自适应温度补偿无线传感器网络时间同步方法

时间同步是多智能体网络协同工作的基础,具有重要意义。低成本无线传感器网络节点时钟易受到环境因素的影响,导致节点时间同步误差增大,网络信道负载增加。针对上述问题,提出了一种低时钟再同步周期、自适应温度补偿的无线传感器网络时间同步方法。首先,基于双向通信时间同步模型,提出了温度补偿的节点频移量动态估计模型;然后,采用Almon函数加权求和的方式对温度和频移量数据进行融合,解决数据采样率不匹配和模型维度高的问题;其次,为进一步提高时间同步精度,采用Kalman滤波器对频移量和相移量估计值进行滤波,并采用系统状态后验估计值对节点本地时间进行补偿;最后,参照IEEE 802.15.4标准对时间同步精度的要求,设计了一种失效风险最小化的再同步决策函数,最大限度提高节点再同步周期,减少信道负载。在高低温箱、室内和室外3种环境下进行实验以验证所提的方法。试验结果表明,与洪泛时钟同步协议(FTSP)时间同步协议相比,自适应温度补偿的时间同步(ATCTS)算法平均时间同步误差降低了97.4%,室外环境下平均时间同步周期为324 min。     

机械振动 WSN 比例补偿跨层同步采集触发方法

针对机械振动无线传感网络同步采集中的同步触发精度低问题,提出了一种比例补偿跨层同步采集触发方法。首先,基于跨层同步架构设计超宽带机械振动无线传感器网络节点,分析采集节点实际采集时钟构成;然后,使用单一硬件定时器作为采集控制时钟,跨层获取同步信息并进行同步触发延时控制;最后,根据周期性同步信息建立节点间的时间比例模型,根据采集节点上行链路时间比例对同步触发延时进行比例补偿,减小同步采集触发误差。实验结果表明,所提方法在单跳网络中同步采集触发误差均值为20 ns,最大值为50 ns,在两跳网络中同步采集触发误差均值为37 ns,最大值为76 ns,有效提高了机械振动无线传感器网络同步采集触发精度。     

时钟同步调度的多跳机械振动WSN多信道传输法

针对机械振动无线传感器网络(wireless sensor networks,简称WSNs)在多跳应用中因信道竞争激烈导致大量振动数据传输速率低的问题,提出了一种基于时钟同步调度的多跳机械振动WSN多信道数据传输方法,从时钟同步精度、网络调度效率和信道干扰等方面提高多跳网络数据传输性能。首先,采用基于信标时序补偿的多跳网络时钟同步方法,实现数据传输的全网同步调度;其次,通过父子链路时序轮转的数据传输调度方法,确保节点有效传输时间最大化;然后,采用干扰最小化信道分配方法实现多跳网络传输信道分配,避免邻频干扰对多信道并行数据传输的影响;最后,通过丢包检测重传机制保证数据传输可靠性,避免振动数据丢失。多信道数据传输性能测试结果表明,该方法可以将多跳网络数据传输速率从10kbps提高至70kbps以上,满足多跳机械振动WSN数据传输需求。     

机械振动无线传感器网络跨层同步采集累积误差控制方法

针对机械振动无线传感器网络同步采集过程中同步采集误差随时间累积的问题,在分析机械振动无线传感器网络跨层同步采集误差累积机理基础上,提出了一种基于同步信息跨层实时跟踪的机械振动无线传感器网络同步采集累积误差控制方法。以节点物理层跨层实时捕获同步信息,避免任务抢占所导致同步信息捕获迟滞;研究基于卡尔曼滤波的晶振频率偏移计算方法,提升晶振频率偏移计算精度;构建反馈控制系统动态反馈和补偿同步采集累积误差,避免同步采集误差累积效应;设计嵌入式多任务优先级管理固件系统,在采样率极高的机械振动信号采集过程中确保采样任务和同步任务实时性。实际测试表明,在高达51.2 kHz的采样率下连续采集30 s,节点间同步采集误差始终保持在0.6 us以内,同步采集误差最大值仅为采样周期的3%,满足机械振动信号同步采集需求。     

无线传感器网络中延迟补偿的分布式时钟同步算法

时钟同步为无线传感器网络中的节点处理分布式任务提供了一个共同的时间参考,无线传感器网络需要精确的时钟同 步来保持数据的一致性和协调性,但是同步过程中的不确定性延迟会严重干扰同步参数的计算。 为了消除消息延迟的不确定 性对时钟同步的影响,本文考虑高斯分布的消息延迟,建立了新的时钟同步模型,并基于卡尔曼滤波和分布式时钟同步算法,提 出了一种能够有效处理延迟影响的时钟同步算法,该算法使用广播的单向通信方式,所有参数可以在接收端独立更新,另外考 虑了以计算的全局时间为参考更新偏差来提升同步精度。 使用 5 个节点进行 MATLAB 仿真实验和 nRF52832 硬件验证,在微 秒级延迟下,本算法的同步精度可以维持在 10 μs,相较于其他算法,本算法维持了很好的同步精度和稳定性。     

基于实时以太网的网络化数控系统高精度时钟同步和短周期通信

为提高基于环形实时以太网的网络化数控系统的协同运动精度,提出一种即时信息控制机制,以缩短帧在网络中的传播完成时间,并应用该机制对IEEE 1588协议进行提升同步频率的优化处理,以实现提升时钟同步精度的目标。为了满足同步频率提升对时钟同步补偿的要求,提出时钟偏移和时钟漂移分离补偿算法。同时应用该机制对基于时间片规划的点对点周期通信进行提升插补频率的优化处理,以提升轮廓精度。通过实验表明,该机制显著提升了网络化数控系统的时钟同步精度和轮廓精度。     

基于透明传输的数控系统时钟同步算法

为实现线性或环形数控系统中所有节点间的精确时钟同步,解决时钟中继层数增加后节点同步精度无法满足数控系统节点间微秒级同步精度要求的问题,在网络时间协议算法实现点对点同步的基础上,引入时钟中继节点透明传输算法对同步消息进行固定时间缓存,降低了时钟中继节点晶振偏差对其他节点同步精度的影响,减少了所有节点多次同步过程中的偏差累积。通过理论分析和实验系统验证,表明该方法可有效降低同步偏差抖动,提高数控系统时钟同步的精度。     

无线传感器网络节点周期性休眠时间同步研究

为了实现无线传感器网络节点的有效时间同步,采用了OMNeT＋＋仿真工具,并改进了TPSN算法,提出了一种无线传感器网络节点周期性休眠时间同步算法。算法分为发现及收集子节点信息和节点同步两个阶段,实现了对无线传感器网络节点的实时精确时间同步。仿真结果表明,该时间同步算法能实现对网络节点十分准确的同步。     

无线传感器网络混合触发一致性时间同步

针对无线传感器节点能量有限、无线通信环境差的特点,将事件触发通信机制应用于无线传感器网络(WSNs)的时间同步中,提出一种混合触发一致性时间同步(MTCTS)算法,并研究同步能耗的降低方法及传输延迟和数据丢包对同步算法的影响。节点的时钟特性建模成二阶状态方程,每个节点通过与其邻居节点交换本地时间这一状态信息获得同步控制输入,从而实现WSNs的时间同步。在所提出的一致性同步算法中,每个节点周期性地更新状态,根据当前状态是否满足给定的事件触发条件去触发通信事件的发生,如此降低通信事件的发生频率。在假定传输延迟服从指数分布和所有节点丢包率相同的情况下,进一步研究了传输延迟、信息丢包对同步精度和算法收敛性的影响。实验和MATLAB仿真验证了所提算法的有效性,并通过仿真确定出了传输延迟和丢包率的上界。     

无线传感器网络的能量管理协议研究

能量管理是无线传感器网络的重要研究内容.本文提出了一种分布式的自治能量管理协议,通过邻域内节点的局部协商,确定休眠节点并自适应调整节点的休眠时间,将网络能耗平均分配给每一个传感器节点,从而延长了整个网络的生命周期.仿真结果显示了所提协议的有效性.     

A universal spline filter for surface metrology

In this study, a novel fractional spline filter is proposed for surface metrology. The filter combines arbitrary order fractional spline function with variational principle, and is endowed with an adjustability of transition characteristic. If the order is high enough, the fractional spline filter can obtain more step-edge-like cut-off characteristic of the low-pass filter, and it can also realize the transmission characteristic of the Gaussian filter with high accuracy if the order equals to two. In addition, if the approximation parameter is set to zero, this filter will be simplified to a form of ordinary spline filter. Therefore, this fractional spline filter is called the universal spline filter. In order to reduce the computation time, the universal spline filter is calculated by a fast Fourier transform (FFT) algorithm. Furthermore, for practical use, an improved method prior to the FFT algorithm is proposed to suppress the end effect. Finally, the efficiency of the whole algorithm in comparison with the ordinary spline filter is demonstrated by the experiments, and it is also shown that the universal spline filter is able to alleviate the end effect significantly.     

浮点数编码改进遗传算法在平面度误差评定中的研究

随着智能制造系统的迅猛发展,应用元启发模式计算方法快速、准确地求解平面度误差值凸显出重大现实意义。为进一步提高平面度误差计算精度,研究了一种基于浮点数编码的改进遗传算法,在原有遗传算法的交叉变异基础之上,引入模拟退火思想,建立最小包容区域法的数学模型,通过计算机仿真获得了最佳适应度收敛曲线和平均适应度收敛曲线,优化结果表明相比传统遗传算法,平面度误差计算精度提高了33.67%。本算法采用浮点数编码、三段式交叉、转轮式选择和最优保存策略,借助模拟退火算法的局部搜索优势,提升了算法的整体性能,且更便于计算机编程,可进一步推广应用到智能测量仪器的其他高精度形位尺寸计算问题领域。     

样条曲线插补速度规划算法的研究

设计了一种适合多种样条曲线（三次样条曲线,Bezier曲线和B样条曲线）插补算法,通过速度控制前瞻缓冲区设置,在保证加工精度的基础上,实现了系统在样条曲线插补过程中加减速处理,改善了插补速度曲线,并满足了机床加减速性能要求。     

基于样条曲面描述的大变形有限元数值模拟关键技术探索

模具型腔描述、锻件有限元网格划分、界面接触约束是制约三维复杂体成形有限元数值模拟技术应用的3个关键性问题。以3次B样条曲面描述为基础,对三维复杂工具表面离散、变形体三维网格自动划分、变形体边界节点与模具接触状态判断的一体化技术进行了研究。利用B样条曲面的直观性、局部性、通用性、造型灵活性等特点,构造复杂模具型腔曲面及变形体边界,提出三维网格样条生成法、改进的分块样条生成法及接触判断的区域层次搜索技术。     

基于改进PSO的局部阴影下光伏阵列MPPT控制

光伏阵列在局部阴影情况下,其功率-电压曲线将呈现多峰值特征,针对传统粒子群算法在最大功率点跟踪时存在易陷入局部最优、收敛速度慢等问题,采用一种改进的粒子群算法,在粒子群算法中引入自适应调节的惯性权重和学习因子,使系统快速、精确地搜索到最大功率点。通过仿真验证了所采用的算法在不同阴影条件下能够提高收敛速度,快速追踪到最大功率点,避免陷入局部最优。     

基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划

提出一种工业机器人时间最优轨迹规划方法.将机器人关节空间的轨迹视为拟合关键点的三次样条曲线,以最优时间为目标建立最优时间轨迹规划的数学模型,同时考虑关节轨迹速度、加速度和加加速度的约束,结合目标函数值和约束条件提出一种用于进化算法的排序方法,以改进遗传算法为例优化关节空间的三次样条轨迹.应用谢菲尔德(Sheffield...     

High-order spline filter: Design and application to surface metrology

The differences between the transmission characteristics of the standard cubic spline filter and the Gaussian filter lead to different evaluation results even for the same profile. There is indeed an adverse impact on the comparison of measurement results and the applications of the related international standards. A novel high-order spline filter is proposed to resolve this practical problem of approximating the Gaussian filtering characteristic. The design of the new filter is based on an improved variational approach by adding the high order derivative terms to the bending energy part whose structural parameters are determined by the aid of the universal Taylor series, so as to realize the convergence to the function of the Gaussian filter. In addition, a cascade algorithm in terms of the low-order filters is also developed in order to ensure stable performance of the high-order filter. Its effectiveness and application were verified by the experiments.     

基于改进RRT的核退役机器人避障方法

核退役机器人工作过程中,传统快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)路径规划算法缺乏导向性,路径规划效率低,避障能力弱;为此,提出改进RRT路径规划算法,以提高作业效率和准确率.首先,引入目标偏置函数,并提出自适应步长,使RRT路径规划具有导向性,避免陷入局部最优;其次,采用...     

一种面向室内 AGV 路径规划的改进蚁群算法

针对传统蚁群算法在大规模和复杂环境中,全局搜索效率差,收敛速度慢,路径转弯次数过多且不够平滑等问题,本文提出一种改进蚁群算法。该方法通过动态更新不同等级蚂蚁路径上的信息素,加快算法的收敛速度;通过引入距离函数和方向函数作为启发因子,改善路径搜索质量;采用一种改进自适应伪随机转移策略,减小陷入局部最优解的概率;在最优路径的基础上引入三次均匀B样条曲线进行优化,提高路径的平滑性。通过在2种不同规模环境下的路径规划实验表明,本文算法相比传统算法在分别减少55.6%和59.4%转弯次数的基础上,提升87.5%和100%的收敛速度,验证了本文算法的优越性。最后,以QBot2e为平台,将本算法应用到室内自动导引车(AGV)路径规划中,进一步验证了算法的实用性。     

基于混沌优化的多层前馈神经网络

BP算法是应用广泛的一种多层前馈神经网络模型,针对算法求解精度低、搜索速度慢、易于陷入局部极值点等问题,根据混沌理论的全局优化思想,提出采用"多次载波"技术将混沌优化和前馈神经网络相结合,利用已找到的近似最优解来启发搜索全局最优解的方法训练神经网络,以布尔函数识别、曲线逼近、模式识别3个典型应用对算法进行验证。研究结果表明,算法具有较好的泛化能力和快速全局收敛的性能,特别是针对中小规模的网络,混沌优化算法在训练时间、全局收敛率等指标方面优于BP算法。