GA矩阵编码方法及其在模糊建模中的应用

在遗传算法(GA)的实际应用中,许多问题都可以采用树结构描述.模糊建模中的结构辨识是指如何划分输入空间,它是一种复杂的非线性优化过程,模糊树模型可将输入空间的划分表示成二叉树结构的形式.本文提出了一种树结构的矩阵编码方法,这种编码方法直观、简单,非常适合遗传算法的各种遗传操作.针对模糊树模型,以树结构为个体,采用矩阵编码方式,利用遗传算法优化输入空间的划分,得到了一个精度较高而复杂度较低的次优模糊树模型.     

模糊树模型对有限样本集的逼近

对含高度非线性的复杂系统的辨识与建模提出了一种二叉线性模糊树方法.证明了对n维空间中任一闭集上的有限样本集或连续函数,总存在模糊树模型以任一精度逼近之.仿真结果表明,与已有的其它方法比较,模糊树模型不仅具有计算量小,精度高,对于输入空间维数不敏感等优点,同时它的逼近误差是单调下降的.模糊树模型在一定程度上模拟了对复杂问题进行分层、分段简化决策的思维过程.仿真结果描述了这种方法的性能.     

一种新的故障方法及其在直升机中的应用

提出了一种新的故障检测方法,该方法采用小波系数描述系统的故障特征,以模糊树模型作为系统故障特征的分类模型,并将此方法应用于直升机作动器的实时故障检测. 仿真结果表明,这种故障检测方法结合了小波变换和模糊树模型的特点,具有检测精度高、抗噪声和跟踪系统参数变化的能力强及特别适合于处理高维数据等优点.     

核空间聚类在图像纹理分类中的简化算法

模糊c均值聚类已广泛应用于模糊模式识别领域,但对于线性不可分数据并不适用.在核方法中通过将输入数据经过非线性映射投影到高维特征空间来解决非线性分类的问题.将传统的模糊c均值聚类算法应用于核空间中,对线性不可分的样本进行了核空间聚类的分类实验,得到了正确的分类结果.由于图像分类中分类样本(对应图像像素)数目庞大,造成了核空间聚类算法中特征距离的计算量过大.因此,在核空间聚类的基础上,提出了对图像先进行过分割,再对过分割的图像块进行核空间聚类的方法,大大降低了高维空间特征距离计算的运算成本,并取得了良好的分类效果.      

面向NXD的XML数据函数依赖

XML的半结构化特性造成了Native XML 数据库中数据模式规范化设计中的很多问题.采用结构信息和数据信息相结合的方法,给出XML数据间函数依赖的定义,解决数据模式规范化设计中的理论问题.建立了XML模式路径和XML数据树节点路径的定义,描述XML数据中的路径;给出了XML文档有效性的形式化定义;在此基础上定义了树元组和树元组相等的概念.运用树元组及其相等的概念定义了XML数据的函数依赖关系,进而给出了相应的自反、增广、传递推理规则,用于推导给定集合所蕴涵的函数依赖关系.并证明了这一推理规则是正确的.上述工作为Native XML 数据库系统中数据模式的规范化设计提供了一定的理论基础,增强了XML数据的语义特性.     

基于最小Wilcoxon学习方法的模糊树模型

模糊树方法采用最小二乘法学习模糊规则的后件参数,对例外点敏感.为此采用对例外点不敏感的最小Wilcoxon学习方法代替最小二乘法,提出一种基于最小Wilcoxon学习方法的模糊树建模方法,该方法既改善了模糊树方法对例外点敏感的缺点,又继承了模糊树方法的优点.通过对混沌时间序列预测研究,仿真结果表明:所提方法可以对Mackey-Glass混沌时间序列进行准确预测,验证了该方法的有效性和对例外点的鲁棒性.     

具有非线性输入的挠性充液航天器自适应模糊控制

挠性充液航天器的动力学特性十分复杂．由于喷气脉冲存在调制环节,使得控制输入属于强非线性输入,该特点增加了控制系统的分析和设计难度．针对轨道转移期间挠性充液航天器的姿态控制问题,在动力学建模和模型变换的基础上,提出了一种基于直接型自适应模糊逻辑系统和误差补偿的改进控制算法．在控制律的设计中,将自适应模糊系统直接用作系统的主控制律,并引入基于饱和函数的稳定补偿律进一步提高控制性能．利用完整的三通道数学模型进行数学仿真,仿真结果验证了算法的有效性．     

基于连续蚁群算法的Bayesian方位估计快速方法

针对蚁群算法(ACO)在解决高维非线性搜索问题方面的有效性,提出了基于蚁群优化算法的Bayesian最大后验概率方位估计(ACO-Bayesian)快速方法.该方法将Bayesian最大后验概率函数作为蚁群算法的目标函数,选取若干一维高斯函数的加权和作为连续蚁群算法中信息量概率分布函数,经过有限次迭代得到Bayesian方法的非线性全局最优解.仿真结果表明,ACO-Bayesian方法在保持Bayesian方法优良性能的同时,将Bayesian方法的计算量减少到原来的1/14.水池实验结果验证了ACO-Bayesian方法的正确性和有效性,为其工程应用奠定了基础.      

无人机全包线模糊T-S建模

针对无人机大包线一体化飞行控制要求,提出全包线模糊T-S(Takagi-Sugeno)建模方法.该方法根据非仿射系统的局部线性化原理,将模糊T-S建模转化为仅对模糊规则中隶属度函数的中心和宽度的优化过程,优化的代价函数为模糊T-S模型对无人机全包线稳定性和操纵性的逼近误差的加权值.基于敏感度逐步扩展前件变量的模糊集以实现全局优化,确定模糊规则的数量和隶属度函数的初值.采用对正则因子启发式调整的Levenberg-Marquardt算法进行快速的局部优化.算例表明,建模算法收敛迅速,所建立的模糊T-S模型采用少量模糊规则实现了对无人机全包线稳定性和操纵性的高精度逼近,适用于无人机全包线一体化控制.     

一种新颖超磁致伸缩作动器的隔振模型

根据超磁致伸缩材料的本构方程分析了超磁致伸缩作动器输出位移的组成,以此为根据建立了基于超磁致伸缩作动器的单层单自由度隔振平台数学模型.该模型以平台在激振力作用下产生的振动位移为系统干扰输入;根据此模型分析了基于超磁致伸缩作动器的隔振原理;在频域内推导出了系统隔振能力与激振力频率及作动器最大输出位移之间的数学关系,然后在时域内采用自适应LMS(Least Mean Square)算法在Matalb环境下进行仿真.仿真结果与理论分析均表明,隔振平台的隔振能力与激振力频率的平方以及作动器最大输出位移成正比,从而为合理设计隔振平台用超磁致伸缩作动器提供了理论依据.该模型不仅可用于分析基于磁致伸缩作动器的隔振原理,对其它作动器的隔振原理也适用.      

超磁致伸缩作动器小回线动态J-A模型

超磁致伸缩作动器（GMA）输入输出之间存在着磁滞非线性关系,当研究其中高频输出特性时,为了降低材料自身迟滞非线性特性的影响,往往选用零点与饱和状态之间线性度较好的不饱和小回线,因此很有必要开展动态不饱和小回线数学模型的研究。首先在综合研究磁致伸缩材料（GMM）和GMA结构动力学特性的基础上结合安培环路定理提出以励磁电流为输入、应变为输出的动态Jiles-Atherton（J-A）模型,然后在引入磁滞回线特性变量的基础上得出J-A模型关键模型参数对其特性的影响规律,根据不饱和小回线仿真与实验波形的偏离特性提出模型参数的修正方法得到不饱和小回线动态J-A模型。最后,在不同频率和不同饱和幅值下通过实验验证该数学模型的正确性。      

基于Hammerstein-like模型的超磁致伸缩作动器建模与控制

超磁致伸缩作动器的率相关迟滞非线性成为其在工程应用中的一大阻碍因素.通过使用特殊建模激励信号,基于最小二乘支持向量机建立了一定频率范围内的统一率相关Hammerstein-like迟滞非线性模型,该模型能够保证其建模频率范围内单频和复合频率的模型泛化性.在此模型基础上,设计了前馈逆补偿与PID (Proportional-Integral-Derivative)反馈控制相结合的复合控制策略,针对一定频率范围内的所有单频和复合频率的输入信号,该控制器都能够保证其跟踪控制效果,最后通过实验实时跟踪控制结果进一步验证了所设计控制器的有效性.     

用于GMA的新型永磁偏置闭合磁路

利用ANSYS有限元软件进行仿真模拟,对超磁致伸缩执行器(GMA,Giant Magnetostrictive Actuator)的磁路结构进行了分析和优化.根据磁致伸缩棒内磁场均匀性好,场外漏磁小的设计目标,利用极性相反的双永磁补偿原理,提出了一种新型的内置式永磁组合偏置结构,使得沿磁致伸缩棒长方向磁场分布均匀的同时,偏置磁场和激励磁场都形成良好的闭合磁路.ANSYS分析结果表明,棒中偏置磁场不均匀度为3.51%,激励磁场不均匀度为8.73%,均满足不均匀度小于10%的设计目标;在执行器指定位置(距离GMA 7 cm)的总漏磁场强度为30.4 A/m,符合实际应用的标准要求(<80 A/m).     

超磁致伸缩作动器的结构分析

从力学和磁学两方面分析了超磁致伸缩作动器内部结构形式对作动器特性的影响,重点研究了永磁铁式偏置磁场的不同结构形式以及作动器外壳材料对作动器的输出性能及作动器轴向刚度的影响.研究结果表明,环套式永磁铁的结构形式不可避免地在作动器外围产生较大磁场;分段式永磁铁的结构形式,采用钢制外壳时可避免漏磁;但是在芯棒区域的磁场与理想均匀磁场的差异将给作动器的输出位移带来较大损失,对作动器的刚度也会产生不可忽略的影响,二者在设计中必须考虑.在结构分析的同时,基于超磁致伸缩材料的特性提出了磁场与刚度相关联的设计理念,可为超磁致伸缩作动器的结构设计提供参考.     

基于模糊控制的焊接机器人焊枪姿态规划

针对骑座式相贯线焊接机器人焊枪姿态的规划问题,提出了一种基于模糊控制的算法.以焊缝倾角、焊缝转角、坡口大小、被贯筒体厚度和相贯筒体厚度为输入变量,以焊接行走角和工作角为输出变量,建立多输入多输出系统模糊控制器;推导出各输入变量的隶属度函数;采用经验归纳法设计模糊控制规则,建立了相应的控制规则表;最后规划出焊枪的工作角和行走角.对不同的相贯筒体直径进行了仿真,结果表明,采用加权模糊专家系统对骑座式相贯线焊接机器人焊枪的工作角和行走角进行规划,可以有效的完成焊接过程焊枪的姿态控制.     

基于BDS-GD的低截获概率雷达信号识别

针对在信号特征提取与识别中使用双谱估计数据量大、维度高的问题,提出了双谱对角切片（BDS）与广义维数（GD）相结合的识别方法。通过提取信号双谱对角切片减少数据量,并利用多重分形理论中的广义维数降低数据维度,对切片内部特性进行细微描述,基于距离测度提出特征评价指标,从而选出最具有区分度的3个阶数对应的广义维数作为特征向量,输入到最小二乘支持向量机中进行分类识别。使用4种低截获概率（LPI）雷达信号作为待识别信号,仿真结果表明,本文方法提取的信号特征在特征空间中有良好的聚集性和离散性,在0 dB信噪比下,识别准确率能达到92.2%,与选取的其他方法对比说明其具有很好的识别性能。      

结构模糊非概率混合可靠性分析方法

针对模糊非概率混合不确定性下结构可靠性分析问题,基于模糊数学分解原理将混合可靠性分析模型转化为[0,1]内连续分布隶属度水平下的非概率可靠性分析模型;针对非概率可靠度计算复杂性,基于逐维策略将结构功能函数最值的计算转化为最值点向量的逐维计算,提出一种确定结构功能函数界限的算法;通过在[0,1]内遍历隶属度值确定结构可靠度的隶属度函数实现结构可靠度模糊性的定量化.算例表明该方法的合理性,计算精度高和计算量小的特点为复杂工程结构可靠度分析及优化设计提供了可行途径.      

基于误差空间的航天器姿态反步容错控制

提出了一种基于误差空间的航天器姿态反步容错控制方法,以反作用飞轮作为航天器的执行器,在考虑反作用飞轮存在安装偏差及故障的情况下,仍可保证航天器姿态的稳定性。首先,基于Lyapunov稳定性原理,根据系统机械能变化构造了具有普遍性的Lyapunov方程。通过反步递推方法,得到了适用于航天器存在执行器偏差及故障情况的普遍性的容错控制方法;然后,通过误差空间拓扑所得的误差函数描述了势能误差。从几何层面上看,这是描述势能误差的最短路径选择,从而得到了基于误差空间的反步容错控制方法。因此,在对航天器进行姿态控制时,该方法可以迅速调整增益,使得系统姿态误差迅速收敛至零,从而有效减少系统响应时间;最终,通过对考虑执行器偏差及故障情况的航天器姿态控制系统使用不同的控制方法进行数值仿真,验证了该方法能够在执行器故障情况下依然保持系统姿态的稳定,且具备良好的响应速度。