知识分子的理论与实践——霍炬访谈录

徐志伟：在我熟识的70后出生的学者中，你或许是最精通理论的一位了，很多朋友对你的理论素养都深表赞许。请问你对理论的兴趣是怎样形成的？你如何看待“理论”？

环形通信下储能电池两层分布式能量协商管理策略

主动配电网多样化需求对储能能量管理策略提出更高要求,针对储能最优经济性调度与灵活控制难以兼顾问题,本文提出一种环形通信下储能电池两层分布式能量协商管理策略。首先,通过成本分析建立了储能协商管理目标函数,并基于拉格朗日对偶法分析最优解特征。其次,设计了两层分布式能量管理策略,上层基于不动点迭代在环形通信中实现群组荷电状态同步,下层采用两模式均衡电路实现组内单体荷电状态一致。最后,基于IEEE 33系统进行了算例分析,结果表明本文所提策略能够在较低时延与调节时间内实现组间同步、组内一致控制,有效兼顾了储能经济性调度与实时灵活控制需求。

“双一流”背景下的“电路”课程建设探索

为建设和落实一批世界一流大学和一流学科的目标,以“电路”课程为例,针对课程中存在的痛点问题,课程团队遵循“以学生为中心,学生发展成效驱动”的创新教学理念,以电路内容为主线筑牢学生工程基础,融入课程思政,采用课前、课中、课后全程智慧教学和多元互动的方式,全方位评价学生能力,形成了“素质教育、知识引领”的双主线和“虚实结合、多元互动、强基立本、成效为先”的教学特色。

自动控制专业课的穿梭实验设计

为解决自动控制实验课理论与实践脱节、设备与控制对象陈旧等问题,提出一种穿梭实验教学方法,采用学生感兴趣的控制对象,设计7种可编程的实验,并将其穿插在理论课之间,由主讲教师一人贯穿教学。实践证明,采用穿梭实验教学后,学生的平均成绩和对课程的满意度显著提升,改善了自动控制专业课的实验教学效果。

可变桨距四旋翼飞行器姿态控制教学设备

针对传统四旋翼飞行器为固定桨距变转速的控制方式,在实际教学中存在非线性、响应慢等问题,给学生完成控制实验带来困难。为达到更好的教学效果,设计与开发一个可变桨距四旋翼飞行器的姿态控制设备,实现了定转速变桨距的控制方式,并完成了基于串级PID的控制律设计与代码实现。设备搭载280级四旋翼,使用基于STM32单片机自行开发的飞行控制器,允许学生编程及嵌入自己的控制律。设备在自动控制专业本科生选修课中进行了应用,获得了理想的教学效果。

基于小波变换阈值法处理光纤陀螺信号噪声

小波具有多分辨率分析特性,利用小波变换阈值滤波可以有效地处理光纤陀螺信号的噪声。具体的仿真实验分析比较表明,小波变换阈值滤波可以有效地剔除光纤陀螺的信号噪声;与传统的数字低通滤波方法相比,去噪效果更好。利用Allan方差法并通过最小二乘拟合可得到陀螺信号噪声中各误差源的幅度;通过比较滤波前后的各误差系数的具体数值,进一步证实了小波变换阈值滤波的有效性;并指出通过小波分析可以显示出陀螺信号中低频噪声的发展趋势。

某姿态测量系统标定用转台指向误差补偿

为提高某姿态测量系统的标定精度,对其标定设备三轴转台的指向误差补偿方法进行研究.分析了影响指向误差的因素;基于多体系统运动学基本原理,阐述了转台系统拓扑结构的低序体阵列,并推导出相邻两体间的低序算子;进而建立关于转台三个回转轴线平均线夹角的指向误差模型;通过仿真研究了各误差项对指向误差的影响规律;最后介绍了误差模型参数的测量方法.误差补偿实验验证了方法的有效性和可行性.

基于小靶标拼接的大视场摄像机标定方法

为了解决在大视场摄像机高精度标定中大尺寸靶标难以制作加工的问题,提出了一种基于小靶标拼接的大视场摄像机标定方法。该方法将小靶标在摄像机视场内多个位置进行摆放,通过各个小靶标之间的刚体变换,并考虑拼接过程中存在的约束条件,将各个小靶标拼接成一个覆盖整个摄像机视场的大靶标,然后使用该大靶标对大视场摄像机进行标定。仿真和实际实验表明该方法标定精度与使用实际大靶标进行标定时标定精度相当,能够实现对大视场摄像机的高精度标定。

基于共面特征点的单目视觉位姿测量误差分析

为了克服单目视觉测量中景深信息缺失的问题,运用改进的两段式迭代算法,对刚体位姿测量解算模型进行了优化.给出了特征标靶最优化布局,理论分析了标靶尺寸大小、标靶基线长度及特征圆点大小和解算准确度的关系.实验结果表明,优化的特征标靶布局、较大的特征标靶基线长度及较小的特征圆点靶标能够提高测量解算准确度.该研究对提高实际测量系统解算准确度具有一定的理论指导意义.

飞行器仿真测试中合作目标投影光斑的跟踪识别

针对飞行器仿真测试中合作目标投影光斑的跟踪识别问题,提出了一种投影光斑跟踪识别新方法,该方法主要由预测、识别及修正3个阶段组成。预测阶段主要结合投影光斑运动特点对传统卡尔曼滤波进行改进,提高投影光斑的位置预测精度。识别阶段则根据投影光斑位置的预测值,分两种情况对光斑进行处理:如果下一时刻投影光斑在视场内,则根据相应的判别准则和匹配策略在下一时刻图像中快速搜索投影光斑的最优匹配光斑;如果下一时刻投影光斑在视场外,则根据测量系统相关信息,对视场外投影光斑在图像平面上的位置进行求解,并将求解结果加入相应的运动轨迹,实现对视场外投影光斑的跟踪识别。在完成投影光斑的跟踪识别后,根据跟踪识别结果对投影光斑相关参数进行修正。仿真实验和实际实验结果表明,本文方法能够有效跟踪识别飞行器仿真测试中合作目标的投影光斑,其最大跟踪识别误差不超过2.5pixel,即使跟踪识别过程中存在投影光斑进出视场的情况也不受影响。

双摄像机同步高速采集存储系统构成研究

针对动态目标六自由度参数测量这一课题的实际需求,根据相关的技术指标选取了一些产品,并利用光纤通道技术及RAID技术对这些产品进行了配置,搭建出了一套图像采集存储系统,解决了双摄像机同步工作、高分辨率图像的高速采集和海量数据实时存储的问题。该系统性能优良,稳定性好,可靠性高,在交汇测量领域具有很大的实用价值。

基于光束向量的空间运动目标姿态测量

为了实现空间运动目标姿态参数的高精度测量,采用一种基于光束向量的姿态参数测量系统.该系统在运动目标上安装直线光束作为合作目标,利用高速摄像机记录光束投影光斑在接收平面上的位置.基于平面单应性原理,通过光斑接收平面上9个原始特征点构造柔性标定靶标,实现高速摄像机的高精度标定.进而根据摄像机标定结果获得光束在世界坐标系中的方向向量,而光束在目标体坐标系中的方向向量可根据其安装位置获得.然后,根据光束在世界坐标系和目标体坐标系中的方向向量实现对目标姿态参数的高精度求解.实验结果表明,本文测量系统满足姿态参数测量误差小于1′(1σ)的要求,能够实现对空间运动目标姿态参数的高精度测量.

基于预测控制的PID调节位置跟踪系统的设计

通过对预测控制和传统的PID闭环控制的分析和研究,提出了将先进的预测控制算法和经典的PID闭环控制相结合,构成软硬件结合的双层控制的思想。建立了一个三轴仿真系统中的交流伺服电机模型,并将控制算法应用于系统的单轴进行了控制实验研究.结果表明,该双层控制策略比PID控制算法使系统在跟踪特性、稳定性和鲁棒性等方面都有了提高.

基于视觉的飞行器运动参数串行式递归估计

针对利用视觉方法进行飞行器运动参数估计中旋转与平移参数耦合及计算量大的问题,设计了一种适用于递归方法的串行式运动参数估计模型。证明了旋转运动参数的估计不依赖于平移参数,据此建立了基于特征线的旋转运动参数估计模型,进而设计了串行式运动参数估计模型。给出并证明了利用该模型进行运动参数估计时解的唯一性结论。仿真实验和实测试验表明:相对于集中式模型,使用串行式递归模型进行飞行器运动参数估计时计算耗时减小、姿态精度更高、鲁棒性更强。

特征光斑单目视觉空间定位方法

为了满足地面试验中运动目标位姿参数视觉测量系统的研制需求,基于单目视觉原理设计了大视场条件下实际平面上特征光斑的精确空间定位方法.建立了特征光斑的成像模型,给出了实际平面对特征光斑空间位置的约束,进而提出了特征光斑的单目视觉空间定位方法,并依据实际平面的特点设计了高阶曲面型、分块平面型和分块曲面型等三种类型实际平面上特征光斑空间定位的具体实现方法.所提方法可以满足8 000 mm×8 000 mm视场范围内特征光斑的空间定位需求,相对定位误差小于1/10 000.

基于DMC300A的全数字伺服系统的设计

论述了以数字控制器DMC300A为核心的数字式交流伺服系统的硬件和软件设计,对设计过程中所涉及到的重要参数给出了设定方法。该套系统具有较高的稳定性和控制精度。

姿态运动模拟系统实习平台的应用

为了给大四学生提供更多的实习机会,结合实际科研项目,搭建了一套适合学生校内实习的姿态运动模拟实习平台。介绍了姿态运动模拟实习平台的总体结构和交流伺服系统的控制方案,其中包括硬件系统和控制软件。该实习平台人机界面友好、交互方便,具有完善的保护机制,使平台能够安全运行。姿态运动模拟实习平台能够帮助学生提高动手能力,增长工程实践经验,加深对相关课程的理解,在教学和科研中取得了良好的效果。

激光投影成像式运动目标位姿测量与误差分析

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量,建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上,通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统,利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置,利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标,利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后,根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明,当摄像机的视场范围为14 000mm×7 000mm时,测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ),位置测量精度为5mm,且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致,验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性,能够满足目标位姿测量高精度的要求.

二维平面运动系统实验平台开发

结合科研项目设计并实现了一种用于本科生毕业实习的二维平面运动系统实验平台,介绍了该平台的总体结构,设计了该平台的全数字交流伺服系统的控制方案,实现了保护功能完善、人机界面友好、交互方便的实验平台控制软件。该实验平台具有硬件透明直观和软件开放等特点,在实际的教学和科研中取得了较好的效果。

位移矢量一致下的多飞行器三维轨迹跟踪识别

合作靶标点三维轨迹的跟踪识别是实现室内环境中多飞行器位姿估计的关键,为此,提出了一种基于时空一致条件下的多目标三维轨迹跟踪识别算法。该方法包括运动轨迹跟踪与识别两部分,对于合作靶标点三维轨迹跟踪,提出了一种基于运动目标位移矢量一致的数据关联方法,该方法首先利用运动平滑性假设计算得到的数据关联概率值,结合匈牙利算法求解得到目标的数据关联关系,然后在贝叶斯滤波框架下实现合作靶标点的三维轨迹跟踪。对于合作靶标点的三维轨迹识别,又可以分为粗细两部分,利用运动轨迹Hankel矩阵的秩实现运动轨迹的粗识别,利用运动轨迹之间的Hausdorff距离实现运动轨迹的细识别,最终实现对每一个飞行器的轨迹识别与注册。实验结果表明,在三维测量手段为机器视觉,测量空间大小为2 m×2 m×2 m,提出的多目标跟踪算法的三维轨迹跟踪误差小于4 mm(3σ)时,轨迹识别正确率为100%。因此,所提出的算法可以有效地实现多飞行器上合作靶标点三维轨迹的跟踪识别。