全变差图像恢复的交替方向乘子法

针对图像恢复的全变差（TV）模型提出了一种基于交替方向乘子法的快速求解算法。通过变量替换将TV模型转化为与之完全等价的等式约束优化问题,然后用交替方向乘子法求解等式约束优化问题。实验结果表明,相对于FTVd方法,克服了FTVd方法的不稳定性,视觉效果更好,信噪比也得到了提高。     

一种基于交替方向乘子法改进的模型预测控制方法

模型预测控制能够有效处理实际应用中的扰动、多控制变量和复杂约束,因此被广泛应用于各种大规模控制问题.然而,在处理基于复杂线性时不变系统的模型预测控制问题时,传统的二次规划算法存在计算负载过大,实时性差的缺点.为此,本文引入交替方向乘子法对模型预测控制问题进行分布式地求解.仿真实验结果表明,基于交替方向乘子法的模型预测控制相较传统的方法,计算效率明显提高,更适于求解大规模优化控制问题.     

麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成算法

在实际应用中,频率不变波束形成器通常受到麦克风阵列失配误差的影响,因此提高频率不变波束形成器的鲁棒性具有重要意义。针对上述问题提出了一种约束优化模型,可以在保持频率不变波束形成的同时提高阵列的鲁棒性。首先设计目标波束图,考虑到差分麦克风阵列本身具有频率不变的波束图,选用传统二阶超心型差分麦克风波束图做为目标波束图。上述模型以麦克风阵列权矢量的二范数作为目标函数来最大化鲁棒性,在无失真约束,目标波束主瓣逼近约束以及旁瓣增益精准控制约束下实现频率不变。然后在交替方向乘子法算法框架下,将优化问题分解为多个优化子问题求解,然后对每个优化子问题分别求解,通过仿真验证了在交替方向乘子法算法下上述模型的可行性与有效性,最终达到了麦克风阵列鲁棒频率不变波束响应的效果。     

能耗约束优化工业机器人作业轨迹

工业机器人作业过程中普遍需要较高的能耗。基于量子行为和差分进化的改进蜻蜓算法,实现能耗约束下优化工业机器人避障作业轨迹。基于工业机器人五次B样条曲线矩阵式和动力学模型,构建能耗约束模型;进行仿真实验,利用改进蜻蜓算法求解能耗约束模型为适应度评价函数的工业机器人轨迹,对比改进蜻蜓算法与原始蜻蜓算法和基于指数函数步长的精英反向蜻蜓算法的优化结果,表明改进蜻蜓算法具有更优的性能。     

基于稀疏正则化和变量分裂的图像去模糊

传统的图像去模糊方法易产生振铃和边缘模糊等“伪像”效应,针对这一问题,采用非光滑的正则项约束图像在稀疏字典下表示系数的稀疏性,并引入非负约束项,提出了图像的稀疏正则化去模糊模型。进一步,基于交替方向拉格朗日乘子算法,提出了求解该模型的多变量分裂迭代快速算法,将复杂问题求解转化为三个简单子问题的迭代求解,降低了模型求解的复杂性。实验结果表明,所提出的去模糊模型及其快速算法相对较好地保持了图像的结构特征和平滑性,并降低了计算复杂性。     

一种轮足复合式爬壁机器人动力学建模与分析

针对爬壁机器人不同状态下吸附力合理值的求解问题开展研究.首先分析了一种包含闭链约束的轮足复合型移动机构,基于运动等效原则将其拆成开链机构.利用牛顿-欧拉算法对分拆后的开链机构进行动力学建模.基于动力学模型,以运动失效的临界条件为约束函数,构建爬壁机器人在不同倾角壁面上的吸附力学模型,从而获得不同状态下吸附力的合理值.仿真和实验表明基于该模型获得的吸附力参数能够保证机器人的安全吸附.因此所构建的模型是合理的,可以为爬壁机器人在不同状态下合理控制吸附力大小提供理论依据.     

欠驱动平面机器人逆运动学求解研究——粒子群优化神经网络算法求解

针对欠驱动平面机器人三连杆简化模型,分析模型的动力学方程及其积分特性,采用模型退化方法,将该模型的方程式从部分可积降阶为两个完全可积的子方程式,计算关节之间的角度约束关系。为克服粒子群算法实现逆运动学求解收敛慢、易陷入局部最优等缺陷,依据得到的关节角度约束关系,以实际角度与理想角度的误差平方和作为适应度函数,提出利用粒子群优化神经网络的学习型算法进行求解。仿真实验验证了方法的有效性。     

基于分治思想和遗传算法的集装箱装载优化模型

大型平台的远距离运输任务中,对装载方案作合理规划,可以显著降低成本、提高效率,具有重要研究意义.基于实际场景,提出一种改进的集装箱装载优化模型.综合考虑空间利用效率、船队控制成本和快速作业反应三个要求,设计多目标优化函数;对船型、设备种类构建双重匹配约束;通过分治思想对复杂模型进行拆分,应用遗传算法优化求解.仿真实验结果表明,该模型求解效率高,可反映大型平台远海运输的装载综合需求,具有很好的应用价值.     

HGV平衡滑翔式轨迹可达区域计算方法研究

针对滑翔式高超声速飞行器(HGV)平衡滑翔轨迹可达区域的高精度快速计算问题,研究了一种基于降阶动力学模型和连续凸优化方法的可达区域计算方法。首先,根据“准平衡滑翔假设”条件,将再入飞行器三自由度动力学方程进行降阶处理,得到以速度为自变量的三阶动力学方程。然后,将可达区域计算问题描述为一系列满足再入走廊约束和初、末状态约束下的横程最大优化问题,将动力学方程进行线性化、离散化处理后,采用连续凸优化方法对该问题进行求解,得到了滑翔飞行器不同末端速度下的可达区域。最后,以CAV-H飞行器模型为例进行了仿真验证,结果表明,该方法具有较高的求解效率和可达区域计算精度。     

N自由度机器人仿真的实现

对N自由度机器人进行了数学建模和仿真研究。构建了N自由度机器人的运动学数学模型，然后基于牛顿欧拉方程建立了机器人的动力学模型。用此种方法建立的模型随着自由度的增加，机器人模型的复杂程度相对其他方法来说增加较慢，迭代速度快。借助Matlab和Simulink强大的计算和绘图能力实现了N自由度机器人的运动轨迹的实时检测、运动学求解、动力学求解、轨迹生成、机械手动态演示等功能，可以用于机器人教学或使用机器人的工业环境中进行仿真演示或实时检测。具有较高的应用价值。     

一种双足机器人实时步态规划方法及相关数值算法

针对步行双足机器人实时步态规划问题,提出了一种改进的非线性模型预测控制（NMPC）方法．采用扩展的关节坐标,将单腿支撑相（SSP）和双腿支撑相（DSP）统一表示为一个非线性动力学模型．通过对SSP和DSP的3个阶段设定运动学和动力学虚拟约束,将复杂实时步态规划问题转化为4个以预测时域内控制量二次型为代价函数的NMPC问题．采用直接法将连续优化问题参数化为有限维优化问题,并采用惩罚函数法将状态变量约束转化为代价函数中的惩罚项,从而得到能够用渐进二次规划（SQP）求解的有限维静态优化问题．仿真结果表明,应用该方法对BIP机器人模型进行实时步态规划,实现了包含足部转动的动态步行,且机器人满足稳定性条件,不发生侧滑,从而证明了该方法的有效性和可实现性．     

基于交替方向乘子法的电力系统完全分布式动态经济调度方法

本文基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method,ADMM)提出了一种完全分布式的跨区域电力系统动态经济调度方法.其中的经济调度模型以整个系统的运行成本最小为目标,并满足各种系统运行约束.为了实现模型的分布式求解,本文利用交替方向乘子法将各区域之间的联系解耦,将整个系统的大型优化问题分解为各个区域内部的子优化问题,通过迭代求解每个区域的子问题即可得到整个系统的最优解.进一步地,本文算法取消了负责乘子更新的数据中心,实现了完全分布式的调度策略.同时,为了兼顾电力系统中时间断面之间的紧密联系,本文的经济调度模型采用了多时段优化方法.最后,本文对基于IEEE标准测试系统的3区域互联系统算例进行了分析,验证了本文的调度策略的有效性.     

三分支机器人协调操作及关节力矩优化

针对三分支机器人协调运动，采用分离影响系数法分离各个分支的雅可比矩阵和惯性矩阵，再重新组合成整个系统的雅可比矩阵和惯性矩阵，建立三分支机器人运动学和动力学方程．应用乘子罚函数方法，对三分支机器人基于最小关节驱动力矩优化设计,避免矩阵的奇异值分解，提高计算的稳定性，应用迭代方法，简化了问题的求解．     

改进交替方向乘子法求解冷水机组负荷分配群智能优化问题

群智能控制系统中的多台冷水机组负荷优化分配问题是一个多块优化问题,传统分布式方法难以获得其收敛解.文中将交替方向乘子法(ADMM)引入冷水机组负荷分配群智能优化问题中,并通过一种有效的高斯罚函数(GPF)更新策略改进了交替方向乘子法收敛特性.同时,建立了一种基于ADMM–GPF–GBS双层分布式计算框架的冷水机组负荷优化分配模型,该模型仅利用相邻节点间的局部信息传递,即可求解得出最优运行策略.最后,通过两个典型算例对比分析了所提优化方法的有效性,并在实际硬件系统中进一步对该算法进行应用与验证.结果表明,所提算法适用于群智能控制系统下的多台冷水机组系统,且具有比传统分布式算法更好的寻优能力和收敛性,可以取得显著的节能效果.     

未知环境下基于椭圆约束的机器人路径规划

针对未知环境下机器人路径规划问题,提出一种基于椭圆约束的路径规划方法。借助椭圆约束规划路径,将路径规划问题转化为椭圆参数优化问题。通过建立椭圆约束优化模型,引入障碍物和目标位置的约束,考虑机器人运动步长及运动方向的影响,实现复杂未知环境下机器人路径规划。基于不同算法的仿真实验结果表明,该方法有效解决了未知环境下机器人路径规划问题,在大量障碍物存在的未知环境,也能快速有效地进行无碰撞路径规划。     

一种基于场景的随机模型预测飞行策略

提出一种飞机运动基于场景的随机模型预测控制策略，对于飞机位置实施了机会约束，但是由于干扰的复杂性，机会约束问题的难以计算。为了解决该问题，参考基于场景的随机求解算法，以相对低的计算量找到机会约束有限水时域优化问题的近似解，使得飞机有效地跟踪参考轨迹。此外，控制器也满足了飞机的动力学和物理限制，且对干扰具有鲁棒性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于能量优化的线缆分段建模方法

为了拓宽虚拟样机技术的研究范围,满足线缆设计和维修的需要,提出了线缆变形的仿真方法;首先采用Gossard变形能方程和三次开放均匀B-样条曲线建立线缆变形的能量函数,而后通过全局能量优化方法和高度坐标置零法求解该函数,得出曲线控制点的坐标,从而实现对有通过指定点约束的线缆建模;然后应用Lagrange乘子法建立指定点处有切矢约束的线缆模型;这种方法计算量小,模型逼真,能够在不违背线缆物理特性的基础上实现对线缆形状进行控制,对实际线缆的设计和维修有指导作用。     

5G动态异构场景下无线回程优化算法

为解决面向5G动态异构场景的无线回程问题,提出一种考虑时延抖动的无线回程优化算法。对5G动态异构场景下的时延和时延抖动问题进行了系统的分析,建立了优化指标,进一步构建了基本回程模型。在此基础上,考虑时延优化需求,引入时延约束构建改进模型1;考虑网络超载情况,松弛信道个数分配变量构建改进模型2,进而提出相应分层算法进行快速求解。仿真结果表明,与三类已有无线回程优化算法相比,所提算法具有更优的时延抖动性能。     

内外特征一致性对齐的非等距三维模型对应关系计算

针对非等距三维模型对应关系计算准确率低且难以自动化的问题,提出一种基于局部流形调和基与内外积空间对齐的三维模型对应关系计算算法.首先利用局部流形调和基作为模型本征信息,并结合笛卡儿坐标等外部信息嵌入内外积空间,实现本征信息和外部信息对齐;其次将计算对齐的目标函数与一致性点偏移算法融合,提高结果的稳定性和准确性;最后利用基于交替方向乘子法的交替优化算法来求解目标函数,构建最终的对应关系结果.与已有算法的对比实验结果表明,所提算法在SMAL, SHERC’19, TOSCA和SHERC’16 Topology数据集上构建的对应关系测地误差最小,全局对应关系准确率最高,同时能够处理拓扑噪声和模型自身对称性影响对应关系计算的问题.     

一种隐式曲面多相图像分割的变分水平集模型

隐式曲面上的图像处理,与曲面的性状和特征息息相关,运用多个函数标记不同区域来进行图像分割计算量大。针对上述问题首先借助遥感图像提出了一种隐式曲面构建方式,利用图像中的高程数据来构建山体曲面模型,进而计算山体区域的曲面面积。其次将基于一个水平集函数的多相图像分割的模型推广到隐式曲面上,并设计了相应的交替方向乘子法,通过求解一个函数的极值实现对图像多个区域的分割,最后多个数值实验对该方法和模型的高效性和鲁棒性进行了验证。