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当期目录

    2019年 第49卷 第6期 刊出日期:2019-12-20
      
    编委约稿
    胶囊网络模型综述
    杨巨成,韩书杰,毛磊,代翔子,陈亚瑞
    2019, 49(6):  1-10.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.312
    摘要 ( 2698 )   HTML ( 114 )   PDF (4331KB) ( 1190 )   收藏
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    基于动态路由规则的胶囊网络模型是近年来新提出的神经网络模型,被认为可能成为下一代重要的神经网络模型。近年来,众多研究表明胶囊网络具备更好地拟合特征的能力,但是由于计算开销巨大,网络模型始终无法适应大数据集的要求。减少计算开销成为了胶囊网络的研究热点。减少胶囊网络的计算开销通常有两种方式,即优化胶囊法和优化路由法。优化胶囊法通常以应用目的为驱动,设计专门针对某种分类任务的网络模型;优化路由法则更具一般性,从算法角度提升胶囊网络的性能。

    控制科学与工程——机器人专题
    机器人操作技能自主认知与学习的研究现状与发展趋势
    王薇,吴锋,周风余
    2019, 49(6):  11-24.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.229
    摘要 ( 1715 )   HTML ( 31 )   PDF (2077KB) ( 898 )   收藏
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    机器人对操作技能的自主学习是未来机器人服务人类社会所需具备的重要技能之一,也是机器人研究领域的热点问题之一。对目前机器人操作技能学习的主流模式、方式、算法以及不同方法的优缺点做了全面综述,归纳了在未来知识共享模式下个体机器人实现操作技能的自主学习所面临的挑战和亟待解决的关键问题,并介绍了一种将机器人个体学习模式与共享学习模式有机结合提升机器人操作技能的自主认知与学习的潜在解决方案。

    基于深度学习的图像自动标注方法综述
    常致富,周风余,王玉刚,沈冬冬,赵阳
    2019, 49(6):  25-35.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.244
    摘要 ( 3849 )   HTML ( 105 )   PDF (7881KB) ( 1416 )   收藏
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    图像自动标注是目前计算机视觉和自然语言处理交叉研究领域的一个研究热点。对图像自动标注领域中的深度学习方法进行综述;针对图像自动标注领域的国内外研究现状,按照基于多模态空间、基于多区域、基于编码-解码、基于强化学习和基于生成式对抗网络等五个分类标准进行详细综述;介绍图像自动标注领域相关的数据集和评价标准,对比不同图像自动标注方法的优缺点;通过分析图像自动标注领域的当前研究现状,提出该领域亟待解决的3个关键问题,进一步指出未来的研究方向,并对本研究进行总结。

    基于模型不确定补偿的轮式移动机器人反演复合控制
    刘美珍,周风余,李铭,王玉刚,陈科
    2019, 49(6):  36-44.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.236
    摘要 ( 1254 )   HTML ( 5 )   PDF (4106KB) ( 527 )   收藏
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    针对轮式移动机器人存在模型不确定性、非线性以及未建模的动态特性等因素,严重影响系统轨迹跟踪的稳定性和精确性,提出一种基于系统模型不确定性补偿的反演复合控制策略。基于非完整轮式移动机器人的运动学模型,采用反演控制思想以及李雅普诺夫稳定性判据设计轨迹跟踪的虚拟速度控制量,作为系统的持续激励输入。考虑轮式移动机器人具有模型不确定性和外部有界力矩干扰,根据轮式移动机器人的动力学模型推导得到系统不确定项,并采用具有高度非线性拟合特性的神经网络对其估计,得到模型的力矩控制量,且由李雅普诺夫稳定性分析得到不确定项的自适应律,实现自调整和实时轨迹跟踪。对比仿真表明,该复合控制策略能自适应的跟踪期望轨迹,与单一的反演控制、模型不确定性补偿控制策略、传统PID控制相比,均具有更好的鲁棒性和高的跟踪精度。

    智能家庭中一种基于本体的机器人服务认知机制
    孔令龙,田国会
    2019, 49(6):  45-54.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.495
    摘要 ( 1142 )   HTML ( 7 )   PDF (5046KB) ( 648 )   收藏
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    为增强机器人提供不同类型服务的能力,针对智能家庭环境中的服务机器人提出一种基于语义网规则语言的机器人分类服务推理方法。利用本体技术建立智能家庭的本体模型,通过该模型集成来自不同数据源的数据,消除设备之间的异构性。根据智能家庭机器人服务系统的服务特点划分服务类型,利用历史上下文信息生成服务规则库。通过推理引擎匹配实时的上下文信息与服务规则实现机器人的服务推理。智能家庭背景下的系统运行试验结果表明,机器人服务推理方法能够完成智能家庭环境中不同类型的服务推理,从而进一步提高机器人服务的智能性。

    基于微服务的服务机器人云服务设计方法
    尹磊,周风余,李铭,王玉刚,郭银博,陈科
    2019, 49(6):  55-62, 80.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.251
    摘要 ( 1647 )   HTML ( 16 )   PDF (4187KB) ( 821 )   收藏
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    为了提升服务机器人的智能化水平,提出一种基于微服务的服务机器人云服务设计方法。设计基于微服务的服务机器人云服务的设计框架,提出服务机器人虚拟模型,实现服务机器人运动学/动力学模型、传感器模型和环境模型的云端映射,解决了机器人调用云服务的异构性问题;提出一种交互式的云服务交互接口,采用机器人的协议应答方式实现异构协议的自适应匹配;详细阐述服务机器人云服务平台的开发关键方法。通过所搭建的服务机器人云服务平台进行试验,测试了所设计的功能云服务的调用效果、实时性和细粒度服务质量,可以满足服务机器人的功能要求。

    基于超混沌同步控制的移动机器人全覆盖路径规划
    李彩虹,方春,王志强,夏斌,王凤英
    2019, 49(6):  63-72.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.173
    摘要 ( 1227 )   HTML ( 7 )   PDF (6359KB) ( 397 )   收藏
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    针对移动机器人执行警戒、巡逻等特殊任务的随机性、遍历性等需求,提出一种基于超混沌同步控制的移动机器人全覆盖路径规划方法。以四维超混沌Lorenz系统为主驱动方程,利用单边耦合同步控制构造超混沌同步响应方程;将同步后的超混沌同步响应方程与移动机器人运动学方程相结合,构造混沌机器人路径规划器,产生满足特殊任务要求的全覆盖遍历轨迹;利用镜面映射方法对覆盖轨迹运行范围进行限制和对运行边界进行静态避障。对规划轨迹进行定性分析和定量计算发现,与同步以前的超混沌方程相比,利用超混沌同步方法构造后产生的全覆盖轨迹具有更好的遍历覆盖特性和随机特性,能够满足自主移动机器人执行警戒、巡逻等特殊任务的需求。

    控制科学与工程———机器人专题
    颌骨重建手术多臂机器人构型设计与干涉分析
    赵洪华,赵建,段星光,胡志通,田倩倩,赵耀华
    2019, 49(6):  73-80.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.185
    摘要 ( 1318 )   HTML ( 3 )   PDF (5769KB) ( 585 )   收藏
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    基于颌骨重建手术要求和手术机器人设计准则,提出主被动结合的7自由度3手臂构型方案。为了满足手术机器人机械臂干涉分析高效率的要求,采用线形扫描球(linearly swept sphere, LSS)单元体模型简化复杂结构的机械臂,构建两圆柱体之间、圆柱体与半球体之间以及两半球体之间的干涉数学模型,并提出有效干涉点的概念及干涉点有效性的判断方法,得到机械臂在任意位置下的干涉判断准则。基于机器人平台的无干涉控制试验验证了方法的正确性,与传统干涉分析方法相比,该方法简化了基本几何体模型干涉分析的判据和过程,减少了模型相互之间干涉判断的次数,进一步提高了干涉分析的效率。

    电气工程
    直接驱动低速横向磁场开关磁阻电机研究
    赵振卫,董志刚,李永斌
    2019, 49(6):  81-85.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.339
    摘要 ( 1501 )   HTML ( 12 )   PDF (2985KB) ( 517 )   收藏
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    为了提高开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)的转矩密度,实现低速、大转矩输出,满足伺服和电动车等直接电气驱动系统的要求,提出一种新型横向磁场开关磁阻电机(transverse flux switched reluctance motor,TFSRM)。将横向磁场电机的原理应用于开关磁阻电机,简化电机结构复杂程度,提高电机的转矩密度。详细介绍该电机工作原理及结构特点,运用三维等效磁网络法分析样机定、转子不同相对位置时的磁场分布,计算恒电流控制时电机的矩角特性。设计基于DSP(digital signal processor)的电流闭环控制系统,并对样机进行试验。试验结果与理论分析相吻合,理论分析与设计方法的可行性和有效性得到验证。

    基于分场景重构的风电汇聚趋势性量化方法
    姚元玺
    2019, 49(6):  86-92.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.117
    摘要 ( 1218 )   HTML ( 4 )   PDF (3095KB) ( 489 )   收藏
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    风电输出功率具有波动性,由于各机组出力之间的相互平抑效果,随着风电集群规模的增大和风电输出功率波动变缓,风电输出功率表现出“汇聚效应”。掌握汇聚效应的趋势性对于大规模风电联网外送输电容量配置具有重要的意义。定义风电输出场景的概念,对风电功率在各场景内的汇聚特性进行研究;通过拟合各场景中的持续出力曲线,提出基于汇聚特性分析的风电持续出力分场景重构方法,并以实测数据对重构方法的有效性进行检验。算例分析表明:分场景重构方法能够较准确的分析风电汇聚的趋势;场景划分个数影响持续出力曲线的拟合精度,对比5、10、20场景划分,分10场景进行重构对于风电汇聚趋势的描述更为准确。

    基于分时电价的加权太阳能价值电价
    韩方运,乔梁,赵斌成,张利
    2019, 49(6):  93-97,106.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.617
    摘要 ( 1383 )   HTML ( 7 )   PDF (1384KB) ( 363 )   收藏
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    太阳能价值电价是解决分布式光伏发电引起供电成本分摊不公和电网收益下降问题的新思路。针对目前的计算模型未考虑电网不同运行条件下的供电成本变化问题,提出基于分时电价的加权太阳能价值计算方法。按峰、平、谷三时段典型化电网运行条件,讨论了相关参数的设置,建立了改进模型。新模型更好地计及了光伏发电与电网运行的时间一致性,能够更准确地反映光伏发电的价值。仿真分析验证了本方法的有效性。

    机械与能动工程
    ECVT型混合动力城市客车动力系统设计与验证
    唐友名,董坤,张袁伟
    2019, 49(6):  98-106.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.072
    摘要 ( 1392 )   HTML ( 13 )   PDF (2354KB) ( 626 )   收藏
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    针对传统客车集成启动/发电机一体化(integrated starter/generator, ISG)混合动力系统节油效果不理想的问题,选用电控无极自动变速(electronic continuously variable transmission, ECVT)混合动力系统方案,在插电式混合动力城市客车上应用并验证。在单行星排运动学特性的等效杠杆分析基础上,对某插电式ECVT动力系统关键部件进行参数匹配与计算;根据标定试验数据,采用Matlab/Simulink软件建立发动机仿真模型、驱动电机仿真模型和发电机仿真模型,搭建整车仿真模型;在中国典型城市公交循环工况下,研究目标车型的燃油经济性、动力性、纯电最大续航特性,完成经济性、动力性等道路测试试验。结果表明,本研究设计的ECVT混合动力系统汽车相较于传统汽车节油率达到57.47%,相较于ISG混合动力系统汽车节油率提高了24.12%。因此,插电式混合动力城市客车采用ECVT混合动力系统方案是可行有效的,且节油效果明显。

    双层压电微梁固有特性的尺寸依赖性
    刘宇,周慎杰,吴康辉
    2019, 49(6):  107-112.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.061
    摘要 ( 1261 )   HTML ( 7 )   PDF (1188KB) ( 363 )   收藏
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    为探究双层压电微梁固有特性随特征尺寸的变化规律,应用含挠曲电效应的压电偶应力理论,建立双层压电微梁动态性能尺寸效应理论模型,求解双层压电微梁的固有频率,通过数值分析讨论微梁无量纲固有频率的尺寸依赖性,研究压电效应和挠曲电效应对微梁无量纲固有频率的影响。数值分析结果表明:双层压电微梁的无量纲固有频率随着梁厚度的减小而增大,呈现出明显的尺寸依赖性;与不计力电耦合效应的结果相比,双层压电微梁无量纲固有频率的尺寸依赖性更为明显,主要是由挠曲电效应引起的,而压电效应的影响很小。

    基于TRNSYS的双U型地埋管换热影响因素分析
    刘涛,田野,马永志
    2019, 49(6):  113-118.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.317
    摘要 ( 1410 )   HTML ( 14 )   PDF (1908KB) ( 776 )   收藏
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    针对水平式埋管占地面积大、换热效果差及竖直式埋管初期投资高、施工难度大的现状,基于TRNSYS建立地源热泵双U型地埋管换热器瞬态仿真模型。在保证研究变量为唯一变量的条件下,通过仿真计算分析地埋管不同钻孔数、不同埋管深度以及不同孔间距对地埋管换热器性能的影响,模拟试验结果表明:增多钻孔数、加深钻孔深度、增大钻孔间距均可提高地埋管换热器的换热效果。本研究为地埋管换热效果与施工难度的平衡提供分析依据。

    基于孔隙尺度下丝网多孔介质通道流阻特性
    胡伟
    2019, 49(6):  119-126.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.503
    摘要 ( 1529 )   HTML ( 33 )   PDF (2325KB) ( 663 )   收藏
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    基于丝网多孔介质孔隙通道数值分析,研究不同几何参数的丝网多孔介质通道内的流阻特性ΔP、黏性阻力Au与惯性阻力Bu2等变化特性。通过CFD软件建立三维稳态修正k-ω湍流模型保证计算精度,并选择5种不同丝径和孔径的4单元孔隙模型,开展低入口流速范围内的流阻特性研究。根据数值分析结果,得到不同构型下孔隙级通道的流阻特性,显示出构型对丝网通道内非线性流动阻力特性产生的显著影响。结果表明,丝网构型角度越小(θ=45°~90°),通道内流动阻力越大,而分压占比规律一致;流速越大(v=0.2~1.0 m/s),则非线性作用越大,惯性阻力占比越多。