采用差分进化算法的复杂轴零件工艺路线优化

针对某复杂轴工艺路线编制不合理导致加工效率低的问题,从现有工艺路线优化方案出发,将加工特征以加工精度为加工元节点进行详细划分,构架合理加工元编码,以生产实际中装夹为依据,对工艺约束关系分组分析,获得更优的约束矩阵表达。利用差分进化算法,以机床、刀具及装夹更换最少为目标函数,合理设计差分变异、交叉及序列有效性校验与调整算法。通过对比表明,优化方案相较于优化前方案以及工艺约束不分组方案,刀具、装夹更换次数均有减少。

某型复杂工程机械变速箱体复合工艺约束机加工线平衡研究

为解决机加工生产线平衡问题所包含的加工任务刀具需求、机床类型需求、加工方位约束、“紧密”型和“或”型约束等复杂条件,建立了机加工生产线平衡数学模型,并采用含多重筛选机制的粒子群算法进行了求解。首先,建立了满足此复杂实际约束条件的机加工生产线平衡问题数学模型;然后,采用粒子的位置坐标作为粒子群搜索的权重信息,进行了加工任务、集中任务的选取,并设计了多重筛选机制构造启发式任务集生成规则;采用此规则对待分配加工任务进行了多重筛选,以得到可供直接分配的加工任务集合,粒子群算法(PSO)从此集合中依次选取了加工任务,构成了完整的解,并形成了具体的任务分配方案;最后,为提高程序的实用性和可视性,设计了加工任务的甘特图生成模块,通过对某复杂工程机械变速箱体零件的实际案例研究,将简化后的任务信息代入算法进行了求解。研究结果表明:该方法实现了多组平衡率高于90%的优化结果,在节拍时间为1120 s时,得到94.66%的较高平衡率,排产方案表格内容与甘特图显示一致;算法推演结果满足设定的多种复合约束条件,通过与人工排产对比说明了该算法的有效性并具有较好的经济性、实用性;对柔性生产案例进行探讨,证明该算法运算结果具备一定的生产柔性。

融合角点检测的点云配准研究

为提高点云配准效率,提出一种基于点云曲率信息的Harris角点提取算法,通过引入曲率约束,对传统Harris角点提取做出改进;计算每个点的曲率值并与整幅点云的平均曲率作比较,保留曲率值大于平均曲率的点云,实现对配准价值较低的点的剔除,为后续点云配准减少计算量;构建所提取角点之间的特征匹配,结合采样一致性(sample consensus initial alignment, SAC-IA)粗配准和正态分布变换(normal distributions transform, NDT)精配准,寻找最优的变换矩阵,实现源点云和目标点云的重合。通过比较不同算法在公开数据集上进行实验验证,结果表明该方法对复杂点云、多拐点点云都有较好的表现,对初始位置相差较大的点云也有良好的适用性。

具有H_(∞)性能的输入受限三级倒立摆控制器设计

【目的】针对直线三级倒立摆控制输入受限下的稳摆控制问题,设计了具有H_(∞)性能的输入受限三级倒立摆控制器。【方法】利用线性矩阵不等式(LMI)方法,将控制输入约束问题转化为利用线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,经Lyapunov稳定性推导出符合条件的LMI,利用MATLAB中的LMI工具箱求解得到有效的K。进一步在控制输入受限下引入H_(∞)性能指标,使所设计的控制输入受限下的算法具有H_(∞)性能。【结果】仿真结果表明,该控制器对于控制输入受限下的复杂高阶次不稳定系统具有很好的控制效果。【结论】控制输入信号在给定的受限范围内实现了三级倒立摆的稳摆要求,且引入H_(∞)性能指标后控制输入和摆杆波动更小。

基于NNC法和DMC算法的CCHP型微电网两阶段调度

冷热电联产(combined cooling, heating and power,CCHP)系统与微电网的结合有利于促进消纳可再生能源,为了提升CCHP型微电网的经济性、环保性和稳定性,提出了两阶段优化调度模型。离线优化阶段基于需求侧响应策略,建立了基于归一化法向约束法的多目标规划模型,并用熵权-TOPSIS法筛选最优结果。在线优化阶段建立了基于动态矩阵控制算法的有限时域优化模型,对离线优化结果进行跟踪优化和反馈校正,以降低不确定性因素的影响。最后,设计对比方案进行分析,验证了所提优化模型的有效性。

基于VPP碳流计算的多目标多时间尺度优化调度

为研究虚拟电厂低碳经济运行策略,以虚拟电厂能流和碳流模型为基础,执行了多目标多时间尺度优化调度。首先,基于碳流走向建立虚拟电厂低碳经济运行的非线性多目标规划模型,并采用归一化法向约束法进行求解。然后,建立了基于动态矩阵控制算法的有限时域优化模型,对日前结果进行跟踪优化和反馈校正,以降低不确定性因素的影响。最后,仿真对比实验验证了所提调度策略能在保证碳流计算精度超过95%的前提下实现虚拟电厂低碳经济运行。

统一框架的增强深度子空间聚类方法

深度子空间聚类是一种处理高维数据聚类任务的有效方法。然而,现有的深度子空间聚类方法通常将自表示学习和指标学习作为两个独立的过程,导致在处理具有挑战性的数据时,固定的自表示矩阵会导致次优的聚类结果;另外,自表示矩阵的质量对聚类结果的准确性至关重要。针对上述问题,提出一种统一框架的增强深度子空间聚类方法。首先,通过将特征学习、自表示学习和指标学习集成在一起同时优化所有参数,根据数据的特征动态地学习自表示矩阵,确保准确地捕捉数据特征;其次,为了提高自表示学习的效果,提出类原型伪标签学习,为特征学习和指标学习提供自监督信息,进而促进自表示学习;最后,为了增强嵌入表示的判别能力,引入正交性约束帮助实现自表示属性。实验结果表明,与AASSC(Adaptive Attribute and Structure Subspace Clustering network)相比,所提方法在MNIST、UMIST、COIL20数据集上的聚类准确率分别提升了1.84、0.49、0.34个百分点。可见,所提方法提高了自表示矩阵学习的准确性,聚类效果更好。

基于特征投影矩阵和线性约束的水声阵列信号抗主瓣干扰方法

提出了基于特征投影矩阵和线性约束的水声阵列信号抗主瓣干扰方法。该方法首先改进重构了干扰噪声的协方差矩阵,消除预处理时期望信号对主瓣干扰特征矢量选择的影响;其次,添加线性约束,保证期望信号方向增益,约束旁瓣干扰子空间置零,同时使得自适应权矢量的模最小,消除噪声抖动;最后求取自适应权矢量进行波束形成。仿真实验结果表明,本工作算法不仅在旁瓣有更深零陷,还能使主波束保形,提高了系统的输出信干噪比。

导向矢量失配条件下多约束鲁棒波束形成算法

自适应波束形成随着数字信号处理技术的不断发展,已广泛应用于雷达、语音、医疗等领域。然而,当阵列发生扰动时,将会导致干扰偏离零陷位置,甚至会导致算法完全失效。为了解决现有波束形成算法在发生导向矢量失配和干扰位置扰动时波束形成器性能急剧下降的问题,本文提出了一种导向矢量失配条件下多约束鲁棒波束形成算法。本文参照实际情况引入更多约束,增加了双边范数扰动约束以及二次相似性约束,允许了误差产生的范围。此外,本文确保感兴趣信号(Signal Of Interest,SOI)的到达方向(Direction Of Arrival,DOA)远离干扰导向矢量的所有线性组合的DOA区域,保证了最优导向矢量的DOA位于SOI的角扇形区域。首先,以波束形成器输出最大功率为目标,并结合实际环境下的约束条件,建立了最优导向矢量的数学模型。其次,利用定义的干扰范围重构协方差矩阵,以此来展宽零陷,提高系统的抗干扰性能。最后,先用内点法求得替代变量的解,以此求解针对导向矢量的二次不等式约束问题;随后在约束模型中代入替代变量,用交替方向乘子法迭代求解导向矢量,在每一次的迭代中都会得到显示解。同时,本文还对算法的时间复杂度和收敛性进行了分析。实验结果显示,相较于传统的波束形成算法,所提方法加宽了干扰处零陷,使得波束形成器的抗干扰性能得到了一定的提高,且能够很好地校正失配导向矢量。

多元统计分析中一类矩阵迹函数极小化问题的分裂迭代法

研究了来源于多元统计分析中的一类含列正交约束的矩阵迹函数极小化模型,该模型的特殊形式广泛应用于多维标度分析中DEDICOM模型和正交INDSCAL模型最小二乘拟合等问题中。结合变量分裂构造了几类经典的基于分裂的不可行迭代算法求解该约束迹函数极小化模型,并给出算法外层迭代框架和内层子问题的具体求解方案。数值实验验证了算法的有效性。

船舶动力定位非线性模型预测控制

针对受船舶运动状态和推力饱和约束影响的动力定位控制问题,本文提出了一种非线性模型预测控制方法。依据多面体描述理论建立了船舶动力定位多面体描述偏差模型,针对上述模型采用线性矩阵不等式设计非线性模型预测控制器中的终端要素,并证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明:设计的控制器能在满足约束条件和受环境干扰条件下快速控制船舶稳定在计划航向和计划船位,验证了控制器的有效性和本质鲁棒性。

一种改进的视图几何基本矩阵估计法

多视图几何中的基本矩阵估计需要利用准确的对应点,但是图像噪声或光线变化会产生错误匹配,进而严重影响基本矩阵估计的准确度。为提高基本矩阵估计的准确性,文章提出了一种基于对极约束梯度的迭代方法去估计基本矩阵。该方法能在最少的迭代次数下迅速剔除两视图匹配过程中的错误匹配点。然后再加入对应点相关性的约束,可以得到最佳对应点集合用于估计基本矩阵。通过在各类不同场景的图像上实验分析可以发现,该方法相比于其他方法估计基本矩阵误差至少降低20%。

基于非负约束的重力向下延拓BTTB-MRNSD方法

向下延拓作为处理与解释重力数据的一项重要技术,因其计算的不适定性而备受研究人员的关注。空间域延拓方法一般延拓精度较高,但通常计算复杂度较大。本文首先根据重力异常数据的特点,借鉴图像复原问题的处理思路,提出了一种重力向下延拓等效数学模型。然后,基于系数矩阵的块-托普利茨-托普利茨-块(BTTB)结构特点,本文提出了一种具有非负约束的空间-波数混合域下延迭代方法。该方法克服了空间域延拓计算复杂度大的问题,计算效率较高。基于理论重力模型和实测异常数据的对比试验表明,本文提出的重力下延方法具有相对较高的下延精度和稳定性,且收敛性较好。

求解电动汽车车辆路径问题的双种群协同进化算法

绿色物流领域新兴的电动汽车车辆路径问题,由于需要对车辆路径和充电决策同时优化,搜索空间急剧增大,且需要同时满足容量和电量双重约束,现有方法难以快速找到质量较优的可行解。为此,提出一种基于双种群的协同进化算法,通过忽略电量约束构造简单带容量约束的车辆路径问题,辅助原始复杂问题的快速求解。为实现其间信息交互,设计一种基于改进距离邻接矩阵的解序列特征表示方法,旨在同时获取客户访问顺序和车辆指派信息;利用降噪自编码器构建2个问题解之间转换关系,以实现问题域间知识迁移。将该算法与目前常用的3种启发式算法和2种进化算法在不同规模测试集上进行对比,试验结果表明所提算法具有更快收敛速度且所获解集具有更好收敛性。

约束传播自适应半监督非负矩阵分解聚类算法

对称非负矩阵分解(SNMF)能够自然地捕获图表示中嵌入的聚类结构,是线性和非线性数据聚类应用的重要方法。但其对变量的初始化较敏感,初始化矩阵的质量好坏会较大地影响聚类性能,且在半监督聚类中面临着从有限的标记数据中学习更具辨别力表示的挑战。针对以上问题,提出了一种约束传播自适应半监督非负矩阵分解聚类算法(constrained propagation self-adaptived semi-supervised non-negative matrix factorization clustering algorithm,CPS3NMF)。该算法将有限约束传播到无约束数据点,构建出带有约束信息的相似矩阵,所获得的相似矩阵充当SNMF中分解的非负对称矩阵,还用于对分配矩阵进行图正则化,充分利用约束信息来保存数据空间的几何结构。同时结合SNMF对初始化特征的敏感性,使用自适应学习的权重对多个初始化矩阵的质量进行排序,集成多次聚类结果来逐步提高半监督聚类性能。在6个公开数据集上进行实验表明所提出的CPS3NMF算法优于其他先进算法,证明了其在半监督聚类中的有效性。

基于ISM-MICMAC的杭州市装配式建筑发展制约因素研究

“双碳”环境下,我国的装配式建筑得到了大力的发展,但是如何把影响装配式建筑的多重非独立因素层次划分得更加清楚,并找到影响装配式建筑发展的根本原因成为行业热点。在文献分析、调查问卷、专家打分基础上筛选出影响杭州市装配式建筑发展的16个关键影响因素,其中主要的影响因素分为市场经济、相关产业、政策措施和生产过程四大类。利用解释结构模型ISM和交叉影响矩阵的相乘法MICMAC分别对可达矩阵进行处理,得出五层结构关系以及各因素的依赖性和驱动力作用程度。研究结果表明:政府应当适当的干预市场的决策,逐步完善装配式的建筑标准体系,从而促进杭州市装配式建筑的建设和推广。

稀疏约束的L21增量式非负矩阵分解研究

针对新增数据增大而引起的运算效率增大的现象,提出了一种稀疏约束的增量式非负矩阵分解改进算法。该算法是在加入稀疏条件的情况下对增量数据使用L21范数。首先对初始数据进行经典非负矩阵分解,其次再利用其分解结果参与增量数据的运算,使目标函数在分解计算中具有较好的收敛效果和分解后数据有较好的稀疏度。实验部分主要是将该算法与增量式非负矩阵分解、稀疏约束的增量式非负矩阵分解、经典非负矩阵分解算法进行对比,得出在分解后数据的稀疏度和收敛快慢方面该算法均优于其他3个算法。

Improved Quality Prediction Model for Multistage Machining Process Based on Geometric Constraint Equation

Product variation reduction is critical to improve process efficiency and product quality, especially for multistage machining process（MMP）. However, due to the variation accumulation and propagation, it becomes quite difficult to predict and reduce product variation for MMP. While the method of statistical process control can be used to control product quality, it is used mainly to monitor the process change rather than to analyze the cause of product variation. In this paper, based on a differential description of the contact kinematics of locators and part surfaces, and the geometric constraints equation defined by the locating scheme, an improved analytical variation propagation model for MMP is presented. In which the influence of both locator position and machining error on part quality is considered while, in traditional model, it usually focuses on datum error and fixture error. Coordinate transformation theory is used to reflect the generation and transmission laws of error in the establishment of the model. The concept of deviation matrix is heavily applied to establish an explicit mapping between the geometric deviation of part and the process error sources. In each machining stage, the part deviation is formulized as three separated components corresponding to three different kinds of error sources, which can be further applied to fault identification and design optimization for complicated machining process. An example part for MMP is given out to validate the effectiveness of the methodology. The experiment results show that the model prediction and the actual measurement match well. This paper provides a method to predict part deviation under the influence of fixture error, datum error and machining error, and it enriches the way of quality prediction for MMP.

Structural Synthesis of Compliant Metamorphic Mechanisms Based on Adjacency Matrix Operations

A compliant metamorphic mechanism attributes to a new type of metamorphic mechanisms evolved from rigid metamorphic mechanisms. The structural characteristics and representations of a compliant metamorphic mechanism are different from its rigid counterparts, so does the structural synthesis method. In order to carry out its structural synthesis, a constraint graph representation for topological structure of compliant metamorphic mechanisms is introduced, which can not only represent the structure of a compliant metamorphic mechanism, but also describe the characteristics of its links and kinematic pairs. An adjacency matrix representation of the link relationships in a compliant metamorphic mechanism is presented according to the constraint graph. Then, a method for structural synthesis of compliant metamorphic mechanisms is proposed based on the adjacency matrix operations. The operation rules and the operation procedures of adjacency matrices are described through synthesis of the initial configurations composed of s＋1 links from an s-link mechanism （the final configuration）. The method is demonstrated by synthesizing all the possible four-link compliant metamorphic mechanisms that can transform into a three-link mechanism through combining two of its links. Sixty-five adjacency matrices are obtained in the synthesis, each of which corresponds to a compliant metamorphic mechanism having four links. Therefore, the effectiveness of the method is validated by a specific compliant metamorphic mechanism corresponding to one of the sixty-five adjacency matrices. The structural synthesis method is put into practice as a fully compliant metamorphic hand is presented based on the synthesis results. The synthesis method has the advantages of simple operation rules, clear geometric meanings, ease of programming with matrix operation, and provides an effective method for structural synthesis of compliant metamorphic mechanisms and can be used in the design of new compliant metamorphic mechanisms.

Robust Fuzzy Tracking Control for Nonlinear Networked Control Systems with Integral Quadratic Constraints

This paper investigates the robust tracking control problcm for a class of nonlinear networked control systems （NCSs） using the Takagi-Sugeno （T-S） fuzzy model approach. Based on a time-varying delay system transformed from the NCSs, an augmented Lyapunov function containing more useful information is constructed. A less conservative sufficient condition is established such that the closed-loop systems stability and time-domain integral quadratic constraints （IQCs） are satisfied while both time-varying network- induced delays and packet losses are taken into account. The fuzzy tracking controllers design scheme is derived in terms of linear matrix inequalities （LMIs） and parallel distributed compensation （PDC）. Furthermore, robust stabilization criterion for nonlinear NCSs is given as an extension of the tracking control result. Finally, numerical simulations are provided to illustrate the effectiveness and merits of the proposed method.