ASM^(2):面向海空联合场景的多对手多智能体博弈算法

1

作者 王臆淞 赵铭慧 张雪波 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第7期1275-1284,共10页

在复杂的海空联合智能博弈环境下,博弈环境态势信息高维且动态变化,对实现异构作战单元协同决策提出了巨大挑战,且当前现有算法多数存在维数爆炸,泛化性差的问题.因此,如何通过有限的博弈环境态势信息,实现异构作战单元协同决策,是亟待... 在复杂的海空联合智能博弈环境下,博弈环境态势信息高维且动态变化,对实现异构作战单元协同决策提出了巨大挑战,且当前现有算法多数存在维数爆炸,泛化性差的问题.因此,如何通过有限的博弈环境态势信息,实现异构作战单元协同决策,是亟待解决的难题.为此,本文提出了能全面有效地表征博弈环境态势信息、指挥控制异构作战单元、引导算法训练方向的海空联合智能博弈问题的形式化建模方式.其次,提出了ASM2海空联合博弈算法,该算法以MAPPO分布式多智能体博弈算法为基础,设计了嵌入Elo评分系统的多对手多智能体训练框架,提升了模型的泛化能力.最后,在兵棋推演仿真平台进行了验证测试,结果表明所提算法训练后的模型能有效应对多种不同专家对手策略,具有较好的可行性和泛化能力,能够推动未来复杂无人装备作战对抗能力的提升. 展开更多

关键词 无人系统智能对抗 兵棋推演 海空联合作战 智能控制 多智能体强化学习

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于视觉SLAM–伺服框架的移动机器人指令滤波反步控制 被引量：5

2

作者 李晨萍 张雪波 +2 位作者 王润花 李宝全 方勇纯 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期2233-2241,共9页

针对移动机器人位姿镇定问题,本文提出基于视觉同时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)–伺服框架的指令滤波反步控制策略.具体而言,通过加速度层控制器设计进而积分得到的光滑速度信号,减小SLAM视觉模块的预测位... 针对移动机器人位姿镇定问题,本文提出基于视觉同时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)–伺服框架的指令滤波反步控制策略.具体而言,通过加速度层控制器设计进而积分得到的光滑速度信号,减小SLAM视觉模块的预测位姿误差;继而应用指令滤波器简化控制器设计的复杂求导运算,减轻计算负担;此外,SLAM模块利用运动信息与视觉信息的融合解决未知尺度问题,降低未知深度造成的控制器设计复杂度.通过李雅普诺夫理论可以证明闭环系统的稳定性.仿真和实验结果最终验证了本文算法的有效性. 展开更多

关键词 指令滤波 速度光滑 视觉伺服 同时定位与建图 移动机器人

在线阅读 下载PDF 职称材料

主从遥操作位置-速度混合映射研究 被引量：1

3

作者 霍子轩 袁明星 张雪波 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期654-660,共7页

主从异构型遥操作机器人系统在主从结构、自由度等方面的差异,导致其主端小范围操作空间难以覆盖从端大范围工作空间,以及从端难以精确定位。针对此问题,首先搭建了一套主从异构型遥操作机器人系统的软硬件平台,然后对主从端机器人进行... 主从异构型遥操作机器人系统在主从结构、自由度等方面的差异,导致其主端小范围操作空间难以覆盖从端大范围工作空间,以及从端难以精确定位。针对此问题,首先搭建了一套主从异构型遥操作机器人系统的软硬件平台,然后对主从端机器人进行运动学建模,进而提出了一种主端位置-从端速度和主端位置-从端位置混合切换的映射算法。一方面,所提算法通过主端位置-从端速度映射模式解决主从工作空间不匹配的问题,从而提高大范围空间下从端抵近目标的效率;另一方面,所提算法通过主端位置-从端位置映射模式实现从端精细定位,同时克服主端位置-从端速度映射中从端无法快速换向运动的缺陷。实验结果表明,所提混合映射算法能够实现主端遥操作从端机器人高效地完成复杂、精细的操作任务。 展开更多

关键词 遥操作 机器人学 主从控制 工作空间匹配 混合映射

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于VFF-RLS的力传感器的动态特性研究

4

作者 姚斌 张子豪 +1 位作者 代煜 张建勋 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期86-94,共9页

在科学实验与工业生产中,力传感器动态特性会直接影响传感器的精度,因此研究力传感器动态特性具有重要意义。针对应用于手术机器人的应变式力传感器动态特性难以满足精度要求的问题,文中研究了基于最小二乘参数辨识方法在力传感器振动... 在科学实验与工业生产中,力传感器动态特性会直接影响传感器的精度,因此研究力传感器动态特性具有重要意义。针对应用于手术机器人的应变式力传感器动态特性难以满足精度要求的问题,文中研究了基于最小二乘参数辨识方法在力传感器振动结构中的应用。由于递推最小二乘(RLS)对于二阶振动系统模型辨识难以同时保证快速性和抗干扰性,文中提出了一种基于可变遗忘因子的递推最小二乘参数辨识方法。首先,通过建立随机振动系统模型,对系统的输入/输出特性进行仿真与分析,确定了遗忘因子函数中的参数,仿真结果表明,文中提出的方法在保持更快收敛速度的同时,使参数辨识误差和收敛预测误差相比于RLS有明显的降低,相比于最小二乘有良好的时变性;然后,在阶跃测试标定法基础上对微创外科手术机器人力传感器的动态参数进行辨识,获得该传感器系统的结构动态特性,即固有频率和阻尼比。实验结果表明,文中提出的方法有较好的收敛性和稳定性,有效地提高了辨识精度。 展开更多

关键词 遗忘因子 振动结构 动态性能标定 递推最小二乘 参数辨识

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于分层运动分解的飞行机械臂视觉伺服控制 被引量：1

5

作者 张兆鹏 何慰 +2 位作者 梁潇 韩建达 方勇纯 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期808-816,共9页

飞行机械臂系统具有主动作业能力,通过搭载视觉传感器感知周围环境,系统的自主能力将进一步提高.然而,考虑到无人机的欠驱动和整个系统的非线性特性,飞行机械臂系统的视觉伺服控制仍然是一项具有挑战性的工作.本文在充分考虑机械臂对无... 飞行机械臂系统具有主动作业能力,通过搭载视觉传感器感知周围环境,系统的自主能力将进一步提高.然而,考虑到无人机的欠驱动和整个系统的非线性特性,飞行机械臂系统的视觉伺服控制仍然是一项具有挑战性的工作.本文在充分考虑机械臂对无人机的力/力矩作用后,提出了一种基于分层运动分解的飞行机械臂视觉伺服控制方案.首先,对飞行机械臂系统的运动学和动力学模型进行分析.然后,根据所得的相机运动学模型,通过基于图像的视觉伺服控制获得相机的期望速度,进而制定无人机和机械臂的速度分配策略.在考虑机械臂运动时对无人机产生的力/力矩影响,设计了底层的飞行控制器.最后,在与现有方法的仿真对比中可以看出,所提方法具有良好的控制性能,对图像特征点位置的不确定性及图像噪声也表现了较好的鲁棒性. 展开更多

关键词 多旋翼无人机 飞行机械臂 视觉伺服控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于能量分析的欠驱动飞行吊运系统协同控制 被引量：7

6

作者 梁潇 王杨 +2 位作者 何慰 孙宁 方勇纯 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2473-2481,共9页

旋翼无人飞行器具有灵活性强、机动性高的特点,能够在复杂环境下运送由于地形限制地面机器人所无法处理的物品.然而,当单个飞行器难以完成任务时,需要多飞行器协同运作以提高系统的运送能力.相比单飞行器吊运系统而言,多飞行器协同系统... 旋翼无人飞行器具有灵活性强、机动性高的特点,能够在复杂环境下运送由于地形限制地面机器人所无法处理的物品.然而,当单个飞行器难以完成任务时,需要多飞行器协同运作以提高系统的运送能力.相比单飞行器吊运系统而言,多飞行器协同系统具有更高的自由度,更为复杂的系统动态耦合;这就为实际控制带来了巨大挑战.在本文中,作者提出了一种基于能量分析的控制方法.首先构造储能函数,在此基础上设计了控制输入,可依据实际需求选择控制增益,确保控制量在约束范围内;同时避免期望姿态的奇异性问题.随后,对闭环系统稳定性进行了分析.在与现有方法的仿真对比中可以看出,该控制律具有良好的控制性能,对不确定参数和外界干扰表现出了较好的鲁棒性. 展开更多

关键词 协同吊运系统 非线性欠驱动系统 基于能量分析方法 拉塞尔不变性原理

在线阅读 下载PDF 职称材料

面向多无人飞行器的有界跟踪控制方法的设计与验证 被引量：3

7

作者 林河 梁潇 +1 位作者 方勇纯 张鹏 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1324-1332,共9页

针对多无人机跟踪轨迹时的控制问题和安全问题,本文提出了一种四旋翼无人飞行器的有界跟踪控制方法.该方法能够保证多台无人机在进行轨迹跟踪的同时将自身运动限制在指定范围内.本文通过能量分析的方法设计了具体形式的控制器,并基于Lya... 针对多无人机跟踪轨迹时的控制问题和安全问题,本文提出了一种四旋翼无人飞行器的有界跟踪控制方法.该方法能够保证多台无人机在进行轨迹跟踪的同时将自身运动限制在指定范围内.本文通过能量分析的方法设计了具体形式的控制器,并基于Lyapunov稳定性分析证明了系统误差的有界和收敛特性.在此基础上,通过设计和搭建室内多无人飞行器实验平台,完成了多无人飞行器实时轨迹跟踪的实验,验证了该控制器的实际性能.实验结论表明,无人飞行器的有界跟踪方法不但拥有良好的动态特性,而且能够有效地避免无人飞行器越过安全边界造成碰撞等问题,具有较好的安全性和鲁棒性. 展开更多

关键词 多无人飞行器 有界跟踪 能量分析 实验验证

在线阅读 下载PDF 职称材料

面向扑翼飞行控制的建模与奇异摄动分析 被引量：5

8

作者 钱辰 方勇纯 李友朋 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期434-443,共10页

针对扑翼飞行中的周期性和时标不一现象,以及扑翼飞行实际控制中的问题,本文基于奇异摄动理论,提出了一种针对扑翼周期系统的稳定性分析方法.具体而言,首先建立了扑翼飞行器的多刚体模型,为后文对翅翼动力学的奇异摄动分析铺平道路;其次... 针对扑翼飞行中的周期性和时标不一现象,以及扑翼飞行实际控制中的问题,本文基于奇异摄动理论,提出了一种针对扑翼周期系统的稳定性分析方法.具体而言,首先建立了扑翼飞行器的多刚体模型,为后文对翅翼动力学的奇异摄动分析铺平道路;其次,对多刚体模型进行简化,抽象出扑翼飞行动力学的核心问题,并针对实际控制中的问题,提出了利用奇异摄动理论分析扑翼飞行周期稳定性的方法,指出了其相对于其他方法的优越性;最后,在自制的四自由度扑翼飞行器完成了真实的飞行实验,验证了所提方法的有效性. 展开更多

关键词 扑翼飞行 多刚体动力学 奇异摄动 周期系统

在线阅读 下载PDF 职称材料

双摆桥式起重机抗扰防摆跟踪控制 被引量：5

9

作者 吴易鸣 孙宁 +1 位作者 杨钦朝 尹健宇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第21期36-42,共7页

针对双摆桥式起重机系统的控制问题提出了一种自适应鲁棒防摆跟踪控制方法。在起重机本身存在着参数不确定性以及复杂的难建模动态的情况下,该方法可对这些未知的干扰因素进行在线估计,并实现有效的防摆与良好的轨迹跟踪。所提方法在L_... 针对双摆桥式起重机系统的控制问题提出了一种自适应鲁棒防摆跟踪控制方法。在起重机本身存在着参数不确定性以及复杂的难建模动态的情况下,该方法可对这些未知的干扰因素进行在线估计,并实现有效的防摆与良好的轨迹跟踪。所提方法在L_(1)自适应控制框架下对具有欠驱动特性的双摆桥式起重机系统展开分析,构造了辅助变量将系统模型进行等效变换,并在该模型中引入集总干扰项以处理未建模动态(模型误差)的影响。结合观测器、滤波器、与更新律的设计,所提方法能够在理论上保证跟踪误差有界可调节,即可通过增大调节因子减小跟踪误差。一系列仿真与硬件试验结果验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 欠驱动系统 桥式起重机 运动控制 轨迹跟踪

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于深度强化学习的双向装配序列规划 被引量：4

10

作者 赵铭慧 张雪波 +1 位作者 郭宪 欧勇盛 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1901-1910,共10页

为了解决复杂装配模型的序列规划问题,并使算法对任意初始状态具有较高的适应性,本文提出了一种包含正向装配以及逆向拆解的一体化双向装配序列规划方法BASPW-DQN.针对复杂装配模型,首先进行了一体化装配序列规划的问题描述与形式化表示... 为了解决复杂装配模型的序列规划问题,并使算法对任意初始状态具有较高的适应性,本文提出了一种包含正向装配以及逆向拆解的一体化双向装配序列规划方法BASPW-DQN.针对复杂装配模型,首先进行了一体化装配序列规划的问题描述与形式化表示;在此基础上,引入了课程学习及迁移学习方法,对包含前向装配和逆向错误零件拆卸两部分过程的双向装配序列规划方法进行研究.在所搭建的ROS-Gazebo与TensorFlow相结合的仿真平台上进行了验证,测试结果证明此双向网络对于任意初始状态(包括零装配、部分装配、误装配等初始状态)的装配任务均可以在较少步数内完成,验证了所提方法对于解决装配序列规划问题的有效性与适应性. 展开更多

关键词 智能装配 装配序列规划 深度强化学习 Gazebo

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于迭代学习和神经网络的船用起重机控制 被引量：11

11

作者 林静正 方勇纯 +2 位作者 卢彪 郝运嵩 曹海昕 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期602-612,共11页

作为一种重要的海上作业装备,船用起重机被广泛应用于海洋工程的各类场景中.然而,船用起重机是一类复杂的非线性欠驱动系统,存在摩擦、未建模动态等干扰,为控制器设计带来了巨大挑战.更糟糕的是,船用起重机还面临海浪、大风等未知干扰... 作为一种重要的海上作业装备,船用起重机被广泛应用于海洋工程的各类场景中.然而,船用起重机是一类复杂的非线性欠驱动系统,存在摩擦、未建模动态等干扰,为控制器设计带来了巨大挑战.更糟糕的是,船用起重机还面临海浪、大风等未知干扰的影响,使得实际控制更加困难.如何稳定高效地控制该类系统,目前仍处于初步探索阶段.为了解决上述问题,本文提出了一种基于迭代学习和神经网络的控制方法.具体来说,首先将未知干扰分为周期与非周期两部分.对于周期干扰,利用周期估计器解决了对未知周期的估计问题,在此基础上通过迭代学习对干扰进行补偿;对于非周期干扰,使用双层神经网络进行逼近和补偿,并设计了权重的更新律;在补偿未知干扰后,基于反馈线性化设计了控制输入.通过Lyapunov分析方法,可以证明期望平衡点是全局有界的.最后,在所搭建的船吊实验平台上进行了大量实验,充分验证了所设计控制方法的有效性与鲁棒性. 展开更多

关键词 船用起重机 迭代学习控制 神经网络 未知干扰

在线阅读 下载PDF 职称材料

绳长时变情况下轮胎式集装箱起重机非线性防摆控制算法 被引量：10

12

作者 曹海昕 郝运嵩 +2 位作者 林静正 卢彪 方勇纯 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1876-1884,共9页

四绳轮胎式集装箱起重机由于自身的动力学特性较为复杂,目前仍缺乏稳定高效的控制手段.为解决港口起重机作业过程中台车定位精准度低、负载易受干扰摆幅大的问题,文章设计了一种面向工业场景的非线性反馈控制器.首先在未进行近似处理的... 四绳轮胎式集装箱起重机由于自身的动力学特性较为复杂,目前仍缺乏稳定高效的控制手段.为解决港口起重机作业过程中台车定位精准度低、负载易受干扰摆幅大的问题,文章设计了一种面向工业场景的非线性反馈控制器.首先在未进行近似处理的前提下对起重机吊具摆动情况进行了建模分析.在此基础上,通过在控制器中引入摆幅反馈信息,实现了绳长时变情况下台车的精确定位与负载摆幅的有效抑制,为集装箱的运送路径增加了更多选择.随后基于Lyapunov方法对控制器进行了稳定性分析.所设计的控制方案在港口实际设备上进行了验证,在定位精度与消摆性能上相较于人工操作取得了很大提升. 展开更多

关键词 欠驱动系统 集装箱门式起重机 摆动抑制 非线性控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

深海起重机系统的实时轨迹规划方法 被引量：9

13

作者 王岳 孙宁 +3 位作者 吴易鸣 梁潇 陈鹤 方勇纯 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期2761-2770,共10页

近年来,随着海洋资源的不断开发与海洋工程的全球化推进,深海起重机得到了广泛应用,其控制问题也引起研究人员的极大关注.在深海作业环境中,由于吊运过程受到水流作用力的影响,负载摆动幅度增大,系统状态量间非线性耦合关系增强,使系统... 近年来,随着海洋资源的不断开发与海洋工程的全球化推进,深海起重机得到了广泛应用,其控制问题也引起研究人员的极大关注.在深海作业环境中,由于吊运过程受到水流作用力的影响,负载摆动幅度增大,系统状态量间非线性耦合关系增强,使系统控制难度加大.为此,本文针对深海起重机系统提出了一种实时轨迹规划方法.具体而言,通过分析系统动力学特性和状态变量之间复杂的耦合关系,提出了一种实时规划轨迹的方法,并从理论上证明了该方法可在使台车准确快速到达指定位置的同时,有效抑制负载摆动.最后,一系列仿真结果证明了所提方法的良好性能. 展开更多

关键词 深海起重机 欠驱动系统 实时轨迹规划 非线性耦合 摆动抑制

在线阅读 下载PDF 职称材料

双桅杆式起重机的时变输入整形控制方法 被引量：6

14

作者 邱泽昊 孙宁 +3 位作者 刘卓清 杨桐 吴庆祥 方勇纯 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1509-1518,共10页

为了满足实际生产需求,在工业中常使用两台或者多台起重机协作完成大型运输任务.双桅杆式起重机负载能力强,工作姿态灵活,在大型建筑工地上得到了广泛应用.然而,现有控制方法大多针对动力学特性相对简单的双桥式起重机,而对耦合性更强... 为了满足实际生产需求,在工业中常使用两台或者多台起重机协作完成大型运输任务.双桅杆式起重机负载能力强,工作姿态灵活,在大型建筑工地上得到了广泛应用.然而,现有控制方法大多针对动力学特性相对简单的双桥式起重机,而对耦合性更强、动力学特性更复杂的双桅杆式起重机关注不足.为解决此类系统的控制难题,本文通过分析系统的几何约束与动力学模型,得到状态变量及其高阶导数之间的关系,从而实现双桅杆式起重机非线性动力学模型的合理变换.随后,本文准确分析了吊臂俯仰角与负载姿态角之间的关系,通过计算得到双桅杆式起重机的时变振荡周期,设计了一种极不灵敏型输入整形器.最后,实验结果验证了所提时变输入整形控制方法能够实现起重机的准确定位及良好的消摆效果. 展开更多

关键词 起重机 非线性欠驱动系统 输入整形控制 消摆控制 前馈控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于CenterNet的集装箱锁孔关键点平滑跟踪 被引量：2

15

作者 郝运嵩 卢彪 +3 位作者 刘峰 曹海昕 林静正 方勇纯 《控制工程》 CSCD 北大核心 2021年第11期2108-2113,共6页

随着智能科学的发展,集装箱门式起重机的自动吊运技术成为了近年的研究热点,其中,吊具的自动着箱是关键难点环节。为了实现吊具与集装箱的精准对位,提出了一种基于CenterNet的锁孔关键点视觉跟踪方法。具体来说,首先使用CenterNet进行... 随着智能科学的发展,集装箱门式起重机的自动吊运技术成为了近年的研究热点,其中,吊具的自动着箱是关键难点环节。为了实现吊具与集装箱的精准对位,提出了一种基于CenterNet的锁孔关键点视觉跟踪方法。具体来说,首先使用CenterNet进行关键目标检测,然后根据目标的先验几何约束进行筛选,最后对视频流中的关键点坐标进行卡尔曼滤波,实现平滑准确的跟踪。使用1:20集装箱模型制作锁孔数据集,实验结果显示CenterNet相比于其他目标检测网络有更好的泛化能力,并且滤波之后可以以较高的处理速率对关键点进行平滑跟踪,可满足自动着箱操作的要求。 展开更多

关键词 集装箱锁孔 关键点检测 CenterNet 卡尔曼滤波

在线阅读 下载PDF 职称材料