Hyperbolic Tangent Function-Based Protocols for Global/Semi-Global Finite-Time Consensus of Multi-Agent Systems

This paper investigates the problem of global/semi-global finite-time consensus for integrator-type multi-agent sys-tems.New hyperbolic tangent function-based protocols are pro-posed to achieve global and semi-global finite-time consensus for both single-integrator and double-integrator multi-agent systems with leaderless undirected and leader-following directed commu-nication topologies.These new protocols not only provide an explicit upper-bound estimate for the settling time,but also have a user-prescribed bounded control level.In addition,compared to some existing results based on the saturation function,the pro-posed approach considerably simplifies the protocol design and the stability analysis.Illustrative examples and an application demonstrate the effectiveness of the proposed protocols.

不同慢性病中老年女性骨折风险及低骨量切点预测分析

背景:中老年女性是骨质疏松的高发人群,慢性病增加骨质疏松罹患风险。低骨量是骨质疏松发病前的危险阶段,目前缺少常见慢性病人群的骨折风险差异及诊断指标切点值的相关报道。目的:通过对不同慢性病中老年女性骨折风险的分析,探讨肥胖、高血压、高血脂、糖尿病、动脉硬化与骨密度的相关性,找到可预测低骨量指标的切点值,为防治骨质疏松提供参考。方法:将45-70岁203名女性受试者分为正常组和慢性病组,采用超声骨密度测量仪进行跟骨骨密度测试,采用动脉硬化仪测试肱-踝脉搏波传导速度,采用全自动生化分析仪测试血糖、血脂,采用身体成分分析仪测试体质量指数、脂肪质量及肌肉质量。结果与结论:①61-70岁女性骨密度和骨折风险系数及51-60岁、61-70岁骨强度与<50岁比较,差异有显著性意义(P<0.05);②糖尿病组骨折风险明显高于其余各组,动脉硬化组则高于正常组和肥胖组(P<0.05);③骨密度与年龄、左侧血管弹性程度、右侧血管弹性程度、三酰甘油呈负相关,与体质量指数呈正相关(P<0.05);上述指标与骨密度受试者工作特征(ROC)曲线下面积介于0.5-0.7之间,低骨量对应切点分别为55.5岁(年龄)、756.0 cm/s(左侧血管弹性)、789.0 cm/s(右侧血管弹性)、1.115 mmol/L(三酰甘油)、22.35 kg/m^(2)(体质量指数);④结论:糖尿病和动脉硬化增加中老年女性骨折风险,测定体质量指数、血管弹性和三酰甘油对女性低骨量预测具有一定早期诊断价值。

基于改进型滑模变结构的永磁同步电机的无位置传感器矢量控制

针对传统滑模控制采用不连续的符号函数作为滑模面切换函数所引起的抖振问题,提出一种基于改进型滑模变结构的永磁同步电机的无位置传感器矢量控制方法,来削弱抖振,从而改善系统的动、静态性能。首先,设计了改进型滑模控制器和改进型滑模观测器的变结构控制系统。其次,采用连续的开关函数——双曲正切函数作为滑模面切换函数,并通过模糊逻辑控制对双曲正切函数的形状系数进行调整,减弱固定边界层厚度所引起的抖振。然后,运用李雅普诺夫第二定理证明所设计的控制系统的稳定性。最后,与其他方法相比,仿真结果证明了所提方法的可行性和有效性。

平板介质的微波分裂腔法介电常数测试技术

为实现微波频段平板类介质材料的介电常数的无损测试,研究了分裂式圆柱形谐振腔测试方法。介绍了分裂式圆柱形谐振腔的电磁场分析理论,采用模式匹配技术实现了介质加载条件下腔内电磁场分布的精确求解,得到了腔体谐振频率与材料介电常数之间的准确关系。在理论分析的基础上,制作了空腔谐振频率为10 GHz的分裂式谐振腔,并与前期研制的闭式谐振腔进行对比测试,介电常数实部测量结果相对误差小于1%。与国外同类产品进行对比测试,介电常数实部结果基本一致,损耗角正切测量结果更接近于文献参考值。因此,微波分裂腔法能够实现平板介质板材的无损测量,具有准确度高,使用方便等突出优势,可在微波频段内实现介电常数为1~20,损耗角正切为1×10-3~1×10-5,板材厚度为0.1~2.0 mm的各类平板介质材料介电常数的准确测试。

PMSM正切趋近律无位置传感器角度补偿方法研究

在负载转矩突变的动态过程中,基于PI调节器的角度补偿方法作用时PMSM超螺旋滑模观测器(STSMO)转子电角度估算误差波动剧烈,因此依据角度估算误差的定义,建立了转子电角度补偿算法的数学模型。根据滑模控制和趋近律理论,提出了基于正切趋近律的变步长闭环角度补偿方法,选择角度估算误差的半角正切值作为角度调节步长,并通过前馈解耦得到的角度估算误差正余弦信号计算该步长,实现了对无位置传感器控制系统动态性能和抗扰动能力的改善。根据归一化灵敏度的定义,分析调节步长随角度估算误差变化的灵敏度,提出了基于归一化补偿灵敏度的系统动态性能分析方法,衡量两种补偿算法作用下系统的动态性能。计算和仿真结果表明,正切趋近律补偿方法具有更高的归一化补偿灵敏度,在负载转矩突变等角度估算误差变化剧烈的工况下能够实现更好的补偿效果,抑制估算角度误差的波动。实验结果表明,相比传统的PI补偿方法,正切趋近律补偿方法能够将突加额定转矩动态过程中角度估算误差的波动幅度降低61.9%,动态过程持续时间缩短23%,有效提升了系统的动态性能和抗扰动能力。

基于微分平坦的板球系统反步滑模控制

为改善板球系统轨迹跟踪控制误差大,控制精度低的问题,提出了一种基于微分平坦的板球系统反步滑模控制方法。首先基于欧拉-拉格朗日方程建立板球系统的运动学模型,通过合理简化得到解耦线性状态空间模型。以X轴方向控制器设计为例,利用微分平坦技术获得系统的目标状态量以及前馈控制量,建立误差系统,进而采用反步法实现对误差系统的滑模控制,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。算法中使用双曲正切函数抑制滑模的抖动,实现了对板球系统的轨迹高精度跟踪控制。仿真实验结果表明,该方法控制精度高,具有良好的控制效果。

基于TF-NGO算法的CFB锅炉床温系统建模研究

床温是循环流化床(CFB)锅炉重要的运行参数之一。针对床温耦合性强、干扰因素多、控制复杂的问题,亟需建立床温的数学模型,以实现床温控制,从而保证CFB锅炉安全、平稳地运行。为此,首先引入了混沌映射、切线飞行(TF)和柯西变异策略改进北方苍鹰优化(NGO)算法,并用实际工况的系统模型测试TF-NGO算法。测试结果表明,TF-NGO算法拥有更快的收敛速度和更高的寻优精度。其次,采集并预处理山西某电厂350 MW超临界CFB锅炉的现场运行数据。最后,采用TF-NGO算法对所建模型的参数进行辨识,并用实际工况数据进行模型验证。辨识和验证结果表明,由TF-NGO算法辨识的床温模型与实际输出拟合度高,能有效反映床温的动态特性,证明所建模型的有效性。该研究为后续对350 MW超临界CFB锅炉床温的优化控制研究奠定了基础。

柔性机械爪力控的变步长自适应滤波算法

机械爪工作中,由于电源和机械震动会导致电流有波动,将测得的电流数据通过滤波,减少电流的波动,从而让力控的准确度更高。传统的自适应算法无法满足在快速收敛的同时,实现较高鲁棒性和较小稳态误差的要求。针对上述问题,文中提出一种新的自适应滤波算法。首先,建立基于双曲正切函数的变步长模型,实现更新步长因子的动态变值,其次,将滤波器权向量差及可变因子引入更新权值迭代算法中,以达到快速收敛和减少稳态误差的目的。通过实验证明,文中算法实现了快速收敛,并具有较小的稳态误差,提高了系统的鲁棒性。

基于改进高斯滤波算法的图像去噪方法

随着激光技术在光学测量和精密加工等领域的应用日益广泛,对图像的质量要求也越来越高。然而,在实际应用中,图像常常受到散斑噪声的影响,导致图像质量下降。现有方法由于采取的平滑技术较为简单,对于散斑噪声的抑制能力有限,为此,设计基于改进高斯滤波算法的图像去噪方法。测试结果表明,设计方法展现出了优秀噪声抑制性能,保留了图像的主要特征。

高速互连PCB的材料电磁表征方法研究

随着数据传输速率的不断增加,对高速互连的信号完整性设计和优化变得至关重要。在高速通道设计的各个方面中,我们通过对现有的方法进行综述来着重介绍准确的PCB材料电磁表征这一关键问题,并对于提取PCB材料特性,如介电常数、损耗正切以及铜表面粗糙度的各种方法进行分类。首先,这些方法分为两大类:①对原始介质材料进行表征的技术;②适用于一般由玻璃纤维和树脂材料混合而成的PCB材料的表征方法。在每个类别中,简要描述了几种常用技术,并进行了优缺点的比较和讨论。基于传输线的方法的挑战和局限性在这里尤为重要,因为相关的材料特性提取程序在工业中已经是常规操作。此外,特别是在数十吉赫兹的频率范围内,典型铜箔表面粗糙度对准确材料表征的影响也被考虑。本文旨在通过总结和比较提供PCB材料表征方法的全面概述和分析。

改进SMO的高速永磁同步电机无传感器控制研究

对于高速永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制研究中,针对传统滑模观测器(SMO)存在滑模抖振,以及在观测到的反电动势信号经过低通滤波器(LPF)消除高频谐波造成的相位滞后的问题和高速下由于电流采样造成的数字延时问题,提出一种基于二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)的改进SMO方法。针对上述问题,首先利用双曲正切函数来代替sign函数,来减少滑模的抖振;然后引入SOGI-FLL代替LPF来对观测的反电动势进行滤波,进而消除相位滞后。其次在此基础上补偿由于数字延时造成的角度误差。最后搭建PMSM实验平台验证此方法的可行性,实现PMSM无位置传感器控制在中高速域转子速度和位置的准确估算。

CMA全球混合四维变分同化系统的方法研究

随流型演变的变量间背景误差协方差特征非常重要,而变分系统中传统气候背景误差很难描述这些信息。虽然四维变分同化(4DVar)能通过切线性和伴随模式隐式演变初始背景误差协方差,但其存在开发维护复杂、计算成本昂贵等问题,而且在高精度可扩展全球大气模式中尤为突出。为规避切线性和伴随模式,将四维集合预报误差引入CMA全球资料同化系统,发展了H-4DEnVar同化方案,开展批量循环同化及其预报试验和台风预报试验,并与4DVar方案对比。批量预报试验表明,四维集合预报误差的引入改善了分析场,显著提高了同化系统的全球预报能力;台风预报试验表明,H-4DEnVar中随流型演变的背景误差是台风路径预报误差减小的主要原因;与4DVar对比发现,考虑集合预报误差IO成本情况下,H-4DEnVar以4DVar 26%计算成本表现出基本相当的预报能力。H-4DEnVar同化方案在规避切线性和伴随模式的同时表现出了良好的同化预报效果,为在不使用切线性和伴随模式情况下实现四维同化提供了参考。

New tangent stiffness matrix for geometrically nonlinear analysis of space frames

A three-dimensional beam element is derived based on the principle of stationary total potential energy for geometrically nonlinear analysis of space frames. A new tangent stiffness matrix, which allows for high order effects of element deformations, replaces the conventional incremental secant stiffness matrix. Two deformation stiffness matrices due to the variation of axial force and bending moments are included in the tangent stiffness. They are functions of element deformations and incorporate the coupling among axial, lateral and torsional deformations. A correction matrix is added to the tangent stiffness matrix to make displacement derivatives equivalent to the commutative rotational degrees of freedom. Numerical examples show that the proposed dement is accurate and efficient in predicting the nonlinear behavior, such as axial-torsional and flexural-torsional buckling, of space frames even when fewer elements are used to model a member.

微生物固化土不排水剪切特性试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀为高效的土体加固技术,因其具有可快速增强土体强度和稳定性等特点逐渐在工程中得到应用。为探究围压和碳酸钙含量对微生物固化土力学性能的影响,对不同碳酸钙含量的饱和固化土进行不同围压作用下的三轴固结不排水剪切试验,研究固化土应力-应变、孔隙水压力-应变变化规律,分析碳酸钙含量对土体初始切线模量、破坏包络线和临界状态线的影响规律,并建立碳酸钙含量与试验参数之间的关系式。试验结果表明,碳酸钙可提高土体峰值强度,碳酸钙的填充作用使胶结后的土体残余强度高于未胶结土体。围压和碳酸钙含量对固化土孔隙水压力-应变关系的影响不同,随着围压的增大,孔隙水压力峰值增大,发生负孔隙水压力的轴向应变增大。随着碳酸钙含量的增加,孔隙水压力峰值增大,但发生负孔隙水压力的轴向应变减小,可知固化土更易发生剪胀。随着碳酸钙含量的增加,土体破坏包络线和临界状态线均发生上移。

基于紧凑型Nd∶YAG/PPMgLN模组的561 nm基模激光器

本文提出了一种非线性晶体的切角方法,通过切去谐振腔中掺氧化镁周期极化铌酸锂(PPMgLN)晶体输出端面的一角,改变输出端面的激光模式分布,从而实现了稳定的561 nm黄光激光的基模输出。利用有限差分本征模法,仿真出各种切角方案输出端面的激光模式分布,讨论其输出基模的原理,并通过实验测出各方案输出功率随泵浦功率的变化曲线。结果表明,当抽运功率为4.8 W时,实现了最高121 mW的基模输出,光-光转换效率为2.6%,中心波长为560.95 nm,半峰全宽为0.92 nm,3 h内波动性小于1.91%。与已报道的实验结果对比,该实验结果具有更小的结构尺寸,为紧凑型基模激光器提供重要参考。

基于切向矢量的圆弧高速插补算法

鉴于当前数控系统对圆弧的速度规划未能发挥设备的最大性能,提出一种基于切线矢量的速度积分方法,并将切线矢量应用于圆弧的速度规划和插补处理,其核心思想是利用圆弧切线矢量求解合成加速度,保证在每个圆弧点上均用允许的最大加速度进行速度规划,从而用更短的时间和距离完成对速度变化的响应。在圆弧插补阶段,利用切线矢量判断脉冲最长轴,以求解下一个插补点的理论坐标和脉冲发送的依据,其中切线矢量具有方向的特性大大简化了圆弧插补模型,使整体运算简单高效,符合当前高速高精的发展要求。最后通过仿真和实际加工验证了算法的可行性。

基于离散元法的生态茶园开沟抛土刀设计与参数优化

【目的】旨在设计一种用于生态茶园环境作业的开沟抛土刀。【方法】以正切面折弯角、抛土片面积、抛土片与侧切面夹角为试验因素,以功耗和区域抛土质量为评价指标,采用Box-Benknken中心组合设计法进行离散元仿真试验。【结果】(1)正切面弯折角、抛土片面积、抛土片与侧切面夹角3个因素对功耗和区域抛土质量的影响均显著。(2)仿真试验得出的最优参数组合:正切面弯折角112.7°,抛土片面积3566 mm^(2),抛土片与侧切面夹角132.5°。在最优参数条件下,功耗为1.121 kW,区域抛土质量为11.45 kg。(3)刀具功耗平均误差为12.25%,区域抛土质量平均误差为12.67%,说明该仿真模型较为可靠。

基于神经切线核的学件RKME规约

当前机器学习技术已经在大量领域得到广泛应用,然而仍面临许多亟待解决的问题:依赖大量的训练数据和训练技巧、难以适应环境变化、数据隐私/所有权的保护、灾难性遗忘等等.最近,学件范式使得上述问题同时得到系统性地解决成为可能.在该范式下,用户面临新的机器学习任务时可以通过学件基座系统方便地复用他人的结果,而不必从头开始.学件范式的核心在于规约,规约使得学件基座系统在不接触原始数据的情况下,可以根据用户的需求快速识别出对用户任务有帮助的学件.近期研究均通过缩略核均值嵌入(Reduced Kernel Mean Embedding,RKME)为模型构造规约,并通过构建学件原型系统验证了范式的有效性.在实际中,学件基座系统中往往包含在各种领域任务、数据类型上构建的机器学习模型,而传统的RKME规约面临维度灾难的问题,难以适用于高维数据,例如图像场景.为了拓展RKME规约的适用范围,本文引入神经切线核进行RKME规约构造.为提升方法的高效性,本文进一步通过神经网络高斯过程与随机特征近似,快速为各种模型生成RKME规约.最后,本文在真实数据构建的销量预测、图像分类场景的学件基座系统中进行大量实验验证了所提出方法的有效性和高效性,所提出方法相比于传统RKME规约查搜准确率显著提升近9%,且实验结果表明改进后的规约在图像任务上具有良好的隐私保护性质.代码见:.

关于耐光黄变试验的探讨

分析褪色前10产品,发现异常样品在9个地区的销量占56%,退残占95%。对比发现紫外线导致高退残率。分析了耐光黄变的测试原理,对HG/T 3689—2014中的A法太阳灯法进行阐述,通过试验比较不同的测试方法来提高耐光黄变的重现性。试验证明,试样尺寸为30 mm×30 mm,试样放置位置为距离圆心60 mm,试样放置与圆盘切线方向平行位置测试耐光黄变性能的重现性高。

融合动态窗口法的无人机动态路径规划算法

为解决路径规划算法在复杂动态环境下寻优性能和避障能力差的问题,提出一种融合动态窗口法的无人机动态路径规划算法(UAV dynamic path planning algorithm combined with DWA,UAVDPPA-DWA)。为获取无人机在静态环境下的最佳引导路径,提出了一种基于偏移程度和障碍物距离评估的改进椭圆切线图算法;如果无人机检测到有移动障碍物,那么通过自适应参数的动态窗口法生成局部避障轨迹;否则,无人机仍沿静态环境下所获得的引导路径飞行。提出多种类型的复杂动态避障场景,并从路径长度和飞行时间两方面来验证所提算法的性能。实验结果表明:相比DWA、A*-DWA、RRT-DWA和PRM-DWA算法,UAV-DPPA-DWA不仅有较强的避障能力得到可行飞行轨迹,还能以短时间沿最佳路径完成任务。