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利用非线性高斯-赫尔默特模型与抗差估计的点云拟合方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第7期49卷 1201-1211页

作者：赵志胜陈宇王彬南京工业大学测绘科学与技术学院江苏南京211816

目前已有的点云拟合方法大多是在线性的高斯-马尔可夫(Gauss-Markov,GM)或变量误差(errors-in-variables,EIV)模型基础上提出的,无法严格适用于非线性的曲面拟合问题。将点云拟合的数学模型统一抽象为更具一般性的非线性高斯-赫尔默特(G... 详细信息

目前已有的点云拟合方法大多是在线性的高斯-马尔可夫(Gauss-Markov,GM)或变量误差(errors-in-variables,EIV)模型基础上提出的,无法严格适用于非线性的曲面拟合问题。将点云拟合的数学模型统一抽象为更具一般性的非线性高斯-赫尔默特(Gauss-Helmert,GH)模型,并针对数据存在粗差的情况,引入等价权抗差方案,提出了一种基于抗差非线性GH(robust nonlinear GH,RGH)模型的点云拟合方法。该方法首先从原始观测值的误差出发,将导出的点坐标的协方差阵作为先验随机模型,然后利用标准化残差和中位数构造权函数,进行抗差迭代计算。结果表明,当数据包含粗差时,RGH模型获得的球面仿真数据的参数均方根误差分别仅为随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法的25.77%~30.67%,实测数据的参数标准差分别仅为RANSAC方法的4.63%~5.49%,验证了所提方法在点云拟合的精度和稳健性方面具有显著优势。

关键词：点云拟合粗差非线性GH模型抗差估计标准化残差

基于l_(1)-TSXKF的航天器姿控系统状态偏差估计

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航空学报 2024年第16期45卷 153-164页

作者：陈雪芹杨伯毓吴凡岳程斐曹喜滨哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055

研究考虑非高斯噪声特性的航天器姿态控制系统状态与偏差估计问题。首先,建立含偏差的航天器姿控系统模型,并给出了非高斯特性噪声表达形式。然后,采用l_(1)范数卡尔曼滤波(l_(1)-KF)算法并结合数学仿真,验证了在卡尔曼滤波算法中引入l_... 详细信息

研究考虑非高斯噪声特性的航天器姿态控制系统状态与偏差估计问题。首先,建立含偏差的航天器姿控系统模型,并给出了非高斯特性噪声表达形式。然后,采用l_(1)范数卡尔曼滤波(l_(1)-KF)算法并结合数学仿真,验证了在卡尔曼滤波算法中引入l_(1)范数,可以避免系统受非高斯过程噪声的影响,但l_(1)-KF算法无法实现对状态和偏差的同时估计,且仅适用于姿态稳定控制过程中的估计。于是,在l_(1)-KF算法的基础上,考虑系统转动惯量时变和偏差时变的复杂情况,结合时变转动惯量实时辨识,设计l_(1)范数二阶外源性卡尔曼滤波(l_(1)-TSXKF)算法,对航天器姿态机动过程中的状态和偏差同时进行估计。数学仿真结果表明,l_(1)-TSXKF算法可以减少系统非高斯特性的影响,在航天器姿态机动过程中,可快速得到高精度的姿态、未知偏差估计结果,有利于航天器在轨应用。

关键词：航天器姿控系统偏差估计状态估计转动惯量辨识

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双机器人协作轴孔装配力柔顺控制技术研究

机械工程学报 2024年第3期60卷 20-33页

作者：王战玺张益铭张邦海罗子彦史梦格西北工业大学机电学院西安710072 南京电子技术研究所南京210012

轴孔精密装配是加工制造业中常见的装配形式,其完成过程同时存在位置约束和力约束关系,因此采用工业机器人实现轴孔自动装配一直是具有挑战性的热点问题。首先分析了轴孔装配过程插孔阶段的典型的单点接触和双点接触受力模型,并针对不... 详细信息

轴孔精密装配是加工制造业中常见的装配形式,其完成过程同时存在位置约束和力约束关系,因此采用工业机器人实现轴孔自动装配一直是具有挑战性的热点问题。首先分析了轴孔装配过程插孔阶段的典型的单点接触和双点接触受力模型,并针对不同的接触状态提出了机器人整体力调控策略;其次在基于位置的阻抗模型基础上,建立对环境位置和刚度具有自适应效果的力柔顺控制模型,通过仿真验证了控制模型可以消除力跟踪过程的系统稳态误差;然后建立了主从式双机器人协作轴孔装配模型,并进行轴孔装配仿真实验,在不同的机器人位置和姿态误差下验证双机器人协作装配的力位控制效果;最后搭建主从式双机器人装配实验平台,验证自适应力柔顺控制模型和主从式协作模型的可行性。

关键词：轴孔装配力柔顺控制阻抗控制主从式协作

可液化土体中浅埋管廊上浮机制和抗浮措施研究

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 510-520页

作者：张鑫磊纪展鹏黄凯王志华高洪梅胡正阳南京工业大学城市地下空间研究中心江苏南京211816 南京工业大学岩土工程研究所江苏南京211816

为解决可液化土体中浅埋地下管廊类结构的抗浮稳定性问题。提出一种用于控制地下管廊位移的支撑抗浮装置,并通过多组振动台模型试验,验证LS型支撑抗浮装置在地基土液化条件下的工作性能,探明钢板桩间距和斜拉板倾角对支撑抗浮装置工作... 详细信息

为解决可液化土体中浅埋地下管廊类结构的抗浮稳定性问题。提出一种用于控制地下管廊位移的支撑抗浮装置,并通过多组振动台模型试验,验证LS型支撑抗浮装置在地基土液化条件下的工作性能,探明钢板桩间距和斜拉板倾角对支撑抗浮装置工作性能的影响规律,揭示支撑抗浮装置在地基土体液化条件下的抗浮机制。研究结果表明:地基土液化过程中廊底动土压力逐渐增大、廊顶动土压力迅速减小是廊体失稳上浮的原因。LS型地下管廊支撑抗浮装置可有效控制地基土液化导致的管廊上浮问题,并降低廊体应变响应;采用L=150 mm的拉森钢板桩间距及斜拉板倾角为α=45°的支撑抗浮构件时管廊结构受力及变形较小。结论可为地下管廊抗浮稳定性问题提供一定的参考依据。

关键词：地下工程地下管廊可液化地基抗浮稳定性振动台模型试验动土压力

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开放科学数据价值共创主体的共生模式研究

现代情报 2024年第3期44卷 120-130页

作者：孙俐丽盛杰霏南京工业大学信息管理与技术研究所江苏南京210009 南京工业大学经济与管理学院江苏南京211816

[目的/意义]数据赋能环境下,价值创造是开放科学数据发展的核心问题。协调开放科学数据价值共创主体利益均衡,形成协调发展的共生模式,对于培育协同发展的科学数据价值共创生态系统具有重要意义。[方法/过程]首先,运用共生理论分析开放... 详细信息

[目的/意义]数据赋能环境下,价值创造是开放科学数据发展的核心问题。协调开放科学数据价值共创主体利益均衡,形成协调发展的共生模式,对于培育协同发展的科学数据价值共创生态系统具有重要意义。[方法/过程]首先,运用共生理论分析开放科学数据价值共创生态系统的共生要素和共生路径;然后,引入Lotka-Volterra模型建立开放科学数据价值共创主体的共生演化方程并求出平衡解和稳定性条件,使用Vensim软件进行仿真,完成演化“黑箱”的解剖;最后,提出促进开放科学数据价值共创主体共生模式进阶的策略建议。[结果/结论](1)开放科学数据价值共创3类主体分别是核心种群、辅助种群、价值再创种群,种群共生演化轨迹符合Logistic增长规律;(2)开放科学数据价值共创主体共生模式取决于价值共创主体间共生系数的取值;(3)互惠共生模式是开放科学数据价值共创主体共生演化的最佳方向。

关键词：开放科学数据价值共创共生演化 Lotka-Volterra模型

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半解析卫星轨道不确定性快速估计方法

宇航学报 2024年第3期45卷 399-408页

作者：于彦君岳程斐李化义陈雪芹刘培哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055 上海卫星工程研究所上海710119

基于半解析法和球形单边采样无迹变换提出一种轨道不确定性快速估计方法。首先在考虑J2摄动和大气阻力摄动的基础上,构建轨道要素解析模型用于瞬时轨道要素快速估计。随后基于该轨道要素快速估计方法,结合球形单边采样无迹变换传播初始... 详细信息

基于半解析法和球形单边采样无迹变换提出一种轨道不确定性快速估计方法。首先在考虑J2摄动和大气阻力摄动的基础上,构建轨道要素解析模型用于瞬时轨道要素快速估计。随后基于该轨道要素快速估计方法,结合球形单边采样无迹变换传播初始轨道不确定性,依据高斯摄动方程和球形单边采样点的特性对传播后的采样点进行修正,估计传播后的轨道不确定性。最后将提出的半解析法与高斯和模型相结合,以提高精度。数值仿真分析了所提出的轨道不确定性估计方法相较无迹变换法的计算效率提升程度,并依据似然一致性度量将所提出的方法与蒙特卡洛法、无迹变换法等进行了精度比较。结果表明,所提方法的计算效率相较于传统无迹变换法有较大提升,且具有合适的精度。

关键词：轨道预报不确定性传播轨道要素球形单边采样无迹变换高斯和模型

复杂约束下航天器高效机动路径规划和时域调节方法

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国防科技大学学报 2024年第4期46卷 63-73页

作者：岳程斐鲁明吴凡霍涛陈雪芹哈尔滨工业大学卫星技术研究所黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院广东深圳518000

针对复杂约束下航天器大角度姿态机动问题,提出一种基于三维特殊正交群的姿态高效机动路径规划和时域调节方法。针对航天器大角度机动过程中的姿态约束问题,设计了基于梯度的避障策略,得到了虚拟时域中的姿态路径和期望角速度。为了满... 详细信息

针对复杂约束下航天器大角度姿态机动问题,提出一种基于三维特殊正交群的姿态高效机动路径规划和时域调节方法。针对航天器大角度机动过程中的姿态约束问题,设计了基于梯度的避障策略,得到了虚拟时域中的姿态路径和期望角速度。为了满足执行机构最大输出力矩约束,提出了迭代非线性时域调节方法,通过时间缩放得到了满足控制力矩约束的高效机动角速度/控制力矩。仿真结果表明,该方法在满足航天器姿态机动过程中姿态约束和控制力矩约束的同时,相较现有同类方法,显著缩短了机动时间,为受约束的航天器高效机动规划与控制提供了新的思路。

关键词：姿态规划时域调节姿态约束控制力矩约束三维特殊正交群

纳秒脉冲电压幅值和上升/下降沿时间对大气压氮气DBD均匀性的影响

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高电压技术 2024年第2期50卷 852-860页

作者：李梦遥王歆昀赵昱雷刘峰方志南京工业大学电气工程与控制科学学院南京211816

大气压氮气介质阻挡放电在材料改性、环境保护、消毒灭菌、臭氧合成以及流动控制等领域具有广阔的应用前景,放电均匀性是影响其应用效果的关键。通过电学及光学诊断方法研究了电压幅值、上升/下降沿时间、及重复频率对纳秒脉冲氮气DBD... 详细信息

大气压氮气介质阻挡放电在材料改性、环境保护、消毒灭菌、臭氧合成以及流动控制等领域具有广阔的应用前景,放电均匀性是影响其应用效果的关键。通过电学及光学诊断方法研究了电压幅值、上升/下降沿时间、及重复频率对纳秒脉冲氮气DBD均匀性和放电过程的影响。利用灰度分析方法和等效电路模型定量分析放电图像和电压电流波形,得到放电均匀性和电学微观参数。结果表明:增加电压幅值或重复频率,氮气DBD均匀性呈现不均匀到均匀再到不均匀的变化规律,并且频率较低时的氮气DBD需要更大的电压幅值以实现均匀放电;增大脉冲上升或下降沿时间会导致放电均匀性显著下降,且相比于下降沿,上升沿对放电均匀性影响更大。测量发射光谱对比了不同纳秒脉冲参数下化学活性物种含量的变化,发现增大电压幅值、重复频率均会导致N_(2)各激发态粒子谱线强度增强;脉冲上升沿或下降沿时间的增加使主要粒子谱线强度下降。此研究揭示了纳秒脉冲参数对N_(2)DBD过程影响机制,有利于制备均匀、稳定且高活性的大气压等离子体源。

关键词：纳秒脉冲脉冲参数介质阻挡放电氮气均匀性

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粗-细粒混合料最小孔隙比的经验预测模型

土木工程学报 2024年

作者：杭天柱郭冰冰肖兴吴琪陈国兴南京工业大学岩土工程研究所南京工业大学江苏省土木工程防震技术研究中心

最小孔隙比emin为无黏性土的基本物理性能参数。开展了细粒含量FC = 0 - 100%的10类粗-细粒混合料109个土样的emin量测试验，分析了测量方法、混合料类型和FC含量对emin的影响。对于颗粒易破碎的粗-细粒混合料，使用静压振动法能够有效... 详细信息

最小孔隙比emin为无黏性土的基本物理性能参数。开展了细粒含量FC = 0 - 100%的10类粗-细粒混合料109个土样的emin量测试验，分析了测量方法、混合料类型和FC含量对emin的影响。对于颗粒易破碎的粗-细粒混合料，使用静压振动法能够有效地控制颗粒破碎对emin的影响；对于硅质砂-粉、砂-砾和珊瑚砂-粉混合料，emin呈现出随着FC的增大先减小后增大的趋势，且可表示以FC为变量的一元三次函数；建立了粗-细混合料emin的经验预测公式。根据16篇文献中的具有不同FC的27种粗细粒混合料、395个试样的emin数据的独立验证表明：95%的预测数据emin与测试值的误差不超过15%。这意味着提出的emin预测公式具有很好的普适性，可满足工程应用需求。

关键词：粗-细粒混合料最小孔隙比细粒含量预测模型