基于二阶一致性算法的多仿生机器鱼分布式编队控制

针对动态领航者按照自身动力学模型运动, 多个跟随者机器鱼以其为编队参考点, 根据编队要求形成队形并整体跟随领航者运动的问题, 提出一种多仿生机器鱼分布式编队控制方案. 首先, 基于二阶一致性算法给出各跟随者机器鱼估计领航者位姿信息的分布式算法;其次,给出以领航者为参考点的多仿生机器鱼编队描述方法,进而各机器鱼根据编队要求以所估得的参考点信息实时确定其在编队中的期望位姿; 再次, 各跟随者机器鱼以期望速度和角速度以及所估得的领航者位姿信息为输入, 利用模糊控制器确定其速度档位和方向档位, 实现编队的形成与保持. 仿真和实验结果均表明, 所提分布式编队控制方法是有效的, 仿生机器鱼群体能够较快形成期望队形并跟随领航者游动.     

基于微舵机控制的仿生鱼设计与实验分析

设计了微舵机控制的仿生鱼,结合鱼胸鳍和鱼尾鳍的配合动作,完成一系列的游弋动作。其中根据鱼类"波动推进理论"的游动机理,实现仿生鱼的前进、转弯运动;根据鱼类"胸鳍法理论"实现上浮、下潜运动;提出加减速游动方案,通过修改X值的方法,实现仿生鱼的加减速游。组装并进行水上模拟实验和水下实际实验,调试仿生鱼的各动作协调性,分析仿生鱼在水中的静态平衡和动态平衡问题。     

基于蚁群算法的锁相速度控制器参数优化

针对当前锁相速度控制器的参数整定多采用试验加试凑的方式由人工进行优化,提出了一种以快捕带为目标函数的锁相速度控制器新型蚁群参数优化策略.建立了目标函数,推导了蚁群算法锁相速度控制器参数优化方法,并给出了新算法的具体实现步骤,最后将该优化方案用于磁悬浮控制力矩陀螺的高速无刷直流电机速度控制.仿真研究表明,该锁相速度控制器参数优化策略具有很强的适应性、鲁棒性,进而通过实验验证了该方案的可行性和有效性.     

一种基于视觉的仿生机器鱼实时避障综合方法

提出了一种基于视觉的仿生机器鱼实时避障综合方法,该方法基于HIS颜色模型,利用MMX指令和SSE指令,采用并行处理算法实现图像的快速处理;然后,基于栅格法建立环境模型,利用势场法获得优化路径规划策略,在此基础上,采用模糊方法对机器鱼的运动方向进行控制,利用速度分布函数对机器鱼的运动速度进行控制,实验结果表明了所提方法的有效性和可达性。     

基于模糊人工势场法的机器鱼路径规划

路径规划是机器人控制领域中的一个热点方向。本文考虑到机器鱼运动特点以及水环境的特点,结合人工势场法的优势,进行机器鱼路径规划。机器鱼受到两种力的作用,分别为吸引力和排斥力。吸引力的作用是为了实现机器人向目标点靠近,排斥力为了更好地防止机器鱼碰撞到运动着的障碍物,而且将障碍物相对于机器人的速度考虑到斥力函数里面。在系统中,机器鱼的控制采用的是离散控制方式,为了最大限度地避免碰撞,我们采用一种简单的预测方法来预测下一个时刻障碍物相对于机器鱼的位置。机器鱼受力后,采用模糊逻辑算法得到机器鱼的控制指令,并在动态障碍物的环境下实验证明该方法的有效性。     

基于差频与倍频算法的基频的估计

随着海洋开发的不断发展,对水中目标的识别提出了越来越高的要求,而目标识别的关键又是水中目标基频的提取.所以本文提出差频与倍频算法的综合运用的方案来实现在低信噪比的条件下也能较好地估计水中目标基频.本文中对整个提取过程中的噪声处理、包络的解调、包络谱的净化、连续谱的平滑、疑似线谱的提取、基频的提取共六个过程的所用方法分别进行了择优.详细地阐述了差频算法与倍频算法在估计基频时的方法并作了仿真.试验结果表明该方法具有良好的效果,在水中目标基频提取中会得到很好的应用.     

仿真机器鱼双鱼协作过孔策略的研究

水中机器人受到水波动力及水下复杂环境等相关因素的影响,导致行为控制和多机器鱼之间协作完成任务成为难点。针对水中机器人大赛中的双鱼协作过孔项目,从仿真机器鱼控制及协作策略两方面对水中机器人的控制方法进行了研究。水中机器人控制采用基于目标区域的路径规划方法,克服了仿真机器鱼由于水波动干扰而无法准确到达目标点的问题。仿真机器鱼通过不断感知外界环境和自身位置,合理进行角色变换,从而有效地实现了协作带球过孔的任务。该算法在2011中国机器人大赛暨RoboCup公开赛水中机器人双鱼协作过孔项目中获得冠军。对仿真机器鱼控制及协作策略的研究,为日后实体水中机器人的控制研究提供了参考,具有重要意义。     

含未建模动态的非线性系统输出反馈DSC设计

针对一类含有未建模动态和未知控制增益符号的非线性系统,提出了一种输出反馈自适应跟踪控制方案.首先利用Kreisselmeier观测器实现了不可测状态的估计,在此基础上以回归设计方式设计了输出反馈动态面控制系统,通过引入Nussbaum函数解决了控制方向未知问题.该方案解克服了传统反推控制方法中的微分爆炸现象,并且所有未...     

基于控制性能的MIMO非线性系统动态面控制

针对一类不确定非线性MIMO(multiple-input multiple-output)系统,在动态面控制方法的基础上,提出了自适应跟踪控制方案.通过引入性能函数和输出误差转换,保证输出信号具有指定的跟踪速度、跟踪误差、最大超调量.为了避免控制奇异问题,采用神经网络直接逼近期望控制信号.该方案无需估计神经网络的权值,仅对1个参数进行自适应律设计.理论证明了闭环系统所有信号有界,仿真结果验证了所提方案的有效性.     

基于区域信息的水平集医学图像分割

医学图像分割是医学诊断中非常重要的部分,针对医学图像分割往往出现边缘泄漏和不完全分割等问题,本文提出一种基于区域信息的水平集图像分割方法。该方法通过引入符号压力函数来取代传统的停止函数,可以有效地解决曲线初始位置敏感的问题,同时使得演化曲线摆脱了单方向演化的缺陷,演化曲线根据区域信息来选择演化方向.通过构造新的速度函数可以有效地控制速度大小,当演化曲线接近目标边缘时,速度值较小,可以有效避免边缘泄漏.当曲线远离目标边缘时,速度值很大,节省演化所需的时间.     

一种适合于水中爆炸压力测量的传感器

为了对炸药在水中爆炸产生的威力进行评估,开展了用于水中爆炸压力测量的传感器及测试系统的研究。以电气石为敏感元件,利用其体积压电效应的特点,研制了一种成本低、测量精度高、操作简便、适合用于水中爆炸压力测量的传感器,并与美国PCB公司生产的传感器同时进行了水中爆炸压力的对比试验。结果表明:研制的MCR I型传感器与美国PCB公司生产的传感器的测量结果基本一致。     

控制电位型水中臭氧电化学传感器的试验研究

阐述了控制电位型水中臭氧电化学传感器的结构及其原理,通过对循环伏安曲线、极化曲线和不同电位时的电流响应对比曲线的综合分析,得出控制电位为0.50 V时传感器电流响应线性度好、灵敏度高。此外,设计并应用了电位控制和测量电路,实现了对传感器的电位控制以及输出信号的处理。     

两类仿鲹科机器鱼倒游运动控制方法的对比研究

给出并比较了两类分别采用鱼体波动方程和中枢模式发生器（Central pattern generator,CPG）控制仿鲹科机器鱼倒游运动的方法.前者主要通过修改鱼体波动方程、颠倒机器鱼各个关节的控制规律来实现 鱼体倒游;后者则基于CPG模型,产生各个关节的节律控制信号.基于CPG的倒游方法可进一步细分为两种:1） 相位颠倒的CPG控制方法,即通过逆转CPG控制机器鱼直游的相位关系;2） 相位-幅值颠倒的CPG控制方法,即通过逆转鱼体波的传播方向和摆动幅值来实现机器鱼倒游.文中针对这两大类、三种机器鱼倒游运动控制方法 进行了分析、仿真和实验.实验结果表明:在相同参数配置下,采用相位颠倒的CPG控制方法产生的倒游速度最大,但游动对水的扰动也最大;而采用鱼体波倒游和相位-幅值颠倒的CPG控制方法时,两者产生的最大倒游速度相差不大,扰动较小.此外,采用鱼体波倒游方法在频率切换时会有抖动现象,需要设计专门的过渡函数来消除;而采用CPG模型的方法 则可以实现平滑过渡.上述结果对提高水下游动机器人的机动性能具有重要的指导意义.     

水下仿生机器鱼的研究进展II—小型实验机器鱼的研制

本文介绍了自行研制的一条小型实验机器鱼 .该机器鱼作为研究仿生机器鱼的流体力学性能的实验平台 ,具有刚性头部、5关节的柔性身体和月牙形尾鳍 ,采用无线遥控 .机器鱼体长 890 mm,水中最大速度为 2 0 cm/s,最大转弯角速度为 12 0°/ s,最小转弯半径为 4 0 cm.综合性能测试实验和 C形运动控制实验表明 ,该机器鱼具有较好的游动性能和较高的机动性能     

一种水中溶解氧浓度传感器及其应用

一种水中溶解氧浓度传感器及其应用宋寿祥ＡＳｅｎｓｏｒｏｆＤｉｓｓｏｌｖｅｄＯｘｙｇｅｎＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎＷａｔｅｒａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ￥ＳｏｎｇＳｈｏｕｘｉａｎｇ１引言水中的溶解氧浓度是水生物生长环境所需要控制的一个重要参数...     

窄带主动轮廓模型及在医学和纹理图像局部分割中的应用

提出一种新的基于二值水平集的窄带主动轮廓模型用于局部分割.通过对二值水平集进行形态学膨胀和腐蚀操作, 提出一种稳定灵活可控的窄带控制方案,该方案可使得曲线进化精度从一个像素宽度灵活变化到任意大小. 考虑到局部分割一般要求初始轮廓置于待分割目标内部并不断膨胀进化直至目标边缘,本文提出用形态学闭运算作为新的曲线平滑方案. 与传统的高斯平滑和曲率平滑方案相比,形态学闭运算不仅能够更好地促进曲线的膨胀进化,而且有利于保持水平集函数的二值性. 此外,本文提出的方法是一种通用的自然框架,可以根据不同的需求设计不同的速度函数. 为了证明所提出的局部分割框架的有效性和鲁棒性,本文以医学图像和纹理图像为例分别设计了两个速度函数: 一个是融合了磁共振脑图像的非严格对称信息的速度函数用于大脑皮质下结构的局部分割;另一个是融合了局部熵和局部梯 度算子的速度函数用于纹理图像的局部分割. 在合成图像、医学图像和纹理图像上的实验证明了本文方法在局部分割中的有效性和鲁棒性.     

未知控制方向的迟滞非线性系统预设自适应控制

针对一类含有迟滞特性的未知控制方向严反馈非线性系统,设计了基于误差变换的反步自适应控制器.首先提出动态迟滞算子来扩展输入空间建立神经网络迟滞模型.然后利用径向基函数(RBF)神经网络逼近未知函数,并引入Nussbaum型函数来解决系统未知控制方向问题.最后采用误差变换将误差限定在预设的范围内,并利用反步法设计自适应控制器.该控制方案不仅能够保证跟踪精度,还可以提高系统暂态和稳态性能.仿真结果表明了控制方案的可行性.     

基于外环速度补偿的封闭机器人确定学习控制

针对未开放力矩控制接口的一类封闭机器人系统,提出一种基于外环速度补偿的确定学习控制方案.该控制方案考虑机器人受到未知动力学影响,且具有未知内环比例积分(Proportional-integral, PI)速度控制器.首先,利用宽度径向基函数(Radial basis function, RBF)神经网络对封闭机器人的内部未知动态进行逼近,设计外环自适应神经网络速度控制指令.在实现封闭机器人稳定控制的基础上,结合确定学习理论证明了宽度RBF神经网络的学习能力,提出基于确定学习的高精度速度控制指令.该控制方案能够保证被控封闭机器人系统的所有信号最终一致有界且跟踪误差收敛于零的小邻域内.在所提控制方案中,通过引入外环补偿控制思想和宽度神经网络动态增量节点方式,减小了设备计算负荷,提高了速度控制下机器人的运动性能,解决了市场上封闭机器人系统难以设计力矩控制的难题,实现了不同工作任务下的高精度控制.最后数值系统仿真结果和UR5机器人实验结果验证了该方案的有效性.     

一种面向机器鱼的高精度位姿控制算法设计与实现

首先应用一种简单的线性CPG(中枢模式发生器)模型,实现了机器鱼游动模态的连续变化.随后通过实验分析得到CPG控制器控制参数与机器鱼速度和转弯角速度的转换层函数.进一步提出一种改进的比例导引位姿控制算法,以一种新的方式定义机器鱼的位姿误差,再将机器鱼的角度误差作为偏置项加入位置误差的比例控制律中.最后通过实验验证了算法的可行性与有效性.     

小波多尺度变换在水中磁性目标定位中的应用

利用小波多尺度变换,通过模值分布图,根据水中磁性目标高空磁场奇异性特点,实现磁性目标检测。采用"#"字形探测方案,确定了水中磁性目标的运动速度、航向和任意时刻的位置,对实际的磁定位工作有一定的指导意义。