改进人工势场法解决局部最小值路径规划研究

当移动机器人在行进过程中使用传统人工势场法(artificial potential field method, APF)进行路径规划时,通常会陷入局部最优困境,无法顺利到达目标点。为解决这一问题,首先,对APF算法规划路径失败原因进行分析,其次设置情况判断条件,判断当机器人陷入局部最小值时,通过在合适位置增加临时引导点的方法,引导其跳出局部极小值点;其次,引入分数阶微积分思想方法结合APF算法,提出混合阶次的分数阶梯度下降法进行位置信息迭代,优化算法的收敛速度和收敛精度;最后,用MATLAB软件对该方法进行仿真,实验结果表明提出的方法可以有效解决局部最小值问题,而且在速度、精度上都有明显的提高,且能适应较为复杂的多障碍物环境,验证了改进方法的有效性、正确性。

人工势场法局部极小值优化方法研究

人工势场法是目前路径规划常用的算法之一,但其存在的局部最小值问题会导致智能移动机器人无法到达目标点。本文针对人工势场法局部最小值优化的三种算法展开研究。文章选择了算法运行平均时间和成功到达目标点的成功率作为研究对象,通过设置三种优化算法在不同障碍物下运行,观察不同设置情景下算法运行时间和成功率的变化,得到这三种优化算法的各自适合的障碍物环境。文章为这三种优化算法的应用提供了参考依据。

基于改进APF算法的水面无人艇局部路径规划

为解决传统人工势场法(APF)进行水面无人艇路径规划时出现局部最小和路径不平滑的问题,对斥力系数进行动态调整并引入逃逸力。为使水面无人艇在动态避碰中按国际海上避碰规则(international regulations for preventing collisions at sea,COLREGS)航行,结合无人艇性能制定了无人艇的避碰规则,并引入转向力。通过Matlab对静态未知障碍物的仿真实验,验证改进APF算法能解决局部最小问题且规划的路径更加安全平滑。通过对动态未知障碍物4种典型局面的仿真实验表明,改进APF算法在复杂环境下也能引导无人艇在符合避碰规则的前提下对多个动态障碍进行安全规避。

基于APF的AGV局部路径规划改进算法研究

针对原有人工势场法(artificial potential field,APF)在局部路径规划时的避障效果不良问题,提出一种APF-PSO的改进算法改善原算法优化路径规划的效果。将速度势场引入位置势场中使AGV(automated guided vehicle)动态避开不同速度的移动障碍物;当算法陷入局部最小值时,采取PSO(particle swarm optimization)算法,并对其惯性权重因子和学习因子做出调整,通过三次样条曲线插值来平滑路径,使得AGV找到最短路径。结果表明APF-PSO改进算法可根据障碍物速度不同动态避障,解决了APF算法运算中避障效果不良问题。

局部轨迹信息的联机手写维吾尔文单词过切分

将手写单词分割成字符是一项艰巨的任务。本文提出一种基于局部轨迹信息的单词过切分方法。该方法中,在不预先对附加笔划进行分组,不确定基线位置和不做倾斜校正的情况下探索单词轨迹的局部信息进行过切分。利用的局部信息包括手写轨迹中的平直点、局部最大和最小、局部最右和最左。探索手写单词原轨迹点序列中的局部最大值和局部最小值的点,从中找出切分点。初步确定的切分块里找到最右边和最左边的点更新切分点。本文提出的方法在5个不同作者的500个无约束手写单词样本上进行测试。平均字符切分召回率和正确率分别为93.35%和69.97%。

基于动态领域势场法的船舶避碰路径规划

针对传统人工势场避碰路径规划在避让距离和避碰时机方面的局限性,提出一种基于改进人工势场法的动态船舶避碰路径规划方法。采用四元安全领域改进了人工势场中固定的障碍物斥力作用范围,构建一种根据船速动态调整的避让领域范围来代替固定阈值的障碍物斥力势场范围,实现避让距离由静转动;提出一种设定半径自适应的子目标设定方法,并且加入可变调整角,以调整子目标点与障碍物的距离,从而解决避碰大型障碍物时出现的局部最小值和路径抖动问题。改进后算法可根据不同船速构建自适应的避让领域,实现船舶避让距离的动态调整,在保证安全的前提下减少因过于保守的避让距离带来的不必要的碰撞威胁和避碰行为,在速度为1 m/s时,动态领域势场法相对于障碍物斥力势场范围分别为100、200 m的传统人工势场法分别节省航程的8%和9%。通过真实海图仿真试验验证了所提避碰路径规划算法的可行性,能够实现在有大型障碍物的复杂场景中船舶的安全避碰路径规划。

基于循环包络经验傅里叶分解的轴承故障诊断方法

针对傅里叶分解方法存在过度分解、运算时间长等问题,提出了一种基于循环频谱包络的经验傅里叶分解(CEEFD)算法,并将该算法运用到滚动轴承故障诊断中。首先,对信号进行了快速傅里叶变换(FFT),获得了信号的频谱,对傅里叶频谱进行了循环包络,得到了包络曲线,减少了无用极值点的个数,抑制了噪声对分量的干扰;然后,采用改进的局部最大最小值(local max min)分割技术,对频谱包络曲线进行了频带分割;最后,构建了零相位滤波器,采用逆快速傅里叶变换(IFFT)对每个频带进行了信号重构,得到了若干个瞬时频率且具有物理意义的单分量信号;通过对仿真信号和滚动轴承实测信号的分析,并将其与经验模态分解(EMD)、经验小波变换(EWT)、傅里叶分解方法(FDM)、变分模态分解(VMD)和经验傅里叶分解(EFD)进行了实验对比验证。研究结果表明:采用CEEFD方法获得的单分量包含了更准确的故障特征信息,验证了CEEFD方法的有效性,CEEFD方法可用于轴承的故障诊断;相对于上述方法,CEEFD方法具有更高的准确精度和更强的抗噪声干扰能力。

基于改进人工势场法的移动机器人路径规划

针对势场法的障碍物附近目标不可达的问题,改进了传统人工势场斥力函数,确保目标点是机器人的势场全局最小点,使得机器人顺利到达目标点。针对势场法的局部最小值问题,提出了一种连接局部最小值区域障碍物的方法,建立了机器人离散传感器模型,使机器人快速走出局部最小值区域。改进后的人工势场法适用于复杂室内环境下的机器人路径规划。仿真结果证明了该方法的有效性。

基于改进人工势场法的机器人路径规划

路径规划与识别作为智能机器人研究的最重要因素,具有重要的理论意义和实用价值。但传统的人工势场法在路径规划中存在目标不可达和局部最小值点的缺点,影响机器人到达目标点。针对其存在的缺点,本文采用改进的人工势场法进行路径规划,重新构建引力和斥力函数,引入运动因子,对结果进行仿真使机器人顺利跳出局部最小值点,且路径规划相对更短,有效的解决了复杂环境下机器人的避障不足,验证结果显示所提方法能够符合路径规划的要求。

基于改进涡流搜索算法的支持向量机分类模型

支持向量机(SVM:Support Vector Machine)是定义在特征空间上的间隔最大的线性分类器,参数的选择决定了其学习性能和泛化能力。针对此参数选择问题,采用改进的涡流搜索算法对支持向量机参数进行选择,寻找最优适应度函数。仿真实验表明,改进的涡流搜索算法是一种有效的SVM参数选择方法,有利于跳出局部最小值,其优化性能不低于涡流搜索算法。

基于图像投影的基因芯片图像网格定位

对基因芯片图像进行网格定位是芯片分析的前提和关键。利用芯片图像在水平方向和竖直方向的投影,可将二维图像分析问题转化为一维信号处理问题。本文对图像的投影信号进行算术平均滤波,然后利用不同参数滤波后投影信号间的灰度偏差进行网格定位。实验表明该方法对芯片信号点的定位有很高的准确性,且算法简单易行。

基于双直方图均衡算法的红外图像增强

为了抑制全局直方图均衡产生的灰度饱和和局部细节丢失的情况,提出了一种双直方图均衡算法。首先对图像的背景和前景进行分割,提出基于直方图的局部最小值和修正的K-Means聚类算法来确定图像的理想分割阈值,然后再对分割的子图分别作全局直方图均衡(Global Histogram Equalization,GHE)。对该算法进行了实验验证,结果表明,相较于GHE算法,经该算法增强后的图像峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)提高约16.425%,结构相似度(Structural Similarity Index,SSIM)提高约14.85%。同时通过主观分析,基于直方图局部最小值和修正的K-Means聚类算法的图像分割进行双直方图均衡可以有效抑制GHE算法产生的灰度饱和和细节丢失现象。

基于改进人工势场法的水下自主航行器路径规划

针对水下自主航行器(AUV)在水下复杂环境下的路径规划问题,提出改进人工势场法的路径规划算法。在传统人工势场法的基础上,提出考虑避障半径的斥力场函数方法,进一步优化规划路径。通过设置子目标点法和距离比较法,有效解决二维和三维空间下的局部最小值点问题和目标不可达问题。通过仿真对比验证提出的基于改进人工势场法的水下自主航行器路径规划算法的有效性。

基于改进人工势场的无人机编队避障控制研究

针对人工势场方法在无人机避障过程中存在局部最小值的问题,基于虚拟结构和"长机-僚机"控制策略,提出一种复合矢量人工势场方法,有效实现了无人机编队在三维空间避开障碍物追踪运动目标的目的。该方法以3架无人机构成的编队作为研究对象,虚拟长机运动轨迹作为期望路径,障碍物简化为圆柱体,其周围的人工势场近似为球体表面。人工势场中的引力导引虚拟长机追踪目标,僚机追踪长机保持编队飞行。斥力作用使得编队避开障碍物,同时僚机不分次序和具体位置均匀地分布在以虚拟长机为球心的球体表面。无人机编队的避障路径取决于两种复合矢量的人工势场,每架无人机可选择最优路径避障,避障结束重组三角形编队飞行。通过仿真结果验证了该理论的可行性,为多无人机编队避障提供了一种思路。

基于单类支持向量机的工业控制系统入侵检测

针对工业控制系统数据非线性、高纬度和不平衡等难题,本文从提高工业控制系统入侵检测的准确性入手,结合单类支持向量机算法,提出一种单类支持向量机异常检测方法。该方法在核主成分分析过程中加入Fisher-Score算法,实现了对数据集的特征提取,降低了后续单类支持向量机入侵检测模型训练和识别的复杂度;同时加入免疫克隆选择和协同进化等策略,采用分层协同免疫粒子群参数优化算法对单类支持向量机参数进行寻优,增强算法的综合性能,解决了基本粒子群算法在单类支持向量机参数寻优过程中存在的易陷入早熟收敛和局部最小值等问题;最后构建了基于优化后的单类支持向量机算法的入侵检测模型,并进行对比实验验证。实验结果表明:优化后的检测模型在训练时间、学习泛化能力和检测性能上都有明显提升。

基于深度径向智能的拒绝服务攻击检测

为了解决基于机器学习的攻击检测系统梯度消失和陷入局部最小值的问题,提出一种基于深度径向智能(Deep Radial Intelligence,DeeRaI)的拒绝服务检测系统。使用从具有不同抽象级别的径向基函数中提取的智能信息来训练DeeRaI网络,得到训练样本特征之间的相关性;使用积累化身(Cumulative Incarnation,CuI)算法优化DeeRaI网络权重,生成最佳权重。实验结果表明,DeeRaI拒绝服务攻击检测系统学习收敛速度更快,并且在检测率、准确率、误报率和误差率性能方面优于现有其他方法。

基于神经网络的电力计量故障诊断研究

传统BP算法很难平衡干扰数据、学习的速度与效率十分迂缓、对象函数会轻易堕入局限最小值等各种问题,而高压电力计量系统对所发生故障的识别与诊断具有很高的实时性需求。针对这类问题,论文基于传统BP算法,将BP神经网络与粒子群算法相结合,并应用到高压电力计量系统的实时故障诊断中,解决了传统BP算法的各种局限性难题。首先,提取电力计量系统历史日常运行所产生的参数,筛选出故障发生时的特征参数进行归一化预处理;其次,建立一个符合需求的神经网络组织构造并设置相关参数,以此构造具有针对性的BP神经网络模型,并利用抽取的数据对该神经网络进行训练以及测试;然后,应用粒子群算法改进BP神经网络的权重数值,形成了实时性能较高的基于粒子群算法的优化神经网络电力计量故障的实时识别与诊断系统;最后,根据故障识别与诊断的测验比较结果,证明论文所设计的高压电力计量系统的故障诊断办法是能应用到实际计量系统运行当中的。

A Coordinate Gradient Descent Method for Nonsmooth Nonseparable Minimization

This paper presents a coordinate gradient descent approach for minimizing the sum of a smooth function and a nonseparable convex function.We find a search direction by solving a subproblem obtained by a second-order approximation of the smooth function and adding a separable convex function.Under a local Lipschitzian error bound assumption,we show that the algorithm possesses global and local linear convergence properties.We also give some numerical tests(including image recovery examples) to illustrate the efficiency of the proposed method.

基于环流斥力势场的改进APF导弹航路规划

为解决人工势场(artificial potential field,APF)方法容易陷入局部最小值的问题,提出基于环流斥力势场的改进APF航路规划方法(改进APF方法),改变斥力势场方向使其变成围绕障碍物的环流,并结合导弹由航路点控制的特点,进一步由约束法和切线法得到导弹飞行航路点。在不同场景下分别采用传统APF方法与改进APF方法进行航路规划求解,以及使用切线法和约束法进行导弹航路点求解。结果表明:改进APF方法有效提高可解概率,能够在多边形障碍密集、障碍边界与导弹航向垂直的情况下得到航路。同时,相比传统APF方法,改进APF方法生成的航路较平滑。对于导弹航路点求解,切线法和约束法所得到的导弹航路航程相差不大,但约束法的解算时间较短且生成航点数量较少,而切线法的安全性能较好。