基于蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法的钻锚机器人机械臂逆运动学求解方法

钻锚机器人机械臂逆运动学精确求解是实现煤矿巷道自动支护的关键,针对钻锚机器人机械臂这种非传统结构机械臂逆运动学求解方法存在精度低、实时性差和容易陷入局部最优难以收敛的难题,提出了一种融合蒙特卡洛随机采样方法和牛顿-拉夫逊迭代方法的非传统结构机械臂逆运动学求解方法。首先,根据钻锚机器人机械臂结构构建运动学模型,建立各个关节坐标系,利用坐标系转换关系实现机械臂正运动学求解;其次,基于蒙特卡洛随机采样方法计算机械臂运动空间,设定步长将运动空间轮廓外接立方体分割为若干个小立方体,构建小立方体内空间点的三维坐标和对应关节变量与小立方体的映射关系,根据给定的目标空间点对应的转换矩阵,通过索引函数确定其对应的小立方体,计算立方体内与目标空间点误差最小的点,将它对应的关节变量值作为初始值;最后,引入牛顿-拉夫逊迭代方法,利用多元函数迭代公式确定各关节变量的变化量,循环往复实现非传统结构机械臂逆运动学的求解。仿真实验结果表明,与基于随机初始值的牛顿-拉夫逊迭代方法和粒子群优化算法相比,所提方法计算结果对应的平均角度误差分别降低了64.98%和57.34%,平均耗时分别降低了35.90%和22.33%,求解精度和时效性均有所改善,验证了所提融合蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法针对非传统结构机械臂逆运动学求解的可行性和有效性。

一种标定相机内方位元素的迭代算法

为优化自标定技术解算内方位元素数学模型,阐述了一种利用自标定技术进行相机内方位元素标定的迭代算法。内方位元素结果优化采用牛顿—拉夫逊迭代算法,在保证计算效率的同时能够获得较高的精度。B双空间几何理论建立于正方形在物、像两空间的射影几何关系,利用二维棋盘格标定图像中点、线、面间固有的几何关系得到迭代算法初值;采用包含3个径向和2个切向畸变系数的畸变模型能够更好地表达镜头畸变情况;标定方法操作过程简单、实验误差小。为与张氏标定法进行比较,对使用张氏标定法的图像数据进行实验,得到与其相同标定精度的实验结果,验证了基于B双空间几何法的自标定方法的正确性和可行性。

一种正交三轴磁罗盘的椭球拟合分步优化补偿方法（英文）

地磁与重力一起构成了无源导航的基本组成部分。针对嵌入在航姿参考系统中的磁罗盘易受到外部环境干扰问题,提出采用带有椭球约束的最小二乘法分段法,及牛顿-拉夫逊迭代对磁场干扰补偿系数进行分步求取,即在硬磁、软磁系数补偿中采用分段优化,以减小外部磁场干扰对相关参数估计的影响。在多干扰源及噪声条件下进行仿真试验(Matlab数字模拟)及Honeywell HMR3000磁罗盘的转台实验,结果表明:相比未补偿情形,两步优化校正后的总地磁场强度误差估计值由30μT下降到0.7μT,磁罗盘输出航向误差均值估计值由6.2°减小到0.5°。经验证,方法具有强收敛性,在实际地磁测量应用中具备可靠及兼容性能。

基于微分进化算法的航空发动机模型修正

为了提高航空发动机性能仿真模型精度,采用微分进化算法对发动机部件特性进行修正。对微分进化算法进行改进,提出折线式交叉变量变化方式,提高了算法的寻优能力。提出变步长牛顿-拉夫逊迭代算法,基于平衡方程残差范数变化趋势,改变牛顿-拉夫逊算法迭代计算步长,提高了模型的收敛性和收敛速度。在设计点,对各部件特性、引气系数、总压恢复系数进行修正,使修正后的模型输出与试验数据相匹配。仿真结果表明:改进后的牛顿-拉夫逊迭代算法收敛性更强、计算速度更快,修正后的各输出参数的最大建模误差减小到1.3762%,满足建模误差需求。

基于脉动阵列的复数定点QR分解VLSI设计

提出一种应用Givens变换实现QR分解的脉动阵列中的边界单元和内部单元电路结构。在硬件成本增加不多的条件下,应用牛顿-拉夫逊迭代方法和查询表技术,实现了平方根倒数的快速计算。综合的电路工作时钟达100MHz,两种单元的数据处理周期均为120ns,阵列数据处理速度高于相关文献报道40%以上。

多能互补综合能源系统混合能流计算方法及算例

以可再生能源为主的综合能源系统利用多能源之间的耦合机制实现多能互补,促进可再生能源消纳,提升系统的能源利用效率,助力实现碳达峰、碳中和目标。建立了电-气-热耦合综合能源系统的混合能流计算模型,采用牛顿-拉夫逊迭代算法进行混合能流计算。为验证混合能流算法的有效性,构建了724节点电-气-热耦合综合能源系统混合能流仿真算例,其中275节点电力网络接入了14处分布式电源,228节点热力网络包含了99节点供蒸汽热力网络及129节点供生活热水网络。仿真结果表明,该算法既可以实现时间断面的混合能流仿真,同时具备连续时间混合能流仿真能力,可用于综合能源系统运行状态以及多能源网络供能品质等场景的评估。

系泊系统的优化设计

对于系泊系统的设计问题,以悬链线方程为基础,通过静力平衡和刚体力矩平衡理论确定系泊系统中各个参数之间的联系,推导出系泊系统整体的数学模型。再利用牛顿-拉夫逊迭代对其进行求解,最终得到不同海况下钢桶和各节钢管的倾角、浮标的吃水深度及游动区域、锚链的形状及约束条件下的重物球的质量等结果,并给出最优系泊系统设计的方案。