基于变分稀疏高斯过程的多机器人协同感知与围捕

1

作者 曹凯 陈阳泉 +3 位作者 魏云博 刘志 陈超波 高嵩 《自动化学报》 北大核心 2025年第4期778-791,共14页

针对未知环境下的多机器人环境感知和围捕问题,提出一种基于变分稀疏高斯过程回归的分布式感知与围捕算法.考虑到传统高斯过程回归不适合处理大量数据的问题,在这项工作中,首先考虑障碍物的影响,以引入分离超平面的质心维诺划分算法为... 针对未知环境下的多机器人环境感知和围捕问题,提出一种基于变分稀疏高斯过程回归的分布式感知与围捕算法.考虑到传统高斯过程回归不适合处理大量数据的问题,在这项工作中,首先考虑障碍物的影响,以引入分离超平面的质心维诺划分算法为机器人动态规划任务区域;其次,利用多机器人在任务区域中的移动探索获取环境信息,并通过变分自由方法来近似模型的后验分布,完成对未知环境的感知;最后,基于粒子群优算法为围捕机器人动态分配围捕点,实现多机器人的全方位均匀围捕.通过仿真实验证明,该算法能够适用于单源、多源以及动态源的围捕,且能够在保证多机器人编队安全性的同时,实现较高的迭代速度,最终成功实现均匀围捕. 展开更多

关键词 多机器人 质心维诺划分 变分稀疏高斯过程回归 围捕 协同感知

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分数阶电路的设计简化与零极点变化规律

2

作者 许宇宏 李创 +1 位作者 唐荣年 陈阳泉 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第6期1142-1151,共10页

分数阶算子的传递函数一般由近似算法得到,本文通过调整传递函数的零极点值,对CFE近似函数的有效频率区间进行了扩展,提高了Oustaloup方法的近似精度.选择参数可调的OTA元件设计了两种分数阶电路结构.在设计高阶算子时,传递函数式电路... 分数阶算子的传递函数一般由近似算法得到,本文通过调整传递函数的零极点值,对CFE近似函数的有效频率区间进行了扩展,提高了Oustaloup方法的近似精度.选择参数可调的OTA元件设计了两种分数阶电路结构.在设计高阶算子时,传递函数式电路的结构相对简单,零极点式电路的参数设计方便.本文提出了传递函数式电路结构的参数设计规则,将电路传递函数进行了简化.在电路仿真与实验部分,使用SPICE模型搭建电路,设计了两种结构在不同分数阶算子下的电路参数,本文进行了仿真与实际电路的对比验证.根据频率响应结果,所设计的两种电路结构能较好的模拟分数阶算子的特性,电路的工作频率可扩展至原本的1000倍. 展开更多

关键词 分数阶算子近似函数 零极点变化规律 频率扩展 分数阶电路设计

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一类具有多重不匹配扰动的非同元次不确定系统的分数阶抗扰控制

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作者 郑伟佳 冯诗荣 +1 位作者 黄润权 陈阳泉 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第6期1092-1100,共9页

现有的自抗扰控制(ADRC)方法主要针对整数阶系统或同元次分数阶系统,当应用于更一般的导数阶次互不相同的非同元次分数阶系统时,可能无法获得令人满意的性能.针对具有多重外源干扰的非同元次分数阶不确定系统的控制问题,提出了一种改进... 现有的自抗扰控制(ADRC)方法主要针对整数阶系统或同元次分数阶系统,当应用于更一般的导数阶次互不相同的非同元次分数阶系统时,可能无法获得令人满意的性能.针对具有多重外源干扰的非同元次分数阶不确定系统的控制问题,提出了一种改进的分数阶抗干扰控制方案(EFADC).将非同元次分数阶特性当作模型不确定性,采用分数阶自抗扰控制(FOADRC)进行补偿.设计分数阶扰动观测器(FODO)来估计由外源模型描述的扰动.在此基础上,设计一种基于不确定性和扰动补偿的分数阶滑模控制(FOSMC)方法,使系统具有快速响应性能和鲁棒性.通过理论分析和数值模拟验证了所提方法的有效性.仿真结果表明,所提方法有效改善了非同元次分数阶系统的动态性能和对外部扰动的鲁棒性. 展开更多

关键词 自抗扰控制 扰动观测器 滑模控制 非同元次分数阶系统

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含参数不确定性的非线性分数阶系统输出反馈控制

4

作者 刘乐菲 葛富东 陈阳泉 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第6期1124-1131,共8页

研究了具有参数不确定性的非线性分数阶系统的输出反馈控制问题.为此,首先提出一种新颖的分数阶比例积分(PI)观测器对未知状态进行估计,利用拉普拉斯变换和Gronwall-Bellman不等式得到观测器误差系统渐近稳定的充分条件;随后,基于分数阶... 研究了具有参数不确定性的非线性分数阶系统的输出反馈控制问题.为此,首先提出一种新颖的分数阶比例积分(PI)观测器对未知状态进行估计,利用拉普拉斯变换和Gronwall-Bellman不等式得到观测器误差系统渐近稳定的充分条件;随后,基于分数阶Lyapunov稳定性定理研究系统的输出反馈控制问题,并分析相应闭环系统的渐近稳定性;最后给出了具体的数值仿真算例,从而说明本文所得理论结果的有效性和适用性. 展开更多

关键词 输出反馈控制 PI观测器设计 非线性分数阶系统 参数不确定性 渐近稳定性

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基于动态密度引导的多机器人编队队形变换方法

5

作者 曹凯 陈阳泉 +3 位作者 李康 陈超波 阎坤 刘伟超 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1783-1797,共15页

针对地面移动机器人编队的队形控制问题,提出了一种基于动态密度引导的多机器人编队队形切换方法.为实现机器人编队不同队形的切换,使用质心维诺划分(CVT)编队控制算法,避免机器人队形切换过程中的碰撞.根据CVT算法的特性,通过给定队形... 针对地面移动机器人编队的队形控制问题,提出了一种基于动态密度引导的多机器人编队队形切换方法.为实现机器人编队不同队形的切换,使用质心维诺划分(CVT)编队控制算法,避免机器人队形切换过程中的碰撞.根据CVT算法的特性,通过给定队形的密度函数,构建初始队形密度函数与期望密度函数之间的过渡密度生成动态密度,并利用CVT算法引导编队中的机器人移动,完成编队队形的切换与重构.仿真结果表明,相比直接使用期望密度函数引导队形切换,该方法不仅成功解决了部分形态编队切换失败问题,而且降低了切换过程中编队整体的平均位置误差. 展开更多

关键词 多机器人 质心维诺划分 编队控制 队形切换

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基于预期动态方程的含高比例可再生能源孤岛运行微电网负荷频率控制 被引量：2

6

作者 吴振龙 刘艳红 +2 位作者 薛亚丽 李东海 CHEN Yangquan 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期954-964,I0009,共12页

针对高比例可再生能源并入微电网带来的负荷频率控制问题,提出基于预期动态方程的比例-积分-微分(PID)控制策略.在分析微电网负荷频率控制模型和控制难点的基础上,设计基于预期动态方程的PID控制策略,采用单一变量法分析控制器参数对控... 针对高比例可再生能源并入微电网带来的负荷频率控制问题,提出基于预期动态方程的比例-积分-微分(PID)控制策略.在分析微电网负荷频率控制模型和控制难点的基础上,设计基于预期动态方程的PID控制策略,采用单一变量法分析控制器参数对控制效果的影响,总结了简单、实用的参数整定流程,并在微电网负荷频率控制系统中应用.在不同工况下与多种控制器进行仿真对比,结果表明:所提控制策略能够在保证鲁棒性的前提下取得最佳控制效果,展现出很高的工程应用价值. 展开更多

关键词 微电网 负荷频率控制 预期动态方程 比例-积分-微分 参数整定

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基于分数阶梯度驱动的主动Demons算法研究 被引量：5

7

作者 张桂梅 曹红洋 +1 位作者 陈阳泉 刘建新 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2834-2841,共8页

图像非刚性配准在计算机视觉和医学图像有着重要的作用.Demons算法被证明是解决非刚性配准的有效方法,然而存在的Demons非刚性配准算法对灰度均匀和弱纹理区域的图像配准精度低,优化易陷入局部极小导致配准速度缓慢.针对该问题,将R-L（R... 图像非刚性配准在计算机视觉和医学图像有着重要的作用.Demons算法被证明是解决非刚性配准的有效方法,然而存在的Demons非刚性配准算法对灰度均匀和弱纹理区域的图像配准精度低,优化易陷入局部极小导致配准速度缓慢.针对该问题,将R-L（Riemann-Liouville）分数阶微分引入到主动Demons算法中,提出了基于R-L分数阶梯度驱动的主动Demons算法.本文将R-L分数阶梯度代替传统的梯度算子,不但可以增强图像的细节信息,而且可以增强灰度均匀和弱纹理区域的梯度信息,从而提高了图像配准精度和速度.另外,通过实验给出了配准精度与R-L分数阶模板参数之间的关系,从而为模板最佳参数的选取提供了依据.尽管不同类型的图像其最佳参数是不同的,但是其最佳配准阶次一般在0~1之间.理论分析和实验结果均表明,该算法可以用于灰度均匀和弱纹理区域的图像配准,且配准精度和速度都有明显的提高,本文方法是Demons算法应用的一个重要延伸. 展开更多

关键词 Riemann-Liouville 分数阶梯度 主动Demons算法 非刚性配准

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分数阶迭代学习控制的收敛性分析(英文) 被引量：11

8

作者 李岩 陈阳泉 安孝晟 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1031-1037,共7页

本文将传统的迭代学习控制时域和频域分析方法扩展到一类针对分数阶非线性系统的分数阶迭代学习控制时域分析方法.提出了一类新的分数阶迭代学习控制框架并简化了收敛条件,且证明了常增益情况下两类分数阶迭代学习控制收敛条件的等价性... 本文将传统的迭代学习控制时域和频域分析方法扩展到一类针对分数阶非线性系统的分数阶迭代学习控制时域分析方法.提出了一类新的分数阶迭代学习控制框架并简化了收敛条件,且证明了常增益情况下两类分数阶迭代学习控制收敛条件的等价性问题.该讨论进一步引出了如下两个结果:分数阶不确定系统的分数阶自适应迭代学习控制的可学习区域以及理想带阻型分数阶迭代学习控制的框架.上述结果均得到了仿真验证. 展开更多

关键词 迭代学习控制 分数阶微积分 非线性系统 收敛性 自适应

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基于动态分数阶和Alpha稳定分布的粒子群优化算法 被引量：4

9

作者 吕太之 李卓 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2014年第7期246-249,289,共5页

针对传统粒子群优化算法(PSO)收敛速度慢及容易陷入局部极小化的问题,提出了一种改进的粒子群优化算法。新算法结合分数阶微分具有的记忆特性,使得粒子的更新融入了轨迹信息,提高了算法的收敛速度。使用Alpha稳定分布代替均匀分布使得... 针对传统粒子群优化算法(PSO)收敛速度慢及容易陷入局部极小化的问题,提出了一种改进的粒子群优化算法。新算法结合分数阶微分具有的记忆特性,使得粒子的更新融入了轨迹信息,提高了算法的收敛速度。使用Alpha稳定分布代替均匀分布使得粒子在一定概率条件下可以逃逸局部极小点,提高了粒子的全局搜索能力。仿真结果表明,算法不仅在单模态函数下具有更快的收敛速度和更有效的全局搜索能力,在复杂的具有欺骗性的多模态函数下也取得较理想的实验结果,证实了动态分数阶和Alpha稳定分布可以有效地提高粒子群优化算法的性能。 展开更多

关键词 粒子群 优化算法 分数阶 Alpha分布

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涡流人工势场引导下的RRT*移动机器人路径规划 被引量：15

10

作者 曹凯 陈阳泉 +1 位作者 高嵩 高佳佳 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2021年第4期723-732,共10页

为了解决快速扩展随机树(RRT)在障碍物密集、通道狭窄的环境中收敛速度缓慢、采样节点密集、路径曲折复杂等问题,围绕RRT的一种常见的变体算法RRT*,设计了一种由人工势场(APF)引导RRT*进行路径规划的方法。首先,使用涡流约束向外发散的... 为了解决快速扩展随机树(RRT)在障碍物密集、通道狭窄的环境中收敛速度缓慢、采样节点密集、路径曲折复杂等问题,围绕RRT的一种常见的变体算法RRT*,设计了一种由人工势场(APF)引导RRT*进行路径规划的方法。首先,使用涡流约束向外发散的斥力场,沿着切向梯度方向形成涡流场,并利用涡流人工势场(VAPF)在RRT*偏向区域中引导采样节点进行偏向采样,以减少执行时间,加快收敛速度;同时,利用节点拒绝技术去除高成本节点和无效节点,生成节点更为集中的轨迹树,降低内存需求;最后,通过修剪路径中的多余节点,并利用涡流势场的特性对路径进行平滑处理,达到路径优化的效果。考虑到RRT类算法具有概率随机性,对RRT算法、改进RRT*算法和VAPF-RRT*算法分别进行了32次对比实验。仿真结果表明,提出的VAPFRRT*算法明显降低了迭代次数,以更少的采样节点和执行时间收敛到更短更平滑的路径,提高了内存利用率,加快了收敛速度。 展开更多

关键词 路径规划 快速扩展随机树(RRT) 人工势场法(APF) 移动机器人 涡流

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碳源对核壳结构LiFePO4／C纳米复合正极材料性能影响 被引量：2

11

作者 张艳敏 蒋仲庆 +2 位作者 蒋仲杰 房江华 郝晓刚 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1314-1318,共5页

采用二步反应的方法制备了核壳结构的LiFePO4/C纳米复合锂离子电池正极材料,这种方法包括聚苯胺包覆的FePO4前驱体的制备和在碳源材料存在下高温焙烧。聚苯胺的初始包覆能够有效地防止FePO4在高温下进一步生长,有利于制备纳米尺寸的LiFe... 采用二步反应的方法制备了核壳结构的LiFePO4/C纳米复合锂离子电池正极材料,这种方法包括聚苯胺包覆的FePO4前驱体的制备和在碳源材料存在下高温焙烧。聚苯胺的初始包覆能够有效地防止FePO4在高温下进一步生长,有利于制备纳米尺寸的LiFePO4/C纳米复合物。碳源材料的类型对所得LiFePO4/C的颗粒尺寸,形貌,电化学性能具有十分明显的影响。以蔗糖为碳源合成的LiFePO4/C材料具有较小的颗粒尺寸、较高含量的均匀的表面碳包覆层,并显示出最佳的电化学性能。 展开更多

关键词 磷酸铁锂 聚苯胺 碳源 正极材料

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基于健康管理的多机器人覆盖控制 被引量：4

12

作者 曹凯 陈阳泉 +2 位作者 高嵩 党海鑫 张嘉豪 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期902-912,共11页

装备了传感器的多机器人系统可以在各种场景中完成覆盖搜索任务,例如污染源监测和控制。而传统基于CVT的覆盖控制算法未曾考虑到环境对机器人健康的影响,以及不同健康机器人对覆盖成本的影响。针对上述问题,提出了一种基于健康优化管理... 装备了传感器的多机器人系统可以在各种场景中完成覆盖搜索任务,例如污染源监测和控制。而传统基于CVT的覆盖控制算法未曾考虑到环境对机器人健康的影响,以及不同健康机器人对覆盖成本的影响。针对上述问题,提出了一种基于健康优化管理的多机器人覆盖控制算法。首先引入多机器人健康优化管理办法,将机器人的健康退化纳入位置优化问题,最大程度地减少机器人的健康损耗,并尽可能地延长不健康机器人的工作寿命;其次引入基于加权维诺的分布式覆盖控制方法,为多机器人提供最优配置的同时最小化代价函数;目标是当机器人执行任务的能力随时间变化时,执行覆盖任务,提供最优配置。最终通过数值仿真和实验验证了所提算法的有效性。 展开更多

关键词 加权维诺 多机器人 覆盖控制 健康优化管理 传感器

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非线性动力学系统全局分析之外的胞映射方法新发展（英文） 被引量：11

13

作者 孙建桥 熊夫睿 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期150-177,共28页

在20世纪80年代由徐皆苏教授创建的胞映射方法一直受非线性科学界同仁的欢迎.近几年胞映射方法有了许多新的应用和算法.本文介绍了一些控制应用和算法的文献.另外,还介绍和讨论胞映射方法应用与多目标优化问题的研究和方法,多目标优化... 在20世纪80年代由徐皆苏教授创建的胞映射方法一直受非线性科学界同仁的欢迎.近几年胞映射方法有了许多新的应用和算法.本文介绍了一些控制应用和算法的文献.另外,还介绍和讨论胞映射方法应用与多目标优化问题的研究和方法,多目标优化控制设计和非线性代数方程找零解.文中指出胞映射方法在并行计算的帮助下,现在可以解决中等高维空间中的各类问题,新的应用还会不断出现. 展开更多

关键词 胞映射方法 全局分析 最优控制 多目标优化 非线性代数方程的零解

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多方向自适应步长的信息熵污染源定位方法 被引量：2

14

作者 郎杉杉 陈阳泉 +1 位作者 曹凯 高嵩 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第9期3804-3811,共8页

基于信息熵的源定位方法能够实现气体源定位,在污染源监测等场景中有广泛的应用。然而,目前该算法的研究对运动集的方向和步长大小缺少相关分析。为提高源定位效率,首先,对该算法的运动集进行扩充,为机器人提供更多行走的方向,有效地缩... 基于信息熵的源定位方法能够实现气体源定位,在污染源监测等场景中有广泛的应用。然而,目前该算法的研究对运动集的方向和步长大小缺少相关分析。为提高源定位效率,首先,对该算法的运动集进行扩充,为机器人提供更多行走的方向,有效地缩短路径;其次,在此基础上加入自适应步长的机制,使机器人根据搜索过程约束自己的步长,节约时间,从而提高源定位的性能;最后,通过在有无障碍物的两种场景进行仿真。结果表明该方法可以有效提高源定位效率。 展开更多

关键词 污染源 信息熵 源定位 多方向 自适应步长

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分数阶扩散系统子区域能控性研究的现状与发展 被引量：1

15

作者 葛富东 陈阳泉 寇春海 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1357-1364,共8页

近年来,随着分数阶微积分理论研究的不断深入,分数阶扩散系统因更有效描述自然界和工程中的反常扩散现象而引起了学者们的广泛关注,并取得了较为丰硕的研究成果.然而,据作者所知,目前鲜有文献总结分数阶扩散系统子区域能控性研究的相关... 近年来,随着分数阶微积分理论研究的不断深入,分数阶扩散系统因更有效描述自然界和工程中的反常扩散现象而引起了学者们的广泛关注,并取得了较为丰硕的研究成果.然而,据作者所知,目前鲜有文献总结分数阶扩散系统子区域能控性研究的相关内容.因此,本文首先详细综述分数阶扩散系统能控性、子区域能控性的研究进展,并予以分析;然后给出仍需解决的问题和可能的研究机遇. 展开更多

关键词 分数阶扩散系统 反常扩散过程 能控性 子区域能控性

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