时延遥操作系统控制的波变量法

时延稳定性是遥操作系统面临的难题之一.基于无源性理论的波变量法可以保证遥操作系统在任意时延下稳定,已成为遥操作控制系统设计的一个重要方法.本文对波变量法的理论基础、波变量与波控制器、实际使用中的注意事项以及波变量法的最新进展做了系统的、全面的阐述,并指出其未来的研究方向.

广义波变量遥操作系统的透明性分析

分析了基于广义波变量的力反馈遥操作系统的透明性,推导了实现系统透明遥操作的最小波反射准则和严格阻抗匹配准则。理论分析和数字仿真均表明:广义波变量遥操作系统的透明性是一个与输入频率相关的特性;同一组参数在不同的输入频率下,系统的透明性不同;当系统输入频率增高时,透明降低。严格阻抗匹配的波变量遥操作系统在相应的输入频率下,透明度高于最小波反射的波变量遥操作系统;而后者对输入频率的敏感程度则低于前者。

基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法研究

针对同步性能会直接影响遥操作双边控制系统的透明性和跟踪性的问题,提出了一种基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法.首先,给出了一种定时延条件下力反馈双边控制系统同步性的定量度量函数;其次,在波变量4通道双边控制结构中,设计了异构形式的主从端控制器,通过在主端控制器添加力缓冲单元和补偿单元来实现主从端同步控制,消除了波变换方法对主端控制器超前作用的影响;在此基础上,采用多回路反馈结构稳定性分析方法对提出的方法进行稳定性分析,并得到系统稳定的约束条件.最后通过仿真和搭建的实验平台验证了所提方法的有效性.

大时延遥操作系统的波变量双边自适应控制

针对通信时延对遥操作系统稳定性和透明性的影响,研究了一种基于双边自适应控制和波变量理论的控制方法。通过设计波控制器保证通信传输模块的无源性,在保证系统稳定的基础上,调节波阻抗系数来提高系统的透明性,并在时延10 s的情况下进行主从端速度、位置和力的跟踪仿真实验,结果表明该方法和已有的双边自适应方法相比既能保证系统稳定且透明性好,达到较好的控制效果。

基于波变量的时延双边遥操作系统设计

针对波变量法在任意时延下能保证时延双边遥操作系统的稳定,但却降低主从端之间跟踪性的问题,提出一种改进基于波变量遥操作系统的设计方案;该方案引入PD控制器调整主从端速度误差,并采用PI控制器控制从端;最后,对调整和未调整的基于波变量双边遥操作系统分别进行仿真实验;实验结果表明,与未调整的系统相比,调整的系统在一定程度上极大地降低了主从端位置、速度和力的跟踪误差,使得该方案在保证系统稳定的前提下有效提高了系统透明性。

基于波变量补偿的阻抗匹配时延双边遥操作

通信时延是遥操作系统中固有的问题,它会严重影响遥操作的性能,降低系统的稳定性和跟踪性;基于无源理论的波变量法可以保证遥操作系统在任意时延下稳定,是解决时延问题的一个重要方法;然而,波变量法带来的波反射会阻扰有用信号的传输,降低了主从端信号的跟踪性,严重时甚至会导致整个系统振荡;文中提出了一种基于波变量补偿的阻抗匹配双边遥操作系统结构,旨在减少波反射,提高操作者的临场感和系统的跟踪性;仿真实验结果表明,在任意固定时延条件下,调整后的波变量结构减少了系统波反射,降低了主从端位置和力的跟踪误差,在保证系统稳定性的前提下有效地提高了系统的跟踪性。

时延遥操作系统控制的波变量阻抗匹配法

通信时延是遥操作系统中固有的问题，它会严重影响遥操作的性能，降低系统的稳定性和跟踪性。基于无源理论的波变量法可以保证遥操作系统在任意时延下稳定，是解决时延问题的一个重要方法。然而，波变量法带来的波反射会阻扰有用信号的传输，降低了主从端信号的跟踪性，针对这一问题，提出了一种基于波变量的阻抗匹配双边遥操作系统结构，旨在减少波反射，提高操作者的临场感和系统的跟踪性。通过仿真实验，结果表明所提方法能够保证固定时延条件下遥操作系统的稳定性．并具有较好的跟踪性。

基于波变量的力反馈遥操作研究

设计了一个基于波变量的带力反馈的主从式遥操作系统.引入波变量保证系统在操作过程中的稳定性.以虚拟环境中灵巧手的位姿代替实际力作用方向的位移,用于虚拟力计算;使用事先实验获得的实际材料接触力特性数据进行虚拟力外推.仿真实验结果表明,该方法能给操作者提供连续的力反馈,保证了较高的透明度和刷新率.

时延遥操作系统的非对称双通道波变量补偿法

为保证遥操作系统在时延条件下的稳定性,以及减少传统波变量方法的跟踪误差,提出一种非对称双通道波变量补偿法。该方法在前向通道波变量补偿法的基础上,采用能量整定器对反向通道的波变量进行补偿。通过调节波阻抗、滤波器和能量整定器的相关参数可以充分保证遥操作系统的稳定性和跟踪性能。实验结果表明该方法在保证时延遥操作系统稳定性的基础上,速度跟踪平均误差比传统波变量法减少70%以上,力跟踪平均误差比前向通道波变量补偿法减少60%以上。为了比较不同时延下本方法的效果,设计时延分别为3s和0.6s的2种实验。结果表明本方法在不同时延条件下均可以取得较好的效果。

基于小波矩不变量的模式识别方法

为了得到一组局部最优的特征组 ,提出一种结合分散度和顺序前进法 (SFS)的特征选择方法 .实验结果表明小波矩不变量比 Zernike矩不变量有更好的识别效果 ,尤其对于形体相似的物体 。

平移不变量小波去噪法在齿轮故障诊断中的应用

平移不变量小波去噪方法是对 Donoho阈值法的改进 ,该方法不仅能有效地抑制伪吉布斯现象 ,而且能减小原始信号和估计信号之间的均方根误差 ,提高信噪比。将这种方法用于变速箱齿轮故障信号的去噪处理 ,同时与阈值法去噪的结果进行比较。结果表明 ,该方法可以有效地去除强噪声的干扰 ,提取齿轮故障特征信息 。

多自由度遥操作系统控制的波变量法

为了将波变量方法用于多自由度遥操作系统,提出了一种更具一般性的多自由度遥操作系统的波变换公式,并扩展了公式参数的选择原则.首先分析了波变量法的原理,并用波变换矩阵替换波阻抗常数b得到多自由度系统的波变换公式.然后从能量的角度分析了波阻抗矩阵的选择原则,根据此选择原则扩展了波阻抗矩阵的选择方法和矩阵之间的约束关系.接着基于耗散理论,分析了扩展的波阻抗矩阵的无源性.最后以3自由度主从遥操作系统为例,分别进行了仿真实验和机器人遥操作实验,实验结果表明所提出的波变换公式能够保证多自由度遥操作系统在时延条件下的稳定性.

双变量波状扰动激发重力波波包的数值研究

采用谱配置方法对双变量波状扰动激发重力波的过程及其能量传播和转换特性进行数值研究。模拟结果表明,当初始给定的两个变量的波状扰动的相对振幅和相位严格满足重力波的偏振关系时,只有水平风场扰动(u′)与温度扰动(T′)的共同作用才能抑制能量向下传输。通常情况下,两个变量的波状扰动都会激发出两支传播方向相反的重力波波包,这两支波包的相对能量明显取决于两个波状扰动之间的相对振幅关系。当两个扰动之间的相对振幅满足特定条件时,向下传播的能量几乎为零,只会有一支向上传播的重力波波包被激发。进一步的数值分析则表明,各种情况下两个变量的波状扰动所激发的重力波波包的能量传播路径和速度基本相同;与单变量波状扰动激发重力波波包的过程相比,能量传播路径几乎完全一致,扰动转化为波动的特征时间也基本相同,但能量转换效率更高。

形态滤波与平移不变量小波增强EEMD的故障诊断方法

针对集成经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)在轴承故障特征提取中的问题,提出一种混合故障诊断方法。首先,将"形态滤波-平移不变量小波"作为EEMD的前置滤波器,实现对原始信号中窄带脉冲和随机噪声干扰的有效消除;其次,针对本征模式分量(Intrinsic mode functions,IMFs)中真实分量的选取问题,提出一种轴承振动信号EEMD分解的筛选规则,即计算各IMFs和原信号的自相关函数并作归一化处理,然后计算各IMFs自相关函数和原信号自相关函数的相关系数,以最大相关系数的一半作为阈值剔除虚假的IMFs,与此同时保留第1和第2阶IMFs,从而实现对EEMD的改进。仿真和实验轴承故障诊断研究表明了该方法的有效性,方法的优点在于:将"形态滤波-平移不变量小波"作为集成经验模式分解的前置滤波器,可有效去除故障轴承振动信号中的窄带脉冲和随机噪声干扰;本文的筛选规则可有效选取去噪信号EEMD分解后的IMFs中真实分量,从而可靠地获取故障特征频率。本研究为轴承故障诊断提供了一种新的手段。

传感器故障后多变量经验小波变换多点预测

为有效应对多点风速传感器或风压传感器故障而造成的损失,同时为了降低运算的复杂性和工程应用的难度,需要提出同步恢复缺失数据的模型。传统的多通道信号诊断采用多元经验模态分解(multivariate empiricalmode decomposition,简称MEMD),笔者提出多变量经验小波变换(multivariable empirical wavelet transform,简称MEWT)来同步恢复多点缺失数据。具体应用时,首先,运用MEWT将多点信号同时分解为一系列模态;然后,利用核函数极限学习机(kernel-based extreme learning machine,简称KELM)实现同步预测,同时运用杜鹃搜索(cuckoo search,简称CS)算法对模型的正则化参数以及核参数进行智能寻优。多步预测时,采用多输入多输出(multi-input multi-output,简称MIMO)策略代替传统的滚动策略。建筑物表面实测多点风压数据和实测多点下击暴流风速数据用于验证模型的可行性。与噪声辅助的多元经验模态分解核函数极限学习机的对比结果表明,该模型能更高精度地同步恢复多点多步信号。

小波潜变量回归和广义回归神经网络同时测定三组分混合物

本文采用小波潜变量回归 (WLVR)方法 ,同时测定重叠的光谱信号。结合小波阈值法和主组分分析 (PCA)改进除噪质量。八个误差判据用于推断因子数目。潜变量由小波处理过的信号投影到正交基矢量而获得。广义回归神经网络 (GRNN)被应用于多组分同时测定。依据算法原理编制了三个程序 (PWMRA、PWL VR和PGRNN)执行有关计算。三个方法 (WLVR、LVR(潜变量回归 )和 GRNN)同时测定三组分混合物 。

遥操作的波域预测理论及其应用

针对现有的波变量方法不能满足时延条件下医疗正骨系统的需求问题,将预测技术引入波域中,得到系统的稳定性及所需的主从位置跟踪精度.为避免由于从端系统及其模型的初始条件不一致,以及模型失配或者数字舍去误差导致的系统失稳,采用了改进的Sm ith预测器,使用状态估计器与时间前向观测器来预测从端系统的输出,同时使用能量调节算法与预测算法协同工作以确保系统的无源性.一般情况下,基于波变量的预测能保证在变化时延下的稳定性,可是,变化时延或者数字舍去误差都可能导致主从系统之间的位置飘移,因此设计了误差校正器,调节波域能量以达到校正位置飘移的目的.

时延遥操作的主端命令预测波控制

在传统的波控制器的基础上,用线性两点预测与五点二次预测凸联合的方法对主端的命令与反馈力进行在线预测。仿真结果表明,只要对时延的辨识足够精确,该方法能够在保证系统稳定的前提下一定程度上提高系统的操作性能。

焊接缺陷信号的小波去噪方法研究

针对摩擦焊接头‘伪结合’缺陷信噪比低,难以准确检测的特点,利用平移不变量小波方法对缺陷信号进行去噪,该方法通过多次对所分析的信号进行循环平移,再将平移后的信号进行软(硬)阈值小波消噪处理,然后将消噪后的信号进行逆平移,最后平均所获得的结果。实验证明:该方法能够有效地消除软阈值小波去噪过程中出现的pseudo-Gibbs(伪吉布斯)现象,提高了信噪比,使去噪结果更加逼近于真实信号。该方法在摩擦焊检测信号降噪处理方面具有广泛的应用前景。

基于改进小波矩特征的快速无损图像描述算法

为了更有效地利用小波矩不变量算法来快速无损地计算图像特征值,提出了一种融合Mallat算法的无损采样的新型小波矩不变量算法.在此基础之上,结合傅坐叶变换的原理及特点,提出了基于频率幅值谱与小波矩不变量的特征提取方法.并将改进的小波矩不变量算法与传统使用三次B样条矩的小波矩、Hu矩进行了比较.实验表明,改进的小波矩不变量在比传统小波矩不变量算法性能几乎没有损失的情况下,大大加快了小波矩不变量的计算速度,并且基于频率幅值谱的小波矩有更强的抗噪性.