Preface

Networked sensing and control has attracted significant interest in recent years due to its wide applications. For example, sensor networks, especially wireless sensor networks, have found important applications in environmental monitoring, agriculture, building and industrial automation, machine condition monitoring, intelligent transportation systems, health care, surveillance, and defense. On the other hand, due to the flexibility and significant cost-saving, there has been an increasing trend for control systems to utilize digital communication networks for exchanging information between sensor and controller and/or controller and actuator, as well as between subsystems or systems sharing the same communication networks. Furthermore, networked multiagent systems, where the collective behavior of a system is realized through interactions among dynamically decoupled systems, have also been the focus of many recent research efforts. In networked systems, the network is an important component with constraints and uncertainties, such as the limited bandwidth, random transmission-delays, possible packet-losses, out-of-sequence measurements, etc. The uncertainties and constraints become more significant in wireless networks because of its limited resources of communication and computation, and the fading that changes the throughput of communication channels. As a result, there is an imperative need of new tools for analysis and synthesis, and new algorithms for control, estimation and decision-making, to take these uncertainties and constraints into consideration and handle the interplay among communication, computation and control. In the past few years, a lot of research efforts have been devoted to this field and significant advancement has been made. This special issue intends to reflect part of those achievements. Indeed, the special issue consists of 17 papers among which 8 discuss the control over communication networks, 1 investigates the traffic control in communication networks, 3 are concerned with multiagent systems, and 5 deal with wireless sensor networks. All papers were selected from numerous submissions and carefully reviewed.We hope that the special issue will promote the research interest in networked sensing, actuation and control systems, and foster new applications of networked systems. Special issue editors: Lihua Xie, Nanyang Technological University, Singapore. Frank L. Lewis, The University of Texas at Arlington, USA.     

两轴独立的高精度齿形加工数字控制系统

论述了梳理齿条冲齿机的工作原理,控制策略及系统实现,给出了软件编程方法与通信实现.系统采用人机界面和数字通信,实现了冲齿-牵引机构的两轴同步驱动和加工参数的柔性调整.     

黏性食品称重系统设计及称重方法研究

为了解决黏性块状食品在动态定量称重中遇到的黏结问题,以及在称重中速度与精度的矛盾问题,分别对机械结构、电路系统和软件算法进行了设计改进和方法研究.机械结构采用双管螺旋喂料机和特殊的称斗结构;电路采用数字可编程的AD8555作为称重传感器微弱电信号的放大器,32位微处理器LPC2134作为电路系统核心;程序设计采用分阶段称重、FIR软件滤波以及微分算法,对执行机构发送命令,从而提高黏性食品的称重精度和速度.     

一种材料局部机械强度检测系统的设计

设计了一种基于MSP430单片机的材料局部机械强度检测系统,它以双孔微剪切测定材料局部强度方法为原理.系统通过步进电机驱动剪切工具,由载荷传感器和位移传感器来采集数据,经MSP430单片机内置的A/D转换器处理后,得到载荷和位移曲线,进而检测出被测材料的最大屈服点,根据材料最大屈服点处的载荷值确定材料的机械强度,从而建立了以MSP430单片机为控制器的高速实时检测系统.实验表明,该方法是一种合理的、具有较高精度的快速检测材料局部强度的手段.     

概率近似正确的强化学习算法解决连续状态空间控制问题

在线学习时长是强化学习算法的一个重要指标.传统在线强化学习算法如Q学习、状态–动作–奖励–状态–动作(state-action-reward-state-action,SARSA)等算法不能从理论分析角度给出定量的在线学习时长上界.本文引入概率近似正确(probably approximately correct,PAC)原理,为连续时间确定性系统设计基于数据的在线强化学习算法.这类算法有效记录在线数据,同时考虑强化学习算法对状态空间探索的需求,能够在有限在线学习时间内输出近似最优的控制.我们提出算法的两种实现方式,分别使用状态离散化和kd树(k-dimensional树)技术,存储数据和计算在线策略.最后我们将提出的两个算法应用在双连杆机械臂运动控制上,观察算法的效果并进行比较.     

窄足爬坡机器人结构及控制电路设计

论述竞赛用窄足爬坡机器人的整体结构以及机器人控制系统硬件部分设计和部分功能的软件实现,结合竞赛要求完成窄足爬坡机器人整体设计安装,经过多次试验调试,机器人达到了完成上坡任务的最佳状态,试验结果表明系统设计的合理性和可行性。     

煤矿安全监控系统及组成设备抗干扰设计

针对现有煤矿安全监控系统及组成设备抗干扰能力较差的问题,根据国家煤矿安全监察局对煤矿安全监控系统升级改造提出的"增强系统及组成设备的抗电磁干扰能力"的要求,从设备机械结构设计、硬件电路设计、软件设计等方面阐述如何提高目前安全监控系统及组成设备的抗干扰能力。实际应用结果表明,采用本文所述抗干扰设计的设备可通过3级静电放电抗扰度试验、2级射频电磁场辐射抗扰度试验等试验项目。     

基于Kinect的机械臂增强现实示教研究

机械臂广泛地应用在工业自动化生产以及人们日常生活中,机械臂而示教学习作为一种重要的运动规划方式,是机械臂研究领域的一项重要研究内容。鉴于此,设计了一种基于Kinect的虚拟机械臂增强现实示教系统,通过Kinect传感器采集人手位置数据,利用机械臂逆运动学模型驱动虚拟机械臂跟踪人手运动,实现对机械臂的虚拟示教;利用增强现实技术,将虚拟机械臂叠加到真实环境中,实现对机械臂的增强现实示教。实验结果表明该系统能够将虚拟机械臂准确地叠加到真实环境中,并实时跟踪人手运动,系统具有良好的交互性。     

虚拟现实技术在机械安全领域的应用展望

虚拟现实技术是近年来发展十分迅速的一项计算机技术,该技术是模拟人类视觉、听觉、力觉、触觉等感知行为的高度逼真的人机交互技术,虚拟现实技术现在已经成功地应用在各种领域,如机械、电子、航空航天、医疗、教育等。在机械安全领域通过运用虚拟现实技术,可以模拟再现安全事故的发生,深入研究事故的因果,以便优化机械安全设计,降低机械安全风险,保障人身安全和健康。本文就虚拟现实技术在机械安全领域的应用进行分析探讨,并对应用前景进行了展望。     

基于八叉树的柔性体切割仿真中并行化的碰撞算法EI北大核心CSCD

为了提高柔性体切割仿真中碰撞处理的运行效率,并解决切割影响变形计算稳定性问题,提出基于八叉树的柔性体切割仿真中碰撞算法的并行化实施方法.该方法使用基于链接体素和自适应八叉树网格的柔性体模型,前者用于描述物质的连接性和构造用于碰撞和图形显示的面网格,后者用于变形计算;在粗略碰撞阶段对八叉树网格构造空间Hash表并构造潜在碰撞对;在精细碰撞阶段根据体素中心的距离场值,使用考虑拓扑关系的距离场插值方法检测碰撞并计算入侵深度;柔性体之间的碰撞和自碰撞处理使用独创的多级检测和约简方法在GPU上运行,同时在CPU上使用多线程运行切割工具与柔性体的碰撞处理;切割算法切断被切割工具扫过的链接,重构切口附近的面网格,递归细分并复制被切割工具扫过的八叉树单元,并使用快速行进法更新距离场.仿真实验结果表明,与3个CPU线程的实现相比,文中GPU加速的柔性体碰撞和自碰撞算法可以将处理速度提高76%~215%;而与单个CPU线程的实现相比,3个CPU线程实现的切割工具与柔性体的碰撞算法可以将处理速度提高132%~190%.