工科专业课提升教学质量的探讨和实践

工科专业课应以提高学生的创新思维和综合能力为目标、合理规划教学内容,善于利用工程和科学案例来加深学生对背景知识的了解和对知识点的理解。课堂教学上要注重提问、讨论等互动环节,适时控制教学节奏。考核中应注意过程化管理,将闭卷考试与实验、项目设计等实践环节相结合,综合评定最终成绩。

自动化专业选修课教学的改进和实践

自动化作为一门理论与实践紧密联系的学科,其专业选修课担负着学生基础知识进阶和综合能力培养的任务,其教学方法的改进对实现培养目标具有重要作用。以安徽大学为例,提出了自动化专业选修课的教学内容应注重跟踪前沿知识,突出应用背景。教学过程中应善于利用物理系统和仿真平台相结合来向学生展示传统控制方法与先进控制方法的联系与区别。课程考核可通过开展多样化的实验和项目设计来检验学生的学习效果。

基于锚节点连通性的移动WSN定位优化算法

为提高传统移动无线传感网络非测距方式定位算法的节点定位精度、降低算法对锚节点密度的要求,提出一种基于网络中锚节点连通性的蒙特卡洛优化定位算法,并分析了其节点定位性能。算法首先引入平均锚节点连通度的概念来评价网络锚节点连通性,然后提出根据节点实时分布情况进行采样区域划分,并实时控制移动锚节点分布,提升网络的整体定位精度。仿真结果表明,相较于传统的移动无线传感网络中基于蒙特卡洛方法的节点定位算法,所提出的算法有效提升了整体的定位精度,并有效降低了算法对于锚节点密度的要求,提升了算法节点定位性能。

基于点线特征融合的低纹理单目视觉同时定位与地图构建算法

当图像因相机快速运动造成模糊或者处在低纹理场景时,仅使用点特征的同步定位与地图构建(SLAM)算法难以跟踪提取足够多的特征点,导致定位精度和匹配鲁棒性较差。而如果造成误匹配,甚至系统都无法工作。针对上述问题,提出了一种基于点线特征融合的低纹理单目SLAM算法。首先,加入了线特征来加强系统稳定性,并解决了点特征算法在低纹理场景中提取不足的问题;然后,对点、线特征提取数量的选择引入了加权的思想,根据场景的丰富程度,对点线特征的权重进行了合理分配。所提算法是在低纹理场景下运行的,因而设置以线特征为主、点特征为辅。在TUM室内数据集上的实验结果表明,与现有的点线特征算法相比,所提算法有效地提高了线特征的匹配精度,使得轨迹误差减小了大约9个百分点,也使得特征提取时间减少了30个百分点,使加入的线特征在低纹理场景中发挥出积极有效的作用,提高了数据整体的准确度和可信度。

基于动态事件触发机制的线性系统最优控制

相对于传统的采样控制,事件触发控制可认为是一种非均匀的采样控制方法。结合最优控制理论,研究了线性系统基于事件触发采样机制的线性二次型(Linear Quadratic Regulator, LQR)最优控制器设计方法。首先,给定使得系统从初始状态到达平衡点的最小性能指标通过极小值原理求解系统的最优反馈控制律;其次,结合输入到状态稳定(Input-to-state Stability, ISS)给出了使得闭环系统渐近稳定的触发条件;再次,引入了动态事件触发条件以进一步减少采样次数。最后,仿真结果表明,在相同条件下,所提出的最优事件触发控制与传统的采样控制相比,能极大减少信息传输次数,从而在一些实际系统中有望节约通信和计算资源。

基于采样的线性不确定系统事件触发控制

针对线性不确定系统模型,提出一种基于采样的事件触发控制方案。该方案的特点是仅在离散采样间隔下检测事件触发条件是否满足,极大提高了通信资源的利用效率。首先,应用不确定性理论对系统进行建模分析,给出基于采样的事件触发条件,并确保最小事件触发间隔的存在。然后,根据所提出的事件触发条件,加入可调节的动态变量,进而提出动态事件触发条件并证明其稳定性。最后,通过仿真实例证明所提出基于采样的事件触发机制的有效性。

“智能控制”课程中模糊控制PBL教学研究

基于项目的学习(PBL)是一种以学生为中心的教学模式。本文在“智能控制”课程教学中引入PBL教学模式,以寻迹小车仿真为例设计了PBL模糊控制教学案例,探讨了开展PBL案例教学的设计步骤与实施方法。教学实践表明,PBL教学模式可以增强学生的学习兴趣,促进学生提升自主学习能力,实现强化团队协作和创新能力的培养目标。

基于事件触发优化的鲁棒H_(∞)控制

针对线性系统,研究事件触发优化机制下的鲁棒H_(∞)控制。首先,在时间触发和事件触发机制下,给出系统优化性能指标,设计优化控制器。接着,考虑基于事件触发优化机制下的鲁棒H_(∞)控制,当外部干扰为零时,给出线性系统渐近稳定性的证明;当外部干扰不为零时,推导得到系统具有给定H_(∞)干扰抑制水平γ。然后,分析线性系统的Zeno行为,通过推导给出一个正的最小触发时间间隔来保证系统不会存在Zeno行为。最后,通过系统仿真验证算法的有效性。

基于视觉传感器的半直接SLAM算法

针对目前基于视觉传感器的同时定位和地图构建(SLAM)系统对特征缺失和无结构等特殊环境比较敏感的缺点,提出了一种基于子图特征增强方案的半直接SLAM算法。首先,使用基于子图的特征增强模块以更稳定的提取图像特征点;并在特征点的基础上,考虑加权融合特征点对应像素的光度信息来估计相机位姿,使系统能够在视觉纹理特征信息比较稀缺的环境下仍然可以稳定工作。其次,为了得到更好的建图效果,运用增量式动态协方差缩放算法来最小化相机位姿估计引起的误差。所提出的算法经过测试,在TUM数据集以及室内环境下具有较好的鲁棒性。

基于ROS平台下的多机械臂协同抓取研究

针对传统机器人虚拟控制与仿真平台在进行机器人运动控制时控制系统设计工作量大、可移植性和开发难度高等问题。项目研究采用国际流行的开源机器人操作系统ROS为平台构建机器人控制系统。通过对机械手臂的基本建模、MoveIt的路径规划,运用多种算法相结合对机械臂运动轨迹过程中各关节位置、速度等信息进行分析等,最后转化为实际机械臂的运动。

基于状态观测器的动态事件触发机制

针对内部状态不可测的线性系统,在状态观测器输出反馈的基础上,提出一种动态事件触发机制。采用状态观测器来估计内部状态并设计事件触发机制,利用李雅普诺夫控制理论得到使系统渐近稳定的2个线性矩阵不等式(LMIs),并在求解LMIs的基础上设计控制器中的参数和事件触发条件,同时,通过引入内部动态变量提出一种动态事件触发机制。实验结果表明,该动态事件机制可以避免存在Zeno行为,并通过仿真示例说明理论的正确性和有效性。

基于三维视觉的室内停车导引机器人定位与导航研究

针对传统的泊车机器人体积大、成本高、可扩展性差和模块化程度差等缺点,设计了基于三维视觉的室内停车导引机器人。该机器人采用Kinect传感器和视觉SLAM算法,在建图时相较于传统的2D传感器能额外获得Z轴上的信息。在ROS平台上实现机器人的定位与导航。研究设计的机器人降低了硬件和软件的开发成本,经过实际测试,可以实现在室内环境的地图构建,并能精确地完成自主定位与导航。

螺旋CT三维重建在踝关节骨折中的应用

[目的]探讨螺旋CT三维重建在足踝关节骨折中应用价值。[方法]回顾性分析2004年1月至2008年12月42例踝关节骨折病例,术前均行X线正侧位摄片,螺旋CT扫描,而后行CT三维重建并与手术对照。[结果]CT三维重建能够明确踝关节骨折块大小、关节面塌陷、骨折线方向等。[结论]CT三维重建对踝关节骨折和手术方式的选择有重要指导意义。

经皮椎弓根穿刺技术结合椎旁肌间隙入路在胸腰椎骨折中的应用

[目的]探讨经皮椎弓根穿刺技术结合椎旁肌间隙入路治疗胸腰椎骨折的手术方法及其与传统手术方法的疗效差异。[方法]将无神经损伤的112例胸腰椎骨折患者按照不同治疗路径分为治疗组和对照组,各56例。治疗组采用经皮椎弓根穿刺技术结合椎旁肌间隙入路,对照组为不采用经皮椎弓根穿刺技术的传统正中切口入路,记录两组患者手术时间、术中出血量、Coob角矫正度、术后引流量、住院天数;记录术前术后VAS评分;术后随访6个月。[结果]两组患者手术过程顺利,术中、术后生命体征平稳,术后均无并发症发生,骨折复位良好;手术时间、Coob角矫正度、住院天数无明显差异(P>0.05);但治疗组患者术中出血量及术后引流量均明显小于对照组(P<0.05)。随访6个月,患者术后疼痛缓解方面明显优于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);Macnab功能标准评价,两组术后疗效差异有统计学意义(P<0.05)。[结论]经皮椎弓根穿刺技术结合椎旁肌间隙入路手术方式,其手术入路操作简单、置钉容易,术中出血少、术后疼痛轻,是一种适合基层医院骨科应用的手术改良方式。

切开复位固定加植骨治疗胫骨平台骨折35例疗效观察

[目的]探讨胫骨平台骨折手术治疗的方法和效果。[方法]选择2005年1月至2008年12月胫骨平台骨折患者35例,术前均行CT平扫和三维重建,在CT三维图像的指导下选择切开复位固定加植骨治疗。[结果]随访6个月到24个月,根据Rasmrseen评分法,优22例,良9例,可3例,差1例,优良率达88.6%。[结论]手术治疗胫骨平台骨折,疗效确切,可恢复患肢的正常力线和膝关节的稳定性,早期功能锻炼能促进骨折愈合及功能恢复。

基于超级电容储能型MMC的控制策略

新能源并网以及冲击性负荷接入易引发电网功率波动,会对邻近发电机组及电力系统的安全稳定构成威胁,为此提出一种基于超级电容器储能型模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的分布式储能系统,利用双向DC/DC变换器控制储能系统的充放电过程,并给出相应参数设计原则。采用了基于双闭环PI调节和移相PWM调制技术的控制策略,控制超级电容能量均衡和MMC级联子模块电容电压稳定,引入能量管理机制控制MMC和DC/DC变换器的协同运行,实现了对中、高压系统中冲击性有功变化率的实时补偿。搭建了Matlab/Simulink模型,仿真结果验证了该装置及控制策略的有效性。

基于时变函数的非完整轮式移动机器人的镇定与跟踪控制

非完整轮式移动机器人被广泛应用于军事设备、物流运输、医疗和家居服务等场景.采用一种光滑的反馈控制策略来同时解决非完整移动机器人的目标点镇定问题与轨迹跟踪问题,使得移动机器人能够自适应地在点镇定和跟踪控制中平滑地切换.首先,针对点镇定与跟踪问题构建统一的数学模型;其次,基于数学模型并结合一致δ持续激励理论,设计一种基于时变函数的新型控制器,该控制器不仅能在无参考轨迹的先验知识条件下解决点镇定控制问题的同时获得更为光滑的自主运动轨迹和更快的收敛速率,而且能够很好地实现期望轨迹跟踪;然后,基于Lyapunov稳定性理论,给出点镇定和轨迹跟踪误差的稳定性分析;最后,通过数值仿真与工程实验验证所提出方法的可行性和有效性.

撬拨复位空心钉内固定治疗股骨颈骨折

股骨颈骨折是临床上常见的损伤，采用尽早使骨折复位并钛制空心加压螺钉内固定目前在国际上已成为治疗股骨颈骨折的首选方法，由于内固定治疗仍有较高的不愈合率和坏死率，各种治疗方法仍在不断改进中，骨折后复位好坏直接关系到骨折预后。对2003至2007年收治的移位般骨颈骨折，进行撬拨复位空心钉内固定治疗收到满意的效果，报告如下。

经椎弓根固定治疗胸腰椎骨折伴截瘫

目的探讨经椎弓根固定治疗胸腰椎骨折伴截瘫的操作要点及手术效果。方法本组共47例,一般合并不完全截瘫的于伤后36h内手术,RF钉固定9例,AF钉固定32例,其余以Dick钉进行短节段固定,同时行侧前方椎管减压,去除从前方突入椎管的骨块,并行关节突间植骨;术后4～6周下床。结果神经功能恢复:Frankel除3例A级无恢复外,其他级别有1～3级的恢复。结论椎弓根固定具有内固定坚强等优点,但术前仔细阅片、常规定位,正确的复位固定技术,有效的骨块减压和植骨,避免术后早期负重和有效的腰背肌功能锻炼是保证达到治疗效果的关键。