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奇异值分解下在线鲁棒正则化随机网络

控制理论与应用 2024年第3期41卷 407-415页

作者：于洋邓瑞余刚庞新富沈阳航空航天大学自动化学院辽宁沈阳110000 矿冶过程自动控制技术国家重点实验室北京100160 矿冶自动控制技术北京市重点实验室北京100160 沈阳工程学院自动化学院辽宁沈阳110000

在线鲁棒随机权神经网络(OR-RVFLN)具有较好的逼近性、较快的收敛速度、较高的鲁棒性能以及较小的存储空间.但是,OR-RVFLN算法计算过程中会产生矩阵的不适定问题,使得隐含层输出矩阵的精度较低.针对这个问题,本文提出了奇异值分解下在... 详细信息

在线鲁棒随机权神经网络(OR-RVFLN)具有较好的逼近性、较快的收敛速度、较高的鲁棒性能以及较小的存储空间.但是,OR-RVFLN算法计算过程中会产生矩阵的不适定问题,使得隐含层输出矩阵的精度较低.针对这个问题,本文提出了奇异值分解下在线鲁棒正则化随机网络(SVD-OR-RRVFLN).该算法在OR-RVFLN算法的基础上,将正则化项引入到权值的估计中,并且对隐含层输出矩阵进行奇异值分解;同时采用核密度估计(KDE)法,对整个SVD-OR-RRVFLN网络的权值矩阵进行更新,并分析了所提算法的必要性和收敛性.最后,将所提的方法应用于Benchmark数据集和磨矿粒度的指标预测中,实验结果证实了该算法不仅可以有效地提高模型的预测精度和鲁棒性能,而且具有更快的训练速度.

关键词：随机权神经网络正则化奇异值分解磨矿过程磨矿粒度

大长径比远程制导火箭弹自适应Super-twisting控制方法

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中国惯性技术学报 2024年第2期32卷 196-204,212页

作者：范军芳闫华杰纪毅唐文桃赵国宁北京信息科技大学自动化学院北京100192 高动态导航技术北京市重点实验室北京100192 北京自动控制研究所北京100074

针对具有轻质薄壳结构的大长径比远程制导火箭弹刚体-弹性体耦合动力学控制难题,提出了一种自适应Super-twisting控制方法。首先,将大长径比远程制导火箭弹的弹性模态与外部干扰项视为归一化扰动,建立了考虑参数、模型不确定性的刚体-... 详细信息

针对具有轻质薄壳结构的大长径比远程制导火箭弹刚体-弹性体耦合动力学控制难题,提出了一种自适应Super-twisting控制方法。首先,将大长径比远程制导火箭弹的弹性模态与外部干扰项视为归一化扰动,建立了考虑参数、模型不确定性的刚体-弹性体耦合动力学模型。针对外部扰动难以实时精准获取的问题,设计了有限时间收敛干扰观测器,能够在大范围气动参数摄动情形下对远程制导火箭弹外部扰动进行实时精准估计。为提高系统鲁棒性,设计了基于Super-twisting算法的自适应有限时间控制方法,使系统能根据状态误差自动调节控制参数,在削弱高频抖振的同时有效提高抗干扰能力。仿真结果表明:所提控制方法在弹体±15%气动参数摄动的条件下,由平飞状态转变为跟踪幅值为10的正弦弹道倾角指令时,实现3.2 s内弹道倾角跟踪误差收敛至0.002°,可实现远程制导火箭弹姿态平稳跟踪控制弹道倾角指令。

关键词：远程制导火箭弹弹性效应自适应Super-twisting 有限时间收敛扰动观测器

LDPC编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法

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兵工学报 2024年第4期45卷 1168-1175页

作者：李佳宣丁旭辉杨凯代计博卜祥元安建平北京理工大学信息与电子学院北京100081 北京理工大学网络空间安全学院北京100081 北京航天自动控制研究所宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854

信道频率选择性衰落较强的环境下,传统正交频分复用非盲信道估计与均衡方法的系统误码性能较差,且需要在信号中增加导频符号的插入,降低系统吞吐量。针对上述问题,提出一种低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)编码辅助的判... 详细信息

信道频率选择性衰落较强的环境下,传统正交频分复用非盲信道估计与均衡方法的系统误码性能较差,且需要在信号中增加导频符号的插入,降低系统吞吐量。针对上述问题,提出一种低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法。将LDPC编码增益引入判决反馈回路中,以提升收敛性,在插入极少导频符号的条件下达到渐进非盲信道估计与均衡方法的性能。另外提出一种基于条件最大似然原则的信道估计改进算法,以恒虚警原则检测有效抽头信号以提高信道估计精度,并且能够与判决反馈信道估计与均衡方法相结合,进一步提升算法性能。仿真结果表明,在仿真所选用的信道环境下,LDPC编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法相比传统判决反馈方法具有11~13 dB的误码性能提升,具有优秀的系统误码性能和鲁棒性。

关键词：正交频分复用多径信道信道估计与均衡判决反馈条件最大似然估计

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由概念到实践:“大概念”教学的本质属性及实践路径

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中国教育学刊 2024年第7期 22-27,33页

作者：徐扬北京教育学院教研室北京100022

纵观世界各国学科教育领域的改革、探索及实践,都旨在培养以素养为导向的未来学习者,并以此作为奋斗目标,帮助学习者应对未来社会持续不断的挑战。近年来,伴随着人们对于其他学科领域的认知,“大概念”教学作为一类科学的教学方式,能够... 详细信息

纵观世界各国学科教育领域的改革、探索及实践,都旨在培养以素养为导向的未来学习者,并以此作为奋斗目标,帮助学习者应对未来社会持续不断的挑战。近年来,伴随着人们对于其他学科领域的认知,“大概念”教学作为一类科学的教学方式,能够帮助学习者获得整合信息的“聚合器”、形成知识体系的脚手架以及产生元认知的驱动力。同时以学习环境为载体,以元认知为内在动力的实践路径,也能够有效地促进学习者思维结构体系的发展,落实核心素养。

关键词：大概念教学大概念:元认知概念本位教学学习科学

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一种光学陀螺随机误差在线补偿方法

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1614-1619页

作者：卢克文王新龙王彬丁小昆胡晓东北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京控制与电子技术研究所北京100038 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065

光学陀螺随机误差在线补偿方法通常先离线建立随机误差模型,再利用Kalman滤波在线补偿随机误差。受陀螺仪自身性能稳定性以及外界环境的影响,离线建立的随机误差模型应用于在线补偿时会出现偏差;外界环境变化导致量测噪声统计特性具有... 详细信息

光学陀螺随机误差在线补偿方法通常先离线建立随机误差模型,再利用Kalman滤波在线补偿随机误差。受陀螺仪自身性能稳定性以及外界环境的影响,离线建立的随机误差模型应用于在线补偿时会出现偏差;外界环境变化导致量测噪声统计特性具有时变性,不满足Kalman滤波必须已知噪声先验统计的要求,这2个因素均会降低随机误差的在线估计精度。提出一种基于自适应滤波的随机误差在线补偿方法。通过引入虚拟噪声,将随机误差模型偏差的影响归结为时变虚拟系统噪声;进而利用渐消记忆时变噪声估值器,对虚拟系统噪声和量测噪声的统计特性进行估计与修正,消除随机误差模型偏差及量测噪声时变的影响。试验结果表明,所提方法可以实现对随机误差的高精度在线补偿,具有一定工程应用价值。

关键词：随机误差在线补偿模型偏差时变噪声自适应滤波

压滤过程中煤泥滤饼结构演化规律及组合药剂优化机理

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1611-1624页

作者：马晓敏孙筱淞董宪姝樊玉萍常明太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 矿冶过程智能优化制造全国重点实验室北京100160 矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室北京100160

煤泥滤饼结构对脱水效果有重要影响,采用自制加压脱水装置及CT扫描等方法研究了压滤脱水过程中滤饼结构特性及其演化规律。将压滤过程修正为4个阶段,其中滤饼脱水阶段主要脱去滤饼内部水分,此阶段滤饼孔隙结构越发达则压滤脱水效果越好... 详细信息

煤泥滤饼结构对脱水效果有重要影响,采用自制加压脱水装置及CT扫描等方法研究了压滤脱水过程中滤饼结构特性及其演化规律。将压滤过程修正为4个阶段,其中滤饼脱水阶段主要脱去滤饼内部水分,此阶段滤饼孔隙结构越发达则压滤脱水效果越好;滤饼压缩阶段主要对滤饼进行最后压缩,此阶段滤饼可压缩性越高,滤饼最终的孔隙率和含水量就越低。并采用聚合硫酸铁(PFS)和α-半水石膏(α-HH)对煤泥进行助滤实验。从煤泥颗粒絮团结构、滤饼物相组成、滤饼三维结构等多方面分析了助滤机理。结果表明:PFS和α-HH联合使用显著提升了煤泥的过滤效果,通过中心组合设计(CCD),确定了2者最佳药剂量为1711.44 g/t和48.33 mg/g。在最佳条件下,滤饼含水量降低至16.97%,过滤速度提高至145.89 mL/(s·m^(2))。α-HH的加入使滤液Zeta电位的绝对值降低到1.45 mV,从而降低了煤泥颗粒之间的静电排斥力,增强了PFS的絮凝效果,使絮状物的弦长增加到71~171μm。同时在PFS体系中,α-HH的水化反应被加速,形成大量二水石膏晶体,在煤泥絮体中形成交织的骨架,发挥了骨架构建体的作用,使煤泥压滤脱水指数(I_(CD))提升至176.30,增强了滤饼强度,使压滤过程中煤泥滤饼孔隙率从12.14%提高到14.39%,提高了煤泥滤饼的孔隙配位数及连通性从而提高了过滤效果。

关键词：煤泥脱水滤饼结构压滤过程 CT 骨架构建体

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基于空间目标异步观测的惯导误差快速确定

中国惯性技术学报 2024年第1期32卷 16-26页

作者：杨静王栋熊凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室北京100094

针对惯性/天文组合导航系统中大的初始状态误差影响惯导误差收敛速度的问题,在星相机观测具有先验位置信息的有限空间目标的辅助下,提出一种基于目标-恒星角距异步测量的惯导误差在线快速确定方法。首先,在星相机光轴旋转角度和视场角... 详细信息

针对惯性/天文组合导航系统中大的初始状态误差影响惯导误差收敛速度的问题,在星相机观测具有先验位置信息的有限空间目标的辅助下,提出一种基于目标-恒星角距异步测量的惯导误差在线快速确定方法。首先,在星相机光轴旋转角度和视场角大小受限的情况下,设计了通过异步照相观测方式获取有效空间目标参考信息的方案;其次,在利用惯导误差状态传播模型实现异步测量信息同步处理的基础上,构建基于空间目标与恒星之间角距的非线性最小二乘优化模型,避免了星相机的光轴扰动和安装误差对测量精度的影响;最后,基于高斯牛顿法设计了两轮迭代优化估计惯导位置误差和速度误差的方法。蒙特卡洛仿真结果表明,所提方法利用对空间目标和恒星的有限观测信息,可以有效估计惯导位置误差和速度误差,在初始位置误差约十千米量级的情况下,可以估计补偿约97.73%的位置误差以及66.25%的速度误差,优化求解误差参数的计算耗时为0.0160 s。

关键词：天文导航异步观测非线性最小二乘高斯牛顿法

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基于自适应UKF的卫星星座自主导航方法

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2655-2666页

作者：王栋杨静熊凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室北京100094

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,... 详细信息

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,该方法结合奇异值分解和比例修正的采样策略,解决了应用UKF时易出现状态误差方差阵丧失正定性而导致的Cholesky分解无法进行的问题。通过在低轨区域星座和中轨全球星座上的仿真实验,验证了该算法在提高滤波精度以及改善状态估计置信度方面的有效性,所提算法的定轨精度优于EKF算法、自适应EKF算法以及基于对称采样策略的UKF算法。采用CRLB分析法对导航算法的估计性能进行了分析验证。

关键词：星座自主导航 EKF UKF 自适应滤波 CRLB

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星球车自主路径规划方法

工程科学学报 2024年第11期46卷 2063-2075页

作者：张浩杰姜峰刘传凯张作宇李擎北京科技大学自动化学院北京100083 北京航天飞行控制中心航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

自主路径规划是星球车执行地外星球探测任务的一项核心技术,有助于星球车安全、高效地运动到任务点.然而,由于地外星球环境的特殊性、星球车与地面控制站之间的通信时延和通信带宽限制,星球车的自主路径规划与地面移动机器人的相应技术... 详细信息

自主路径规划是星球车执行地外星球探测任务的一项核心技术,有助于星球车安全、高效地运动到任务点.然而,由于地外星球环境的特殊性、星球车与地面控制站之间的通信时延和通信带宽限制,星球车的自主路径规划与地面移动机器人的相应技术相比面临更大的挑战性,比如光照有限、地形未知且难以预测、环境特征单一和轮地交互难以精确建模等.因此,在存在不完全的环境信息和不确定的位置信息的情况下,如何为星球车生成一条安全、高效、合理的可通行路径是当前的研究热点.从研究进展和工程应用两个角度分析梳理星球车感知地图构建和自主路径规划等关键技术的进展.首先,总结了基于双目视觉的感知地图构建方法的研究进展,这种方法根据双目视觉信息获取视差图,从而构建星球表面数字高程地图模型.在获取视差图时通常采用立体匹配算法,对基于区域的匹配算法和基于特征的匹配算法两类主流方法进行了分析.其次,将现有的星球车自主路径规划方法总结为基于代价评估的路径规划方法与基于机器学习的路径规划方法两类,重点概括总结了基于备选弧的自主路径规划方法原理及其在已发射星球车路径规划中的迭代应用情况.分类分析了基于A*启发式搜寻算法、快速随机探索树算法和快速行进法的自主路径规划方法在星球车上的应用前景.将机器学习在星球车自主路径规划中的应用分为端到端路径规划方法与基于机器学习的辅助路径规划方法两类进行总结梳理.最后,基于对星球车自主路径规划的关键技术分析,从增强星球车感知能力、改进备选弧、减小星球车滑移、结合多种路径规划方法以及加强机器学习的应用五个方面对未来星球车自主路径规划方法的研究方向进行了探讨和展望.

关键词：地外星球探测星球车自主路径规划双目视觉感知地图机器学习