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当期目录

    2014年, 第48卷, 第07期 刊出日期:2014-07-28 上一期    下一期
    自动化技术、计算机技术
    带有等式状态约束的多传感器数据融合算法
    李建,何黎明,蔡云泽
    2014,48 (07):  893-898. 
    摘要 ( 777 )  
    在状态估计理论的实际应用中,状态向量常常包含可以预先获知的约束信息,有效地利用这些先验信息可以进一步明确状态元素之间的关系,理论上可以提高对系统的状态估计精度. 针对约束滤波的已有研究成果,将其引入到多传感器系统,提出了约束系统多传感器数据融合算法. 通过建立线性等式约束方程,将传统卡尔曼滤波结果投影到约束子空间,然后对局部传感器的约束滤波结果采用分布式最优加权融合,并且通过协方差匹配技术检测观测数据异常的传感器,使之不参与到数据融合中. 仿真结果表明,约束系统分布式加权融合算法的有效性和可行性,并且比集中式融合算法具有更好的稳定性.
     
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    一种识别和追踪恶意匿名评价者的信任模型
    张柯丽1,李忠献1,2,杨义先1
    2014,48 (07):  899-906. 
    摘要 ( 848 )  
    针对现有信誉系统中为了激励和保护节点提供诚实可靠的信誉反馈值,而引入的匿名评价机制存在难以识别恶意节点的诋毁和共谋等攻击问题,提出了一种保护诚实评价者并能识别和追踪恶意节点的匿名评价信任模型. 该模型中节点基于可验证随机函数生成的评价标签对交易对象进行匿名评价,隐藏了交易过程中真实身份;模型引入贝叶斯评价信息过滤算法识别恶意评价标签,对超过恶意评价次数门限值的评价标签,模型基于可验证密钥共享机制自动暴露其真实身份并对其所有评价进行追踪. 仿真试验及分析表明,该信任模型能够有效抵御匿名恶意节点攻击,相比已有的同类型的信任模型较大程度地提高了节点信任累加值的准确度.
     
     
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    无线电电子学、电信技术
    多无人机模糊态势的分布式协同空战决策
    陈侠,魏晓明,徐光延
    2014,48 (07):  907-913. 
    摘要 ( 1125 )  

    针对不确定环境下的多无人机协同攻击多目标的空战问题给出了一种分析方法. 首先通过分析不确定环境下的无人机空战态势,建立了多无人机模糊态势的任务分配模型. 然后提出了异步一致性拍卖算法,将目标收益作为竞标的依据,给出了不确定环境下的多无人机协同攻击多目标的分布式空战决策方法.仿真结果表明,该算法在双方机群较大时能够实现快速收敛,提高了空战效率与资源利用率,且具有良好的稳定性和可扩展性.

     
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    自动化技术、计算机技术
    基于可信计算的群内安全信息共享混合模型
    邓锐,陈左宁
    2014,48 (07):  914-921. 
    摘要 ( 724 )  
    针对广受关注的秘密信息的安全共享问题,提出一种基于可信计算的群内安全信息共享混合模型.基于分裂密钥RSA(splitkey RSA)算法,综合超级分发和微分发的优点,提出一种新的混合架构,在不影响安全性的情况下,对密钥进行了统一的分割,将控制中心端的密钥参数缩短为32 bit,并且不随RSA的强度而变化,使得控制中心端的在线计算量显著降低,RSA2048模式下降低为原来的1.6%.原型系统验证对比测试结果表明,系统的运行效率有了较大提高,RSA2048模式下系统的读请求响应时间降低到原来的5%以下.
     
     
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    面向托卡马克第一壁检测的超冗余机械臂运动学分析
    屈云飞a,陈卫东a,曹其新b
    2014,48 (07):  922-928. 
    摘要 ( 961 )  
    针对托卡马克第一壁大范围高精度检测的需要,设计了一种超冗余13DOF宏微式机械臂. 为解决超冗余机械臂运动学计算快速性与精确性之间的矛盾,提出了一种考虑机械臂作业环境结构的运动学算法. 该算法利用宏机械臂平面多连杆的构型特点和圆弧形的运动轨迹有效降低了逆运动学计算的复杂性. 利用摄动法解决了微机械臂处于奇异位置时,运动学逆解无法解析求取的问题,借助能量最优原则唯一确定存在多解或无穷多解时逆解的选取.最后通过仿真验证了该运动学计算方法的有效性.
     
     
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    基于支持向量回归机的自适应差分滤波算法研究
    王宏健,徐金龙,刘向波,李娟,张爱华
    2014,48 (07):  929-935. 
    摘要 ( 733 )  
    针对差分滤波(DDF)算法存在因噪声统计特性与实际不符而导致的滤波精度降低甚至发散的问题,提出了一种基于支持向量回归机的自适应差分滤波(SVRADDF)算法.将测量值的新息协方差与理论协方差之间的差值作为支持向量回归机的输入、输出调节噪声统计特征的自适应因子,实时修正DDF噪声协方差,根据实际噪声变化调整噪声协方差矩阵,从而提高滤波精度. 针对水下目标纯方位角跟踪系统的蒙特卡洛仿真实验表明,在相同初始噪声特性条件下,所提出的SVRADDF算法具有较好的估计效果和鲁棒性,估计精度、稳定性及收敛时间等性能明显优于单纯DDF算法.
     
     
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    基于连接位Minwise Hash的三者相似性估计算法
    袁鑫攀1,盛鑫海1,龙军2,张祖平2,桂卫华2
    2014,48 (07):  936-941. 
    摘要 ( 920 )  
    计算相似性是信息检索的一个核心基础问题,二者、三者甚至更多集合的相似性估计在相似文档检测、词语相关性、聚类、数据清理等领域有着广泛的应用. 连接位Minwise Hash算法作为一种高效、准确的相似性估计算法,能够成倍地减少比对的次数,提升算法性能. 通过理论推导,给出基于连接位Minwise Hash的三者相似度无偏估计公式.实验结果显示,在样本大小k=500、相似度阈值R0=0.8时,算法的准确率和召回率均能达到95%以上,并且所需的CPU运行时间仅为b位Minwise Hash三者估计算法的50%.
     
     
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    基于Gabor小波和LPP的浮选过程泡沫纹理特征提取及应用
    赵洪伟,谢永芳,曹斌芳,蒋朝辉
    2014,48 (07):  942-947. 
    摘要 ( 904 )  
    针对Gabor小波进行特征提取时易造成维数灾难和识别效率不高的问题,提出一种基于Gabor小波滤波和局部保持投影(LPP)降维算法相结合的泡沫纹理特征提取方法.首先,利用Gabor滤波器获得原始泡沫图像5个尺度和8个方向的高维特征描述向量;然后,利用LPP算法得到降维特征向量;最后,利用此降维特征向量通过反向传播(BP)神经网络进行不同工况下泡沫类别的识别,进而指导实际矿物浮选生产. 实验结果表明,相对于传统的GLCM方法和Gabor小波纹理特征提取方法,该方法可有效降低泡沫纹理特征向量维数并具有更高的识别效率.
     
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    一种分布式冗余的实时数据存储检索机制
    李德文1,黄文君1,2,胡静泓1,钱益舟1
    2014,48 (07):  948-952. 
    摘要 ( 755 )  
    为解决传统集中式实时数据库吞吐量、容错性、可扩展性不足的难题,提出一种基于分布式架构、具备多重副本管理功能的实时数据存储检索机制.该机制结合一致性哈希算法与基于多版本控制的数据组织方案,从实时数据的存储、管理、查询三方面进行设计和优化,在保证数据存取实时性的基础上实现了备份同步、一致性修复等核心功能,从而有效提高了实时数据库的海量数据存储与处理能力,为实时数据库向分布式存储、多重冗余备份、系统规模动态调整等方向的转变奠定了基础.通过在原型系统中测试验证,结果表明该机制能够达到设计预期目标和性能要求.

     
     
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    一种基于能量和距离的多级能量异构传感器网络路由算法
    张颖,季常刚,李俊甫
    2014,48 (07):  953-958. 
    摘要 ( 573 )  
    为了能有效地利用节点能量的异构性,降低网络能耗、延长网络稳定周期,提出了一种同时考虑节点剩余能量和节点至基站距离的多级能量异构无线传感器网络的分簇路由算法.在节点簇间综合考虑簇头剩余能量及其与基站的通信能耗,以选择合适的下一跳路由节点.仿真结果表明,该算法可以有效地均衡网络能量消耗,延长网络稳定周期.该路由算法在维持节点存活个数、降低网络能量消耗及增加网络数据传输吞吐量等指标方面优于几种常见传感器网络路由算法, 表明在综合考虑能量和距离等因素后能够获得比单一考虑能量或者距离的算法更优的运行结果.
     
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    基于结构纹理分解和多重网格的光流估计算法
    李秀智,谭君,贾松敏,赵冠荣,尹晓琳
    2014,48 (07):  959-964. 
    摘要 ( 366 )  
    分别针对光流计算对光照变化敏感以及运算复杂度高、迭代收敛缓慢的问题,使用一种基于ROF(RudinOsherFatemi)模型的结构纹理分解(STD)技术得到对光照变化不敏感的纹理图估计光流场,消除了光照变化产生的负面影响,并提出一种基于多重网格方法的分层处理策略. 将光流计算的迭代过程分散在一系列粗细不同的网格上,在细网格上消除高频误差,在粗网格上消除低频误差,以达到加速收敛、提高光流计算速度的目的. 实验结果表明,STD过程抑制了光照变化导致的负面影响,提高了光流估计精度. 多重网格算法在保持优化精度的前提下,显著提高了光流计算的实时性.
     
     
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    跨越-侧抑制神经网络分析及其应用
    杨刚1, 2,乔俊飞1
    2014,48 (07):  965-970. 
    摘要 ( 663 )  
    针对神经网络的结构设计, 根据仿生学原理提出一种跨越侧抑制神经网络(SLINN). 该多层网络结构引入了层内中间抑制神经元的侧向连接以及神经元在多个层内进行的信息传递. 通过分析网络的逼近能力证明网络的学习能力, 设计基于误差反向传播思想的梯度下降学习算法. 通过鲍鱼年龄预测回归问题的仿真实验表明, S-LINN在处理实际回归问题时, 不但能够保证较高训练精度,同时可获得更强的泛化能力.

     
     
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    基于核状态空间ICA的非线性动态过程故障检测方法
    蔡连芳,田学民,张妮
    2014,48 (07):  971-976. 
    摘要 ( 386 )  
    针对工业过程的非线性和动态特性,提出一种基于核状态空间独立元分析的故障检测方法.采用核规范变量分析法将非线性动态过程数据映射到核状态空间,得到去相关的状态数据.对状态数据的各时延协方差矩阵进行加权求和得到状态数据的时序结构矩阵,进而建立ICA统计模型,从状态数据中提取独立元特征数据,并构造监控统计量检测过程故障.在Tennessee Eastman 过程上的故障检测结果表明,相比于传统的基于动态核主元分析的故障检测方法,该方法更加灵敏地检测到故障的发生,提高故障检测率.

     
     
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    基于极限学习的过程神经网络研究及化工应用
    刘菲菲,彭荻,贺彦林,朱群雄
    2014,48 (07):  977-981. 
    摘要 ( 583 )  
    针对过程神经网络在化工过程建模中学习速度慢、易陷入局部极值等问题,借鉴极限学习机算法训练网络参数的思想,提出了一种新型的基于极限学习的过程神经网络(EL-PNN). EL-PNN网络以过程神经网络的方式得到隐含层的输出后,不再使用梯度下降法进行参数调整,而是根据极限学习机算法通过广义逆直接求解输出权值. 同时,为了进一步提高网络的泛化性能,考虑结构风险,在ELPNN网络中加入风险比例参数.以高密度聚乙烯装置进行验证,结果表明,该网络具有学习速度快、建模精度高的特点,为过程神经网络在复杂化工生产中的应用提供了新思路.
     
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    慢时变线性模型参数辨识递推算法及收敛性分析
    曹鹏飞,罗雄麟
    2014,48 (07):  982-986. 
    摘要 ( 422 )  
    针对慢时变线性模型,给出辨识的递推算法,并证明该算法能够保证参数收敛在一个有界空间区域,该区域包含参数真值集合;若工作点不发生变化,合理的收敛因子保证参数收敛到对应真值.在实际应用中,工业对象可以利用慢时变线性模型表示,因此该递推算法能够确保工业对象模型实时更新以跟踪工况的变化.通过实例仿真可以看出,该递推算法能够保证慢时变线性模型参数有效更新,并较为准确估计输出变量.
     
     
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    基于分布式无味边缘粒子滤波的同步定位与地图构建
    裴福俊,李昊洋,武玫
    2014,48 (07):  986-992. 
    摘要 ( 625 )  
    针对复杂环境下同步定位与地图构建(SLAM)中分布式粒子滤波算法存在计算量大、粒子退化严重的问题,在分布式算法的基础上结合无味粒子滤波和边缘化算法,提出了一种基于分布式无味边缘粒子滤波的算法.该算法依据分布式思想将系统分解为多个仅包含部分状态量的子系统,各子系统均采用无味粒子滤波算法进行状态估计,通过边缘化算法优化无味粒子滤波算法的边缘分布函数,主滤波器融合各子滤波器的数据计算最终结果,克服了滤波精度低、计算复杂度高的问题. 最后,通过仿真试验证明改进的分布式边缘粒子滤波算法能够抑制粒子退化现象,具有较好的实时性和滤波精度,是解决SLAM的新的有效方法.
     
     
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    其他
    基于模糊滑模控制的风力发电系统最大风能追踪
    秦斌,周浩,邱丽,郭百顺,王欣
    2014,48 (07):  993-997. 
    摘要 ( 501 )  
    针对永磁同步风力发电系统,从空气动力学的基础理论入手,分析了机组运行时的最大风能追踪原理. 根据已知的风力机特性和滑模变结构系统理论,推导出在切换面上的等效控制和切换面上滑模运动的状态方程. 为了削弱抖振,采用基于最大风能追踪控制的模糊滑模控制方法,根据系统状态在线调整切换控制增益系数. 通过Lyapunov稳定性定理得到系统渐进稳定的充分条件. 构建系统模型并进行仿真比较,仿真运行结果证实了该控制策略的正确性和有效性.

     
     
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    自动化技术、计算机技术
    生料浆制备过程的优化控制软件
    白锐1,2,任群英1,郭万里1
    2014,48 (07):  998-1003. 
    摘要 ( 478 )  
    针对生料浆制备过程,研究了该过程的优化控制方法,根据优化控制方法,研发了生料浆制备过程的优化控制软件. 优化控制软件由优化软件、过程控制软件和监控画面等组成. 描述了优化控制软件的结构、功能、程序流程图以及软件界面等内容.
     
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    基于双核独立元分析的化工过程故障诊断算法研究
    赵小强1,2,钱君秀1
    2014,48 (07):  1004-1008. 
    摘要 ( 470 )  
    由于化工生产过程数据具有强非线性和非高斯性特征,提出了核主元分析与核独立元分析相结合的可用于化工过程故障诊断的双核独立元分析算法,该算法利用核主元分析的非线性核函数把数据从原空间映射到高维特征空间进行白化预处理,再用核独立元分析算法进行独立元分析,在特征空间中获得故障监控统计量,计算控制置信限,达到有效的故障诊断. 提出的算法应用在连续搅拌反应釜过程中,结果表明,该算法对化工过程故障诊断能有效提高准确度、降低漏报率和误报率.
     
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    执行阀黏滞过程的控制性能评估
    师明华1,王旭2,谢磊1,赵路军3
    2014,48 (07):  1009-1014. 
    摘要 ( 532 )  
    控制性能评估是衡量工业过程控制回路性能和质量的重要技术,常见性能评估方法一般针对线性过程,而忽视了执行阀黏滞等造成的非线性特征. 为此研究了一类存在执行阀黏滞现象的非线性系统,并提出了一种基于改进的径向基函数神经网络时间序列建模的控制性能基准估计方法. 将Hinich 检验算法引入网络评价函数,利用改进的网络评价指标训练径向基网络,以去除过程输出的非线性,进而采用时序分析技术准确估计出系统的控制性能基准. 通过仿真分析,验证了方法的有效性.

     
     
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    基于MPC的车道保持系统转向控制策略
    罗莉华
    2014,48 (07):  1015-1020. 
    摘要 ( 838 )  
    针对汽车的自动车道保持系统,研究了基于模型预测控制(MPC)的转向控制策略. 对车辆的侧向动力学和轮胎的侧偏特性进行分析,研究了以位移偏差、横摆角偏差和两者微分项为状态变量、前轮转向角为控制输入的侧向动力学模型;在该模型的基础上,建立了车道自动保持控制的优化性能指标和系统约束,引入了平滑的期望参考轨迹,设计了基于MPC的转向控制策略. 仿真试验证明,在不同车速下,该控制策略均能迅速消除侧向位移偏差和横摆角偏差,保证车辆沿着车道中心线行驶,并有效平滑系统的动态响应,具有较好的适应性和鲁棒性.
     

     

     
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    无线电电子学、电信技术
    基于SIP乘客信息系统的列车语音控制单元设计与实现
    张元庆,刘全利,王伟
    2014,48 (07):  1021-1025. 
    摘要 ( 490 )  
    为了适应运营商对列车乘客信息系统越来越高的性能要求,提出了基于会话发起协议(SIP)的乘客信息系统设计的基本原则,并阐述其在列车语音通信中的应用方案.该方案充分利用SIP方法和会话描述协议谈判机制完成了会话的管理和媒体的协商. 为验证方案的可行性,完成了语音控制单元的软件结构设计,并实现了各软件模块.系统测试表明,该列车语音控制单元能够准确地完成所设计的广播对讲功能.

     
     
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    自动化技术、计算机技术
    基于极线约束SIFT特征和粒子滤波的目标跟踪算法
    刘士荣1,2,吴楚1,3,张波涛1,2,章海兵1,2
    2014,48 (07):  1026-1032. 
    摘要 ( 621 )  
    针对采用颜色或边缘等特征的目标跟踪算法所存在的跟踪效果不稳定的问题,提出了一种基于极线约束尺度不变特征变换(SIFT)和粒子滤波的目标跟踪方法. 该方法采用SIFT特征向量构建目标模型,引入极线约束改善目标匹配精度,采用粒子滤波算法获得SIFT特征向量的候选目标模型,利用似然函数计算目标模型与候选目标模型间的相似性. 实验结果表明,该方法可解决目标与背景颜色相似时的跟踪失败问题,且对目标外形与位姿发生变化具有较好的适应能力.
     
     
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    基于神经网络的不稳定时滞对象控制
    张晓迪,蔡云泽,何星,张卫东
    2014,48 (07):  1033-1038. 
    摘要 ( 576 )  
    针对过程控制工业中的一类不稳定时滞对象存在的难以稳定、鲁棒性差、对输入的变化和扰动十分敏感的问题,采用了基于神经网络的双自由度控制结构.在利用内环控制器镇定对象并且提高系统反应速度、减轻输出的振荡的同时,结合Guillermo等提出的比例积分微分(PID)参数镇定区域理论优化设计外环BP神经网络控制器的学习范围、学习方式和初始参数,改善系统设定值跟踪和扰动抑制的性能,提高系统鲁棒性.仿真结果表明,即使在建模有误差的情况下,该控制结构仍能比传统双自由度PID控制有更好的控制效果和鲁棒性.
     
     
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    CTF定位策略下基于多特征的智能机器人目标跟踪
    贾松敏1,王爽1,王丽佳1,2,李秀智1
    2014,48 (07):  1039-1045. 
    摘要 ( 739 )  
    针对复杂环境下机器人目标跟踪问题,提出由粗到精定位策略下基于多特征的智能机器人目标跟踪方法. 该方法首先利用射频识别系统实现目标粗定位,然后采用自适应模板匹配算法、改进核函数的连续自适应均值飘移算法及扩展卡尔曼滤波算法提取目标头肩形状、衣服颜色与运动特征,实现精确定位. 最后根据人机运动状态设计基于模糊规则的智能调速控制器,实时自动调整机器人的基准线速度与转弯增益,以稳定跟随运动目标. 实验结果表明,该方法能有效保持人机之间的安全距离,对遮挡、相近颜色背景干扰及目标突然转弯的跟踪问题有较强的鲁棒性.
     
     
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    其他
    烧结余热回收系统效率计算及参数动态优化
    曹卫华1,2,蔡伊青2,袁艳1,2,吴敏1,2
    2014,48 (07):  1046-1052. 
    摘要 ( 660 )  
    针对烧结余热回收存在的余热利用率不高、生产不稳定的难题,采用分析方法对某钢铁厂烧结余热回收系统进行研究,建立了评价系统运行效率的效率模型,并对不同运行工况下系统效率进行了计算分析. 在此基础上,建立效率优化模型,并通过粒子群算法进行求解. 根据不同入口余热资源量动态地调整蒸汽参数设定值,从而增加系统对变工况运行环境的适应能力. 基于工业运行数据的仿真结果表明,动态优化法可使烧结余热回收系统的效率提高4%~11%.
     
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