2025, 51(7): 1403-1422.
doi: 10.16383/j.aas.c240538
cstr: 32138.14.j.aas.c240538
摘要:
聚焦于生物结构与类脑智能的交叉研究方向, 探讨前额叶皮层的结构及其认知功能对人工智能领域Transformer模型的启发. 前额叶皮层在认知控制和决策制定中扮演着关键角色. 首先介绍前额叶皮层的注意力机制、生物编码、多感觉融合等相关生物研究进展, 然后探讨这些生物机制如何启发新型的类脑Transformer架构, 重点提升其在自注意力、位置编码、多模态整合等方面的生物合理性与计算高效性. 最后, 总结前额叶皮层启发的类脑新模型, 在支持多类型神经网络组合、多领域应用、世界模型构建等方面的发展与潜力, 为生物和人工智能两大领域之间交叉融合构建桥梁.
聚焦于生物结构与类脑智能的交叉研究方向, 探讨前额叶皮层的结构及其认知功能对人工智能领域Transformer模型的启发. 前额叶皮层在认知控制和决策制定中扮演着关键角色. 首先介绍前额叶皮层的注意力机制、生物编码、多感觉融合等相关生物研究进展, 然后探讨这些生物机制如何启发新型的类脑Transformer架构, 重点提升其在自注意力、位置编码、多模态整合等方面的生物合理性与计算高效性. 最后, 总结前额叶皮层启发的类脑新模型, 在支持多类型神经网络组合、多领域应用、世界模型构建等方面的发展与潜力, 为生物和人工智能两大领域之间交叉融合构建桥梁.
2025, 51(7): 1423-1462.
doi: 10.16383/j.aas.c240139
cstr: 32138.14.j.aas.c240139
摘要:
图像扩增是工业外观检测中常用的数据处理方法, 有助于提升检测模型泛化性, 避免过拟合. 根据扩增结果的不同来源, 将当前工业图像扩增方法分为基于传统变换和基于模型生成两类. 基于传统变换的扩增方法包括基于图像空间和特征空间两类; 根据模型输入条件信息的不同, 基于模型生成的方法分为无条件、低维条件和图像条件三类. 对相关方法的原理、应用效果、优缺点等进行分析, 重点介绍基于生成对抗网络、扩散模型等模型生成的扩增方法. 依据扩增结果的标注类型和方法的技术特点, 对三类基于模型生成方法的相关文献分类统计, 通过多维表格阐述各类方法的研究细节, 对其基础模型、评价指标、扩增性能等综合分析. 最后, 总结当前工业图像扩增领域存在的挑战, 并展望未来发展方向.
图像扩增是工业外观检测中常用的数据处理方法, 有助于提升检测模型泛化性, 避免过拟合. 根据扩增结果的不同来源, 将当前工业图像扩增方法分为基于传统变换和基于模型生成两类. 基于传统变换的扩增方法包括基于图像空间和特征空间两类; 根据模型输入条件信息的不同, 基于模型生成的方法分为无条件、低维条件和图像条件三类. 对相关方法的原理、应用效果、优缺点等进行分析, 重点介绍基于生成对抗网络、扩散模型等模型生成的扩增方法. 依据扩增结果的标注类型和方法的技术特点, 对三类基于模型生成方法的相关文献分类统计, 通过多维表格阐述各类方法的研究细节, 对其基础模型、评价指标、扩增性能等综合分析. 最后, 总结当前工业图像扩增领域存在的挑战, 并展望未来发展方向.
2025, 51(7): 1463-1479.
doi: 10.16383/j.aas.c240707
cstr: 32138.14.j.aas.c240707
摘要:
航空航天、海洋舰船、轨道交通等领域的重大装备制造在引领经济发展与保障国防安全中发挥着举足轻重的作用. 传统制造模式依赖人工和专机设备, 在灵活性与智能化方面存在不足, 难以满足大型化、多品种的柔性制造需求. 集群机器人利用生物集群的协作机制, 能在复杂场景中不断拓展并优化执行能力, 实现高效协同和智能制造. 数字孪生作为新兴制造技术, 为集群机器人协同制造系统的构建部署、虚拟调试、调度规划和协同控制提供集成方案和工具链支撑, 能有效提升系统的效率和安全. 本文介绍数字孪生技术的研究背景、研究现状、关键技术和发展趋势, 并以自主研发的面向飞机壁板装配的集群机器人数字孪生系统为例进行分析, 对于了解数字孪生在重大装备集群机器人协同制造方面的应用研究具有参考价值.
航空航天、海洋舰船、轨道交通等领域的重大装备制造在引领经济发展与保障国防安全中发挥着举足轻重的作用. 传统制造模式依赖人工和专机设备, 在灵活性与智能化方面存在不足, 难以满足大型化、多品种的柔性制造需求. 集群机器人利用生物集群的协作机制, 能在复杂场景中不断拓展并优化执行能力, 实现高效协同和智能制造. 数字孪生作为新兴制造技术, 为集群机器人协同制造系统的构建部署、虚拟调试、调度规划和协同控制提供集成方案和工具链支撑, 能有效提升系统的效率和安全. 本文介绍数字孪生技术的研究背景、研究现状、关键技术和发展趋势, 并以自主研发的面向飞机壁板装配的集群机器人数字孪生系统为例进行分析, 对于了解数字孪生在重大装备集群机器人协同制造方面的应用研究具有参考价值.
2025, 51(7): 1480-1524.
doi: 10.16383/j.aas.c240235
cstr: 32138.14.j.aas.c240235
摘要:
视频超分辨率重建是底层计算机视觉任务中的一个重要研究方向, 旨在利用低分辨率视频的帧内和帧间信息, 重建具有更多细节和内容一致的高分辨率视频, 有助于提升下游任务性能和改善用户观感体验. 近年来, 基于深度学习的视频超分辨率重建算法大量涌现, 在帧间对齐、信息传播等方面取得突破性的进展. 首先, 在简述视频超分辨率重建任务的基础上, 梳理现有的视频超分辨率重建的公共数据集及相关算法; 接着, 详细综述基于深度学习的视频超分辨率重建算法的创新性工作进展情况; 最后, 总结视频超分辨率重建算法面临的挑战及未来的发展趋势.
视频超分辨率重建是底层计算机视觉任务中的一个重要研究方向, 旨在利用低分辨率视频的帧内和帧间信息, 重建具有更多细节和内容一致的高分辨率视频, 有助于提升下游任务性能和改善用户观感体验. 近年来, 基于深度学习的视频超分辨率重建算法大量涌现, 在帧间对齐、信息传播等方面取得突破性的进展. 首先, 在简述视频超分辨率重建任务的基础上, 梳理现有的视频超分辨率重建的公共数据集及相关算法; 接着, 详细综述基于深度学习的视频超分辨率重建算法的创新性工作进展情况; 最后, 总结视频超分辨率重建算法面临的挑战及未来的发展趋势.
2025, 51(7): 1525-1545.
doi: 10.16383/j.aas.c240341
cstr: 32138.14.j.aas.c240341
摘要:
在小样本目标检测领域, “训练和微调”两阶段表征学习范式因学习策略简单, 应用广泛. 然而, 通过探索性实验发现, 基于该范式的模型容易将新类别实例错误地分类为背景类, 从而降低对新类的识别能力. 为解决这一问题, 提出构造一个正则化分类器, 并使用“最小化背景判别性知识的调节器(BDKMR)”来引导分类器训练. BDKMR通过“最小化背景判别性知识的交叉\begin{document}$l_p $\end{document}
在小样本目标检测领域, “训练和微调”两阶段表征学习范式因学习策略简单, 应用广泛. 然而, 通过探索性实验发现, 基于该范式的模型容易将新类别实例错误地分类为背景类, 从而降低对新类的识别能力. 为解决这一问题, 提出构造一个正则化分类器, 并使用“最小化背景判别性知识的调节器(BDKMR)”来引导分类器训练. BDKMR通过“最小化背景判别性知识的交叉
2025, 51(7): 1546-1561.
doi: 10.16383/j.aas.c240599
cstr: 32138.14.j.aas.c240599
摘要:
情感计算作为人机交互领域的一个重要学科分支, 是实现和谐、自然的人机交互体验的关键保障. 如何利用便于获得的生理信号进行准确的情绪识别已成为其中的热门话题. 广泛使用的情绪模型通常从愉悦维、唤醒维、支配维等多个维度描述情绪, 但现有情绪识别方法大多将不同维度分别考虑, 忽略维度间的相关性关系, 并且在可解释性方面存在局限. 多标签TSK模糊系统虽然能够弥补以上不足, 但仍面临高维输入下模糊规则构建困难、训练效率低下的问题. 此外, 多模态生理信号具有较大的个体差异性, 严重影响跨用户情绪识别的准确性. 鉴于此, 首先提出规则降维的多标签TSK (RDR-MLTSK)模糊系统, 以优化模糊系统结构和训练效率; 进一步提出多标签模糊域适应算法实现多源域迁移学习, 提高RDR-MLTSK的泛化性能. 在DEAP和DECAF两个公开数据集上的实验结果表明, 所提出的方法能够有效提高情绪识别的准确率, 与经典和先进的方法相比具有更好的性能.
情感计算作为人机交互领域的一个重要学科分支, 是实现和谐、自然的人机交互体验的关键保障. 如何利用便于获得的生理信号进行准确的情绪识别已成为其中的热门话题. 广泛使用的情绪模型通常从愉悦维、唤醒维、支配维等多个维度描述情绪, 但现有情绪识别方法大多将不同维度分别考虑, 忽略维度间的相关性关系, 并且在可解释性方面存在局限. 多标签TSK模糊系统虽然能够弥补以上不足, 但仍面临高维输入下模糊规则构建困难、训练效率低下的问题. 此外, 多模态生理信号具有较大的个体差异性, 严重影响跨用户情绪识别的准确性. 鉴于此, 首先提出规则降维的多标签TSK (RDR-MLTSK)模糊系统, 以优化模糊系统结构和训练效率; 进一步提出多标签模糊域适应算法实现多源域迁移学习, 提高RDR-MLTSK的泛化性能. 在DEAP和DECAF两个公开数据集上的实验结果表明, 所提出的方法能够有效提高情绪识别的准确率, 与经典和先进的方法相比具有更好的性能.
2025, 51(7): 1562-1584.
doi: 10.16383/j.aas.c240658
cstr: 32138.14.j.aas.c240658
摘要:
货运列车在运行中表现出时变行为, 而静态机理模型难以捕捉这些变化, 导致优化结果与列车运行状态不相符. 此外, 不当的驾驶策略可能导致电力设备温度过高. 为此, 提出一种用于评估列车能耗与温度的动态建模方法, 并设计一种大规模自适应多策略多目标竞争群优化器(LA-MOCSO). 具体而言, 首先, 建立“列车−线路−电网”的机理模型, 用于计算多列车运行过程中的功率和网压; 提出一种融合机理模型、数据驱动模型和补偿模型的混合建模方法, 用于捕捉列车和环境的时变特征. 其次, 建立电力设备的温升模型, 并设计基于拉普拉斯变换的快速求解方法. 然后, 构建一个优化牵引供电系统能效与电力设备温度的多目标优化模型; 提出一种LA-MOCSO算法, 用于解决多列车长距离运行的大规模多目标优化问题. 最后, 实验验证了动态建模方法的有效性; 通过与四种经典算法的比较, 验证了所提算法的性能; 结果表明多列车综合优化方法可以降低变电所18.2%的能耗, 确保电力设备处于适宜的温度环境.
货运列车在运行中表现出时变行为, 而静态机理模型难以捕捉这些变化, 导致优化结果与列车运行状态不相符. 此外, 不当的驾驶策略可能导致电力设备温度过高. 为此, 提出一种用于评估列车能耗与温度的动态建模方法, 并设计一种大规模自适应多策略多目标竞争群优化器(LA-MOCSO). 具体而言, 首先, 建立“列车−线路−电网”的机理模型, 用于计算多列车运行过程中的功率和网压; 提出一种融合机理模型、数据驱动模型和补偿模型的混合建模方法, 用于捕捉列车和环境的时变特征. 其次, 建立电力设备的温升模型, 并设计基于拉普拉斯变换的快速求解方法. 然后, 构建一个优化牵引供电系统能效与电力设备温度的多目标优化模型; 提出一种LA-MOCSO算法, 用于解决多列车长距离运行的大规模多目标优化问题. 最后, 实验验证了动态建模方法的有效性; 通过与四种经典算法的比较, 验证了所提算法的性能; 结果表明多列车综合优化方法可以降低变电所18.2%的能耗, 确保电力设备处于适宜的温度环境.
2025, 51(7): 1585-1598.
doi: 10.16383/j.aas.c240738
cstr: 32138.14.j.aas.c240738
摘要:
针对四足机器人在复杂环境中的高速稳定运动问题, 提出一种融合模型和学习的分层运动控制框架. 首先, 提出基于单次落足点偏差的惩罚机制, 实现对连续滑动状态的有效评估. 其次, 构建基于双曲正切函数的连续接触状态描述, 显著改善了传统离散方法中的相位切换冲击问题. 然后, 设计基于LSTM的地面特性实时估计网络, 实现质心位置的自适应调整. 最后, 提出基于执行层和决策层的分层控制框架, 提高系统的环境适应能力. 在Isaac Gym仿真环境中的实验表明, 该控制方法能够适应不同摩擦系数和运动速度条件. 特别是在极低摩擦环境(\begin{document}$\mu=0.05$\end{document} \begin{document}$0.061\;0 \;\text{m}$\end{document} \begin{document}$1.428\;4 \text{ m/s}$\end{document} \begin{document}$0.308 \pm 0.005\;0 \text{ cm}$\end{document}
针对四足机器人在复杂环境中的高速稳定运动问题, 提出一种融合模型和学习的分层运动控制框架. 首先, 提出基于单次落足点偏差的惩罚机制, 实现对连续滑动状态的有效评估. 其次, 构建基于双曲正切函数的连续接触状态描述, 显著改善了传统离散方法中的相位切换冲击问题. 然后, 设计基于LSTM的地面特性实时估计网络, 实现质心位置的自适应调整. 最后, 提出基于执行层和决策层的分层控制框架, 提高系统的环境适应能力. 在Isaac Gym仿真环境中的实验表明, 该控制方法能够适应不同摩擦系数和运动速度条件. 特别是在极低摩擦环境(
2025, 51(7): 1599-1611.
doi: 10.16383/j.aas.c250007
cstr: 32138.14.j.aas.c250007
摘要:
城市污水处理过程非均匀采样使数据呈现不连续性及稀疏性, 难以实现稳定控制. 为解决该问题, 提出一种非均匀采样预测控制方法. 首先, 建立一种城市污水处理过程增广式动态线性化模型, 实现非均匀采样城市污水处理关键过程变量的准确预测; 其次, 设计基于控制增益优化策略的预测控制器, 实现非均匀采样城市污水处理关键过程变量的稳定控制; 最后, 分析非均匀采样预测控制方法的稳定性. 将所提控制方法应用于城市污水处理过程基准仿真平台, 实验结果显示该方法能够实现城市污水处理过程的稳定控制.
城市污水处理过程非均匀采样使数据呈现不连续性及稀疏性, 难以实现稳定控制. 为解决该问题, 提出一种非均匀采样预测控制方法. 首先, 建立一种城市污水处理过程增广式动态线性化模型, 实现非均匀采样城市污水处理关键过程变量的准确预测; 其次, 设计基于控制增益优化策略的预测控制器, 实现非均匀采样城市污水处理关键过程变量的稳定控制; 最后, 分析非均匀采样预测控制方法的稳定性. 将所提控制方法应用于城市污水处理过程基准仿真平台, 实验结果显示该方法能够实现城市污水处理过程的稳定控制.
2025, 51(7): 1612-1625.
doi: 10.16383/j.aas.c240497
cstr: 32138.14.j.aas.c240497
摘要:
几何滤波是一种利用观测数据对流形上几何状态进行最优估计的方法, 对刚体位姿估计具有重要作用和意义. 针对非高斯条件下几何滤波性能下降的问题, 提出一种基于广义最大相关熵准则(GMCC)的几何滤波方法. 首先, 根据流形上几何状态演化关系, 采用流形无迹变换进行状态预测. 其次, 为抑制非高斯噪声引起的不利影响, 将广义最大相关熵准则推广到流形上, 实现对预测状态的修正来提高滤波的鲁棒性. 然后, 针对由GMCC引出的流形非线性优化问题, 设计流形上的统计线性化方法, 以及采用黎曼流形优化和定点迭代法求解优化问题. 特别地, 设计一种广义高斯核参数自适应调整策略, 用于在线调整广义相关熵的超参数. 最后, 仿真结果表明, 相较于现有方法, 所提方法具有更高的精度和鲁棒性.
几何滤波是一种利用观测数据对流形上几何状态进行最优估计的方法, 对刚体位姿估计具有重要作用和意义. 针对非高斯条件下几何滤波性能下降的问题, 提出一种基于广义最大相关熵准则(GMCC)的几何滤波方法. 首先, 根据流形上几何状态演化关系, 采用流形无迹变换进行状态预测. 其次, 为抑制非高斯噪声引起的不利影响, 将广义最大相关熵准则推广到流形上, 实现对预测状态的修正来提高滤波的鲁棒性. 然后, 针对由GMCC引出的流形非线性优化问题, 设计流形上的统计线性化方法, 以及采用黎曼流形优化和定点迭代法求解优化问题. 特别地, 设计一种广义高斯核参数自适应调整策略, 用于在线调整广义相关熵的超参数. 最后, 仿真结果表明, 相较于现有方法, 所提方法具有更高的精度和鲁棒性.
2025, 51(7): 1626-1641.
doi: 10.16383/j.aas.c240074
cstr: 32138.14.j.aas.c240074
摘要:
城市固废焚烧(MSWI)过程中固有的非线性、时变性和不确定性导致领域专家需要凭借经验通过高频率手动干预进行炉膛温度控制. 针对上述问题, 为模拟专家的自适应机制, 提出基于强化学习的比例−积分−微分(PID)自整定控制策略, 即采用共享机制区间II型模糊宽度学习系统(IT2FBLS)拟合Actor-critic网络(ACN)进行PID参数优化. 首先, 采用共享机制IT2FBLS拟合ACN以克服焚烧过程的不确定性、减少计算消耗和确保紧凑的网络结构; 然后, 利用基于时间差分误差的梯度下降法更新ACN参数以实现快速学习; 最后, 利用李雅普诺夫方法, 证明Actor-critic算法的收敛性和控制过程的稳定性. 通过MSWI过程的实际运行数据仿真验证了该方法的有效性.
城市固废焚烧(MSWI)过程中固有的非线性、时变性和不确定性导致领域专家需要凭借经验通过高频率手动干预进行炉膛温度控制. 针对上述问题, 为模拟专家的自适应机制, 提出基于强化学习的比例−积分−微分(PID)自整定控制策略, 即采用共享机制区间II型模糊宽度学习系统(IT2FBLS)拟合Actor-critic网络(ACN)进行PID参数优化. 首先, 采用共享机制IT2FBLS拟合ACN以克服焚烧过程的不确定性、减少计算消耗和确保紧凑的网络结构; 然后, 利用基于时间差分误差的梯度下降法更新ACN参数以实现快速学习; 最后, 利用李雅普诺夫方法, 证明Actor-critic算法的收敛性和控制过程的稳定性. 通过MSWI过程的实际运行数据仿真验证了该方法的有效性.
2025, 51(7): 1642-1650.
doi: 10.16383/j.aas.c240802
cstr: 32138.14.j.aas.c240802
摘要:
考虑未知外部输入无线传感器网络的约束分布式状态估计问题, 提出一种新型异步触发分布式滚动时域估计方法. 首先针对传感器网络节点的有限观测能力与资源约束, 设计基于异步事件触发机制的数据交互策略. 同时为抑制异步事件触发可能引入的最坏影响, 构建基于min-max优化的分布式滚动时域状态估计器. 其次, 通过松弛输入矩阵条件, 建立保证估计误差满足输入−状态稳定性的充分条件, 并利用该条件离线确定估计器参数. 进一步, 将状态估计器等价转化为基于线性矩阵不等式的凸规划问题, 减轻估计器在线计算负担. 最后, 通过对比实验验证了本文方法的优越性.
考虑未知外部输入无线传感器网络的约束分布式状态估计问题, 提出一种新型异步触发分布式滚动时域估计方法. 首先针对传感器网络节点的有限观测能力与资源约束, 设计基于异步事件触发机制的数据交互策略. 同时为抑制异步事件触发可能引入的最坏影响, 构建基于min-max优化的分布式滚动时域状态估计器. 其次, 通过松弛输入矩阵条件, 建立保证估计误差满足输入−状态稳定性的充分条件, 并利用该条件离线确定估计器参数. 进一步, 将状态估计器等价转化为基于线性矩阵不等式的凸规划问题, 减轻估计器在线计算负担. 最后, 通过对比实验验证了本文方法的优越性.
2025, 51(7): 1651-1661.
doi: 10.16383/j.aas.c240337
cstr: 32138.14.j.aas.c240337
摘要:
功能脑网络(FBN)在精神障碍诊断中广泛应用, 但传统构建方法缺乏与下游任务的互动性, 限制了模型性能; 且图神经网络多层堆叠易导致节点特征过度平滑难以提取深层特征. 为此, 提出端到端的自适应聚合功能网络模型, 通过大脑感兴趣区域(ROI)感知汇聚层, 利用自注意力机制动态构建FBN并学习节点特征, 增强了模型与子任务的交互能力. 同时引入节点池化机制筛选显著ROI, 进而推断出对于子任务较为重要的ROI. 该方法应用于注意力缺陷多动障碍(ADHD)的分类实验中, 实验结果表明该方法提高了ADHD的分类准确率, 对实验结果的解释性分析也验证了该方法的有效性.
功能脑网络(FBN)在精神障碍诊断中广泛应用, 但传统构建方法缺乏与下游任务的互动性, 限制了模型性能; 且图神经网络多层堆叠易导致节点特征过度平滑难以提取深层特征. 为此, 提出端到端的自适应聚合功能网络模型, 通过大脑感兴趣区域(ROI)感知汇聚层, 利用自注意力机制动态构建FBN并学习节点特征, 增强了模型与子任务的交互能力. 同时引入节点池化机制筛选显著ROI, 进而推断出对于子任务较为重要的ROI. 该方法应用于注意力缺陷多动障碍(ADHD)的分类实验中, 实验结果表明该方法提高了ADHD的分类准确率, 对实验结果的解释性分析也验证了该方法的有效性.
2025, 51(7): 1662-1672.
doi: 10.16383/j.aas.c240356
cstr: 32138.14.j.aas.c240356
摘要:
针对一类不确定非线性系统, 提出一种基于高斯过程的在线学习控制方法. 该方法首先通过障碍函数间接设定系统状态的运行区域. 其次, 在该区域内在线采集量测数据, 利用高斯过程回归对系统中未知非线性动态进行学习. 然后, 通过Lyapunov稳定理论, 证明了所提在线学习控制算法可保证闭环系统所有信号的有界性. 与基于径向基神经网络的自适应控制方案相比, 所提控制算法无需精确给出系统状态的运行区域及预先分配径向基函数中心值. 最后, 通过数值仿真与Franka Emika Panda 协作机械臂关节控制实验, 验证了本文控制算法的有效性与先进性.
针对一类不确定非线性系统, 提出一种基于高斯过程的在线学习控制方法. 该方法首先通过障碍函数间接设定系统状态的运行区域. 其次, 在该区域内在线采集量测数据, 利用高斯过程回归对系统中未知非线性动态进行学习. 然后, 通过Lyapunov稳定理论, 证明了所提在线学习控制算法可保证闭环系统所有信号的有界性. 与基于径向基神经网络的自适应控制方案相比, 所提控制算法无需精确给出系统状态的运行区域及预先分配径向基函数中心值. 最后, 通过数值仿真与Franka Emika Panda 协作机械臂关节控制实验, 验证了本文控制算法的有效性与先进性.
2025, 51(7): 1673-1687.
doi: 10.16383/j.aas.c240723
cstr: 32138.14.j.aas.c240723
摘要:
马尔科夫跳跃系统镇定过程常伴随通信信道堵塞、状态信息未知、时滞效应不全等问题. 基于此, 提出一种基于动态事件触发观测器的广义记忆异步滑模控制器. 其中动态事件触发观测器结合丢包补偿, 克服了已有文献单一考虑网络环境下频繁数据传输导致的通道堵塞问题. 针对观测时滞状态与控制器异步行为, 在滑模函数中引入时变时滞及其边界条件, 设计基于隐马尔科夫模型的广义记忆异步滑模控制器. 由于高效时滞利用率和多独立控制增益相互补偿, 闭环系统稳定性、收敛速度和超调等静态/动态性能较传统记忆/无记忆滑模控制器稳定提升. 同时, 为进一步耦合广义记忆控制时滞信息, 提出一组指数型反凸组合不等式, 通过预置指数型参数, 在不增加计算复杂度的前提下, 降低广义控制镇定条件保守性, 提升控制增益镇定精度. 最后通过数值算例和柔性机械臂实例验证了所提控制方案的有效性.
马尔科夫跳跃系统镇定过程常伴随通信信道堵塞、状态信息未知、时滞效应不全等问题. 基于此, 提出一种基于动态事件触发观测器的广义记忆异步滑模控制器. 其中动态事件触发观测器结合丢包补偿, 克服了已有文献单一考虑网络环境下频繁数据传输导致的通道堵塞问题. 针对观测时滞状态与控制器异步行为, 在滑模函数中引入时变时滞及其边界条件, 设计基于隐马尔科夫模型的广义记忆异步滑模控制器. 由于高效时滞利用率和多独立控制增益相互补偿, 闭环系统稳定性、收敛速度和超调等静态/动态性能较传统记忆/无记忆滑模控制器稳定提升. 同时, 为进一步耦合广义记忆控制时滞信息, 提出一组指数型反凸组合不等式, 通过预置指数型参数, 在不增加计算复杂度的前提下, 降低广义控制镇定条件保守性, 提升控制增益镇定精度. 最后通过数值算例和柔性机械臂实例验证了所提控制方案的有效性.
2025, 51(7): 1688-1702.
doi: 10.16383/j.aas.c240323
cstr: 32138.14.j.aas.c240323
摘要:
针对一类由线性中性稳定的外系统驱动的带有未知非线性函数和外界扰动的控制方向未知非线性系统, 研究基于强化学习的有限时间最优输出调节问题. 首先, 根据调节器方程可解条件和坐标变换, 将控制方向未知非线性系统的输出调节问题转化为控制增益已知的增广系统的镇定问题. 接着利用径向基神经网络去逼近未知非线性函数, 设计具有内模的高增益神经网络自适应观测器去估计不可测的状态, 引入Nussbaum函数来解决控制方向未知问题. 然后, 设计基于神经网络观测器和Nussbaum函数的新的自适应内模, 提出与内模相关的代价函数, 并且在反步法中运用基于强化学习中的执行−评价网络的近似最优算法, 保证了虚拟控制器为最优, 同时结合动态面技术避免反步法中的“复杂度爆炸”问题. 最后, 通过所设计的最优自适应有限时间输出反馈控制器, 不仅使得提出的价值函数达到最优, 而且还确保了闭环系统的信号半全局实际有限时间稳定, 且跟踪误差在期望的任意精度内. 数值仿真验证了所提方法的有效性.
针对一类由线性中性稳定的外系统驱动的带有未知非线性函数和外界扰动的控制方向未知非线性系统, 研究基于强化学习的有限时间最优输出调节问题. 首先, 根据调节器方程可解条件和坐标变换, 将控制方向未知非线性系统的输出调节问题转化为控制增益已知的增广系统的镇定问题. 接着利用径向基神经网络去逼近未知非线性函数, 设计具有内模的高增益神经网络自适应观测器去估计不可测的状态, 引入Nussbaum函数来解决控制方向未知问题. 然后, 设计基于神经网络观测器和Nussbaum函数的新的自适应内模, 提出与内模相关的代价函数, 并且在反步法中运用基于强化学习中的执行−评价网络的近似最优算法, 保证了虚拟控制器为最优, 同时结合动态面技术避免反步法中的“复杂度爆炸”问题. 最后, 通过所设计的最优自适应有限时间输出反馈控制器, 不仅使得提出的价值函数达到最优, 而且还确保了闭环系统的信号半全局实际有限时间稳定, 且跟踪误差在期望的任意精度内. 数值仿真验证了所提方法的有效性.
2025, 51(7): 1703-1714.
doi: 10.16383/j.aas.c230654
cstr: 32138.14.j.aas.c230654
摘要:
考虑多移动机器人编队系统存在模型参数不确定、未知扰动和有限通信资源问题, 提出一种固定时间预定性能的事件触发编队控制方法. 首先, 设计新的固定时间干扰观测器以精确估计系统的复合扰动. 其次, 基于干扰观测器、预定性能函数、反步法和固定时间理论, 并考虑通信资源受限问题, 设计时变阈值事件触发的固定时间预定性能编队控制器, 使得编队误差在固定时间内收敛且满足预定性能要求. 所提出的触发机制可减少因控制器和执行器频繁通信造成的网络资源浪费, 且无Zeno行为发生. 最后, 通过对三个移动机器人进行编队仿真, 验证了所提方法的有效性.
考虑多移动机器人编队系统存在模型参数不确定、未知扰动和有限通信资源问题, 提出一种固定时间预定性能的事件触发编队控制方法. 首先, 设计新的固定时间干扰观测器以精确估计系统的复合扰动. 其次, 基于干扰观测器、预定性能函数、反步法和固定时间理论, 并考虑通信资源受限问题, 设计时变阈值事件触发的固定时间预定性能编队控制器, 使得编队误差在固定时间内收敛且满足预定性能要求. 所提出的触发机制可减少因控制器和执行器频繁通信造成的网络资源浪费, 且无Zeno行为发生. 最后, 通过对三个移动机器人进行编队仿真, 验证了所提方法的有效性.
本刊经同行评议拟录用的文章，目前在编校阶段，尚未确定卷期及页码，已有DOI。
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摘要:
故障检测与诊断技术是保证复杂装备或工业过程正常运行的技术支撑和有效手段, 独立成分分析(Independent component analysis, ICA)作为一种典型的多元统计过程监测(Multivariate statistical process monitoring, MSPM)方法, 可充分挖掘数据的高阶统计信息. 传统ICA方法在预处理阶段采用主成分分析(Principle component analysis, PCA)进行白化和降维, 但PCA的静态性质导致ICA在动态过程监测中的效果不太理想. 为解决这一问题, 提出一种独立慢特征分析(Independent-slow feature analysis, ISFA)建模方法. ISFA以原始观测矩阵和白化矩阵为自变量构造双目标优化函数, 基于牛顿迭代法求解目标函数, 使用网格搜索优化权重系数, 利用指数加权移动平均(Exponentially weighted moving average, EWMA)修正统计量并构建综合检测指标; 最后, 利用数值仿真和电动伺服机构实验验证所提方法的有效性.
故障检测与诊断技术是保证复杂装备或工业过程正常运行的技术支撑和有效手段, 独立成分分析(Independent component analysis, ICA)作为一种典型的多元统计过程监测(Multivariate statistical process monitoring, MSPM)方法, 可充分挖掘数据的高阶统计信息. 传统ICA方法在预处理阶段采用主成分分析(Principle component analysis, PCA)进行白化和降维, 但PCA的静态性质导致ICA在动态过程监测中的效果不太理想. 为解决这一问题, 提出一种独立慢特征分析(Independent-slow feature analysis, ISFA)建模方法. ISFA以原始观测矩阵和白化矩阵为自变量构造双目标优化函数, 基于牛顿迭代法求解目标函数, 使用网格搜索优化权重系数, 利用指数加权移动平均(Exponentially weighted moving average, EWMA)修正统计量并构建综合检测指标; 最后, 利用数值仿真和电动伺服机构实验验证所提方法的有效性.
摘要:
近年来, 大语言模型研究取得了突破性进展. 本文针对大模型分布式训练中通信开销高、算力利用率低的问题, 提出了一种基于Adam-mini优化器的单比特通信压缩算法——单比特Adam-mini. 该算法通过减少二阶动量参数, 使得能够以较小的通信代价精确计算全局二阶动量, 从而简化了通信误差补偿机制的设计. 单比特Adam-mini不仅避免了现有单比特Adam算法中通信开销较大的预热阶段, 还具备可证明的线性加速性质, 确保了分布式训练的高效性. 实验结果表明, 该算法在多种任务上表现优异, 并且可以兼容稀疏压缩器, 为大模型训练提供了更高效的解决方案.
近年来, 大语言模型研究取得了突破性进展. 本文针对大模型分布式训练中通信开销高、算力利用率低的问题, 提出了一种基于Adam-mini优化器的单比特通信压缩算法——单比特Adam-mini. 该算法通过减少二阶动量参数, 使得能够以较小的通信代价精确计算全局二阶动量, 从而简化了通信误差补偿机制的设计. 单比特Adam-mini不仅避免了现有单比特Adam算法中通信开销较大的预热阶段, 还具备可证明的线性加速性质, 确保了分布式训练的高效性. 实验结果表明, 该算法在多种任务上表现优异, 并且可以兼容稀疏压缩器, 为大模型训练提供了更高效的解决方案.
摘要:
针对水下仿生机器人集群的围捕—逃逸问题, 提出一种融合多头自注意力机制的多智能体强化学习策略训练框架. 该框架构建一种基于多头自注意力机制的中心化决策网络, 在提升策略训练效率的同时, 保留了分布式决策架构, 有效增强了个体的自主决策能力与群体间的协同性能. 此外, 针对策略由仿真环境向真实场景迁移过程中动力学建模不精确、感知—动作存在偏差等挑战, 构建一种由真实场景机器鱼运动数据驱动的仿真环境, 有效提升了策略的可迁移性与部署的可靠性. 通过仿真与真实场景实验验证了所提方法在水下仿生机器人协同围捕任务中的有效性. 相较于多智能体近端策略优化算法, 该方法可使平均围捕成功率提升24.3%、平均围捕步长减少30.9%, 显著提升了水下仿生机器人集群的协同围捕效率. 该研究为多智能体强化学习在水下仿生机器人集群任务中的应用提供了新的思路和技术支持.
针对水下仿生机器人集群的围捕—逃逸问题, 提出一种融合多头自注意力机制的多智能体强化学习策略训练框架. 该框架构建一种基于多头自注意力机制的中心化决策网络, 在提升策略训练效率的同时, 保留了分布式决策架构, 有效增强了个体的自主决策能力与群体间的协同性能. 此外, 针对策略由仿真环境向真实场景迁移过程中动力学建模不精确、感知—动作存在偏差等挑战, 构建一种由真实场景机器鱼运动数据驱动的仿真环境, 有效提升了策略的可迁移性与部署的可靠性. 通过仿真与真实场景实验验证了所提方法在水下仿生机器人协同围捕任务中的有效性. 相较于多智能体近端策略优化算法, 该方法可使平均围捕成功率提升24.3%、平均围捕步长减少30.9%, 显著提升了水下仿生机器人集群的协同围捕效率. 该研究为多智能体强化学习在水下仿生机器人集群任务中的应用提供了新的思路和技术支持.
摘要:
多智能体系统是分布式人工智能的重要分支, 通过智能体之间的交互与协作完成复杂的任务. 一致性是协同控制的核心问题, 二分一致性作为一致性的延伸受到了广泛关注. 首先, 介绍一些符号图知识, 给出一阶、二阶、高阶及分数阶多智能体系统的模型及一些二分一致性的定义. 其次, 概述这四类多智能体系统多种二分一致性的研究进展. 此外, 分析有限时间、固定时间和预设时间二分一致性的优势及保守性, 讨论二分一致性和二分输出一致性的特点. 最后, 对多智能体系统二分一致性进行总结与展望.
多智能体系统是分布式人工智能的重要分支, 通过智能体之间的交互与协作完成复杂的任务. 一致性是协同控制的核心问题, 二分一致性作为一致性的延伸受到了广泛关注. 首先, 介绍一些符号图知识, 给出一阶、二阶、高阶及分数阶多智能体系统的模型及一些二分一致性的定义. 其次, 概述这四类多智能体系统多种二分一致性的研究进展. 此外, 分析有限时间、固定时间和预设时间二分一致性的优势及保守性, 讨论二分一致性和二分输出一致性的特点. 最后, 对多智能体系统二分一致性进行总结与展望.
摘要:
空地行人重识别任务旨在包含地面与空中视角的监控相机网络中, 实现对特定行人的精确识别与跨镜关联. 该任务的特有挑战在于克服空地成像设备之间巨大的视角差异对于学习判别性行人身份特征的干扰. 现有工作在行人特征建模方面存在不足, 未充分考虑跨视角特征对齐对识别与检索性能的提升作用. 基于此, 本文提出一种基于隐式特征对齐的空地行人重识别方法, 主要包含两方面的创新: 在模型设计方面, 提出基于自注意力解码器的隐式对齐框架, 通过在解码阶段利用一组可学习的口令特征挖掘行人判别部件区域, 并提取和对齐行人局部特征, 从而实现判别性行人表征的学习; 在优化目标方面, 提出正交性和一致性损失函数, 前者约束口令特征以多样化判别性行人部件为关注点, 后者缓解了跨视角特征表达的偏置分布. 在当前最大可用的空地重识别数据集CARGO上进行实验, 结果表明本文方法在检索性能上优于现有重识别方法, 实现显著的性能提升.
空地行人重识别任务旨在包含地面与空中视角的监控相机网络中, 实现对特定行人的精确识别与跨镜关联. 该任务的特有挑战在于克服空地成像设备之间巨大的视角差异对于学习判别性行人身份特征的干扰. 现有工作在行人特征建模方面存在不足, 未充分考虑跨视角特征对齐对识别与检索性能的提升作用. 基于此, 本文提出一种基于隐式特征对齐的空地行人重识别方法, 主要包含两方面的创新: 在模型设计方面, 提出基于自注意力解码器的隐式对齐框架, 通过在解码阶段利用一组可学习的口令特征挖掘行人判别部件区域, 并提取和对齐行人局部特征, 从而实现判别性行人表征的学习; 在优化目标方面, 提出正交性和一致性损失函数, 前者约束口令特征以多样化判别性行人部件为关注点, 后者缓解了跨视角特征表达的偏置分布. 在当前最大可用的空地重识别数据集CARGO上进行实验, 结果表明本文方法在检索性能上优于现有重识别方法, 实现显著的性能提升.
摘要:
为解决传统图像分类方法边缘信息提取模糊、多尺度特征聚合不充分的问题, 提出全息梯度差分卷积的图像分类网络(HGDNet). HGDNet以ResNet-34为基础网络, 通过设计全息梯度差分卷积(HGDConv)与多尺度特征聚合模块(FARM)实现对图像特征的高效提取与精细聚合. HGDConv通过设计\begin{document}$0^{\circ}$\end{document} \begin{document}$45^{\circ}$\end{document} \begin{document}$90^{\circ}$\end{document} \begin{document}$135^{\circ}$\end{document}
为解决传统图像分类方法边缘信息提取模糊、多尺度特征聚合不充分的问题, 提出全息梯度差分卷积的图像分类网络(HGDNet). HGDNet以ResNet-34为基础网络, 通过设计全息梯度差分卷积(HGDConv)与多尺度特征聚合模块(FARM)实现对图像特征的高效提取与精细聚合. HGDConv通过设计
摘要:
控制系统隐私保护是随着数字化、信息化和智能化的发展而诞生的新兴方向, 具有广泛的实际需求与应用价值, 是现代控制理论在新时代的重要发展. 鉴于此, 本综述从研究背景与意义、国内外现状、未来研究方向及总结与展望四个方面, 对该方向进行系统梳理. 控制系统隐私问题无处不在, 隐私保护对控制系统至关重要. 由于该方向具有交叉性、不确定性、实时性和应用性等特点, 其研究具有挑战性. 在国内外研究现状部分, 详细介绍基于系统结构的方法、基于确定性变换的方法和基于随机混淆或扰动的方法, 并着重阐述同态加密、安全多方计算、差分隐私等常见技术的理论基础及在控制系统中的应用. 针对面临的诸多挑战性问题, 总结未来重点研究方向, 尤其是隐私、控制与通信的一体化设计, 以及隐私保护与系统性能之间的权衡. 最后, 对该方向进行总结与展望, 旨在为相关研究人员提供参考, 进一步推动国家安全战略的实施.
控制系统隐私保护是随着数字化、信息化和智能化的发展而诞生的新兴方向, 具有广泛的实际需求与应用价值, 是现代控制理论在新时代的重要发展. 鉴于此, 本综述从研究背景与意义、国内外现状、未来研究方向及总结与展望四个方面, 对该方向进行系统梳理. 控制系统隐私问题无处不在, 隐私保护对控制系统至关重要. 由于该方向具有交叉性、不确定性、实时性和应用性等特点, 其研究具有挑战性. 在国内外研究现状部分, 详细介绍基于系统结构的方法、基于确定性变换的方法和基于随机混淆或扰动的方法, 并着重阐述同态加密、安全多方计算、差分隐私等常见技术的理论基础及在控制系统中的应用. 针对面临的诸多挑战性问题, 总结未来重点研究方向, 尤其是隐私、控制与通信的一体化设计, 以及隐私保护与系统性能之间的权衡. 最后, 对该方向进行总结与展望, 旨在为相关研究人员提供参考, 进一步推动国家安全战略的实施.
摘要:
滚动轴承剩余使用寿命(RUL)的精准预测是确保设备或系统安全可靠运行的关键. 针对滚动轴承RUL预测中多维退化特征的长期依赖关系难以有效建模的问题, 提出一种双向时间序列建模与注意力机制融合的预测模型——双向时序科尔莫戈洛夫−阿诺尔德注意力网络(Bi-TKAN-Att). 该模型兼具了时序科尔莫戈洛夫−阿诺尔德网络的强时序建模能力和全局注意力机制的关键特征提取能力, 采用双向建模的方式捕捉前后向信息, 最终实现了具有长期依赖多维退化特征的滚动轴承RUL预测. 所提方法在滚动轴承数据集上进行实验验证, 结果表明Bi-TKAN-Att模型在捕获滚动轴承退化特性和提升RUL预测精度方面具有显著优势, 并通过消融实验证明了模型各组件的合理性和有效性, 为滚动轴承的寿命预测提供了全新可行的解决方案.
滚动轴承剩余使用寿命(RUL)的精准预测是确保设备或系统安全可靠运行的关键. 针对滚动轴承RUL预测中多维退化特征的长期依赖关系难以有效建模的问题, 提出一种双向时间序列建模与注意力机制融合的预测模型——双向时序科尔莫戈洛夫−阿诺尔德注意力网络(Bi-TKAN-Att). 该模型兼具了时序科尔莫戈洛夫−阿诺尔德网络的强时序建模能力和全局注意力机制的关键特征提取能力, 采用双向建模的方式捕捉前后向信息, 最终实现了具有长期依赖多维退化特征的滚动轴承RUL预测. 所提方法在滚动轴承数据集上进行实验验证, 结果表明Bi-TKAN-Att模型在捕获滚动轴承退化特性和提升RUL预测精度方面具有显著优势, 并通过消融实验证明了模型各组件的合理性和有效性, 为滚动轴承的寿命预测提供了全新可行的解决方案.
摘要:
约束多目标优化问题主要考虑如何在复杂约束条件下同时优化多个相互冲突的目标, 其广泛存在于工程实践中. 解决多目标优化问题的关键在于约束满足和目标优化之间的平衡. 然而, 当问题具有复杂可行域时, 现有算法往往存在选择压力大小的矛盾: 若算法的选择压力较大, 种群容易陷入局部最优; 若算法的选择压力较小, 种群则难以搜索到完整的约束前沿. 针对此, 提出一种双种群协同进化约束多目标优化算法. 所提算法采用双种群协同进化框架, 引入粒子群和向量群以实现种群间的信息共享和优势互补. 其中粒子群使用带有辅助档案的粒子群优化器, 通过粒子间的相互学习实现快速收敛, 而辅助档案则借助逃逸机制帮助粒子群跳出局部最优. 同时, 设计一种新的\begin{document}$\epsilon$\end{document}
约束多目标优化问题主要考虑如何在复杂约束条件下同时优化多个相互冲突的目标, 其广泛存在于工程实践中. 解决多目标优化问题的关键在于约束满足和目标优化之间的平衡. 然而, 当问题具有复杂可行域时, 现有算法往往存在选择压力大小的矛盾: 若算法的选择压力较大, 种群容易陷入局部最优; 若算法的选择压力较小, 种群则难以搜索到完整的约束前沿. 针对此, 提出一种双种群协同进化约束多目标优化算法. 所提算法采用双种群协同进化框架, 引入粒子群和向量群以实现种群间的信息共享和优势互补. 其中粒子群使用带有辅助档案的粒子群优化器, 通过粒子间的相互学习实现快速收敛, 而辅助档案则借助逃逸机制帮助粒子群跳出局部最优. 同时, 设计一种新的
摘要:
联合稀疏角度CT重建和金属伪影校正任务旨在通过受金属迹污染的少视角投影数据重建高质量的CT图像. 现有稀疏角度CT重建方法和金属伪影校正方法通常依赖于CT图像或投影数据, 但其存在临床投影数据难以获取和校正精度差的问题. 为解决这些问题, 提出一种基于伪影提示Transformer的图像域方法, 仅利用受伪影影响的CT图像即可同时实现稀疏角度CT重建和金属伪影校正. 该方法将伪影区域作为提示, 并将提示特征融入Transformer提取的特征中, 提出伪影提示Transformer架构. 该架构能够通过伪影区域特征提示, 利用伪影区域和非伪影区域之间的全局上下文相关性提升伪影校正精度. 针对多种伪影校正问题, 在包含伪影的CT图像上构建伪影区域估计网络来估计伪影区域, 并设计由局部信息提取模块、伪影区域注意力模块和通道注意力融合模块构成的局部−全局信息交互网络来融合局部与全局信息. 实验结果表明, 该方法能够同时进行高精度CT重建并有效去除金属伪影.
联合稀疏角度CT重建和金属伪影校正任务旨在通过受金属迹污染的少视角投影数据重建高质量的CT图像. 现有稀疏角度CT重建方法和金属伪影校正方法通常依赖于CT图像或投影数据, 但其存在临床投影数据难以获取和校正精度差的问题. 为解决这些问题, 提出一种基于伪影提示Transformer的图像域方法, 仅利用受伪影影响的CT图像即可同时实现稀疏角度CT重建和金属伪影校正. 该方法将伪影区域作为提示, 并将提示特征融入Transformer提取的特征中, 提出伪影提示Transformer架构. 该架构能够通过伪影区域特征提示, 利用伪影区域和非伪影区域之间的全局上下文相关性提升伪影校正精度. 针对多种伪影校正问题, 在包含伪影的CT图像上构建伪影区域估计网络来估计伪影区域, 并设计由局部信息提取模块、伪影区域注意力模块和通道注意力融合模块构成的局部−全局信息交互网络来融合局部与全局信息. 实验结果表明, 该方法能够同时进行高精度CT重建并有效去除金属伪影.
摘要:
研究无人水面舰艇−无人机(USVs-UAV)系统中基于电量状态的编队控制、避障与轨迹跟踪问题, 提出一种分布式模型预测控制方法以实现多无人载具协同. 第一, 基于USV电量设计编队模型, 实时调整编队构型. 第二, 设计空海协同避障机制, 利用UAV空中高度优势构建障碍物监测网络, 实时更新水面障碍物信息至USV群. 第三, 优化控制框架将编队控制、避障与轨迹跟踪问题统一转化为带约束的优化问题, 通过求解最优控制输入实现多无人载具协同.
研究无人水面舰艇−无人机(USVs-UAV)系统中基于电量状态的编队控制、避障与轨迹跟踪问题, 提出一种分布式模型预测控制方法以实现多无人载具协同. 第一, 基于USV电量设计编队模型, 实时调整编队构型. 第二, 设计空海协同避障机制, 利用UAV空中高度优势构建障碍物监测网络, 实时更新水面障碍物信息至USV群. 第三, 优化控制框架将编队控制、避障与轨迹跟踪问题统一转化为带约束的优化问题, 通过求解最优控制输入实现多无人载具协同.
摘要:
模型集成对抗攻击通过整合多个替代模型的梯度信息, 能够显著增强对抗样本的跨模型迁移能力, 是当前黑盒攻击中最具潜力的策略之一. 然而, 现有集成方法在动态加权过程中通常依赖扰动引起的预测误差作为权重依据, 未能有效区分扰动作用与模型自身固有误差. 由此可能高估低质量模型对扰动优化的贡献, 干扰攻击方向, 进而削弱对抗样本的实际迁移效果. 鉴于此, 提出基于扰动响应的自适应集成黑盒对抗攻击算法(Perturbation response-based adaptive ensemble black-box adversarial attack algorithm, PRA-EA). 首先, 提出扰动响应感知的权重分配策略(Perturbation response-aware weight allocation, PRA-WA), 通过引入KL散度与集成相似度指标来衡量扰动对模型输出的真实影响, 避免低质量模型对集成过程的干扰; 其次, 提出梯度协同扰动缩放策略(Gradient-collaborative based perturbation scaling, GCPS), 结合像素级梯度一致性度量, 动态调整扰动幅度, 缓解集成过程中的局部过拟合现象, 增强对抗样本在多模型间的泛化能力; 最后, 在多个黑盒攻击任务中进行综合评估, 实验结果表明所提出的基于扰动响应的自适应集成黑盒对抗攻击算法在迁移性能、攻击成功率与扰动效率方面均显著优于现有方法.
模型集成对抗攻击通过整合多个替代模型的梯度信息, 能够显著增强对抗样本的跨模型迁移能力, 是当前黑盒攻击中最具潜力的策略之一. 然而, 现有集成方法在动态加权过程中通常依赖扰动引起的预测误差作为权重依据, 未能有效区分扰动作用与模型自身固有误差. 由此可能高估低质量模型对扰动优化的贡献, 干扰攻击方向, 进而削弱对抗样本的实际迁移效果. 鉴于此, 提出基于扰动响应的自适应集成黑盒对抗攻击算法(Perturbation response-based adaptive ensemble black-box adversarial attack algorithm, PRA-EA). 首先, 提出扰动响应感知的权重分配策略(Perturbation response-aware weight allocation, PRA-WA), 通过引入KL散度与集成相似度指标来衡量扰动对模型输出的真实影响, 避免低质量模型对集成过程的干扰; 其次, 提出梯度协同扰动缩放策略(Gradient-collaborative based perturbation scaling, GCPS), 结合像素级梯度一致性度量, 动态调整扰动幅度, 缓解集成过程中的局部过拟合现象, 增强对抗样本在多模型间的泛化能力; 最后, 在多个黑盒攻击任务中进行综合评估, 实验结果表明所提出的基于扰动响应的自适应集成黑盒对抗攻击算法在迁移性能、攻击成功率与扰动效率方面均显著优于现有方法.
摘要:
在开放交通场景, 智能网联汽车仍然存在安全可信性弱、交互属性不足等关键瓶颈问题. 随着人工智能(AI)的发展和深度学习的突破, AI模型在自动驾驶领域取得了显著成果, 可以应用于自动驾驶中的场景理解和推理. 本文对基于信息融合的智能网联汽车安全交互决策研究进行综述, 首先梳理开放场景交通感知和理解方面的研究, 然后探讨具有社会交互属性的决策规划模型, 最后总结针对AI模型幻觉的安全验证技术, 通过结合三方面研究, 充分利用AI模型的强大能力实现“熟练司机”驾驶技能, 并讨论安全保障技术, 弥补AI模型“偶尔犯错”的不足, 有望解决自动驾驶安全长尾问题, 进一步推动自动驾驶技术的发展.
在开放交通场景, 智能网联汽车仍然存在安全可信性弱、交互属性不足等关键瓶颈问题. 随着人工智能(AI)的发展和深度学习的突破, AI模型在自动驾驶领域取得了显著成果, 可以应用于自动驾驶中的场景理解和推理. 本文对基于信息融合的智能网联汽车安全交互决策研究进行综述, 首先梳理开放场景交通感知和理解方面的研究, 然后探讨具有社会交互属性的决策规划模型, 最后总结针对AI模型幻觉的安全验证技术, 通过结合三方面研究, 充分利用AI模型的强大能力实现“熟练司机”驾驶技能, 并讨论安全保障技术, 弥补AI模型“偶尔犯错”的不足, 有望解决自动驾驶安全长尾问题, 进一步推动自动驾驶技术的发展.
摘要:
生物制药在保障国计民生和国家安全方面发挥着至关重要的作用, 加快机器人技术、人工智能与生物医学的深度融合, 对于提升新药研发效率、应对公共卫生危机具有重要意义. 在生化实验室中, 随着新药制备流程日益复杂, 机器人技术在高精度液体处理、样品分析和实验自动化等关键操作中发挥着至关重要的作用. 然而, 现有机器人技术在环境感知、协同工作以及动态适应能力等方面仍存在局限性. 近年来, 深度学习、跨模态感知和大模型等领域的快速发展, 使得机器人在复杂生化实验室场景中的应用前景愈加广阔. 本文从智能生化实验室的具体需求出发, 重点探讨机器人在环境感知、任务与运动规划以及协同控制等关键技术的最新进展. 随后, 列举国内外在智能生化实验室领域的应用案例, 深入分析机器人技术在实验室环境中的实际应用现状. 最后, 总结智能生化实验室的技术发展趋势及面临的挑战, 为未来研究方向提供参考.
生物制药在保障国计民生和国家安全方面发挥着至关重要的作用, 加快机器人技术、人工智能与生物医学的深度融合, 对于提升新药研发效率、应对公共卫生危机具有重要意义. 在生化实验室中, 随着新药制备流程日益复杂, 机器人技术在高精度液体处理、样品分析和实验自动化等关键操作中发挥着至关重要的作用. 然而, 现有机器人技术在环境感知、协同工作以及动态适应能力等方面仍存在局限性. 近年来, 深度学习、跨模态感知和大模型等领域的快速发展, 使得机器人在复杂生化实验室场景中的应用前景愈加广阔. 本文从智能生化实验室的具体需求出发, 重点探讨机器人在环境感知、任务与运动规划以及协同控制等关键技术的最新进展. 随后, 列举国内外在智能生化实验室领域的应用案例, 深入分析机器人技术在实验室环境中的实际应用现状. 最后, 总结智能生化实验室的技术发展趋势及面临的挑战, 为未来研究方向提供参考.
摘要:
大语言模型因其强大的生成和理解能力受到广泛关注, 但在获取实时信息和执行复杂计算上仍存在局限性. 为使其更好地响应用户需求, 赋予大语言模型工具使用能力成为当下的研究热点. 首先, 明确大语言模型工具使用的基本概念, 并按照时间顺序梳理工具使用的发展脉络. 随后, 总结与工具使用相关的数据集和技术方法, 并分析其在智能体和具身智能等领域的应用. 最后, 梳理大语言模型工具使用领域未来的研究重点与发展方向.
大语言模型因其强大的生成和理解能力受到广泛关注, 但在获取实时信息和执行复杂计算上仍存在局限性. 为使其更好地响应用户需求, 赋予大语言模型工具使用能力成为当下的研究热点. 首先, 明确大语言模型工具使用的基本概念, 并按照时间顺序梳理工具使用的发展脉络. 随后, 总结与工具使用相关的数据集和技术方法, 并分析其在智能体和具身智能等领域的应用. 最后, 梳理大语言模型工具使用领域未来的研究重点与发展方向.
摘要:
针对水下采集的图像存在模糊、低对比度和颜色失真等低质量问题, 提出一种基于相对总变差统计线的水下图像快速增强方法. 首先, 采用线性拉伸的方法来校正图像的颜色信息, 消除颜色偏差并恢复图像的自然度. 其次, 基于大气散射模型, 结合图像的纹理信息构建水下图像的相对总变差统计线模型, 利用该模型准确估计图像深度图. 此外, 提出一种基于图像分块细分的水下背景光估计方法, 得到鲁棒的全局背景光估计值. 最后, 在估计的背景光和深度图基础上得到符合人眼感官视觉的水下增强图像. 实验结果表明, 所提方法不仅在主客观图像质量评价上具有明显优势, 而且在计算效率上优于现有的先进方法.
针对水下采集的图像存在模糊、低对比度和颜色失真等低质量问题, 提出一种基于相对总变差统计线的水下图像快速增强方法. 首先, 采用线性拉伸的方法来校正图像的颜色信息, 消除颜色偏差并恢复图像的自然度. 其次, 基于大气散射模型, 结合图像的纹理信息构建水下图像的相对总变差统计线模型, 利用该模型准确估计图像深度图. 此外, 提出一种基于图像分块细分的水下背景光估计方法, 得到鲁棒的全局背景光估计值. 最后, 在估计的背景光和深度图基础上得到符合人眼感官视觉的水下增强图像. 实验结果表明, 所提方法不仅在主客观图像质量评价上具有明显优势, 而且在计算效率上优于现有的先进方法.
摘要:
高炉炼铁过程是钢铁冶炼制造中能耗最大、成本最高、排放最多的核心环节, 其能耗、成本约占钢铁流程的70%, 而碳排放占总排放的近80%, 其平稳生产决定着整个钢铁制造流程的生产水平. 为此, 高效的高炉炼铁过程故障检测与诊断, 是保障钢铁制造流程生产的有效手段, 也是近年业界与学界的研究热点. 立足于该领域的未来发展需求, 首先总结国内外研究现状, 着重于近20年来数据驱动方法在高炉炼铁过程故障检测与诊断; 其次, 按照数据量需求, 阐述并分析不同技术方法基本思想、优势与不足, 并分类概述最新技术进展; 最后, 提出未来发展趋势, 以期对高炉炼铁过程故障检测与诊断的持续发展提供参考.
高炉炼铁过程是钢铁冶炼制造中能耗最大、成本最高、排放最多的核心环节, 其能耗、成本约占钢铁流程的70%, 而碳排放占总排放的近80%, 其平稳生产决定着整个钢铁制造流程的生产水平. 为此, 高效的高炉炼铁过程故障检测与诊断, 是保障钢铁制造流程生产的有效手段, 也是近年业界与学界的研究热点. 立足于该领域的未来发展需求, 首先总结国内外研究现状, 着重于近20年来数据驱动方法在高炉炼铁过程故障检测与诊断; 其次, 按照数据量需求, 阐述并分析不同技术方法基本思想、优势与不足, 并分类概述最新技术进展; 最后, 提出未来发展趋势, 以期对高炉炼铁过程故障检测与诊断的持续发展提供参考.
摘要:
以深度学习为代表的机器学习方法已经在多个领域取得显著进展, 然而大多方法局限于静态场景, 难以像人类一样在开放世界的动态场景中不断学习新知识, 同时保持已经学过的知识. 为解决该挑战, 持续学习受到越来越多的关注. 现有的持续学习方法大致可以分为两类, 即传统的非预训练模型持续学习方法以及大模型时代下逐步演进的预训练模型持续学习方法. 本文旨在对这两类方法的研究进展进行详细的综述, 主要从四个层面对比非预训练模型和预训练模型方法的异同点, 即数据层面、模型层面、损失/优化层面以及理论层面. 着重分析从应用非预训练模型的方法发展到应用预训练模型的方法的技术变化, 并分析出现此类差异的内在本质. 最后, 总结并展望未来持续学习发展的趋势.
以深度学习为代表的机器学习方法已经在多个领域取得显著进展, 然而大多方法局限于静态场景, 难以像人类一样在开放世界的动态场景中不断学习新知识, 同时保持已经学过的知识. 为解决该挑战, 持续学习受到越来越多的关注. 现有的持续学习方法大致可以分为两类, 即传统的非预训练模型持续学习方法以及大模型时代下逐步演进的预训练模型持续学习方法. 本文旨在对这两类方法的研究进展进行详细的综述, 主要从四个层面对比非预训练模型和预训练模型方法的异同点, 即数据层面、模型层面、损失/优化层面以及理论层面. 着重分析从应用非预训练模型的方法发展到应用预训练模型的方法的技术变化, 并分析出现此类差异的内在本质. 最后, 总结并展望未来持续学习发展的趋势.
摘要:
研究带宽受限的非平衡有向多智能体网络环境下的在线分布式复合Bandit优化问题. 该问题中每个智能体的局部目标函数具有复合结构: 其一为梯度信息不可获取的时变损失函数, 其二为具有特定结构的正则化项. 为应对网络带宽的受限, 设计具有控制因子的边缘动态事件触发通信协议, 以降低通信开销. 同时, 针对局部损失函数梯度信息难以获取的挑战, 分别引入单点和两点梯度估计方法, 以支撑损失函数梯度信息的获取. 基于此, 结合近端算子, 分别设计仅要求加权邻接矩阵满足行随机性质的在线分布式复合单点和两点Bandit优化算法, 并使用动态遗憾指标分析两种算法的收敛性. 结果表明, 在合理的假设和参数设定下, 两种算法在期望意义下分别可获得\begin{document}${\cal{O}}({K^\frac{3}{4}}(1+{{\cal{P}}_K}))$\end{document} \begin{document}${\cal{O}}({K^\frac{1}{2}}(1+{{\cal{P}}_K}))$\end{document} \begin{document}$K$\end{document} \begin{document}${\cal{P}}_K$\end{document} \begin{document}${\cal{P}}_K$\end{document} \begin{document}${\cal{O}}({K^\frac{3}{4}}\sqrt{1+{{\cal{P}}_K}})$\end{document} \begin{document}${\cal{O}}({K^\frac{1}{2}}\sqrt{1+{{\cal{P}}_K}})$\end{document}
研究带宽受限的非平衡有向多智能体网络环境下的在线分布式复合Bandit优化问题. 该问题中每个智能体的局部目标函数具有复合结构: 其一为梯度信息不可获取的时变损失函数, 其二为具有特定结构的正则化项. 为应对网络带宽的受限, 设计具有控制因子的边缘动态事件触发通信协议, 以降低通信开销. 同时, 针对局部损失函数梯度信息难以获取的挑战, 分别引入单点和两点梯度估计方法, 以支撑损失函数梯度信息的获取. 基于此, 结合近端算子, 分别设计仅要求加权邻接矩阵满足行随机性质的在线分布式复合单点和两点Bandit优化算法, 并使用动态遗憾指标分析两种算法的收敛性. 结果表明, 在合理的假设和参数设定下, 两种算法在期望意义下分别可获得
摘要:
基于有向图的邻接矩阵和距离矩阵, 提出有向图顶点度集、距离谱与距离和集的定义, 将基于邻接矩阵的同构判定条件推广到简单有向图的距离矩阵. 在此基础上, 给出两个简单有向图的同构性判据, 这两个判据均可判定任意两个简单有向图是否同构; 给出复杂有向图的同构性判据, 该判据可判定任意两个复杂有向图是否同构. 上述三个判据均是充要条件且均具有多项式时间复杂度.
基于有向图的邻接矩阵和距离矩阵, 提出有向图顶点度集、距离谱与距离和集的定义, 将基于邻接矩阵的同构判定条件推广到简单有向图的距离矩阵. 在此基础上, 给出两个简单有向图的同构性判据, 这两个判据均可判定任意两个简单有向图是否同构; 给出复杂有向图的同构性判据, 该判据可判定任意两个复杂有向图是否同构. 上述三个判据均是充要条件且均具有多项式时间复杂度.
摘要:
视频插帧技术是视频处理领域的研究热点问题. 它通过生成中间帧来提高视频的帧率, 从而使视频播放更加流畅, 在老视频修复、电影后期制作和慢动作生成等领域发挥着重要的作用. 随着深度学习技术的迅猛发展, 基于深度学习的视频插帧技术已经成为主流. 本文全面综述现有的基于深度学习的视频插帧工作, 并且深入分析这些方法的优点与不足. 随后, 详细介绍视频插帧领域的常用数据集, 这些数据集为视频插帧相关研究和算法训练提供重要支撑. 最后, 对当前视频插帧研究中仍然存在的挑战进行深入思考, 并且从多个角度展望未来的研究方向, 旨在为该领域后续的发展提供参考.
视频插帧技术是视频处理领域的研究热点问题. 它通过生成中间帧来提高视频的帧率, 从而使视频播放更加流畅, 在老视频修复、电影后期制作和慢动作生成等领域发挥着重要的作用. 随着深度学习技术的迅猛发展, 基于深度学习的视频插帧技术已经成为主流. 本文全面综述现有的基于深度学习的视频插帧工作, 并且深入分析这些方法的优点与不足. 随后, 详细介绍视频插帧领域的常用数据集, 这些数据集为视频插帧相关研究和算法训练提供重要支撑. 最后, 对当前视频插帧研究中仍然存在的挑战进行深入思考, 并且从多个角度展望未来的研究方向, 旨在为该领域后续的发展提供参考.
摘要:
针对具有Snapback层间耦合框架的多层网络化数据采样系统的状态能控性展开研究. 首先构建出多层Snapback网络化数据采样系统的数学模型, 并推导出通用三层Snapback网络化数据采样系统能控性的充要条件, 揭示了层内网络拓扑结构, 节点动力学, 外部控制输入, 数据采样及层间耦合框架等因素对能控性的影响. 然后, 针对层内耦合矩阵为可对角化矩阵的基本Snapback网络化数据采样系统, 进一步简化了其能控性条件, 并将其结论进行了推广. 最后, 考虑由简单Snapback结构叠加而成的复合Snapback多层网络, 给出网络化数据采样系统能控性的充分条件. 通过例子验证了本文给出的结论.
针对具有Snapback层间耦合框架的多层网络化数据采样系统的状态能控性展开研究. 首先构建出多层Snapback网络化数据采样系统的数学模型, 并推导出通用三层Snapback网络化数据采样系统能控性的充要条件, 揭示了层内网络拓扑结构, 节点动力学, 外部控制输入, 数据采样及层间耦合框架等因素对能控性的影响. 然后, 针对层内耦合矩阵为可对角化矩阵的基本Snapback网络化数据采样系统, 进一步简化了其能控性条件, 并将其结论进行了推广. 最后, 考虑由简单Snapback结构叠加而成的复合Snapback多层网络, 给出网络化数据采样系统能控性的充分条件. 通过例子验证了本文给出的结论.
摘要:
针对多智能体强化学习中隐私泄露及联邦强化学习在多微网设备异构环境下失效的问题, 提出了一种基于个性化联邦强化学习的异构多区域微电网能量调度方法. 该方法将状态—动作对拆分为“私有”和“共有”两类, 分别输入模块化Critic网络中的私有解构层和公有解构层, 仅在前者中部署联邦框架, 既实现了公共设备网络参数的同步共享, 又保留了各区域私有设备的个性化训练, 从而在保护数据隐私的前提下完成协同优化; 同时, 引入多Critic网络随机抽样架构进行本地训练, 有效缓解Q值高估导致的策略性能下降问题. 最后, 基于三类典型微电网模型构成的异构多区域微网系统开展仿真实验. 结果表明该方法可有效克服设备异构限制, 使区域智能体快速收敛至接近最优的策略, 合理分配设备出力, 实现多微网实时能量调度并提升经济效益.
针对多智能体强化学习中隐私泄露及联邦强化学习在多微网设备异构环境下失效的问题, 提出了一种基于个性化联邦强化学习的异构多区域微电网能量调度方法. 该方法将状态—动作对拆分为“私有”和“共有”两类, 分别输入模块化Critic网络中的私有解构层和公有解构层, 仅在前者中部署联邦框架, 既实现了公共设备网络参数的同步共享, 又保留了各区域私有设备的个性化训练, 从而在保护数据隐私的前提下完成协同优化; 同时, 引入多Critic网络随机抽样架构进行本地训练, 有效缓解Q值高估导致的策略性能下降问题. 最后, 基于三类典型微电网模型构成的异构多区域微网系统开展仿真实验. 结果表明该方法可有效克服设备异构限制, 使区域智能体快速收敛至接近最优的策略, 合理分配设备出力, 实现多微网实时能量调度并提升经济效益.
摘要:
因果关系挖掘对工业过程异常工况定位和控制方案推理至关重要. 然而, 传统的因果关系挖掘方法缺乏对时空动态变化的综合考虑, 难以有效消除虚假因果关系. 针对上述问题, 提出了基于跨时空稳定因果动态贝叶斯网络的工业过程安全控制方法. 该方法利用稳定学习(Stable learning, SL)挖掘并优化不同时空数据分布下的因果一致性特征, 确保所挖掘的因果关系在不同时空单元中具有稳定性. 在此基础上, 利用动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian network, DBN)引入滞后节点, 捕捉时序数据中的滞后依赖关系, 刻画因果关系的时空演化特性并利用信息熵建立因果关系筛选机制. 此外, 采用基于协变量平衡的样本重加权技术, 通过调整样本权重, 使模型能够更准确地反映理想情况下的因果特性. 最后, 选取12种典型工况案例验证了方法的有效性.
因果关系挖掘对工业过程异常工况定位和控制方案推理至关重要. 然而, 传统的因果关系挖掘方法缺乏对时空动态变化的综合考虑, 难以有效消除虚假因果关系. 针对上述问题, 提出了基于跨时空稳定因果动态贝叶斯网络的工业过程安全控制方法. 该方法利用稳定学习(Stable learning, SL)挖掘并优化不同时空数据分布下的因果一致性特征, 确保所挖掘的因果关系在不同时空单元中具有稳定性. 在此基础上, 利用动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian network, DBN)引入滞后节点, 捕捉时序数据中的滞后依赖关系, 刻画因果关系的时空演化特性并利用信息熵建立因果关系筛选机制. 此外, 采用基于协变量平衡的样本重加权技术, 通过调整样本权重, 使模型能够更准确地反映理想情况下的因果特性. 最后, 选取12种典型工况案例验证了方法的有效性.
摘要:
机器学习中的诸多非凸优化问题, 如鲁棒相位恢复、低秩矩阵补全以及稀疏字典学习等, 本质上可归结为弱凸优化问题. 然而, 弱凸优化问题固有的非凸特性使得此类问题的求解极具挑战. 此外, 由于系统复杂度和问题规模的增加以及相关参数的分布式存储需求, 传统基于单个个体的集中式计算框架难以高效求解此类问题. 针对上述挑战, 设计了一种分布式镜像下降算法, 并从Bregman-Moreau包络的角度分析了其收敛性, 证明了算法的收敛速度为\begin{document}${O}(\ln K/{\sqrt K})$\end{document} \begin{document}$K$\end{document}
机器学习中的诸多非凸优化问题, 如鲁棒相位恢复、低秩矩阵补全以及稀疏字典学习等, 本质上可归结为弱凸优化问题. 然而, 弱凸优化问题固有的非凸特性使得此类问题的求解极具挑战. 此外, 由于系统复杂度和问题规模的增加以及相关参数的分布式存储需求, 传统基于单个个体的集中式计算框架难以高效求解此类问题. 针对上述挑战, 设计了一种分布式镜像下降算法, 并从Bregman-Moreau包络的角度分析了其收敛性, 证明了算法的收敛速度为
摘要:
面对复杂系统装配对高精度、高时效协同的迫切需求, 飞机总装制造亟需构建具备感知−传输−控制一体化能力的现场级工业网络系统. 为此, 本文率先建立现场级网络控制系统容量模型, 提出双向融合−协同管控的工业互联网新型架构. 围绕感知、传输、计算与控制的全链条任务闭环, 系统构建多维时效性综合评价指标体系, 深入探索多域异构资源的联合调度与协同优化机制. 最后, 面向飞机总装过程中活动面动态测量与多工序协同优化, 设计并实现高保真数字孪生验证平台, 有效支撑理论模型、控制策略与实际部署之间的闭环映射.
面对复杂系统装配对高精度、高时效协同的迫切需求, 飞机总装制造亟需构建具备感知−传输−控制一体化能力的现场级工业网络系统. 为此, 本文率先建立现场级网络控制系统容量模型, 提出双向融合−协同管控的工业互联网新型架构. 围绕感知、传输、计算与控制的全链条任务闭环, 系统构建多维时效性综合评价指标体系, 深入探索多域异构资源的联合调度与协同优化机制. 最后, 面向飞机总装过程中活动面动态测量与多工序协同优化, 设计并实现高保真数字孪生验证平台, 有效支撑理论模型、控制策略与实际部署之间的闭环映射.
摘要:
针对多队列系统中的车辆编队协同控制问题, 研究了在单向通信下实现高效队列协同的方法. 首先, 建立了多队列系统的车辆动力学模型, 设计了以各队列领航车为根节点的全局通信拓扑, 以支持信息在队列内和队列间的传递. 基于此拓扑结构, 提出了一种包含队列内和队列间耦合约束的分布式模型预测控制方法, 分别针对队列内跟随车辆和队列间领航车辆制定了不同的局部优化问题, 以实现车辆和队列的并行优化. 其次, 通过Lyapunov稳定性分析, 证明了所提控制方法在单向通信拓扑下的渐近稳定性, 并推导了保证系统弦稳定性的参数设计条件. 数值仿真对比分析了三种队列间通信拓扑结构(领航车-尾车跟踪、领航车-领航车跟踪、领航车与领航车-尾车结合策略)的控制效果, 结果表明领航车与领航车-尾车结合策略在响应速度和系统稳定性之间取得了最佳平衡. 此外, 研究还验证了所提方法对不同惯性滞后参数和异质车辆特性的适应能力, 为多队列车辆系统的协同控制提供了理论基础和实用方法, 对智能交通系统的实际应用具有重要参考价值.
针对多队列系统中的车辆编队协同控制问题, 研究了在单向通信下实现高效队列协同的方法. 首先, 建立了多队列系统的车辆动力学模型, 设计了以各队列领航车为根节点的全局通信拓扑, 以支持信息在队列内和队列间的传递. 基于此拓扑结构, 提出了一种包含队列内和队列间耦合约束的分布式模型预测控制方法, 分别针对队列内跟随车辆和队列间领航车辆制定了不同的局部优化问题, 以实现车辆和队列的并行优化. 其次, 通过Lyapunov稳定性分析, 证明了所提控制方法在单向通信拓扑下的渐近稳定性, 并推导了保证系统弦稳定性的参数设计条件. 数值仿真对比分析了三种队列间通信拓扑结构(领航车-尾车跟踪、领航车-领航车跟踪、领航车与领航车-尾车结合策略)的控制效果, 结果表明领航车与领航车-尾车结合策略在响应速度和系统稳定性之间取得了最佳平衡. 此外, 研究还验证了所提方法对不同惯性滞后参数和异质车辆特性的适应能力, 为多队列车辆系统的协同控制提供了理论基础和实用方法, 对智能交通系统的实际应用具有重要参考价值.
摘要:
因果推理在复杂工业系统中对产能分析和产出优化具有重要意义. 然而, 现有方法难以有效处理这种高度非线性和时延的复杂因果关系. 为此提出了一种基于Koopman特征核的时频因果与时延推理网络(Koopman feature kernel-based time-frequency causal and delay inference network, KTFCDN), 用于复杂工业过程的因果分析与时延识别. 该方法结合Koopman特征变换与再生核理论设计了核回归层, 在保留时间信息的基础上, 将数据映射到高维再生核希尔伯特空间以提取时不变的非线性关系. 同时, 通过证明非线性格兰杰因果关系在时频域上的一致性, 进而在时域上融入频域特征以提取时间维度的全局信息并捕获变量间的时延关系. 此外, 针对长时延问题, 设计了基于状态空间模型的时延发现网络. 实验结果表明, 该方法在三个公共数据集上表现优异, 并在聚酯纤维酯化过程的实际应用中进一步验证了其有效性.
因果推理在复杂工业系统中对产能分析和产出优化具有重要意义. 然而, 现有方法难以有效处理这种高度非线性和时延的复杂因果关系. 为此提出了一种基于Koopman特征核的时频因果与时延推理网络(Koopman feature kernel-based time-frequency causal and delay inference network, KTFCDN), 用于复杂工业过程的因果分析与时延识别. 该方法结合Koopman特征变换与再生核理论设计了核回归层, 在保留时间信息的基础上, 将数据映射到高维再生核希尔伯特空间以提取时不变的非线性关系. 同时, 通过证明非线性格兰杰因果关系在时频域上的一致性, 进而在时域上融入频域特征以提取时间维度的全局信息并捕获变量间的时延关系. 此外, 针对长时延问题, 设计了基于状态空间模型的时延发现网络. 实验结果表明, 该方法在三个公共数据集上表现优异, 并在聚酯纤维酯化过程的实际应用中进一步验证了其有效性.
摘要:
工业视频网络是由工业网络系统现场层的视觉感知终端组成的网络, 是实现工业网络系统泛在感知的重要基石. 通过支持边缘计算层和现场设备层之间的交互和物联, 工业视频网络将独立的视觉传感器单元无线连接、边缘处理, 以实现空间分散下的协作监控和精确感知. 它具有感知维度高, 网络动态性强, 感知与传输、计算、存储紧密耦合等突出特性. 如何在计算、网络、存储资源受限环境下实现终端压缩提纯、边缘协作处理、云端敏捷分析, 是这类系统研究的新挑战. 本文首先简述工业视频网络的定义和主要特征; 其次分析工业视频网络智能感知面临的挑战和关键问题; 然后综述基于边缘计算的工业视频网络智能感知关键技术的研究进展; 最后对工业视频网络智能感知的未来研究方向和潜在应用前景进行总结和展望.
工业视频网络是由工业网络系统现场层的视觉感知终端组成的网络, 是实现工业网络系统泛在感知的重要基石. 通过支持边缘计算层和现场设备层之间的交互和物联, 工业视频网络将独立的视觉传感器单元无线连接、边缘处理, 以实现空间分散下的协作监控和精确感知. 它具有感知维度高, 网络动态性强, 感知与传输、计算、存储紧密耦合等突出特性. 如何在计算、网络、存储资源受限环境下实现终端压缩提纯、边缘协作处理、云端敏捷分析, 是这类系统研究的新挑战. 本文首先简述工业视频网络的定义和主要特征; 其次分析工业视频网络智能感知面临的挑战和关键问题; 然后综述基于边缘计算的工业视频网络智能感知关键技术的研究进展; 最后对工业视频网络智能感知的未来研究方向和潜在应用前景进行总结和展望.
摘要:
城市固废焚烧(MSWI)已成为解决城市环境问题并实现可再生能源循环利用的主流技术, 其对应系统具有参数多、耦合性强、非线性显著等特性, 需采用先进过程控制(APC)技术以确保平稳运行. 本文进行面向MSWI过程神经网络控制(NNC)综述以弥补该领域的缺失和促进深入研究. 首先, 描述典型MSWI过程工艺, 分析其控制问题与控制目标, 明确控制复杂性, 概述NNC及其优势. 其次, 综述面向控制的机理与数据驱动焚烧炉模型. 随后, 简要分析和介绍非NNC控制器设计在MSWI过程的研究现状. 接着, 详细综述面向NNC的浅层和模糊控制器设计, 网络参数、网络结构和事件触发在线更新算法以及稳定性分析的研究现状, 并进行控制性能分析. 然后, 展望未来研究方向. 最后, 给出结论.
城市固废焚烧(MSWI)已成为解决城市环境问题并实现可再生能源循环利用的主流技术, 其对应系统具有参数多、耦合性强、非线性显著等特性, 需采用先进过程控制(APC)技术以确保平稳运行. 本文进行面向MSWI过程神经网络控制(NNC)综述以弥补该领域的缺失和促进深入研究. 首先, 描述典型MSWI过程工艺, 分析其控制问题与控制目标, 明确控制复杂性, 概述NNC及其优势. 其次, 综述面向控制的机理与数据驱动焚烧炉模型. 随后, 简要分析和介绍非NNC控制器设计在MSWI过程的研究现状. 接着, 详细综述面向NNC的浅层和模糊控制器设计, 网络参数、网络结构和事件触发在线更新算法以及稳定性分析的研究现状, 并进行控制性能分析. 然后, 展望未来研究方向. 最后, 给出结论.
摘要:
针对一类系统动态未知且受互联项影响的非线性互联大规模系统, 提出一种新的在线分散式动态事件触发控制(Dynamic event-triggered control, DETC)方案. 首先, 构建基于神经网络的辨识器来重构互联系统的未知内部动态. 其次, 使用自适应评判网络在事件触发机制下学习近似最优控制策略. 在所设计的动态事件触发控制机制下, 各子系统独立地设计自己的控制策略, 且各控制策略的更新是异步进行的. 也就是说, 各个分散式事件触发条件和控制器仅依赖于各自子系统的局部状态信息, 而无需频繁获取相邻子系统的信息, 从而规避通过通信网络在子系统间传递状态信息的需求. 然后, 借助李雅普诺夫稳定性定理, 从理论上证明所提出的闭环控制系统状态和评判网络权值估计误差都是最终一致有界的. 最后, 通过一个数值仿真示例和一个实际工程示例验证了所提出的动态事件触发控制方法的有效性和实用性.
针对一类系统动态未知且受互联项影响的非线性互联大规模系统, 提出一种新的在线分散式动态事件触发控制(Dynamic event-triggered control, DETC)方案. 首先, 构建基于神经网络的辨识器来重构互联系统的未知内部动态. 其次, 使用自适应评判网络在事件触发机制下学习近似最优控制策略. 在所设计的动态事件触发控制机制下, 各子系统独立地设计自己的控制策略, 且各控制策略的更新是异步进行的. 也就是说, 各个分散式事件触发条件和控制器仅依赖于各自子系统的局部状态信息, 而无需频繁获取相邻子系统的信息, 从而规避通过通信网络在子系统间传递状态信息的需求. 然后, 借助李雅普诺夫稳定性定理, 从理论上证明所提出的闭环控制系统状态和评判网络权值估计误差都是最终一致有界的. 最后, 通过一个数值仿真示例和一个实际工程示例验证了所提出的动态事件触发控制方法的有效性和实用性.
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doi: 10.16383/j.aas.c230210
摘要:
增加可再生能源在电网中的占比, 使能源结构更合理, 是加快能源转型实现低碳可持续发展的有效途径. 电网中占主导地位的火电, 辅助消纳可再生能源的能力, 对提高可再生能源在电网中的占比起到重要作用. 为了提高火电机组辅助可再生能源的消纳能力, 本文根据当前系统控制方案, 分析了影响机组灵活性与调峰深度的因素, 包括机炉协调、局部反馈策略下的锅炉控制、系统稳态工作点的规划等. 基于补偿方案的协调策略限制了机组对具有随机性和间歇性的可再生能源的补偿能力; 局部反馈策略下的锅炉控制只是实现了等效热效应的反馈; 非额定工况下的稳态工作点关系到辅助可再生能源消纳的能耗和排放指标. 根据以上分析分别给出了进一步的研究内容.
增加可再生能源在电网中的占比, 使能源结构更合理, 是加快能源转型实现低碳可持续发展的有效途径. 电网中占主导地位的火电, 辅助消纳可再生能源的能力, 对提高可再生能源在电网中的占比起到重要作用. 为了提高火电机组辅助可再生能源的消纳能力, 本文根据当前系统控制方案, 分析了影响机组灵活性与调峰深度的因素, 包括机炉协调、局部反馈策略下的锅炉控制、系统稳态工作点的规划等. 基于补偿方案的协调策略限制了机组对具有随机性和间歇性的可再生能源的补偿能力; 局部反馈策略下的锅炉控制只是实现了等效热效应的反馈; 非额定工况下的稳态工作点关系到辅助可再生能源消纳的能耗和排放指标. 根据以上分析分别给出了进一步的研究内容.
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doi: 10.16383/j.aas.c190277
摘要:
首先, 通过分析黑体温度控制系统的物理模型, 推演出黑体传递函数的表达式.推演过程中得知黑体易受环境温度和空气散热的影响, 所以黑体温度控制系统是个非线性时变系统.结合实验黑体的阶跃响应数据, 采用阶跃响应法对传递函数进行近似计算, 得出黑体温控系统的传递函数是极点在左半轴的二阶系统, 该系统等效于二阶低通滤波器.经过低通滤波器的信号, 会滤除高频部分, 当用继电器法进行参数自整定时, 仅需计算能量较大的基波信号.通过对基波信号进行比较, 得出继电器法的整定公式, 并参照Ziegler-Nichols整定法则计算出PID参数.同时, 本文针对黑体加热器具有双路输出的特点, 提出了一种双路动态输出法, 通过理论分析了该方法可以消除环境对黑体温度的影响.对于环境温度变化较大的, 采用继电器法PID参数自整定的方式来消除; 对于黑体运行过程中环境温度变化较小的, 采用双路动态输出法来减少影响.最后, 结合实验数据, 引入性能指标, 验证了本文所述方法对黑体的温度控制性能有一定的提升.
首先, 通过分析黑体温度控制系统的物理模型, 推演出黑体传递函数的表达式.推演过程中得知黑体易受环境温度和空气散热的影响, 所以黑体温度控制系统是个非线性时变系统.结合实验黑体的阶跃响应数据, 采用阶跃响应法对传递函数进行近似计算, 得出黑体温控系统的传递函数是极点在左半轴的二阶系统, 该系统等效于二阶低通滤波器.经过低通滤波器的信号, 会滤除高频部分, 当用继电器法进行参数自整定时, 仅需计算能量较大的基波信号.通过对基波信号进行比较, 得出继电器法的整定公式, 并参照Ziegler-Nichols整定法则计算出PID参数.同时, 本文针对黑体加热器具有双路输出的特点, 提出了一种双路动态输出法, 通过理论分析了该方法可以消除环境对黑体温度的影响.对于环境温度变化较大的, 采用继电器法PID参数自整定的方式来消除; 对于黑体运行过程中环境温度变化较小的, 采用双路动态输出法来减少影响.最后, 结合实验数据, 引入性能指标, 验证了本文所述方法对黑体的温度控制性能有一定的提升.
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doi: 10.16383/j.aas.c200007
摘要:
仿人智能控制是现代智能控制理论之一, 利用分层递阶的控制结构与多控制模态为强非线性、大迟滞、难建模问题提供了切实可行的解决方案, 近些年来发展迅速并且得到学术界的持续关注, 但缺乏对该理论研究进展系统性的总结. 本文通过系统的梳理仿人智能控制的理论基础和发展脉络, 将其划分为三代控制模型, 分别从每一代控制模型的算法描述、研究进展与应用进展三个角度进行综述, 同时, 结合当前的研究进展讨论仿人智能控制在控制模型、结构功能、参数校正方面进一步研究的方向.
仿人智能控制是现代智能控制理论之一, 利用分层递阶的控制结构与多控制模态为强非线性、大迟滞、难建模问题提供了切实可行的解决方案, 近些年来发展迅速并且得到学术界的持续关注, 但缺乏对该理论研究进展系统性的总结. 本文通过系统的梳理仿人智能控制的理论基础和发展脉络, 将其划分为三代控制模型, 分别从每一代控制模型的算法描述、研究进展与应用进展三个角度进行综述, 同时, 结合当前的研究进展讨论仿人智能控制在控制模型、结构功能、参数校正方面进一步研究的方向.
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doi: 10.16383/j.aas.2020.c200033
摘要:
深度神经网络在解决复杂问题方面取得了惊人的成功, 广泛应用于生活中各个领域, 但是最近的研究表明, 深度神经网络容易受到精心设计的对抗样本的攻击, 导致网络模型输出错误的预测结果, 这对于深度学习网络的安全性是一种极大的挑战. 对抗攻击是深度神经网络发展过程中必须克服的一大障碍, 设计一种高效且能够防御多种对抗攻击算法, 且具有强鲁棒性的防御模型是有效推动对抗攻击防御的方向之一, 探究能否利用对抗性攻击来训练网络分类器从而提高其鲁棒性具有重要意义. 本文将生成对抗网络(Generative adversarial networks, GAN)和现有的攻击算法结合, 提出一种基于生成对抗网络的对抗攻击防御模型(AC-DefGAN), 利用对抗攻击算法生成攻击样本作为GAN的训练样本, 同时在网络中加入条件约束来稳定模型的训练过程, 利用分类器对生成器所生成样本的分类来指导GAN的训练过程, 通过自定义分类器需要防御的攻击算法来生成对抗样本以完成判别器的训练, 从而得到能够防御多种对抗攻击的分类器. 通过在MNIST、CIFAR-10和ImageNet数据集上进行实验, 证明训练完成后, AC-DefGAN可以直接对原始样本和对抗样本进行正确分类, 对各类对抗攻击算法达到很好的防御效果, 且比已有方法防御效果好、鲁棒性强.
深度神经网络在解决复杂问题方面取得了惊人的成功, 广泛应用于生活中各个领域, 但是最近的研究表明, 深度神经网络容易受到精心设计的对抗样本的攻击, 导致网络模型输出错误的预测结果, 这对于深度学习网络的安全性是一种极大的挑战. 对抗攻击是深度神经网络发展过程中必须克服的一大障碍, 设计一种高效且能够防御多种对抗攻击算法, 且具有强鲁棒性的防御模型是有效推动对抗攻击防御的方向之一, 探究能否利用对抗性攻击来训练网络分类器从而提高其鲁棒性具有重要意义. 本文将生成对抗网络(Generative adversarial networks, GAN)和现有的攻击算法结合, 提出一种基于生成对抗网络的对抗攻击防御模型(AC-DefGAN), 利用对抗攻击算法生成攻击样本作为GAN的训练样本, 同时在网络中加入条件约束来稳定模型的训练过程, 利用分类器对生成器所生成样本的分类来指导GAN的训练过程, 通过自定义分类器需要防御的攻击算法来生成对抗样本以完成判别器的训练, 从而得到能够防御多种对抗攻击的分类器. 通过在MNIST、CIFAR-10和ImageNet数据集上进行实验, 证明训练完成后, AC-DefGAN可以直接对原始样本和对抗样本进行正确分类, 对各类对抗攻击算法达到很好的防御效果, 且比已有方法防御效果好、鲁棒性强.
