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              2022影響因子

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              當期目錄

              2024年 第50卷  第5期

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              目錄
              2024, 50(5).
              綜述
              機器人化復合材料自動鋪層技術綜述
              郭鵬, 楊辰光, 李祥利, 章藝, 李淼
              2024, 50(5): 873-897.  doi: 10.16383/j.aas.c230149
              摘要:
              碳纖維增強復合材料(Carbon fiber-reinforced composite, CFRC)因具有輕質高強、耐腐蝕、耐沖擊等優越性能, 在生產生活中的應用已越來越廣泛, 然而復材產品的生產制造仍是勞動密集性產業, 主要依靠人工. 機械臂自上世紀50年代進入工業生產中以來, 極大提高了生產效率和質量, 然而目前機械臂在復材產品制造中的應用是少見的, 主要集中在機械臂形式的自動鋪絲(Automated fiber placement, AFP)中. 復材產品制造工藝繁瑣, 將復合材料鋪放在模具上是復材產品制造過程中的一個重要環節, 本文稱之為“鋪層”, 使用機械臂完成復合材料自動鋪層將是未來復材產品制造自動化、智能化發展的一個關鍵方向. 本文將機械臂進行復合材料自動鋪層操作分為兩種主要形式: 鋪片和鋪帶(絲), 通過案例調研和分析, 歸納總結現有的設計理念和技術方法, 提出未來發展趨勢, 以期對機械臂的應用和研究、復材產品的智能化制造和工業4.0的發展形成參考.
              論文與報告
              收縮、分離和聚合: 面向長尾視覺識別的特征平衡方法
              楊佳鑫, 于淼淼, 李虹穎, 李碩豪, 范靈毓, 張軍
              2024, 50(5): 898-910.  doi: 10.16383/j.aas.c230288
              摘要:
              數據在現實世界中通常呈現長尾分布, 即, 少數類別擁有大量樣本, 而多數類別僅有少量樣本. 這種數據不均衡的情況會導致在該數據集上訓練的模型對于樣本數量較少的尾部類別產生過擬合. 面對長尾視覺識別這一任務, 提出一種面向長尾視覺識別的特征平衡方法, 通過對樣本在特征空間中的收縮、分離和聚合操作, 增強模型對于難樣本的識別能力. 該方法主要由特征平衡因子和難樣本特征約束兩個模塊組成. 特征平衡因子利用類樣本數量來調整模型的輸出概率分布, 使得不同類別之間的特征距離更加均衡, 從而提高模型的分類準確率. 難樣本特征約束通過對樣本特征進行聚類分析, 增加不同類別之間的邊界距離, 使得模型能夠找到更合理的決策邊界. 該方法在多個常用的長尾基準數據集上進行實驗驗證, 結果表明不但提高了模型在長尾數據上的整體分類精度, 而且顯著提升了尾部類別的識別性能. 與基準方法BS相比較, 該方法在CIFAR100-LT、ImageNet-LT和iNaturalist 2018數據集上的性能分別提升了7.40%、6.60%和2.89%.
              帶有雙球面擺和變繩長效應的橋式起重機軌跡規劃
              李剛, 馬昕, 李輊, 李貽斌
              2024, 50(5): 911-923.  doi: 10.16383/j.aas.c220988
              摘要:
              帶有雙球面擺和變繩長效應的橋式起重機具有多輸入多輸出以及欠驅動的動力學特性, 目前仍缺乏有效的控制策略. 在臺車移動、橋架移動、負載升降同步作業過程中, 吊鉤和負載兩級球面擺動特性更為復雜, 各狀態量之間的非線性耦合關系更強, 橋式起重機的防擺控制更具挑戰性. 不僅如此, 現有方法無法保證橋式起重機系統全狀態量的暫態控制性能. 為解決上述問題, 提出一種基于多項式的優化軌跡規劃方法. 首先, 在未進行近似簡化的前提下, 使用拉格朗日方法建立帶有雙球面擺和變繩長效應的7自由度 (Seven degree-of-freedom, 7-DOF) 橋式起重機的精確動力學模型. 在此基礎上, 構造一組包含各狀態量的輔助信號, 將施加在臺車、橋架、繩長以及吊鉤、負載擺動上的約束轉化為對輔助信號的約束, 從而將橋式起重機的軌跡規劃問題轉化為與輔助信號相關的時間優化問題, 并使用二分法求解. 該軌跡規劃方法不僅縮短了吊運時間, 而且確保了全狀態量滿足約束條件. 最后, 仿真結果證明了動力學模型的準確性和軌跡規劃方法的有效性.
              基于動態事件觸發通信協議的多智能體系統自適應可靠控制
              范泉涌, 張乃宗, 唐勇, 許斌
              2024, 50(5): 924-936.  doi: 10.16383/j.aas.c230766
              摘要:
              針對多智能體系統中鄰居節點間通信資源受限的情況, 研究基于動態事件觸發通信協議的多智能體系統自適應可靠一致性控制問題. 首先, 設計一種基于自適應參數估計技術的容錯控制策略, 來應對未知執行器故障. 其次, 提出一種新型動態事件觸發函數, 通過增加具有自適應調節能力的動態變量來延長事件觸發間隔. 在此基礎上, 證明在智能體之間非連續通信的情況下, 所提方法僅依靠智能體與鄰居在觸發時刻的交互信息就可以確保一致性誤差的收斂. 此外, 從理論上說明智能體間的事件觸發通信不存在芝諾現象. 最后, 針對無人船編隊系統開展仿真, 結果能夠說明所提自適應事件觸發可靠控制方法的有效性.
              時延非線性系統無模型預設性能控制
              張晉熙, 柴天佑, 王良勇
              2024, 50(5): 937-946.  doi: 10.16383/j.aas.c230701
              摘要:
              研究含有狀態時延的嚴反饋非線性系統的跟蹤控制問題, 充分考慮時延的時變性和任意性以及系統的未知動力學特性. 為解決該問題, 取代參數辨識、函數逼近、增益調節、指令濾波等常規技術, 提出基于導向函數的預設性能控制方法, 移除了控制器設計對于系統非線性、控制方向和虛擬控制信號導數等信息的依賴. 并且, 擺脫基于李雅普諾夫?克拉索夫斯基泛函或拉祖米欣函數的穩定性分析框架, 采用基于反證法的受限分析理論, 移除性能分析對于已知的時延上界、部分已知的時延非線性函數和時延導數小于1等常見約束. 因此, 形成無模型、低復雜度、高性能控制方法, 將跟蹤誤差限制于設計者預先選取的性能包絡線內, 確保系統輸出以預先設定的速度和精度跟蹤上時變的設定值. 最后, 以具有延遲回收流的兩級化學反應器為對象開展對比仿真, 實驗結果驗證了所提方法的有效性和優越性.
              疊層模型驅動的書法文字識別方法研究
              麻斯亮, 許勇
              2024, 50(5): 947-957.  doi: 10.16383/j.aas.c230460
              摘要:
              基于二維圖像的書法文字識別是指利用計算機視覺技術對書法文字單字圖像進行識別, 在古籍研究和文化傳播中具有重要應用. 目前書法文字識別技術已經取得了相當不錯的進展, 但依舊面臨很多挑戰, 比如復雜多變的字形可能導致的識別誤差, 漢字本身又存在較多形近字, 且漢字字符類別數與其他語言文字相比更多, 書法文字圖像普遍存在類內差距大、類間差距小的問題. 為解決這些問題, 提出疊層模型驅動的書法文字識別方法(Stacked-model driven character recognition, SDCR), 通過使用數據預處理、節點分離策略和疊層模型對現有單一分類模型進行改進, 按照字體類別對同一類別不同字體風格的文字進行二次劃分; 針對類間差距小的問題, 根據書法文字訓練集圖像識別置信度對形近字進行子集劃分, 針對子集進行嵌套模型增強訓練, 在測試階段利用疊層模型對形近字進行二次識別, 提升形近字的識別準確率. 為了驗證該方法的魯棒性, 在自主生成的SCUT_Calligraphy數據集和CASIA-HWDB 1.1, CASIA-AHCDB公開數據集上進行訓練和測試, 實驗結果表明該方法在上述數據集的識別準確率均有較大幅度提升, 在CASIA-HWDB 1.1、CASIA-AHCDB和自建數據集SCUT_Calligraphy上測試準確率分別達到96.33%、99.51%和99.90%, 證明了該方法的有效性.
              基于閱讀技巧識別和雙通道融合機制的機器閱讀理解方法
              彭偉, 胡玥, 李運鵬, 謝玉強, 牛晨旭
              2024, 50(5): 958-969.  doi: 10.16383/j.aas.c220983
              摘要:
              機器閱讀理解任務旨在要求系統對給定文章進行理解, 然后對給定問題進行回答. 先前的工作重點聚焦在問題和文章間的交互信息, 忽略了對問題進行更加細粒度的分析(如問題所考察的閱讀技巧是什么?). 受先前研究的啟發, 人類對于問題的理解是一個多維度的過程. 首先, 人類需要理解問題的上下文信息; 然后, 針對不同類型問題, 識別其需要使用的閱讀技巧; 最后, 通過與文章交互回答出問題答案. 針對這些問題, 提出一種基于閱讀技巧識別和雙通道融合的機器閱讀理解方法, 對問題進行更加細致的分析, 從而提高模型回答問題的準確性. 閱讀技巧識別器通過對比學習的方法, 能夠顯式地捕獲閱讀技巧的語義信息. 雙通道融合機制將問題與文章的交互信息和閱讀技巧的語義信息進行深層次的融合, 從而達到輔助系統理解問題和文章的目的. 為了驗證該模型的效果, 在FairytaleQA數據集上進行實驗, 實驗結果表明, 該方法實現了在機器閱讀理解任務和閱讀技巧識別任務上的最好效果.
              基于序列注意力和局部相位引導的骨超聲圖像分割網絡
              陳芳, 張道強, 廖洪恩, 趙喆
              2024, 50(5): 970-979.  doi: 10.16383/j.aas.c210298
              摘要:
              在超聲輔助的骨科手術導航中, 需要從采集的超聲圖像序列中精確分割出骨結構, 并展示給醫生, 來輔助醫生進行術中決策. 但是, 圖像噪聲、成像偽影以及模糊的骨邊界導致從超聲圖像序列中精確分割提取骨結構十分困難. 為解決該問題, 提出一種新的基于序列注意力與局部相位引導的骨超聲圖像分割網絡. 該網絡一方面自適應地利用超聲序列幀之間的關系即序列注意力來輔助骨結構的語義分割. 另一方面, 該網絡通過引入局部相位引導模塊, 突出骨邊緣信息, 進一步提高分割精度. 利用包含19 050幅圖像的骨超聲數據集, 進行交叉實驗、消融實驗并與最新的超聲骨分割方法進行比較. 實驗結果表明所提方法對骨結構分割精度高, 優于現有的超聲骨分割方法.
              融合自適應評判的隨機系統數據驅動策略優化
              王鼎, 王將宇, 喬俊飛
              2024, 50(5): 980-990.  doi: 10.16383/j.aas.c230678
              摘要:
              自適應評判技術已經廣泛應用于求解復雜非線性系統的最優控制問題, 但利用其求解離散時間非線性隨機系統的無限時域最優控制問題還存在一定局限性. 本文融合自適應評判技術, 建立一種數據驅動的離散隨機系統折扣最優調節方法. 首先, 針對寬松假設下的非線性隨機系統, 研究帶有折扣因子的無限時域最優控制問題. 所提的隨機系統 Q-learning 算法能夠將初始的容許策略單調不增地優化至最優策略. 基于數據驅動思想, 隨機系統 Q-learning 算法在不建立模型的情況下直接利用數據進行策略優化. 其次, 利用執行?評判神經網絡方案, 實現了隨機系統 Q-learning 算法. 最后, 通過兩個基準系統, 驗證本文提出的隨機系統 Q-learning 算法的有效性.
              基于肌電?慣性融合的人體運動估計: 高斯濾波網絡方法
              楊旭升, 李福祥, 胡佛, 張文安
              2024, 50(5): 991-1000.  doi: 10.16383/j.aas.c230581
              摘要:
              本文研究了基于肌電(Electromyography, EMG)?慣性融合的人體運動估計問題, 提出了一種序貫漸進高斯濾波網絡(Sequential progressive Gaussian filtering network, SPGF-net)估計方法來形成肌電和慣性的互補性優勢, 以提高人體運動估計精度和穩定性. 首先, 利用卷積神經網絡對觀測數據進行特征提取, 以及利用長短期記憶(Long short-term memory, LSTM)網絡模型來學習噪聲統計特性和量測模型. 其次, 采用序貫融合的方式融合異構傳感器量測特征, 以建立高斯濾波與深度學習相結合的網絡模型來實現人體運動估計. 特別地, 引入漸進量測更新對網絡量測特征的不確定性進行補償. 最后, 通過實驗結果表明, 相比于現有的卡爾曼濾波網絡, 該融合方法在上肢關節角度估計中的均方根誤差(Root mean square error, RMSE)下降了13.8%, 相關系數(R2)提高了4.36%.
              城市固廢焚燒過程爐溫與煙氣含氧量多目標魯棒預測模型
              胡開成, 嚴愛軍, 湯健
              2024, 50(5): 1001-1014.  doi: 10.16383/j.aas.c230430
              摘要:
              為實現城市固廢焚燒(Municipal solid waste incineration, MSWI)過程爐溫與煙氣含氧量的準確預測, 提出一種基于改進隨機配置網絡的多目標魯棒建模方法(Multi-target robust modeling method based on improved stochastic configuration network, MRI-SCN). 首先, 設計了一種并行方式增量構建 SCN 隱含層, 通過信息疊加與跨越連接來增強隱含層映射多樣性, 并利用參數自適應變化的監督不等式分配隱含層參數; 其次, 使用\begin{document}$ \text{F} $\end{document}范數與\begin{document}$ L_{2,1} $\end{document}范數正則項建立矩陣彈性網對模型參數進行稀疏約束, 以建模爐溫與煙氣含氧量間的相關性; 接著, 采用混合拉普拉斯分布作為每個目標建模誤差的先驗分布, 通過最大后驗估計重新評估 SCN 模型的輸出權值, 以增強其魯棒性; 最后, 利用城市固廢焚燒過程的歷史數據對所提建模方法的性能進行測試. 實驗結果表明, 所提建模方法在預測精度與魯棒性方面具有優勢.
              具有不確定控制增益嚴格反饋系統的自適應命令濾波控制
              吳錦娃, 劉勇華, 蘇春翌, 魯仁全
              2024, 50(5): 1015-1023.  doi: 10.16383/j.aas.c210553
              摘要:
              針對一類具有不確定控制增益的嚴格反饋系統, 提出一種基于命令濾波反推技術的自適應神經網絡控制方法. 該方法采用神經網絡對系統中的未知非線性函數進行逼近, 并引入命令濾波反推技術克服“計算膨脹”的問題. 與現有的命令濾波反推控制文獻相比, 本文通過構造自適應誤差補償系統, 同時消除濾波器產生的邊界層誤差和不確定控制增益對系統性能造成的影響. 仿真結果驗證了所提控制方法的有效性.
              基于事件觸發機制的多自主水下航行器協同路徑跟蹤控制
              王浩亮, 柴亞星, 王丹, 劉陸, 王安青, 彭周華
              2024, 50(5): 1024-1034.  doi: 10.16383/j.aas.c211163
              摘要:
              針對考慮外部海洋環境擾動和內部模型不確定性的多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle, AUV), 研究其在通信資源受限和機載能量受限下的協同路徑跟蹤控制問題. 首先, 針對水聲通信信道窄造成的通信資源受限問題, 設計一種基于事件觸發機制(Event-triggered mechanism, ETM)的協同通信策略; 然后, 針對模型不確定性和海洋環境擾動問題, 設計一種基于事件觸發機制的線性擴張狀態觀測器(Extended state observer, ESO)來逼近水下航行器的未知動力學, 并降低了系統采樣次數; 最后, 針對機載能量受限問題, 設計一種基于事件觸發機制的動力學控制律, 在保證控制精度的前提下, 降低了執行機構的動作頻次, 從而節省了能量消耗. 應用級聯系統穩定性分析方法, 分別驗證了閉環系統是輸入狀態穩定的且系統不存在Zeno行為. 仿真結果驗證了所提基于事件觸發機制的多自主水下航行器協同路徑跟蹤控制方法的有效性.
              基于Retinex先驗引導的低光照圖像快速增強方法
              何磊, 易遵輝, 謝永芳, 陳超洋, 盧明
              2024, 50(5): 1035-1046.  doi: 10.16383/j.aas.c230585
              摘要:
              低光照圖像增強旨在提高在低光照環境下所采集圖像的視覺質量. 然而, 現有的低光照圖像增強方法難以在計算效率與增強性能之間達到很好的平衡, 為此, 提出一種基于Retinex先驗引導的低光照圖像快速增強方法, 將Retinex模型與Gamma校正相結合, 快速輸出具有對比度高、視覺效果好和低噪聲的圖像. 為獲取具有良好光照的圖像以引導確定與輸入圖像尺寸大小一致的Gamma校正圖, 提出基于Retinex模型的先驗圖像生成方法. 針對所提先驗圖像生成方法在極低光照區域中存在顏色失真的問題, 提出一種基于融合的Gamma校正圖估計方法, 采用反正切變換恢復極低光照區域的顏色和對比度, 以提升Gamma校正圖在極低光照區域的增強性能. 為抑制輸出圖像的噪聲, 考慮到完全平滑的Gamma校正圖不會平滑細節紋理的特點, 提出基于域變換遞歸濾波的Gamma校正圖優化方法, 降低輸出圖像噪聲的同時保持顏色和對比度. 實驗結果表明, 所提方法不僅在主客觀圖像質量評價上優于現有大多數主流算法, 而且在計算效率上具有十分顯著的優勢.
              干擾條件下無人艇編隊有限時間同步控制
              王端松, 李東禹, 梁曉玲
              2024, 50(5): 1047-1058.  doi: 10.16383/j.aas.c230550
              摘要:
              針對有限時間控制中各狀態分量收斂時間不同問題, 提出一種無人艇編隊有限時間同步控制框架, 在此框架下設計的有限時間同步編隊控制方法可巧妙地達到無人艇所有自由度編隊誤差在同一時刻收斂到平衡點. 首先, 針對現有干擾觀測器與時間同步穩定框架不兼容問題, 設計有限時間同步干擾觀測器; 然后, 利用比例保持特性設計有限時間同步編隊控制器, 并驗證了所提控制方法的穩定性; 最后, 通過3艘無人艇編隊進行仿真實驗, 實驗結果驗證了所提控制方法的有效性和優越性. 所提控制方法對有限時間同步控制需求的航海、航空航天和工業領域具有現實意義.
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