【最新专题】自动化与计算方法的研究进展

Original 干货特供商☞ 机器智能研究MIR 2022-05-21

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论文目录概览

Vol.15, No.2

(点击序号阅读全文)

专题：
Automation and Computing Advancements for Future Industries

①State Estimation Using Non-uniform and Delayed Information: A Review

②Feedforward Control for Wind Turbine Load Reduction with Pseudo-LIDAR Measurement

③A Position and Torque Switching Control Method for Robot Collision Safety

④Rotation Scaling and Translation Invariants of 3D Radial Shifted Legendre Moments

⑤A Fuzzy Neural Network Based Dynamic Data Allocation Model on Heterogeneous Multi-GPUs for Large-scale Computations

研究论文：

⑥Large-scale 3D Semantic Mapping Using Stereo Vision

⑦Multi-sensor Fusion for Wheelchair Position Estimation with Unscented Kalman Filter

⑧Sliding Mode Guidance Law Considering Missile Dynamic Characteristics and Impact Angle Constraints

⑨Improving on Linear Scan Register Allocation

⑩Sliding Mode Control for Flexible-link Manipulators Based on Adaptive Neural Networks

论文详细摘要

Details

专题：

Automation and Computing Advancements for Future Industries

客座编辑：

Prof. Zhijie Xu, University of Huddersfield, UK

Prof. Dongbing Gu, University of Essex, UK

Prof. Xichun Luo, University of Strathclyde, UK

1State Estimation Using Non-uniform and Delayed Information: A Review

摘要节选：

状态估计技术(state estimation techniques)中，不一致及滞后信息(nonuniform and delayed information)整合方法的研究和应用对于柔性传感器(soft sensor)的发展十分重要。本文综述了一些整合方法，同时提出一种分类方法(taxonomy)，可快速地选择状态估计器(state estimator)。分类根据估计器类型、方法及使用工具(used tool)展开。最后，文章展示了该分类方法在部分研究中的应用。

关键词：

State estimation, asynchronism, delayed measurement, non-uniform information, taxonomy.

作者信息：

Jhon A. Isaza, Hector A. Botero, Hernan Alvarez

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-017-1106-7

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1977.shtml

2Feedforward Control for Wind Turbine Load Reduction with Pseudo-LIDAR Measurement Open Access

摘要节选：

基于虚拟LIDAR(light detection and ranging)风速测量，本文设计出一种增益调度前馈控制器(gain-scheduled feedforward controller)，用以增强基线反馈控制器(augment the baseline feedback controller)，以期降低风力机的负荷(load reduction)。通过一款商用软件Bladed，可生成虚拟LIDAR测量数据。本研究还对非线性风力机模型做了简化和线性处理。前馈和基线反馈控制在5MW工业风力机模型上进行了仿真实验，结果表明：本研究所提出的控制策略能够降低大型风力机风轮和塔楼的负荷。

关键词：

Wind turbine control, light detection and ranging (LIDAR) measurement, feedforward control, load reduction, gain scheduling, disturbance rejection.

作者信息：

Jie Bao, Hong Yue, William E. Leithead, Ji-Qiang Wang.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-017-1103-x

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1979.shtml

3A Position and Torque Switching Control Method for Robot Collision Safety

摘要节选：

随着人机交互技术的广泛应用，设计机器人控制系统时，机器人的控制特性(control characteristics)、对安全的影响(effects on safety)、操作性能都应考虑在内。本文提出一种位置及转矩控制方法(position and torque switching control method)，用以保证人机同时工作时，机器人的安全性和性能。该控制方法包括两种模式：位置控制模式(position control mode)和转矩控制模式(torque control mode)。正常情况下，机器人以位置控制模式运行，可快速追踪轨迹。一旦机器与人发生冲突，则立即进入转矩控制模式，影响力将会控制在安全范围内。冲突解决后，机器人会自动调整至位置控制模式。

关键词：

Human-robot interaction, position control, torque control, switching control, robot collision safety.

作者信息：

Zhi-Jing Li, Hai-Bin Wu, Jian-Ming Yang, Ming-Hao Wang, Jin-Hua Ye.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-017-1104-9

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1978.shtml

4Rotation Scaling and Translation Invariants of 3D Radial Shifted Legendre Moments

摘要节选：

研究提出一种新型3D径向复数矩(3D radial complex moment)。同时，借助体积图像的球面表示(spherical representation of volumetric image)，得出3DSRSLMs(3D substituted radial shifted Legendre moments)和3DWRSLMs(3D weighted radial one)。为验证方法的可靠性，研究者将其应用于解决三类问题：旋转、缩放和平移。结果表明：无论有无噪音，3DSRSLMs和3DWRSLMs的性能均优于3D径向复数矩(3D radial complex moments)。同时，通过3DSRSLMs 和3DWRSLMs两种方法，可快速重建原始图像(original image)。

关键词：

3D radial complex moments, 3D radial shifted Legendre radial moments, radial shifted Legendre polynomials, 3D image reconstruction, 3D rotation scaling translation invariants, 3D image recognition, computational complexities.

作者信息：

Mostafa El Mallahi, Jaouad El Mekkaoui, Amal Zouhri, Hicham Amakdouf, Hassan Qjidaa.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-017-1105-8

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1976.shtml

5A Fuzzy Neural Network Based Dynamic Data Allocation Model on Heterogeneous Multi-GPUs for Large-scale Computations

摘要节选：

本文基于新型模糊神经网络(innovative fuzzy neural network)，提出一种动态负载平衡模型(novel dynamic load balancing (DLB) model)，用以在异构GPU节点上(heterogeneous GPU nodes)进行快速的数据分割和分配(data division and allocation)。本研究还提出了定义所有集群和节点(overall cluster and node)性能的五状态反馈机制(5-state parameter feedback mechanism)。相应地，基于模糊神经网络的DLB模型可监测和预测每个节点在不同工作负荷场景(workload scenario)下的性能。改进后的实时自适应调度器(real-time adaptive scheduler)可为每个节点重组输入的数据，从而保证他们运行时的计算性能。实验结果表明：DLB模型具有较强的计算处理能力，在完成复杂计算任务时，能够达到实时和准确的要求。

关键词：

Heterogeneous GPU cluster, dynamic load balancing, fuzzy neural network, adaptive scheduler, discrete wavelet transform.

作者信息：

Chao-Long Zhang, Yuan-Ping Xu, Zhi-Jie Xu, Jia He, Jing Wang, Jian-Hua Adu.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-018-1120-4

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1991.shtml

研究论文

6Large-scale 3D Semantic Mapping Using Stereo Vision Highlight

摘要节选：

基于双目立体视觉(binocular stereo vision)，本文提出一种生成户外大规模3D致密语义地图(outdoor large-scale 3D dense semantic map)的方法。输入系统的立体彩色图像(stereo color images)来自于一辆移动的小车。首先系统会围绕小车构建一个致密3D空间(dense 3D space)，并通过视觉里程(visual odometry)估计摄像机的运动。同时，借助线上深度学习技术完成语义分割(semantic segmentation)，语义标签(semantic label)用于验证视觉里程匹配的特征。上述三步计算了输入图像中每一像素的移动(motion)、深度(depth)和语义标签。而后，研究引入体素条件随机场推理(voxel conditional random field (CRF) inference)，将语义标签融入体素。再结合语义标签，去除移动物体，从而提升运动分割的准确性(motion segmentation accuracy)。最后从一长串随机图像(arbitrary long image sequence)中生成城市环境的致密3D语义地图。

关键词：

Semantic map, stereo vision, motion segmentation, visual odometry, simultaneous localization and mapping (SLAM).

作者信息：

Yi Yang, Fan Qiu, Hao Li, Lu Zhang, Mei-Ling Wang, Meng-Yin Fu.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-018-1118-y

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1988.shtml

7Multi-sensor Data Fusion for Wheelchair Position Estimation with Unscented Kalman Filter

摘要节选：

本文主要研究室内环境轮椅的位置估计(wheelchair position)和噪音测量(noisy measurements)。基于两轮轴上的安装的里程表(odometers)和磁罗盘(magnetic compass)，测量系统可确定位置和方向。传感器得到的数据经过综合后会输入无迹卡尔曼滤波器(unscented Kalman filter)中。本文还提出两种数据融合结构：量测融合(measurement fusion,MF)和状态向量融合(state vector fusion, SVF)。对比研究发现：进行状态估计时，SVF结构相较于MF结构而言，不确定性更高。确定位置时，里程计测量(odometers measurements)的不确定性高于加速度仪(accelerometer measurements)。

关键词：

Data fusion, unscented Kalman filter (UKF), measurement fusion (MF), navigation, state vector fusion (SVF), wheelchair.

作者信息：

Derradji Nada, Mounir Bousbia-Salah, Maamar Bettayeb.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-017-1065-z

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1877.shtml

8Sliding Mode Guidance Law Considering Missile Dynamic Characteristics and Impact Angle Constraints

摘要节选：

为了提升导弹拦截机动目标(missile intercepting maneuvering targets)的准确性，本文基于2D平面(2D plane)上导弹与目标的相对运动(relative motion)方程，提出一种具备碰撞角约束(impact angle constraints)的滑模制导律(sliding mode guidance law)。在非奇异终端滑模的基础上，本文还提出两种限定时间收敛制导律(finite-time convergent guidance law)，以及两种应用高阶非奇异终端滑模(higher-order nonsingular terminal sliding mode)、包含动态延时(dynamic delay)的指数收敛制导律(exponential convergent guidance law)。仿真实验表明：在四个目标机动场景中，制导律可有效防止滑模出现抖振现象(chattering phenomenon)，同时以理想的扫描角(expected aspect angle)，让导弹更精准快速地击中目标。

关键词：

Autopilot, impact angle, nonsingular terminal sliding mode, finite-time convergent, guidance.

作者信息：

Hui-Bo Zhou, Jun-Hong Song, Shen-Min Song.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-016-0953-y

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1935.shtml

9Improving on Linear Scan Register Allocation

摘要节选：

本文提出了一种可用于线性时间(linear time)的寄存器分配和代码生成算法(register allocation and code generation algorithms)。该算法基于抽象解释(abstract interpretation)的数学基础(mathematical foundation)以及抽象级别(level of abstraction)的计算，已经应用于专用库(specialized library)的即时编译(just-in-time compilation)中。图书馆的专业性在于包含专注于嵌入式系统(embedded systems)的公共中间语言处理(common intermediate language, CIL)和低级虚拟机(low level virtual machine, LLVM)应用。

关键词：

作者信息：

Shahrzad Kananizadeh, Kirill Kononenko.

全文链接：

1) SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-017-1100-0

2) IJAC Website:

http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1965.shtml

10Sliding Mode Control for Flexible-link Manipulators Based on Adaptive Neural Networks

摘要节选：

基于自适应RBF神经网络(adaptive radial basis function (RBF) neural network)，本文设计出一种针对单杠柔性机械臂(single flexible-link manipulator)的边界层滑模控制器(sliding mode boundary controller)。本文提到的柔性机械臂可以看成是欧拉-伯努利梁(Euler-Bernoulli beam)。通过Hamiltons方法(Hamiltons approach)，我们首先得到单杆柔性机械臂的偏微分方程(partial differential equation, PDE)。为提升控制的鲁棒性，所配备的自适应神经逼近器(adaptive neural approximator)可对系统的不稳定性，如建模不确定性(modeling uncertainties)和外部干扰(external disturbances)进行补偿。而后，滑模控制方法使柔性臂关节调整到理想位置，快速压制梁上的振动。基于无限维度模型(infinite dimensional model)，借助李雅普诺夫方法(Lyapunov’s method)，闭环系统的稳定性得以保障，可避免由传统的有限维度截断模(traditional finite dimensional truncated models)导致的控制溢出(control spillovers)等问题。这一全新的控制器只需测量边界信息，大大便利了工程实践。