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基于事件触发的离散MIMO系统自适应评判容错控制

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自动化学报 2022年第5期48卷 1234-1245页

作者：王敏黄龙旺杨辰光华南理工大学自动化科学与工程学院广州510641

本文针对具有执行器故障的一类离散非线性多输入多输出(Multi-input multi-output,MIMO)系统,提出了一种基于事件触发的自适应评判容错控制方案.该控制方案包括评价和执行网络.在评价网络里,为了缓解现有的非光滑二值效用函数可能引起... 详细信息

本文针对具有执行器故障的一类离散非线性多输入多输出(Multi-input multi-output,MIMO)系统,提出了一种基于事件触发的自适应评判容错控制方案.该控制方案包括评价和执行网络.在评价网络里,为了缓解现有的非光滑二值效用函数可能引起的执行网络跳变问题,利用高斯函数构建了一个光滑的效用函数,并采用评价网络近似最优性能指标函数.在执行网络里,通过变量替换将系统状态的将来信息转化成关于系统当前状态的函数,并结合事件触发机制设计了最优跟踪控制器.该控制器引入了动态补偿项,不仅能够抑制执行器故障对系统性能的影响,而且能够改善系统的控制性能.稳定性分析表明所有信号最终一致有界且跟踪误差收敛于原点的有界小邻域内.数值系统和实际系统的仿真结果验证了该方案的有效性.

关键词：事件触发控制自适应评判设计神经网络离散非线性系统

辅助谐振变换极逆变器的中点电压稳定控制策略

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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第3期51卷 124-132,145页

作者：王孝洪黄珊周鑫东华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640

辅助谐振变换极逆变器(ARCP)在高频大功率领域具有高效率和低损耗的优势。然而实际应用中,中点电压偏移问题会使ARCP软开关失败率增加。文中针对ARCP母线分压电容中点电压偏移以及中点电压偏移导致的主开关管零电压开通失败的问题,提出... 详细信息

辅助谐振变换极逆变器(ARCP)在高频大功率领域具有高效率和低损耗的优势。然而实际应用中,中点电压偏移问题会使ARCP软开关失败率增加。文中针对ARCP母线分压电容中点电压偏移以及中点电压偏移导致的主开关管零电压开通失败的问题,提出了一种中点电压自抗扰控制策略。分析了母线电容等效串联电阻(ESR)对中点电压和交流侧电压的影响,建立了可变时序控制模式下包含母线电容ESR的中点电压模型。在此基础上设计了中点电压自抗扰控制器,利用辅助管控制过充电调节时间,实现了三相辅助支路谐振电感电流平衡,达到了中点电压稳定、主开关管零电压开通和提高逆变器效率的目标。与PI控制模式下97.0%的逆变器效率相比,自抗扰控制模式在最大功率下可达97.5%的逆变器效率。该控制策略无需改变电路结构,易于实现。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：辅助谐振变换极逆变器自抗扰控制中点电压软开关

基于实例分割的番茄串视觉定位与采摘姿态估算方法

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农业机械学报 2023年第10期54卷 205-215页

作者：张勤庞月生李彬华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641 华南理工大学自动化科学与工程学院广州510641

准确识别定位采摘点,根据果梗方向,确定合适的采摘姿态,是机器人实现高效、无损采摘的关键。由于番茄串的采摘背景复杂,果实颜色、形状各异,果梗姿态多样,叶子藤枝干扰等因素,降低了采摘点识别准确率和采摘成功率。针对这个问题,考虑番... 详细信息

准确识别定位采摘点,根据果梗方向,确定合适的采摘姿态,是机器人实现高效、无损采摘的关键。由于番茄串的采摘背景复杂,果实颜色、形状各异,果梗姿态多样,叶子藤枝干扰等因素,降低了采摘点识别准确率和采摘成功率。针对这个问题,考虑番茄串生长特性,提出基于实例分割的番茄串视觉定位与采摘姿态估算方法。首先基于YOLACT实例分割算法的实例特征标准化和掩膜评分机制,保证番茄串和果梗感兴趣区域(Region of interest,ROI)、掩膜质量和可靠性,实现果梗粗分割;通过果梗掩膜信息和ROI位置关系匹配可采摘果梗,基于细化算法、膨胀操作和果梗形态特征实现果梗精细分割;再通过果梗深度信息填补法与深度信息融合,精确定位采摘点坐标。然后利用果梗几何特征、八邻域端点检测算法识别果梗关键点预测果梗姿态,并根据果梗姿态确定适合采摘的末端执行器姿态,引导机械臂完成采摘。研究和大量现场试验结果表明,提出的方法在复杂采摘环境中具有较高的定位精度和稳定性,对4个品种的番茄串采摘点平均识别成功率为98.07%,图像分辨率为1280像素×720像素时算法处理速率达到21 f/s,采摘点图像坐标最大定位误差为3像素,深度误差±4 mm,成功定位采摘点后采摘成功率为98.15%。与现有的同类方法相比,采摘点图像坐标定位精度提高76.80个百分点,采摘成功率提高15.17个百分点,采摘效率提高31.18个百分点,满足非结构化种植环境中番茄串采摘需求。

关键词：番茄串机器人实例分割视觉定位采摘姿态预测

基于障碍Lyapunov函数的未知控制方向非线性系统的约束鲁棒输出调节

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控制理论与应用 2023年第9期40卷 1696-1701页

作者：孙伟杰乔雨晨彭云建华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640

本文研究一类不确定非线性系统的约束鲁棒输出调节问题.在具有未知控制输入方向的情况下,要求被控非线性系统的受控输出在趋近于零的同时,被限制在给定的范围内.文章结合障碍Lyapunov函数和Nussbaum增益技术,进行反馈控制器的设计.通过M... 详细信息

本文研究一类不确定非线性系统的约束鲁棒输出调节问题.在具有未知控制输入方向的情况下,要求被控非线性系统的受控输出在趋近于零的同时,被限制在给定的范围内.文章结合障碍Lyapunov函数和Nussbaum增益技术,进行反馈控制器的设计.通过MATLAB仿真验证了控制算法的合理性.同时,与基于二次型Lyapunov函数设计的仿真结果进行对比,表明了控制算法的有效性.

关键词：输出调节 Lyapunov函数输出受限控制方向未知内模原理

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具有柔性特性的机电伺服系统辨识

控制理论与应用 2023年第4期40卷 663-672页

作者：闻成谭敏哲卢洁莹苏为洲华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640

机电伺服系统中的柔性谐振特性是限制系统性能的关键要素,准确地描述柔性特性对于抑制谐振和提升伺服性能有重要意义.本文采用伪随机序列作为辨识激励,将脉冲响应相关性辨识和特征系统实现算法相结合,提出了一套集实验设计、模型计算、... 详细信息

机电伺服系统中的柔性谐振特性是限制系统性能的关键要素,准确地描述柔性特性对于抑制谐振和提升伺服性能有重要意义.本文采用伪随机序列作为辨识激励,将脉冲响应相关性辨识和特征系统实现算法相结合,提出了一套集实验设计、模型计算、模型验证于一体的系统辨识方案;该辨识方案适用于机电伺服系统的辨识任务,且能够有效识别系统的柔性模态.本文以某大口径射电望远镜天线设备为应用实例,详细介绍了本文所述辨识方案的实施细节,得到了此天线伺服系统的模型.为了评价所得模型的质量,分别从频域和时域对比了本文方法、最小二乘和子空间方法所得模型与实测数据的拟合情况;结果表明,相比其他两种辨识方法,本文方法获取的模型对柔性谐振的辨识更加准确.

关键词：系统辨识机电伺服柔性模型伪随机序列

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伺服系统弹性负载的闭环辨识方法

控制理论与应用 2023年第3期40卷 468-476页

作者：郑立楷吴玉香王孝洪黄淇松华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640

为有效解决机械谐振问题,伺服系统弹性负载的辨识是非常关键的步骤.本文以工业中最常见的双惯量系统作为辨识对象设计闭环辨识方法,使用伪随机二进制序列作为激励并采集电机电流转速信号.在此基础上,使用最小二乘法拟合系统的自回归移... 详细信息

为有效解决机械谐振问题,伺服系统弹性负载的辨识是非常关键的步骤.本文以工业中最常见的双惯量系统作为辨识对象设计闭环辨识方法,使用伪随机二进制序列作为激励并采集电机电流转速信号.在此基础上,使用最小二乘法拟合系统的自回归移动平均模型,并提高模型阶次以保证拟合精度.为抑制采样噪声的影响,提出基于平衡截断的模型降阶方法,根据Hankel奇异值大小判断系统阶次并提取主要模态.最后,通过仿真和实验进行验证,结果表明:相比于传统辨识方法,本文所提出的辨识方法能够有效抑制噪声干扰,具有更高的精度.

关键词：机械谐振系统辨识最小二乘法模型降阶

基于MGPI模型的SMA柔性驱动自适应NN控制

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控制理论与应用 2022年第4期39卷 721-729页

作者：冯颖梁明威华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640

形状记忆合金(SMA)作为一类仿人肌肉驱动的智能柔性驱动材料,在机器人及高端制造等领域逐步得到应用,但由于SMA的热力学效应,造成输入输出之间存在强饱和回滞非线性,从而影响了驱动性能.此外在引入负载后,SMA柔性驱动部件输出性能表现... 详细信息

形状记忆合金(SMA)作为一类仿人肌肉驱动的智能柔性驱动材料,在机器人及高端制造等领域逐步得到应用,但由于SMA的热力学效应,造成输入输出之间存在强饱和回滞非线性,从而影响了驱动性能.此外在引入负载后,SMA柔性驱动部件输出性能表现出更为复杂的驱动特性.因此,如何有效抑制带载条件下SMA柔性驱动部件强饱和非线性影响,成为提升驱动性能的关键.针对此问题,本文重点研究带载条件下SMA柔性驱动部件的建模及驱动控制算法.针对SMA驱动部件中的强饱和非线性特性,本文提出一类修正(MGPI)回滞模型来进行表征.通过设定线性输入形状函数,不仅有效解析表征SMA驱动部件中的饱和回滞非线性,并且便于控制器设计.基于MGPI模型,考虑柔性驱动部件的动态特性,本文提出了带载条件下的SMA柔性驱动部件的自适应神经网络控制算法,实现考虑内部非线性和外部干扰条件下的驱动精度有效提升,并保证全局稳定性.

关键词：形状记忆合金回滞自适应神经网络控制

改进的广义Feistel结构轻量级分组密码算法

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控制理论与应用 2022年第6期39卷 995-1001页

作者：张晓枫刘永桂华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510641

随着复杂环境信息物理系统的更加开放,数据的安全传输问题备受关注.轻量级分组密码算法是保证信息物理系统数据安全传输的重要方法之一,但其仍存在软件实现速率低、硬件实现复杂和灵活性缺乏等问题.针对上述问题,提出了一种基于四分支... 详细信息

随着复杂环境信息物理系统的更加开放,数据的安全传输问题备受关注.轻量级分组密码算法是保证信息物理系统数据安全传输的重要方法之一,但其仍存在软件实现速率低、硬件实现复杂和灵活性缺乏等问题.针对上述问题,提出了一种基于四分支的广义Feistel结构的高性能轻量级分组密码算法.相较于传统的广义Feistel结构算法,该算法进行了以下优化:1)采用由模加、循环位移和异或3种操作组合成的ARX(modular addition,rotation and XOR)结构替换传统广义Feistel结构中的S盒(非线性替换层)和P盒(线性置换层),简化了算法的轮函数结构;2)增加非对称双子密钥以处理每轮加密的明文中间状态,使得中间状态不存在未处理的分支,提高了算法的安全性;3)设计了可扩展的轮常数加模块,提高了算法的灵活性;4)分支中增加混淆扩散结构f_(x),加快了算法的混淆和扩散速度;5)灵活设计了6个版本的轻量级分组密码算法,以适应不同位数的CPU平台.实验和分析表明,该算法实现效率高,具有良好的混淆和扩散能力,以及较高的安全性.

关键词：分组密码算法广义Feistel结构 ARX结构

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基于微分几何的柔性电路板图像区域识别方法

计算机集成制造系统 2022年第1期28卷 132-139页

作者：杜娟沈思昀姚灵芝胡跃明华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510641

目前柔性电路板(FPC)的表面缺陷检测方案大多缺少对轮廓进行分类这一步骤,而直接对特定区域如镀通孔、线路部位进行缺陷检测,难以直接应用到实际生产中。为解决这一问题,提出一种能有效提取柔性电路板表面轮廓并进行特定区域识别分类的... 详细信息

目前柔性电路板(FPC)的表面缺陷检测方案大多缺少对轮廓进行分类这一步骤,而直接对特定区域如镀通孔、线路部位进行缺陷检测,难以直接应用到实际生产中。为解决这一问题,提出一种能有效提取柔性电路板表面轮廓并进行特定区域识别分类的方法。在该方法中,为精确地提取FPC图像整体轮廓,并有效过滤掉图像前景和背景相互夹杂的部分,针对FPC表面图像光照不均匀以及斑点杂质较多的问题,采用区域生长法提取图像轮廓,并利用中心邻域灰度法来消除欠生长的问题;为有效地识别图像不同区域的轮廓类型,利用双向差分法来计算图像轮廓的离散曲率,利用陆地移动距离(EMD)来评价各个轮廓的曲率特征与模板轮廓的区别,实现了FPC图像特定区域的识别。

关键词：微分几何柔性电路板图像轮廓提取特定区域识别