关键词：四足机器人爬行步态虚拟模型控制模型预测控制

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基于虚拟仪器的导航控制实验教学平台设计

教育教学论坛 2017年第48期 277-278页

作者：王玲玲富立北京航空航天大学国家级机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心北京100191

为了丰富导航专业课程设计和综合实验的教学内容,设计了导航控制一体化的单旋翼飞行器综合实验教学平台,并采用虚拟仪器搭建了该实验教学平台的数据分析和导航控制程序。基于该实验教学平台新增了嵌入式导航算法设计、PID和抗扰动控制... 详细信息

为了丰富导航专业课程设计和综合实验的教学内容,设计了导航控制一体化的单旋翼飞行器综合实验教学平台,并采用虚拟仪器搭建了该实验教学平台的数据分析和导航控制程序。基于该实验教学平台新增了嵌入式导航算法设计、PID和抗扰动控制算法比较等实验教学内容,取得了较好的教学效果。

关键词：虚拟仪器导航控制实验平台综合实验