基于模糊快速滑模的农用牵引车辆直线路径跟踪控制

为解决无人驾驶牵引式农机在非结构化环境中作业时直线跟踪精度低、上线速度慢、抗干扰能力差等问题,提出了一种基于模糊快速滑模控制的农用牵引式车辆直线路径跟踪控制方法。首先利用车辆运动学模型与参考路径建立牵引车辆直线路径跟踪误差模型,并提出一种基于模糊参数整定的快速滑模直线路径跟踪方法,解决了滑模控制算法的控制器抖振与机具快速上线问题。通过Lyapunov稳定性分析可知,所设计控制方法可保证牵引机具跟踪参考路径,同时铰接角收敛至零。最后,基于Simulink仿真与实车试验对该控制方法的有效性与优越性进行测试。田间实车试验表明,使用本文控制方法时,拖车和挂车最大路径跟踪横向误差分别为0.11、0.12 m,拖车和挂车跟踪误差方差分别为0.0013、0.0015 m^(2);相较于传统基于等速趋近律设计的滑模控制器,上线时间提升约58%,最大跟踪误差减小约66%。

基于自适应滑模的欠驱动无人艇轨迹跟踪控制算法

针对欠驱动水面无人艇在航行过程中存在的海洋环境干扰、数学模型参数不确定、执行器故障等问题,提出了一种基于扰动观测器与神经网络技术的自适应滑模轨迹跟踪控制算法;在欠驱动无人艇的三自由度模型基础上,结合视线制导律,提出了一种新的轨迹跟踪制导策略;采用自适应滑模控制技术设计了欠驱动无人艇的轨迹跟踪控制器,有效地抑制了执行器衰减故障对无人艇控制系统产生的影响;同时运用了非线性扰动观测器和自适应径向基函数神经网络分别对无人艇受到的外界时变干扰和模型参数不确定性进行补偿和拟合,提高了无人艇控制系统的鲁棒性;基于Lyapunov定理证明了所设计的控制算法的稳定性,并在MATLAB中进行了仿真测试;仿真结果表明,所提出的轨迹跟踪控制算法可以在较为复杂的环境下实现对欠驱动无人艇的精准控制;相较于对比算法,欠驱动无人艇在文章算法下的位置平均跟踪误差减小了80%以上,具备较高的稳定性和容错能力。

基于非参数估计与滑动窗口改进的主成分分析方法研究

电容式电压互感器(CVT)测量准确性关乎电能的准确计量,监测难点是误差变化微小不易察觉。针对CVT数据非严格满足高斯分布的特点,提出了基于非参数估计与滑动窗口改进的主成分分析(PCA)方法。对同一电压等级下的各CVT相位差与幅值进行Johnson变换增强高斯性,由PCA分解为主成分与残差成分;在此基础上分别建立霍特林统计量(T^(2))和平方预测误差(Q);对待监测的T^(2)和Q先进行滑动窗口处理,再与控制限相比较,以判断角差和比差是否超差。控制限由CVT正常运行时的T^(2)和Q进行非参数估计得到。基于某变电站现场的CVT数据,通过人为施加固定/渐变偏差,该方法可有效识别±10′范围的角差超差与±0.2%范围的比差超差。

基于消失点引导透视变换的车道线检测算法

目的为解决车道线的位置会随着车辆或相机的偏移发生变化而导致车道线检测准确率低和适应性差的问题,提出了一种基于消失点引导透视变换的车道线检测算法。方法首先,采用自适应消失点坐标引导更新透视变换矩阵,将车道图像转换为车道线保存完整的鸟瞰图;其次,将其颜色特征和边缘特征进行融合,得到精准的二值化图像;最后,根据直方图分析定位车道线的基点,采用滑动窗口搜索的方法提取候选的车道线像素,然后对搜索到的车道线像素进行多项式拟合。在不同的道路场景下测试算法的性能,并与其它同类算法进行对比分析。结果仿真结果表明,算法的准确率为94.12%,平均每帧耗时85.35ms,在检测精度和速度方面优于对比的算法。结论该算法能有效解决车道线位置的改变对车道线检测性能的影响,具有更高的准确率和较好的适应性,在阴影遮挡、车道破损、恶劣天气等复杂道路环境的检测下,表现出良好的鲁棒性。

基于分区和滑动时间窗策略的配电网线路参数辨识

针对配电网线路参数辨识困难、不精确的问题,提出了一种基于分区和滑动时间窗策略的配电网线路参数辨识的方法。首先,使用线性解耦潮流模型最小二乘回归得到线路初始辨识参数。然后,将配电网分成若干个区域,并采用滑动时间窗策略,在每个时间窗中对每个区域内的线路参数通过高斯-牛顿法进行精确辨识。最后,对所有时间窗内的辨识结果进行离群值检测,综合各个时间窗的辨识结果得到最终的辨识值。所提方法提高了线路参数的辨识精度,并且可以避免精确辨识时选取到坏数据导致辨识结果偏离真实值。

融合高效注意力的多尺度输电线路部件检测

针对在高分辨率输电线路图像中,不同种类部件尺度跨越大,难以被均衡检测的问题,提出一种融合高效注意力的多尺度输电线路部件检测算法。在YOLO v5目标检测算法中,设计添加高效注意力模块ECBAM提高算法特征提取能力。根据输电线路部件的特征分布统计,使用滑动窗口对高分辨率输电线路图像进行切片,并对切片前后的图像分别使用改进后的YOLO v5算法训练模型。将两个模型的检测结果进行集成,得到多尺度输电线路部件检测结果。在公开的PLAD架空输电线路图像数据集上,该模型的检测性能远超现有目标检测模型,Precision可达83.2%,Recall可达92.8%,相比数据集原作者提出的模型,mAP值提升了1.6个百分点,达到了90.8%,且能检测出未在原始数据集上标注出的隐蔽目标,验证了在高分辨率图像中检测多尺度输电线路部件的有效性。

带有神经网络干扰观测器的视线角约束制导

针对具有终端视线(line-of-sight, LOS)角约束的机动目标拦截问题,提出一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络干扰观测器的LOS角约束制导方法。首先,考虑目标机动过程中加速度信息无法获取的情况,给出了一种基于RBF神经网络的干扰观测器,实现了对目标机动的高精度估计;其次,充分考虑终端角度约束,结合超螺旋算法思想,通过幂次项的引入设计了一种改进的滑模制导律,从而有效提升了有限过载情况下的制导精度;在此基础上,通过Lyapunov定理对算法的收敛性和稳定性分别进行了证明;最后,通过仿真验证对比了3种不同方法在4种拦截场景下的制导性能,同时针对所提方法进行了蒙特卡罗打靶仿真,仿真结果表明所给出的LOS角约束制导律对机动目标拦截精度高、鲁棒性强。

高压输电线软体巡检机器人磁致动机制及PI滑模控制研究

为解决高压输电线刚性悬臂巡检机器人尺寸大、笨重、越障不灵活、效率低等问题,设计一种高压磁致动软体巡检机器人,利用载流线圈在高压直流环形磁场中受到的安培力驱动软体机器人以柔顺和蠕动方式高效灵活地跨越多种障碍物。对该机器人进行本体构型设计并分析其工作姿态,实现稳定巡检功能;对磁致动驱动器进行理论设计和分析,利用Comsol仿真软件对其所需驱动力进行仿真,验证理论的可实行性;通过拉格朗日法对高压磁致动软体巡检机器人进行动力学建模,构建系统动力学方程,获取机器人的关节角度、速度、加速度之间的关系;最后,通过MATLAB利用基于PI滑模控制法对简化后的高压磁致动软体巡检机器人动力学模型实行速度和角速度高精度追踪仿真。仿真结果表明:在滑模控制下,角度在1.5 s追踪上理想信号,角速度在0.3 s后追上理想信号,证明基于PI的滑模控制器能够实现对高压磁致动软体巡检机器人的有效控制。

结合局部纹理特征滤波的海天线检测方法

针对视频监测下海天线检测图像易出现的海天对比度低、海上物体、海雾、海浪及云层等干扰条件引起的图像模糊和海天线遮挡问题,提出一种基于偏心邻域的灰度共生矩阵对比度滤波的梯度域下海天线检测方法。方法设计使用上下两方向偏心盒状滤波器获取图像的对比度梯度值图,利用滑动窗对分块图像搜索梯度极大值候选位置,根据设计策略通过构建海天线参数的概率统计模型提取拟合直线作为检测结果。仿真实验表明,本文方法能提升视觉图像下含多景物等干扰的复杂场景海天线检测的准确率,与同类方法相比提升7.69%。

新型隔离块结构在炼钢起重机中压滑触线中的应用

炼钢起重机集电器滑块经过中压滑触线绝缘隔离装置时,存在绝缘块接触燃弧而烧坏。现通过一种新材料及结构隔离块解决传统3240环氧板作为隔离材料带来的绝缘、温度等缺陷。本文论述以三氧化二铝(Al2O3)为主体的陶瓷作为中压隔离材料,利用三氧化二铝陶瓷的优良绝缘性、耐磨性、耐热性、热膨胀系数小、机械强度大等特点,设计加工成中压隔离块,满足炼钢行车中压滑触线绝缘、超高温、耐磨损、抗震动和坚固五大问题的要求。

液滴润湿固体表面的移动接触线:从吸附到滑动

液滴润湿固体表面是自然界和日常生产、生活中常见的流体力学现象.针对液滴润湿固体表面过程中移动接触线的运动模式,有必要开展深入的物理力学研究.采用分子动力学模拟方法,研究了3种不同润湿性固体表面上水滴浸润的动力学过程,展示了全时域液滴铺展动力学行为及其相应的移动接触线标度律,并划定了液滴润湿过程的4个阶段.第1阶段中(t/τ_(i)≤0.05,其中τi为惯性-毛细特征时间),液滴与固体表面实现点接触,接触角为180°.第2阶段中(0.05﹤τ_(i)≤1),液滴动态接触角快速减小,接触半径随时间以1/2幂律关系快速增长,且不受表面润湿性的影响.第3阶段中(1﹤τ_(i)≤3),液滴动态接触角继续减小,接触半径持续增长,表面亲水性越强浸润速率越快;最后进入长期弛豫阶段(t/τ_(i)> 3),疏水表面上的液滴铺展基本结束,接触半径和接触角均趋于定值,而亲水表面上液滴动态接触角的减小明显减缓,接触半径呈指数增长.进一步标定了固-液-气三相接触线的尺寸,通过深入分析位于固-液-气三相接触线处水分子在相空间中的运动轨迹,发现了两类接触线运动模式:吸附和滑动.具体而言,在液滴润湿固体表面的第1和第2阶段中,接触线以吸附模式产生和增长;第3阶段中吸附和滑动模式并重.第4阶段中接触线则以滑动为主.文章揭示了液滴润湿固体表面的分子级运动细节,有助于进一步深入理解固-液界面微尺度流动.

基于动态点线耦合的单目视觉惯性SLAM算法

针对传统视觉SLAM算法在暗纹理环境下鲁棒性差、定位精度低的问题,本文给出了一种基于动态点线耦合的单目视觉惯性SLAM算法。设定提取线特征的动态阈值,提高线特征利用率,然后利用点与线特征位置的相似性,提取新的点线耦合特征,并构造点线耦合残差模型,用点线耦合残差来搜索点与线特征之间的关系,将点线耦合残差集成到后端滑动窗口优化中,用以构造最小化成本函数。将构造的算法在EuRoC公开数据集上进行仿真,实验结果表明,本文设计的算法比VINS-Mono算法和PL-VIO算法的定位误差降幅明显,有效地增强了系统的鲁棒性,提高了系统的定位精度。

基于挂轨机器人的智能巡检系统研究

文章简要描述了目前常见的巡检场景以及挂轨机器人巡检系统的应用场合,介绍了巡检系统在实际应用中一些功能,包括自主定位导航巡检、视频及环境检测、自主安全防护、语音对讲、自身状态检测等,然后介绍了基于挂轨机器人的智能巡检系统的设计,包括轨道、供电系统、机器人本体、通信系统、服务器系统、软件系统等,最后说明实物系统在新疆某厂房应用中取得了良好的巡检效果,为各行各业的机器人巡检提供参考和借鉴。

繁忙干线京哈铁路42号道岔自动横移走行插铺施工技术

本文以新建北京至唐山铁路京唐京哈联络线42号道岔插铺工程为例,针对既有线42号道岔插铺施工,还未有大量成熟的案例与经验,由于现场环境及42号道岔体积大、长度大、施工难度大,对人员组织、施工步序衔接、施工安全及质量有着严格的要求,因此本次通过对42号道岔插铺施工技术的分析为后续铁路道岔插铺提供了强有力的经验积累。

金具滑移对输电线路的危害分析与防治

输电线路导地线及金具长期疲劳振动,轻则导致金具位移脱落,重则导地线长期磨损发生断股、断线倒塔事故,严重威胁输电线路的安全运行。金具滑移以防震锤位移最为常见,为此,以导地线受振动后产生防震锤位移现象开展原因分析,研究金具滑移后对输电线路的影响与危害,并提出针对性的应对防治措施。

基于载机视觉信息的改进视线制导律设计

针对无人机机载武器低成本精确打击的需求,提出利用机载光电吊舱获取制导信息、采用视线制导法进行制导律设计的方案。通过分析载机、导弹和目标的运动关系,建立了系统状态空间模型,基于反步法和滑模控制设计了改进视线制导律。对制导律中无法由载机获取的参数进行了讨论,采用跟踪微分器提取视线角并估计视线角速度信息。数值仿真结果表明,在视线角存在噪声且导弹矢径拉偏的情况下,改进视线制导律仍可保证对地面目标的精准打击。与传统视线制导律相比,载机的运动方向不受限制,可在发射导弹后远离目标以免受到威胁,符合现实需求。

基于滑动窗搜索算法在车道线检测方面的改进

车道线检测在自动驾驶和智能交通系统中扮演着至关重要的角色,它直接关联到这些系统的安全性和有效性。尽管传统的车道线检测算法,如基于边缘提取的方法,已被广泛应用,但它们存在一些局限性。[1]特别是在复杂的道路环境中,这些方法常常难以准确识别车道线,从而影响整体系统的性能。针对这一挑战,本文提出了一种新的车道线待选点提取方法,该方法基于Sobel算子和Hsv颜色空间模型,并结合霍夫变换,形成了一种综合的三模型方法。Sobel算子在边缘检测方面表现优异,能够有效识别车道线的形状和边界;Hsv颜色空间模型则有助于处理在复杂光照和天气条件下的车道线识别;霍夫变换则能在边缘信息的基础上进行直线的检测和确认。这三种方法的结合不仅弥补了单一方法的不足,还大大提升了车道线检测的准确性和鲁棒性。

基于牵引力-滑转率特性的高速电驱履带车辆行驶路面辨识方法研究

电驱动高速履带车辆质量大、行驶速度快、行驶条件复杂,识别地面特性对其动力学控制具有重大意义.基于电驱动高速电驱履带车辆与地面之间的牵引力-滑转率特性,本文提出了一种利用长短期记忆神经网络(LSTM)进行路面识别的方法.通过采集车辆行驶过程中的驱动电机转矩、转速信号及惯性测量单元得到的车辆纵向、横向加速度信号,记录并筛选出在一个滑转率变化过程中的牵引力-滑转率特征数据,通过LSTM神经网络,将特征数据归类,识别出当前行驶路面类型.该方法具有采集设备简单、信号易获得、算力要求较低等优点.仿真结果表明,该方法能够将车辆行驶路面准确归类于三种典型高、中、低附着路面.

基于数据特征的接触网补偿装置卡滞识别方法研究

对于铁路接触网中心锚结及下锚补偿装置出现异常,根据6C检测系统中高速铁路弓网综合检测装置(1C)采集的波形数据总结出数据特征并提出相应算法。选取弓网接触力和接触线高度作为判断此类缺陷的2个特征变量,经过数据预处理后,计算弓网接触力一跨内标准差,接触线高度通过移动滑动窗,采取相应规则形成上界线,结合波形数据特征确定阈值并进行逻辑判断,得出异常锚段公里标。通过对典型线路进行计算分析,结果表明该方法可以识别出接触网中心锚结及下锚补偿装置缺陷,可为快速寻找此类缺陷及相关分析提供数据支撑。

基于反步滑模法的输电线路巡检四旋翼无人机控制器研究

针对输电线路传统巡检效率低及准确率低的问题,笔者以四旋翼无人机作为研究对象,建立用于电力巡检的四旋翼无人机的数学模型,采用反步滑模控制方法,设计了无人机的位置控制器和姿态控制器,并与普通滑模控制方法作对比,通过MATLAB软件对上述方法进行仿真验证。结果表明,采用反步滑模法设计的无人机位置控制器和姿态控制器具有更强的鲁棒性,面对外界恶劣天气干扰依然能高效对电力线路进行巡检。