改进 ORB 特征提取环节的视觉 SLAM 算法

为了解决传统 ORB-SLAM2 算法尺度不变性较差和光照环境变化复杂导致定位跟踪不稳定的问题,提出了一种基于 B-Spline图像金字塔的自适应阈值 ORB 特征点提取方法。首先采用 B-Spline 图像金字塔的方法,将图像层层划分,随后,通 过计算图像周围的特征点的灰度值来设置自适应阈值,以便阈值随着光照变化而自动调整,从而实现图像特征点的有效提 取。对改进部分分别实验验证,在光照环境发生较大变化时,改进方法在特征提取时重叠点降低且提取范围更加均匀,在图 像尺度发生变化时,改进方法的特征匹配数量提升了近1倍,在轨迹追踪实验中,改进方法得到的估计轨迹误差降低了20% 以上。改进的 ORB-SLAM 算法能够提高在复杂环境下机器人的定位精度。     

基于 Levy 辨识法的 IPMC 等效电路迟滞建模与验证

离子聚合物一金属复合材料(ionic polymer-metal composite,IPMC)是一种新型柔性智能材料,但其致动机理尚不明 确,位移跟踪困难。针对IPMC 悬臂梁器件在低频交流驱动电压下具有明显的迟滞非线性、建模困难的特点,测试了IPMC 悬 臂梁在低频交流电压下的致动特性,分析了IPMC 在0.1～10 Hz 、2～5.5V 的增益与相位,并使用Levy 辨识法建立了驱动电 压到致动位移的三阶传递函数模型。基于已建立的传递函数模型,提出了IPMC 的非线性等效电路与一阶传递函数的分段 建模方法,改进了IPMC 的等效电路模型无法预测致动位移的缺点。通过实验对比,结果表明,在IPMC 悬臂梁器件在0.1~ 5 Hz、2～5.5V 的低频正弦驱动电压下,可使用等效电路加一阶传递函数代替 IPMC 复杂的动力学过程,整体误差低于 0.3 mm,平均相对误差2.89%,满足应用条件。可以用作IPMC 的低频交流用途,提高了IPMC 位移跟踪精度。     

基于RBF神经网络的迟滞非线性模型预测控制

压电执行器具有响应快、质量比大、刚度高等特点,在纳米技术领域得到了广泛的应用。迟滞特性作为一种固有的非线性特性,极大地影响了迟滞控制的性能。本文提出了一种非线性模型预测控制(NMPC)方法来解决压电执行器的位移跟踪问题。首先,利用RBF神经网络实现了压电执行器的“外源输入非线性自回归移动平均” (NARMAX)模型;其次,利用NMPC原理将跟踪控制问题转化为优化问题,然后采用梯度下降算法求解。为验证所提出的建模和控制方法的有效性,并进行了MATLAB与COMSOL仿真实验。结果表明,所提出的RBF预测模型具有令人满意的精度,NMPC方法跟踪所得期望位移与实际位移绝对误差值最大达到0.016um,平均绝对误差达到0.0121um,具有较高的精度。     

应急搜索UAV集群协同任务规划策略

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题。对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略。以UAV监测区域范围为基础,通过建立搜索区域的空间模型,进一步运用O-FCMA进行区域几何划分,并采用O-HPSO实现划分区域内的路径规划,以实现多UAV集群搜索总体任务的规划。仿真实验结果表明,采用O-HPSO结合O-FCMA进行无源UAV区域搜索任务较ACO或模拟退火算法结合K聚类算法或FCMA相比,在保证搜索区域全覆盖条件下,有源搜索与无源搜索过程中UAV决策时间分别降低了7%～21%和16%～31%,搜索效率分别提升了7%～13%和3%～7%。结果表明所提方法有效降低了UAV集群的决策时间,提升了搜索效率。     

弹光调制测椭偏参量的数字锁相数据处理

为了实现椭偏参量ψ和Δ的高速、高灵敏测量,建立了一种测量成本低、重复性好和便于工业化集成的椭偏测量方案。本文对弹光调制型椭偏参量测量系统进行了原理分析,针对弹光调制器的工作模式及调制光信号特点,设计了基于现场可编程门阵列的数字锁相数据处理方案。现场可编程门阵列提供弹光调制器工作的信号源,并控制AD采样;同时产生正弦和余弦参考序列,并完成直流项、一倍频项和二倍频项的同相分量和正交分量的提取,进而求解出椭偏参量。利用搭建的试验系统对SiO2薄膜厚度为3.753nm的硅片样品进行了实验分析。实验结果表明,采样时间为20ms时,椭偏参量ψ和Δ的平均值分别为9.622°和168.692°,标准偏差分别为0.005°和0.008°;采样时间设置为200ms时,椭偏参量测量平均值与20ms的非常接近,标准偏差减小,并且都在0.001°量级,揭示了本系统具有较高的灵敏度和较好的重复性。     

基于MEMS超声换能器微桥结构优化

针对传统的超声换能器在低频领域内存在频率较低的问题,设计了一种新型超声换能器微桥理论模型,并对该模型的力学行为进行分析研究.应用Comsol 5.4,对基于反铁电厚膜相变致应变效应的硅基微桥结构进行了实体建模、模态分析及静电分析.通过正交设计优化方法得出了硅基微桥构件小应力大频率的合理结构尺寸,为后续的加工提供重要依据.结果 表明,该模型在800 μm (L)× 100 μm (W)时,其应力为0.352 GPa,谐振频率为1155.19 kHz,因而在较小尺寸下保持更好性能的表现优于传统的超声换能器.     

准单级交错并联反激式微型逆变器研究与测试

分析有源钳位和反激式结构对电路的影响,针对在电流连续模式下的电网质量问题,提出了重复控制方式,改善并网输出电压和电流的波形质量,降低谐波含量.为了提高光伏能源利用效率,需要对光伏阵列实现最大功率点跟踪(MPPT).结合恒定电压法和扰动观察法,提出了一种改进的最大功率点跟踪算法,提高了MPP追踪速度.结合上海晴天的日照情况,利用光伏模拟器,进行了仿真测试.实验结果表明:重复控制方法可有效改善并网输出的电网质量,转换效率达到了94.2%,MPPT效率最高达到了99.7%,实验样机验证了产品实际应用的可行性.     

基于I扇区的三电平SVPWM算法研究

针对一般三电平SVPWM算法逻辑繁琐和计算量大等问题,给出了基于I扇区的三电平SVPWM算法,避免了相同算法在不同大扇区的重复计算,同时,提出一种简单易行的小扇区判定算法,简化了判定步骤。在仿真软件中实现了三电平SVPWM算法,建立了使用DSP控制的T型三电平逆变器样机,通过仿真与实验对算法的性能进行了验证。     

基于MATLAB的双极型矩阵变换器的无差拍控制算法实现

为了解决模型预测控制在双极型矩阵变换器控制中的开关周期不固定以及空间矢量调制控制策略的动态性能较差,提出了使用无差拍控制算法控制双极型矩阵变换器.无差拍控制通过预测模型对输出电压矢量以及电源电流矢量进行最优矢量组选择并进行调制.该方法良好地控制输出与输入电流波形,且对直流侧的电压有优化作用,动态性优异,对于网侧电流也有正弦化的作用.MATLAB作为算法的仿真实验软件,仿真结果有力地证明了该算法的理论研究.