MPSoC软硬件划分的自动波竞争神经网络算法

针对基于可重用组件的MPSoC软硬件划分问题,提出了一种采用自动波竞争神经网络的优化算法。先将软硬件划分问题转化为图论中的多约束最短路径问题,然后重新设计神经网络中的自动波机制,从组件库中为系统中的每个任务模块选择合适的软件构件或IP核,在系统成本和实时性约束下,使得MPSoC功耗最优。该算法具有并行化、无参数、易于硬件实现的特点,可获得MPSoC软硬件划分问题的最优解。     

信息物理融合系统的面向对象Petri网建模

从多Agent系统的角度,以面向对象Petri网为语义基础,建立了一种信息物理融合系统体系结构模型,将系统抽象为传感器节点Agent、执行器节点Agent和控制器节点Agent．该体系结构模型利用面向对象Petri网形象、无歧义地刻画系统的整体和个体特性,描述系统的静态和动态语义,同时可利用Petri网的数学分析方法和支持工具对系统进行模拟、分析和验证,检测系统开发早期存在的错误,提高系统的正确性和可靠性．利用信息物理融合系统体系结构模型对目标跟踪系统的建模、分析与实现表明,信息物理融合系统体系结构模型可以有效地辅助系统的设计与开发．     

针对SoC设计正确性和时间性的形式化协同验证方法

给传统嵌入式系统验证方法带来巨大挑战的是SoC设计中硬件部分采用IP核、软件部分采用构件技术，这就需要一种既能克服传统方法缺陷又能适合SoC的新方法。针对SoC提出了一种基于着色Petri网的数学模型，形式化定义了IP核、构件和用户自定义逻辑模块，并阐述了从SoC设计体系结构到着色Petri网模型的转换方法，还介绍了如何利用现有工具CPN Tods来分析Petri网模型。该方法不仅能验证SoC设计的正确性，还能验证其时间性，一旦给出SoC设计中IP核、构件和用户自定义逻辑的体系结构，那么就能够验证出整个系统的设计正确性和时间性，最后通过一个验证PDA手机音频和视频子系统的例子证明该方法行之有效，并给出了相应的实验结果。     

Moore机表示的系统迭代设计动态CTL模型检验的不变性研究

模型检验是系统级设计中验证可信计算系统安全性性质的有效方法。动态模型检验是模型随设计过程而变化的模型检验,动态模型检验过程中遇到的最严重问题之一是模型变化所带来的重复检验代价太高。因此,寻找不变性以避免重复检验显得尤为重要。不变性是一种贯穿系列模型检验而保值为真的性质。该文构建动态模型检验的形式化框架,进而提出基于Moore机描述的流控制系统迭代设计过程的不变性理论,该系统是一种嵌入式控制系统,在可信通信中用以处理数据转换,最后展示了若干非平凡CTL性质在迭代过程中的可保持性。     

核环境多关节蛇形机械臂的运动控制系统设计

以核聚变反应舱的探测和维护作业为例,设计一种具有多关节串联式结构的蛇形遥操纵机械臂系统,结构采用轨道推送加悬臂调整的复合式操控方案。针对机械臂执行全舱作业的运动需求,对机械臂运动轨迹进行仿真分析。设计包括路径规划与轨迹控制等的机械臂运动控制算法,构建各关节在运动学上能够同步运行的多轴协调控制系统。通过搭建模拟舱几何环境,对机械臂进行运动测试,完成关节旋转角度的控制精度评估。构建机械臂系统的重力补偿模块,通过柔性模型的仿真验证对机械臂系统的末端定位精度加以评估。测试结果验证了运动控制系统的有效性。     

负载自适应的异构MPSoC任务调度算法研究

在异构MPSoC中,并行任务通过调度算法被分配到各个处理器核上运行,因而任务调度算法的优劣将直接影响异构MPSoC的应用性能。根据处理器核类型和任务间依赖关系,以减小任务间通信开销为目标,提出一种具备负载自适应能力的异构MPSoC任务调度算法。首先,将待调度任务集划分为多个并行任务子集;其次,在考虑处理器核负载的基础上,根据并行任务子集集合、处理器核集合及任务子集在各个核上的执行效率生成赋权二部图;最后,利用赋权二部图最大权匹配方法,将并行任务子集合理地调度到负载适应的处理器核上运行,以降低任务集的平均调度长度,并提高处理器核利用率,从而实现异构MPSoC应用性能的提升。仿真实验在不同的任务总数、任务最大前驱数、核类型、核数量的应用场景下,通过任务集平均调度长度、处理器核利用率两项指标对提出算法进行了定量分析。结果表明,提出算法能有效降低任务集平均调度长度,在实现负载自适应的同时提高异构MPSoC处理器核的利用率。     

冗余可修系统的可靠性分析

针对冗余可修系统这一类广泛配置于各种关键应用中的高可靠系统,定义简单的冗余可修系统可靠性描述模型--冗余可修门.该模型能够有效地集成于动态故障树分析工具中,用以刻画冗余可修系统的可靠性行为,基于离散事件仿真方法给出通用的冗余可修门可靠性模拟方法.基于随机过程理论,证明了共享维修系统状态演变对应的随机过程是马尔科夫再生过程,推导了有效的可靠性分析公式.基于系统的同构性和负指数分布的无记忆性,证明了独立维修系统的失效转移性质,结合马尔科夫再生过程理论推导了有效的可靠性分析公式.通过实例说明了给出的冗余可修系统可靠性分析方法的具体应用.     

基于船舶数据记录系统的舵效分析

为了解决传统模型仿真研究舵机性能不可靠的问题,提出了一种通过实船数据分析舵机性能的方法。设计了一个船舶数据记录系统,讲解了部分重要硬件电路的设计原理和软件实现过程,通过嵌入微处理器文件系统,记录实船数据存储文件,验证了记录系统的可靠性,同时通过提取相关实船数据,利用Matlab工具,对内八字型和外八字型这两种情况下舵机在航行过程中的减速效果进行分析。分析结果表明,外八字型双舵机比内八字型双舵机在航行中减速效果更好,说明外八字型双舵机可有效提高船舶航行过程中的减速性能。与传统假定条件下建立船舶数学模型研究舵机性能相比,该系统不仅弥补了传统舵机研究中的缺陷,提高了舵效分析结果的实用性和可靠性,而且有效改进了操舵控制技术,优化了舵机系统的设计。该研究对改进操舵控制技术和优化舵机系统的设计提供了理论依据。     

快速密钥交换协议JFK的SPIN模型检测

快速密钥交换协议JFK是一种新型的密钥交换协议,它的安全性引起了人们的重视。论文对密钥交换协议交换过程进行分析的基础上,使用Promela语言描述了协议模型,并用LTL刻画了需要满足的性质,最后对协议验证结果分析,表明该协议满足其设计目标。     

非线性隐核偏最小二乘回归算法及其应用

利用隐核映射技术,将输入数据映射到一个高维隐特征空间,然后在隐特征空间里引入改进的非线性迭代算法构造线性PLS回归模型,提出了一种新的非线性隐核偏最小二乘回归算法(HKPLS)并应用于非线性系统建模中.仿真验证了所提方法的有效性.     

Multi-objective coordination optimal model for new power intelligence center based on hybrid algorithm

In order to resolve the coordination and optimization of the power network planning effectively, on the basis of introducing the concept of power intelligence center (PIC), the key factor power flow, line investment and load that impact generation sector, transmission sector and dispatching center in PIC were analyzed and a multi-objective coordination optimal model for new power intelligence center (NPIC) was established. To ensure the reliability and coordination of power grid and reduce investment cost, two aspects were optimized. The evolutionary algorithm was introduced to solve optimal power flow problem and the fitness function was improved to ensure the minimum cost of power generation. The gray particle swarm optimization (GPSO) algorithm was used to forecast load accurately, which can ensure the network with high reliability. On this basis, the multi-objective coordination optimal model which was more practical and in line with the need of the electricity market was proposed, then the coordination model was effectively solved through the improved particle swarm optimization algorithm, and the corresponding algorithm was obtained. The optimization of IEEE30 node system shows that the evolutionary algorithm can effectively solve the problem of optimal power flow. The average load forecasting of GPSO is 26.97 MW, which has an error of 0.34 MW compared with the actual load. The algorithm has higher forecasting accuracy. The multi-objective coordination optimal model for NPIC can effectively process the coordination and optimization problem of power network. Foundation item: Project (70671039) supported by the National Natural Science Foundation of China     

机器人基坐标系精确标定的对偶四元数法

针对离线编程系统中机器人在世界坐标系下的位姿描述问题,提出一种利用对偶四元数精确标定机器人基坐标系的方法.首先在利用指数积公式建立机器人正运动学模型的基础上,推导了基于单位对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将世界坐标系与机器人基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行统一描述;其次,以对偶四元数的几何性质为约束条件,建立最小方差目标方程,引入拉格朗日乘子法求解最优的位姿变换矩阵;最后,对6自由度串联机器人进行了标定实验.实验结果表明,该标定方法可以有效解决工业应用环境中机器人的基坐标系标定问题,同时也为机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供了参考依据.     

自适应模型与改进粒子滤波的电池RUL预测

为提高锂电池运行的安全性和可靠性并维护系统稳定运行,提出一种自适应混合模型与改进粒子滤波（particle filter, PF）算法的锂电池剩余使用寿命（remaining useful life, RUL）预测方法。采用经验模型与神经网络模型结合建立自适应混合模型描述电池容量退化趋势,并使用天牛须搜索（beetle antennae search, BAS）算法优化PF重采样步骤解决粒子多样性丧失问题,从而提高估计精度进而实现RUL的精准预测。应用NASA和CALCE公开的两组不同类型锂电池作为实验对象,验证模型的有效性并通过对比PF与改进PF算法验证RUL预测的准确性。结果表明:自适应混合模型对于电池容量变化的表达能力更强,既能考虑电池内部的参数变化又能反应电池外部环境的变化,基于BAS改进的PF（BAS-PF）方法相较于传统PF算法的估计精度更高而且RUL预测更准确,对于不同的预测起点,两块测试电池的RUL预测误差分别为5.88%、3.92%、1.96%和3.75%、1.25%、0%。自适应混合模型能更加有效地描述电池容量特征,基于自适应混合模型的BAS-PF算法的电池RUL预测能力更好,可靠性更强,有助于提高RUL预测的精度和表现。     

黄河流域城市群城镇化与生态环境耦合协调预测

城镇化对于生态环境的胁迫效应和生态环境对城镇化进程形成的约束作用具有积累性和长期性。针对基于历史数据分析中未考虑到的滞后性问题,以黄河流域呼包鄂榆、宁夏沿黄、兰西、关中平原、中原、山东半岛和晋中等7个城市群为基本研究单元,构建城镇化与生态环境评价指标体系和耦合协调度模型,对2000～2019年黄河流域城市群耦合协调度进行测度,并建立ARIMA-BP组合模型来预测2020～2025年未来发展趋势。结果表明:黄河流域城市群耦合协调度呈上升趋势,部分城市群出现波动,耦合协调特征由轻度失调、濒临失调转为勉强协调、初级协调; 对未来6年耦合协调度预测发现,7个城市群耦合协调度未来皆表现出上升趋势,但不同城市群存在一定差异,部分城市群在2025年依旧未能突破轻度协调达到更加理想的耦合协调阶段。未来应不断提升山东半岛城市群核心竞争力,推进关中平原城市群和中原城市群次级中小城市成长壮大,并且要格外关注呼包鄂榆城市群、晋中城市群依靠资源发展所导致的水土流失和污染防治问题,加强宁夏沿黄城市群和兰西城市群城镇化建设和生态环境保护力度,补齐流域发展短板,早日实现流域城市群协同发展。     

多态模块化自动变速器换挡过程仿真与试验

为实现一种新式模块化变速器试验样机的自动换挡功能,设计了样机配套换挡液压系统,并对换挡过程进行仿真建模.基于刚体动力学原理对二挡模块样机进行分析,并利用MATLAB/Simulink建立包括传动系和液压缸的整体仿真模型.利用溢流调压控制,设计一套简化换挡液压系统.以输出轴扭矩变化率和输入轴最低转速作为评价指标,研究充油流量、复位弹簧预紧量等参数对该新型结构样机换挡品质的影响规律.用换挡试验验证了模型和样机换挡可信度.结果表明,充油流量决定零件运动速度和液压缸内压力上升速度,影响换挡速度和换挡制动时间.增大流量可有效消除换挡制动,但会引起冲击增加;使用较小的弹簧预紧量可以减小换挡冲击.     

基于神经网络的人口与经济系统的耦合协调发展分析

针对人口与经济系统提出自适应耦合协调度与自适应协调区间,借助RBF网络学习算法实现了银川和石嘴山两市的人口与经济系统协调发展的预警策略与影响因素分析.首先,通过引入自适应耦合协调度与自适应协调区间,形成人口与经济系统发展关系的预警策略;其次,结合影响人口与经济系统的二级因子、自适应协调度,利用三层网络学习模型,得到影响人口与经济系统耦合协调发展的关键因子并予以分析,在此基础上,对关键因子加以干预和控制;最后,将本文所得方法和结论用于银川、石嘴山两市人口与经济系统的耦合协调分析,验证了本文模型与算法的实用性和有效性.     

通用卫星地面测试平台的设计与实现

为保证可靠性,在卫星发射之前,必须对卫星的功能进行大量的测试。卫星测试平台(卫星地面测试总控软件)是卫星测试中的核心软件,为卫星测试提供了自动化测试手段。为此研制的卫星地面测试总控软件系统是卫星测试中的控制和管理软件,是集计算机通信、实时控制、实时数据处理归档、分析、回放等功能于一体的复杂软件系统。该系统已在多种型号任务中使用。     

基于旁路通道的片上网络差别型服务实现方法

针对面向实时应用的片上多处理系统对片上网络提出的低延迟和低抖动通信质量要求,提出一种高效的QoS实现方法.该方法对于路由器中的旁路通道采用预先申请和动态调度机制,根据任务的通信需求和优先级制定了合理的资源分配和冲突处理规则.其中低延迟服务机制利用旁路和专用虚通道使延迟敏感消息尽快转发,低抖动服务机制利用虚通道保留技术和自适应路由算法维持突发消息的传输连续性.实验结果表明：与仅基于优先级和专用虚通道的QoS方法相比,该QoS方法使延迟敏感消息的平均延迟降低了41%,突发消息的平均延迟差异降低了39%,能为片上系统应用提供高质量的差别型服务.     

基于受控Petri网的物流实验系统的研究

随着控制系统的复杂化,传统的方法已经不能很好地用于描述离散事件系统(简称DES)了.为此,定义了一种受控Petri网(简称CPN),并对其中冲突事件的避免进行了探讨.针对物流实验系统中被控点数较多、控制过程也较为复杂的特点,利用CPN技术对系统进行建模,较好地解决了系统中存在的一系列协调、竞争以及并发事件,有效地避免了冲突事件的发生,同时对于系统的CPN模型利用PLC加以实现,并验证其正确性及其可靠性.