自适应双坐标系的差分进化算法求解混合变量优化问题

如何设计求解混合变量优化问题(Mixed-variable Optimization Problems,MVOPs)的相关算法,是计算机算法设计与分析领域中的一个重要研究方向.该问题的求解难点在于需同时优化连续型和离散型决策变量,目前进化算法(Evolutionary Algorithms,EAs)是求解该问题的一种有效手段.然而,现有的相关EAs忽略了问题变量之间的相关性,导致算法性能还存在一定不足.为此,本文从变量相关性角度出发,提出了一种自适应双坐标系的差分进化算法来求解MVOPs.首先,利用种群的协方差矩阵信息来构建特征坐标系,实现在特征坐标系下执行算法的相关操作,以松弛连续变量与离散变量之间的相关性;其次,为避免种群多样性丢失,仍保留了原坐标系,并设计了一种自适应策略来应用特征坐标系和原坐标系,以发挥双坐标系的优势;最后,为提高离散变量的优化效果,专门设计了一种基于离散变量相关性的局部搜索策略,以增强算法的整体性能.为验证本文方法性能,在一套包含28个测试函数的通用测试集上进行了大量实验,与5种求解MVOPs的知名EAs进行了对比,结果表明本文方法有更好性能.此外,在一个实际MVOP上,即焊接梁设计问题,本文方法能取得目前已知最好解.本文方法为计算机算法设计和分析领域的相关工作提供了新的思路.

极区横向坐标系的极球面投影特性及使用方法

根据极区横向坐标系与航海图配合使用需要,研究了极球面投影极区航海图上横向坐标系的投影特性及使用方法。首先,根据横向坐标系定义和极球面投影公式,推导了极球面投影海图上横向坐标系经纬线和子午线收敛角的投影公式;然后,结合极区航海图的图幅规格、类型和航海绘算要求,对单幅海图上横向经纬线格网形态和横向子午线收敛角分布特性进行了定量分析,给出了图上横向坐标系格网及横向子午线收敛角的使用方法;最后,根据极球面投影航海图上各航向基准的几何关系,得到基于横向子午线收敛角的横向航向、真航向和地理航向的相互转换关系,形成了横向坐标系在极球面投影极区航海图上的初步使用方案,可为后续极区航海图编制使用、电子海图显示及信息系统研制提供参考依据。

新时代民众精神富有“坐标系”的构建与形塑

中国特色社会主义进入新时代,人们的物质生活更为丰裕,解答人的精神困惑、提升人的精神境界、促进人的精神富有,成为新的时代命题。作为实现精神富有的主体力量,人的精神生活内容和精神(生活)动力,构成了精神富有的坐标系。从人的主体性出发,消费性、建设性、创造性的精神生活,作为人对自身精神生活内容的获取、追求与创造,构成精神富有坐标系的横向内容维度。现实性、发展性、价值性的精神动力,作为满足基本的个人现实需要、指引正确的群体发展方向、助力强国建设和民族复兴的重要驱动力,构成精神富有坐标系的纵向动力维度。和而不同、永无止境是精神富有的未来样态。不断丰富人民精神世界,增强人民精神力量,使人民精神生活内容充沛,实现精神富有动力充足,有助于形成共同致力于中华民族伟大复兴的强大力量。

一种世界坐标系下的GNSS/SINS松组合导航矩阵李群滤波算法

针对在地心地固(ECEF)坐标系下基于右不变误差的卡尔曼滤波在GNSS/SINS组合导航中,因位置矢量数值较大导致系统线性误差运动学矩阵和观测矩阵不稳定进而降低滤波器性能的问题,提出一种世界坐标系下的GNSS/SINS松组合导航矩阵李群滤波算法。首先在世界坐标系中构建导航状态和考虑地球自转的运动学方程。然后在世界坐标系下定义矩阵李群上的右不变误差,该误差在右群作用下保持不变,并重新推导和设计基于该误差的矩阵李群滤波算法,根据GNSS观测构建世界坐标系下的观测矩阵。实验结果表明,在低精度惯导场景中相对于ECEF坐标系下的传统扩展卡尔曼滤波,所提算法的北向、东向、地向位置误差均方根分别减小了82.6%、61.8%和10.6%,具有一定的实用价值。

基于Frenet坐标系的路径规划仿真

在传统路径规划领域中,由于使用笛卡尔坐标系,存在着定义具体行驶多远,是否偏离中心等问题。基于此提出一种Frenet坐标系取代原有传统笛卡尔坐标系,对参考路径局部轨迹进行优化,在满足设置的如安全距离、速度、加速度等要求下,产生安全可靠的路径轨迹规避障碍物到达目标点,以提高规划的效率与准确性。最后通过pycharm软件仿真,调整合适的惩罚项和损失函数系数,使得路径规划耗时较少,横向加速度和横向偏移趋于稳定,产生更为合理的规划轨迹。通过采取Frenet坐标系,保证在车辆能够以安全,平稳,可靠,舒适的轨迹躲避障碍物,满足在路径规划中的实际需求。

基于上位机的工业机器人磨头工具坐标系自动标定技术研究

将工业机器人自动标定引入制造领域,能够在需要更换执行工具时实现快速标定,提高效率。针对目前工业机器人工具坐标系需要人工操作示教器进行标定的情况,设计了一种基于上位机的机器人磨头工具坐标系自动标定系统。该系统通过上位机软件实现对FANUC M20iA/20M工业机器人磨头工具坐标系的自动标定,包括工具中心点位置标定和工具中心点姿态标定,降低了示教器的介入,减少了标定时间。工具中心点位置标定通过四点标定法求解末端连杆坐标系位姿数据,应用最小二乘法求解磨头工具坐标系位置,采用四元数表示法降低计算量;工具中心点姿态标定保持工具坐标系位姿不变,记录不同标定点的末端连杆坐标系数据,并设计关节运动控制模块、设置坐标系模块和位姿标定线性移动模块。上位机通过Socket与机器人通信联动,发送控制指令,实现自动标定过程控制。仿真与实验结果表明,所设计标定系统能够对磨头工具坐标系实现自动高精度标定,标定精度±0.3 mm,满足实际加工需求,为后续的工业机器人磨抛加工应用奠定了基础。

一种工具坐标系标定与公共点结合的机器人与激光跟踪仪坐标转换方法

机器人标定需要实现测量坐标系与机器人坐标系的配准关联,得到两者之间的转换关系。为克服传统基于轴线矢量坐标系转换方法操作复杂、拟合精度不高等缺点,提出一种工具坐标系标定与公共点转换相结合的解算方法。首先基于距离约束标定出光学靶标球中心相对于末端法兰坐标系的位置参数,而后通过重心化配置降低测量误差对坐标转换的影响,最后基于公共点转换采用三维七参数模型求解坐标转换齐次矩阵。实验结果表明,相比于基于轴线矢量坐标系转换的传统拟合方法,该方法的点位综合MAE减小35.44%,坐标转换精度更高,且操作方法简单,适合工业现场使用。

几种工程独立坐标系应用效果分析

大型工程在建立测量控制网时,为了消除国家坐标系中的两项投影改正,使得GNSS网平差后控制点之间的反算距离尽可能与实地距离接近,通常需要建立工程独立坐标系以达到预期效果。以引汉济渭南干线输水隧洞控制网测量为例,采用三种方法分别建立三套工程独立坐标系,通过与全站仪实测边长比较分析。结果表明,采用投影于抵偿高程面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系(一点一方位加抵偿高程面)建立的工程独立坐标系可有效控制边长的高程和高斯两项投影变形值。

静止坐标系下无电网电压传感器虚拟同步机控制策略

针对采用虚拟磁链算法的无电网电压传感器存在的直流偏移等问题,提出基于一阶低通滤波器和高通滤波器串联结构的改进磁链观测器,利用改进的磁链观测器得出虚拟磁链,提高了观测的精度。在得到虚拟磁链的基础上,针对不同电网频率运行条件,利用锁相环思想提出电网角频率的计算结构,并由虚拟出的磁链与电压的关系来重构电网电压。此外,将所提无电网电压传感器策略应用于网侧变流器系统中,在两相静止坐标系下设计虚拟同步控制结构,相比于旋转坐标系,可省去控制内环的解耦环节,同时还能简化坐标变换环节,避免了因坐标变换中角度不准而引入的不稳定因素。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略与磁链观测器的有效性与可靠性。

双同步坐标系解耦滤波器复变量建模与分析

针对解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)传统实变量模型阶数较高、序分量响应不易观察、滤波性能评估困难等问题,提出了一种基于复变量的DDSRF-PLL建模方法。首先,建立了其复变量模型,分析了序分量响应特性,该复变量模型表明正序基波输出模型对负序基波分量实现负无穷大的衰减,同时可得到其他频率序分量的衰减增益;然后,基于提出的复变量模型,设计了二阶低通滤波器以显著增强解耦网络的滤波性能,并进一步分析了高阶低通滤波器的可行性与必要性。研究表明采用二阶低通滤波器即可满足大部分场景下的谐波抑制要求,且具有计算量小、模型阶数低、易于数字实现的优点。实验结果验证了所提复变量模型的正确性与有效性。

机器人三维视觉实验平台坐标系标定实验设计

为了探究机器人工作站的高精度坐标系标定方法,搭建了一个由工业机器人、双目结构光相机以及单轴转台组成的机器人三维视觉实验平台。研究了定位误差补偿方法、工业机器人工具中心点标定方法、工业机器人与双目结构光相机的手眼标定方法以及双目结构光相机与单轴转台的坐标系标定方法,并形成了实验平台的坐标系综合标定方法,最后测试了标定后的综合精度。实验结果表明,工业机器人与双目结构光相机之间的平均标定误差为0.442~0.689 mm,机器人三维视觉实验平台的综合标定误差为0.399~0.696 mm,能完全满足焊接、涂胶、切割等机器人离线编程应用的精度要求。

复合坐标系跨临界液滴表面Kelvin-Helmholtz不稳定增长高效预测方法

针对混合动力专用内燃机实际运行的跨临界条件,传统方法对于主导可燃混合气形成质量的液滴表面Kelvin-Helmholtz不稳定性分析方法难以实现跨临界宽范围的有效预测。采用复合坐标系方法,建立跨临界强对流环境的等效液滴不稳定性高效预测模型,分别采用全局扩散动力学模型、热力学控制模型及局部液滴表面切向不稳定模型。在全局坐标系模型可以通过模态坐标变换求得解析解,局部坐标系引入势函数等,提高求解速度。而对于可实用性流体计算仿真模型,可通过无量纲物理参数描述不同跨临界条件下空气动力、惯性力、黏性力、表面张力、加速度等控制因素的变化规律,以及其对液滴表面切向和法向不稳定波增长的影响规律。结果表明:液滴表面的空气动力仍然支配着跨临界条件液滴表面切向不稳定波的发展;压力增大时,液相雷诺数控制的流动特性减小与欧尼索控制的液滴黏性力减弱基本抵消;环境温度增加时,雷诺数表征的流动特性对Kelvin-Helmholtz波增长的贡献越来越小,液滴的惯性力影响也越来越弱。

湖南省地理空间数据CGCS2000坐标系转换技术研究

2000国家大地坐标系是我国现行法定统一的大地坐标系,对统一全国测绘基准、促进成果共享交换具有关键意义。省级地理空间数据向2000国家大地坐标系转换工作不仅精度要求高,同时还存在数据量大、区域广、格式复杂等问题须解决。结合湖南省实际情况,提出了以数据摸底、参数计算、软件研发、质量检定和入库发布为主要步骤的技术方法,通过构建全省统一布尔沙模型、研制批量转换和质量检定软件提高转换精度效率,实现了全省地理空间数据向2000国家大地坐标系的全面转换。

基于CGCS2000的2000天津城市坐标系建立

天津市上一代城市坐标系为1990年天津市任意直角坐标系,该坐标系精度较差,已无法满足天津城市建设发展需求,因此天津市亟须建立新一代城市坐标系。本文结合天津市地理特点,确定了坐标系建立过程中的投影方式及中央子午线的选取原则,经试算,最终确定了坐标系参数,建成天津市新一代城市坐标系——2000天津城市坐标系。

工程独立坐标系与国家坐标系联系方法探索与研究

针对某些独立坐标系与2000国家大地坐标系(简称CGCS 2000)之间的联系关系未建立或联系关系不完善的问题,本文以某地城网为例展开研究,探索了3种不同方式用于建立独立坐标系与CGCS 2000之间的联系关系。通过比对3种方式的转换精度、转换关系的稳健性、误差分布水平等指标,最终提出“重建椭球+参数传递+重新投影”的方法,达到了平均±0.012 m的转换精度水平,很好地建立了该独立坐标系与CGCS 2000之间的转换关系,为解决类似问题提供了有效参考。

基于CGCS2000的相对独立平面坐标系建立和分析

随着2000国家大地坐标系的全面启用,原有地方坐标系已无法满足现代城市建设和社会发展的需要。论文阐述了地方坐标系建立原则和方法,结合投影变形理论对相对独立平面坐标系建立影响因素中中央子午线和投影面的选取进行了详细分析,并以淮安区域为例,结合淮安DEM,详细分析了淮安2000坐标系在淮安市各区县的投影变形情况,同时用格网占比法分析了其与原有坐标系的面积变化。结果表明,淮安2000坐标系在淮安区域内小于2.5 cm/km面积占淮安陆域面积的99.8%,最大投影变形为3.303 cm/km,位于丘陵区域;与原有坐标系相比,在面积变化上优于万分之一,具有良好的适用性。

二维柱坐标系中子输运问题的边界型算法

传统的确定论方法在研究高维度的中子输运方程时需要求解大型矩阵的逆矩阵,该过程将增加计算量、降低计算效率,因此本文采用了一种新型的边界型方法——半边界法(the Half Boundary Method)来解决此类问题。半边界方法利用已有的中子输运方程推导得出相邻两点之间的中子通量密度关系通式,然后迭代地应用此通式求出模型内部任一点与边界点之间的中子通量密度关系,即可得到整个模型的中子通量密度分布。半边界方法在已知一半边界条件处的中子通量密度即可求得模型内部任一点的中子通量密度,提高了计算效率。本文将半边界法在真空边界条件模型中得出的结果与NECP-MCX软件得到的数值结果进行比较,通过分析发现不同空间变量和角度变量离散数量对半边界法数值结果的影响,当空间变量M = 20,N = 40和角度变量H = 50,K = 32时,半边界法的平均误差为0.76%,具有较高精确度。

小区域地方坐标系与国家坐标系转换问题

在历史发展过程中,各地区由于早期独立建立测量基准和参考框架,形成了众多的地方坐标系,这些地方坐标系服务于特定区域内的地形测绘、城市规划和工程建设等活动。然而,在信息化社会和全球化背景下,跨地域的数据整合、空间分析及高精度导航定位服务的需求日益增强,这就要求有一个统一且具有高精度的国家大地坐标系作为共同参照。

线状工程中平面坐标系构建研究

为了提升线状工程测量的精度与效率,构建准确的平面坐标系,本文通过介绍GPS数据处理技术,详细分析了方向与距离观测值的两化改正方法。在此基础上,探讨了基于高斯投影的线状工程测量原理,并提出了建立工程渐变平面坐标系的方案。研究结果表明,通过实施两化改正和采用高斯投影方法,能够显著提高线状工程测量的准确性和可靠性,为工程设计与施工提供了有力的技术支持。同时,构建渐变平面坐标系可以有效反映线状工程的形变规律,为工程监测与评估提供了重要依据。

高海拔山区带状工程平面独立坐标系的建立方法研究

在建设高海拔地区的线型基础设施,如道路、铁路和输电线等,施工过程面对的是恶劣的自然条件和地形挑战。地形的险峻与气候的多变加大了工程测量难度,同时影响施工安全和项目进度。这些条件要求一个特定的测量方法,以实现工程的准确性和高效性。传统的测量方法和坐标系难以应对高海拔地区的复杂性。由于这些区域的地形特征和变化莫测的气象条件,常规方法无法保障所需的精确度。而且,国家坐标系在这些特殊环境中存在局限性,因为它们主要适用于地势较平坦的地区,这就使得在崎岖的高山地带中应用时准确度受损。因此,本文主要探究高海拔山区带状工程平面独立坐标系的建立方法,该方法专门针对高海拔地区的工程特点进行设计,可以减少地形影响下的坐标转换误差,提升工程定位的准确性,从而优化建设成本和时间。