角模块序列布图表示及基于角模块序列表示的边界约束布图规划算法

布图规划是VLSI布图设计中的关键环节, 通常采用随机优化算法, 而布图结构的编码表示(或称布图表示)是基于随机优化方法的布局算法的关键. 提出一种新的布图表示-角模块序列(CBL), 并从理论上证明它具有O(n)的布局评估算法计算复杂性和较小的解空间. 在布图设计中, 部分模块的位置需要满足一定的约束条件, 边界约束就是其中常见的一种. 通过边界约束可以将特定模块的位置限制在指定的边界上, 从而有利于模块与I/O端口的互连. 基于角模块表示, 推导出满足边界约束布局的充分必要条件, 并结合模拟退火过程, 通过修正中间解使受约束模块满足约束条件, 从而实现了基于CBL模型的边界约束布图规划算法. 将代价函数惩罚方法和启发式方法相结合, 设计了边界约束的惩罚项, 能够合理准确地衡量约束满足的情况, 从而有效地控制模拟退火的进度, 以保证最终布局满足所有约束. 对MCNC的标准例子的测试结果表明算法是十分有效的.     

考虑夹具-托盘组合优化的多资源约束柔性作业车间智能调度

针对多产品混合加工车间中有限夹具-托盘资源引发的生产力制约问题,提出了考虑夹具-托盘组合优化的多资源约束柔性作业车间智能调度方法.首先,以最小化最大完工时间为目标建立了基于设备-夹具-托盘三资源约束的混合整数规划模型.其次,设计了基于可行性修复和自学习型变邻域搜索的改良遗传算法并进行求解,提出了种群染色体初始化、交叉、变异过程中的可行性修复策略,在算法迭代中后期引入三种变邻域搜索方法并构建搜索策略知识库,自学习地求得最优解.最后,基于工业大数据生成算例,并通过数值实验证明了该算法具备求解精度和求解时间上的双重优越性,可有效解决设备-夹具-托盘约束下的柔性作业车间调度问题,为加工车间的生产排产智能化转型提供有力支持.     

基础矩阵估计综合算法的几何意义及分析

研究了基础矩阵参数的几何意义，提出了新的估计基础矩阵的约束条件，首无用给的约束求出Ｆ阵的４个参数，而这２个参数正好是２个对极点的仿射坐标，然后通过解线方程组获得其余４个参数，而这４个参数表示了对极线束间的对应关系，最后，经过对真实图像和合成数据的测试表明本方法有明显的几何意义，可获得几何特性稳定的Ｆ阵。     

单目视频运动目标轨迹三维重建的平滑约束法

提出了利用单目视频重建运动目标三维轨迹的平滑约束方法.通过引入平滑约束,得到重建运动目标三维轨迹的无约束最优化模型,进而推导出其闭式最优解.提出的平滑约束是对运动目标三维轨迹的本质约束,更具一般性,可以反映目标运动的连续、渐变与平滑特性,与基于离散余弦变换基和多项式基等预先定义基约束相比具有更强的适应性,同时能够直接应用于部分观测数据缺失的情形.给出了单目视频轨迹重建问题的几何解释,并对轨迹重建问题中的唯一性进行分析.仿真和真实单目视频序列上的实验证明了提出方法的有效性和先进性.     

一种基于PIO改进强化学习的航天器复杂多约束姿态机动规划新方法

本文针对多个姿态约束条件下的航天器姿态机动规划问题进行了研究,提出了一种基于鸽群算法的改进的策略梯度强化学习算法(PIOPGRL).首先,针对强制指向约束和禁止指向约束,建立了基于角度的姿态约束模型,根据约束模型建立了强化学习的回报函数.然后,使用适应度函数替代策略评价函数,将鸽群算法与强化学习相融合.针对策略梯度强化学习算法计算量大、收敛速度慢的问题,使用鸽群算法求解策略梯度,极大减少了计算量.仿真结果表明,相比于策略梯度强化学习算法,基于自PIO改进强化学习的航天器姿态机动规划算法(PIOPGRL)在极大减少计算量的同时,有更优的规划结果,更小的机动代价,适用于微小航天器解决多个姿态约束条件下的姿态机动规划问题.     

基于角度信息的约束总体最小二乘无源定位算法

提出了一种基于角度信息的约束总体最小二乘无源定位算法. 该算法首先将非线性的观测方程转化为线性方程, 并分析了观测噪声对线性方程系数的影响, 从而能够将无源定位问题等价为一个约束总体最小二乘问题, 然后又将该有约束的优化问题变为无约束的优化问题, 并利用Newton算法进行迭代求解, 最后分析了约束总体最小二乘算法的定位误差. 计算机仿真结果验证了该算法的可行性和有效性.     

热力系统整体分析和优化的热量流法

热力系统的性能优化对提高能源利用效率具有重要意义,但传统分析方法难以满足复杂系统高效分析的需求.近年来基于理论发展的热量流法及相应的求解算法为热力系统的分析与优化提供了一种新的解决方案.本文首先介绍热力系统热量流模型的规范化构建方法,并以余热回收朗肯循环为例说明了模型构建的具体流程.随后,结合系统中工质的流动约束及物性,提出了热力系统整体数学模型的规范化构建方法,能够分离系统约束中线性、非线性显式和非线性隐式约束,最少化需要迭代求解约束的数量.利用上述约束分离特性提出了热力系统整体数学模型的分层-分治求解算法,能够大幅降低计算复杂度,并显著提高计算鲁棒性.最后,以三压蒸汽发电系统为例,阐明了热量流模型及分层-分治算法与传统求解方法相比在求解时间、所需初值数量等方面的优势.     

一类含积分约束的生产制造系统优化调度

“即时消费”类生产制造系统的优化调度具有重要学术和应用价值. 满足此类系统对产量的实时需求, 考虑调度计划的可实现性具有挑战性. 如何得到精确满足累积产量实时需求的最优调度目前尚无系统方法, 迫切需要研究. 本文建立了含积分约束的生产制造系统优化调度新模型. 通过对生产量变化率约束的深入分析, 证明了该类优化问题等价于光滑非线性规划问题. 生产设备在各时段的产量上下界可表述为时段初、末时刻瞬时生产率的二元函数, 且为精确可达的上下界. 本文结合梯度映射的单调性, 证明了上下界函数的凸性(凹性), 在生产成本为凸函数时, 进一步证明了此类优化调度问题等价于凸规划问题. 本文以上述分析为基础, 针对含积分约束的生产制造系统优化调度问题, 提出了两阶段数值求解方法, 在许多情况下可以迅速获得调度问题的全局最优解. 新模型和相应求解方法克服了生产量变化率约束带来的困难, 获得了精确满足累积产量实时需求的最优调度. 本文同时以电力生产优化调度问题为例, 进行数值求解, 并对结果进行了讨论, 验证了新模型和相应方法的有效性.     

多工况拓扑优化问题的一种新解法——导重法

将导重法引入两类多工况拓扑优化问题的求解.首先介绍了导重法及其拉格朗日乘子的求法,并用对偶方法对多约束优化问题的拉格朗日乘子求法进行了改进;然后推导了用导重法求解最小柔度拓扑问题和最小质量拓扑优化问题的迭代公式并计算了相应的算例.算例计算结果表明,采用导重法求解多工况拓扑优化问题具有迭代公式简单、收敛速度快、求解效果好的优点.通过与Ansys中采用的SCP方法的计算结果进行比较可以看出,导重法是求解拓扑优化问题的一个行之有效的方法,它为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径.     

C-B-样条曲线的升阶算子与几何生成法

因为升阶算子与几何收敛性不易求得,故样条曲线很难像B′ezier曲线那样通过对控制多边形的几何割角生成.为了得到C-B-样条的几何生成算法,首先利用双阶样条解决了升阶算子.接着,证明了对样条曲线进行基于升阶算子的升阶,其控制多边形序列会逐渐收敛到初始的样条曲线.这种几何生成算法具有明显的几何直观性,计算简单稳定,利于硬件执行.由于椭圆、螺旋线等工程上应用广泛的曲线可以由C-B-样条精确表示,因此算法对CAD造型系统有重要的意义.     

基于分支限界搜索框架的测试用例自动生成

作为软件测试领域的一个基本问题和热点问题,面向路径的测试用例自动生成有着特殊的重要意义.面向路径的测试用例生成本质上是一个约束满足问题,并通过搜索算法求解.着眼于提升搜索算法的效率,本文提出了一种新的智能算法,将分支限界和爬山法进行了有机的整合,分支限界作为全局搜索算法,而爬山法作为局部搜索算法,发挥各自的优势来对测试用例的解空间进行搜索.     

基于神经网络的递推分块方法求任意高阶多项式的根

提出一种新的基于约束学习神经网络的递推分块方法, 来分批(块)求解任意高阶多项式的任意数(小于多项式的阶)个根(包括复根). 同时给出了基于多项式中根与系数间的约束关系构造的用于求根的BP网络约束学习算法, 提出了对应的学习参数的自适应选择方法. 实验结果表明, 这种分块神经求根方法, 相对传统方法, 能够快速有效地获得任意高阶多项式对应的根.     

基于单形体几何的高光谱遥感图像解混算法

提出一种新的基于单形体几何的高光谱遥感图像混合像元丰度估计算法.该算法的目标是在已知端元矩阵的基础之上,估计高光谱图像中各个观测像素点中每个端元的丰度.根据凸几何理论,基于线性混合模型的高光谱解混问题可以看成一个凸几何问题,其中端元位于包含整个高光谱数据集的单形体的顶点,而它们对应的重心坐标则可以看作各个观测像素的丰度.提出的方法由3部分组成,分别为基于单形体体积的重心坐标计算方法、距离几何约束问题和基于内点的单形体子空间定位算法.与其他基于单形体几何的算法相比,该方法具有诸多优点.Cayley-Menger矩阵的引入使得欧式空间上的运算转化为距离空间上的运算,在降低运算复杂度的同时很好地兼顾到数据集的几何结构.而且,单形体重心的使用确立了一种快速而精确的判断方法来确定观测像素所属的子空间,进而利用递归的思想得到丰度值.此外,算法核心仅仅涉及观测点与端元之间的距离,而与波段数无关.因此,该算法无须对数据执行降维处理,从而可以避免因数据降维而造成的有用信息的丢失.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法与同类其他优秀的算法如FCLS和SPU相比,具有更高的运算精度,同时在端元数目较小时具有较快的运算速度.     

基于角度不变的线阵推扫式CCD相机几何畸变在轨检校方法

对航天遥感相机进行在轨检校,是提高卫星产品质量,扩大产品应用效果的重要技术内容.文中研究了一种基于角度不变的线阵推扫式CCD相机几何畸变在轨检校方法.该方法利用相机外方元素对于相机视向量夹角角度影响比较小的原理,根据地面控制点和一级产品图像,求解相机视向量夹角,从中提取相机光学部件的畸变模型参数,从而实现相机内外方元素解耦.相机畸变模型采用一维3阶多项式,对焦距和主点等引起的低阶误差能够很好地吸收.该方法用在HJ-1A/B卫星的宽幅盖CCD相机几何畸变校正上,检校误差残留在2—6个像元,和参考数据精度相似,表明取得了很好的校正效果.     

加工时间离散可控作业车间调度问题分解方法

给出了加工时间离散可控的作业车间调度问题（job-shop scheduling problem with discretely controllable processing times,JSP-DCPT）基于析取图的模型及其数学描述.提出一种三步分解方法,使得JSP-DCPT可以通过求解一个作业车间调度问题（job-shop scheduling problem,JSP）以及一系列离散时间-成本权衡问题得到解决.为简化分解方法,引入时间-成本相平面描述离散时间-成本权衡问题的权衡点,并详细阐释了一种基于极限模式的集合支配理论以确定用于消减JSP-DCPT分解所得离散时间-成本权衡问题的一个上界.随后提出一种基于极限模式的集合支配分解算法EMSDDA（extreme mode-based set dominant decomposition algorithm）.基于JSP标准算例FT10构造了测试算例JSPDCPT_FT10,实验仿真验证了提出的理论及分解方法的有效性.     

快速构建量子稳定子码的最小网格图

量子网格图顶点集的大小影响译码算法的效率,减少网格图的顶点数可以提高译码算法的效率.本文基于标准化的稳定子群校验矩阵,给出了构造面向网格图的稳定子群生成元的方法,据此可以构造顶点集最小的量子网格图.此外,本文通过分析差错算子与稳定子群生成元各个量子位的对易关系对两算子之间对易关系的影响,给出了一种快速生成量子稳定子码网格图的方法.现有构造方法对各顶点集分别独立计算,没有利用已有的计算结果,所以运算量大,这限制了译码的规模和速度.本文方法是在已有顶点集的基础上,利用迭代法构造新顶点集,该方法计算复杂性更小、算法效率更高,从而能适应规模更大和对时间要求更高的应用.     

大变形飞机配平与飞行载荷分析方法

提出了一种可同时考虑结构几何非线性效应曲面气动力效应的大变形飞机静气动弹性配平和载荷分析方法.该方法利用三维曲面涡格法计算大变形飞机的曲面气动力,引入非线性结构有元计算方法考虑结构几何非线性效应,采用曲面样条插值方法解决气动/结构耦合问题,然后结合全机在变形构型下的刚体运动平衡方程进行柔性飞机大变形状态气动/结构耦合情况下的静气动弹性配平迭代求解.以某常规局大展弦比柔性飞机半展长缩比模型为例,应用该方法对其纵向静气动弹性配平特性及飞行荷进行详细的分析与研究,并与MSC Flightloads线性方法的计算结果进行了对比.分析结果表明结构变形较小时,本文非线性方法和线性方法的计算结果吻合较好.而当结构具有较大变形时,由于线性方法无法考虑气动力曲面效应和结构几何非线性效应故不再适用,而本文出的非线性方法可对大柔性飞机在大变形构型下的配平特性作出较为准确合理的预测,并可满足飞机设计各个阶段的工程应用需求,完成考虑结构几何非线性静气动弹性配平特性的多轮次快速分析.     

非规则颗粒形态表征与离散元模拟方法研究

颗粒物质在自然界和人类生产与生活中广泛存在,对于非规则颗粒,其宏观物理力学特性与几何形态密切相关.本文以本课题组和合作者的相关研究为基础,介绍了非规则颗粒几何形态的获取、重构、评价、随机生成以及离散元模拟方法等方面的研究进展.总结了非规则颗粒形态不同获取方法的优缺点;将颗粒二维形态和三维形态分别划分为星形和非星形两种类型,介绍了各类型几何形态的计算几何重构方法;系统总结了非规则颗粒不同层次形态评价指标的定义,及基于计算几何的指标计算方法;介绍了基于逆蒙特卡罗法的二维星形与三维星形随机颗粒生成方法,以及可考虑一阶系数固有关系和其他阶系数经验相关性的二维非星形与三维非星形虚拟颗粒生成方法;对于非规则颗粒的离散元模拟方法,重点总结了颗粒几何形态表示、颗粒接触判断与颗粒接触力计算方法等核心问题的研究进展.     

基于搜索空间缩减策略的供水管网抗震设计参数优化

供水管网抗震优化设计模型以用户节点的抗震安全能力为设计目标,包含管网拓扑布局及管段结构抗震能力两个设计参数,寻找最优设计参数是离散变量组合优化问题.提出了一种基于两阶段搜索空间缩减策略的管网抗震优化设计模型求解方法,第一阶段利用度约束连通图生成初始种群,缩小优化初始搜索空间;第二阶段采用违约个体修补策略转换优化进行过程中不满足约束条件个体所处的搜索空间,实现了优化过程中搜索空间的动态缩减,提高了优化搜索的效率.此方法在供水管网抗震优化设计中有较高的效率,也可为其他有约束离散变量优化问题提供参考.     

薄壳大转动、小应变几何非线性分析共旋有限元法

基于一致对称化平衡共旋列式理论,将具有转角自由度的优化膜单元与离散Kirchhoff板弯单元组合构成的3结点18自由度三角形线性平壳单元推广到薄壳大转动、小应变几何非线性分析,推导了一致切线刚度矩阵与内力矢量,建立了薄壳大转动、小应变几何非线性共旋有限元方程,采用Newton-Raphson算法结合自动载荷控制技术求解方程.通过环形薄板、顶部开孔的半球形壳和圆柱壳3个典型算例验证了本文方法的准确性.