全局环境未知时基于滚动窗口的机器人路径规划

研究了全局环境未知时机器人的路径规划问题,借鉴预测控制滚动优化原理,提出了基于滚动窗口的移动机器人路径规划方法.该法充分利用机器人实时测得的局部环境信息,以滚动方式进行在线规划,实现了优化与反馈的合理结合.探讨了规划算法的收敛性.     

全局环境未知时基于流动窗口的机器人路径规划

研究了全局环境未知时机器人的路径规划问题,借鉴预测控制滚动优化原理,提出了基于滚动窗口的移动机器人路径规划方法。该法充分利用机器人实时测得的局部环境信息,以滚动方式进行在线规划,实现了优化与反馈的合理结合。探讨了规划算法的收敛性。     

基于异步双精度滚动窗口的无人机实时航迹规划方法

针对动态环境中的无人机实时航迹规划问题,提出了一种基于异步双精度滚动窗口的快速规划方法.分别在全局窗口和局部窗口内进行粗略的和精细的航迹规划,并按照不同方式采用不同频率推动窗口滚动,综合应用全局重规划与局部重规划.实验表明,该方法时间效率高,通过调节窗口范围和采样精度,易于平衡实时航迹规划最优性与快速性.     

基于微分进化的多UAV紧密编队滚动时域控制

多无人机(UAV)协同控制可在一定程度上提高单UAV执行任务的效率,而多UAV紧密编队是多UAV协同控制中的一个关键性技术难题.在构建多UAV紧密编队非线性模型的基础上,利用滚动时域控制方法,将UAV紧密编队问题转化为滚动时域内的一系列在线优化问题,然后采用微分进化策略在每个滚动时域内进行控制量的优化求解.此外,还给出了基于Markov链的微分进化算法数学描述及收敛性证明,且从理论角度分析了所设计多UAV滚动时域控制器的稳定性.仿真实验结果验证了文中所提出方法的可行性和有效性.     

空间站长期运营在轨事件与飞船访问统筹规划

空间站总体运营任务规划是一类对象规模庞大且约束关系复杂的问题,其主要包括飞船访问序列规划、在轨事件分配规划和需求物资补给规划.为简化问题,过去的研究仅对飞船规划、事件规划和物资规划中的某一类子问题单独进行建模和求解.本文提出了一种考虑多元要素间耦合关系的统筹规划方法,可同时求解综合规划方案.首先,构建了空间站总体规划领域概念模型,以描述规划对象属性及其间的内在联系.其次,为处理各子问题间的复杂约束关系,提出了基于分解的单个可行方案求解方法.最后,基于进化算法优化方案,提出了应用于多变量规模复合问题的进化策略,从而克服了不同子问题规模差异对优化的影响.应用算例分析表明,所提出的规划模型与方法可有效化解统筹规划中的复杂约束,所提出的复合问题进化策略可显著提高优化效率.     

基于模糊模式识别理论的规划环境影响评价

研究了模糊模式识别理论在规划环境影响评价中应用的问题.以阜新市经济转型期水资源综合规划的环境影响评价为例,对该规划进行了环境影响识别,构建了环境影响评价的指标体系,分析了规划中各个环境主题对环境影响的贡献,建立了水资源规划环境影响评价的模糊模式识别模型.评价结果表明,阜新市经济转型期水资源规划具有一定的环境彩响.为水资源规划的可行性提供了科学依据.     

快速平滑收敛策略下基于QS-RRT的UAV运动规划

基于快速扩展随机树(rapidly exploring random tree,RRT)的运动规划算法,通过随机采样的方式探索未知任务空间,具有概率完备性和较高的计算效率.该类算法在应用于无人机运动规划时必须对飞行距离、过程安全性和航路平滑度进一步优化.针对这一问题,首先对威胁环境、无人机运动学性能和探测能力建模,然后根据飞行特征设计了随机采样、威胁规避、路径可跟踪性以及全局与局部平滑性等优化策略,并构建快速平滑收敛RRT(quick and smooth convergence RRT,QS-RRT),最后以此为基础分别提出了面向已知和未知任务空间的无人机运动规划算法.仿真结果表明,该算法能够在保证飞行路径收敛性、安全性及其规划效率的基础上,有效缩短飞行距离,改善航路的可跟踪性和平滑度,增强在实际飞行过程中的可操作性.此外,该算法还易于在航路优化效果和规划效率之间权衡,增强了对不同规划任务需求的适应性.     

图规划框架下智能规划的研究与发展

分门别类地介绍了近10年间国内外相关研究的主要结果，着重介绍了在图规划框架下智能规划的研究工作，特别关注当前研究的热点、难点问题，重点展示智能规划技术的研究现状及面临的问题。试图勾画出目前智能规划研究的重要方面、关键技术及其发展趋势，旨在让研究与关心该领域的学者通过本文对这一领域有一个较为全面的了解。     

芯片级布图规划中的缓冲器规划算法

文中对纳米技术下, 互连驱动的芯片级布图规划问题中的缓冲器规划问题进行了研究, 提出了基于空白区重分布(redistribution)的缓冲器规划算法; 布局中的空白区是指在布局中不被任何电路模块占用的闲置区域; 该算法充分利用布局中的空白区插入缓冲器. 在基于拓扑的布图规划表示中, 可以把电路模块和空白区相关联, 在相应区域内移动一些电路模块就可以达到重分布空白区的目的. 在进行空白区重分布的过程中, 给定布局的总面积和拓扑结构将维持不变. 通过重分布布局中的空白区, 可以增加满足时延约束的线网数目; 实验证实, 满足时延约束的线网数的增长率平均达到9%.     

城市规划和当代科学技术

现代城市规划既是思想和学科,也可作为规划的计划、设计、行为、实践与管理.规划理论研究规划的根源,规划的必要性,规划的价值体系及伦理问题,规划的权限和规划的有效性,规划的类型和规划师的工作,规划的过程和结果.规划理论范式主要有马克思主义批判理论、系统论和复杂性理论、理性论.本文讨论了可持续发展城市和智慧城市.基础设施是城市的生命线,是城市化的发动机.不仅涉及应用技术,同时在运行、维护和更新方面都需要系统的技术.     

考虑信号灯状态的电动汽车最优车速规划与避撞控制研究

为减小智能电动汽车在城市工况下巡航中的能耗并避免追尾风险,提出一种考虑信号灯状态信息的电动汽车节能与避撞分层控制系统.上层基于信号灯状态信息和车辆动态模型进行车速规划,在线滚动优化获得能耗最小的车辆参考速度序列;下层结合参考车速序列和多目标函数实时计算车辆的最优加速度并进行避撞控制.利用Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,并基于前方存在和不存在人类驾驶车辆的工况对所提出的控制系统进行有效性验证.分析结果表明,上层车速规划能根据道路交通信息变化,得到最优参考速度,改善电动汽车的能耗特性;下层避撞控制能结合最优参考速度以及多目标函数评估结果,计算车辆最优加速度控制输入.可见,所设计的系统可以保障电动汽车节能、安全地稳定行驶.     

基于改进万有引力搜索算法的无人机航路规划

无人机航路规划是根据任务目标规划出某种性能指标最优的飞行航路的全局优化问题.本文将改进后的万有引力搜索算法用于求解航路规划问题,在万有引力搜索算法的速度更新部分引入粒子群算法中的记忆和群体信息交流功能,改善了最优解的质量;然后提出了基于权值的粒子惯性质量更新公式,以加快全局搜索的收敛速度;后运用优胜劣汰的选择操作规则,对粒子的位置进行更新,使种群始终朝着最优解的方向进化.通过与其他仿生智能计算方法的仿真实验对比,验证了本文所提算法可在复杂作战环境下实时有效规划出无人机的最优航路.     

月面巡视器遥操作中的任务规划技术研究

任务规划技术是嫦娥三号任务中月面巡视器遥操作中的一项关键技术.本文首先分析了各种月面环境因素对巡视器月面工作过程的影响机制,综合考虑月面地形因素、太阳能量、光照阴影以及对地通信条件等,建立了面向任务规划的综合月面环境.在该环境模型基础上,提出了一种月面巡视器遥操作中的任务规划方法.通过定期更新环境模型,将动态环境模型下的路径规划问题转换为一系列静态环境模型下的路径规划问题,实现任务层的动态路径规划;在路径规划过程中进行实时约束检查,实现行为规划并将其影响效果迭代入动态路径规划过程中,最终实现巡视器任务规划.针对不确定性,本文引入弹性计划提高任务规划输出结果在实际工程中的可行性.仿真实验结果表明:月面综合环境模型全面描述了影响巡视器任务规划的各种环境因素及其影响;任务规划方法可生成全局最优路径,以及沿路径安排的满足约束条件的巡视器行为序列,最终生成巡视器的月面工作序列,作为地面遥操作实施的依据.     

基于整数线性规划的智能规划研究

整数线性规划是一种表示和求解智能规划问题的重要方法,本文较全面地介绍了近十年来国内外学者的相关研究工作,包括在智能规划中应用整数线性规划技术的重要方面、发展现状以及存在的问题,重点介绍了用整数线性规划求解智能规划问题的各种方法,旨在让关注该领域的学者能够快速地对这一领域有较为全面的了解,最后公开几个未解决的问题。     

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.     

月面采样机械臂动态任务规划方法研究

由于月面着陆姿态、工作环境和机械臂变形等多种不确定因素影响,月面采样机械臂的任务规划结果无法事先准确确定,对月面采样机械臂的表取采样任务规划系统的准确性、实时性和灵活性提出了较高的要求.为保证有限时间内灵活准确地进行月面采样作业任务规划,本文提出了月面采样机械臂的动态任务规划方法,设计了包括任务整体规划、采样策略规划和...     

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.     

梯级水电站群长期发电优化调度多核并行随机动态规划方法

随机动态规划求解水电站群长期发电优化调度易产生"维数灾"问题,导致计算耗时急剧增加,求解效率降低.如何缓解维数灾和提高计算效率,一直是水库优化调度致力于研究的难点问题.在随机动态规划的并行性分析基础上,提出了基于Fork/Join并行框架的多核并行随机动态规划方法.该方法将单个时段内所有变量组合状态下的计算任务作为父任务,通过分治法递归分解为多个子任务,并平均分配到不同的内核同时计算实现细粒度并行求解.以澜沧江下游梯级水电站群为研究实例,建立了3个变量离散数不同的调度方案,并在多核环境下验证该方法的计算效率.结果表明,在2和4核环境下,该方法的计算耗时与串行方法相比,分别节省了约50%和70%,大幅度缩减计算耗时,可充分利用多核资源;同时,计算任务的规模越大,并行计算的耗时缩减幅度越大.因此,此方法为大规模水电系统优化调度提供了一种可行途径,其并行原理可为其他应用所借鉴.     

人工协调场及其在动态不确定环境下机器人运动规划中的应用

针对动态不确定环境下移动机器人运动规划问题, 提出了人工协调场的方法. 建立了协调力, 并设计了协调场能随机器人和环境的状态发生变化, 以克服传统人工势场法在动态不确定环境下所存在的诸如局部极小、抖动等问题. 和传统人工势场相比, 协调场具有二维正交力矢量. 基于协调因子的实时决策模型, 方便并简化了机器人的行为设计, 有效地克服了局部极小. 重点分析了人工协调场的可控性、自适应性、安全性和可达性等性质及其设计, 并实现了移动机器人在动态不确定环境下基于人工协调场的运动规划. 理论分析和仿真实验结果证明了所提方法的有效性.     

空间核反应堆电源研究

空间核反应堆电源是自持的核裂变能在空间的应用,能从根本上解决未来航天器大功率需求的瓶颈问题,是大规模开发和利用空间资源的前提.本文在综述国外新型空间核裂变反应堆电源的技术方案、发展规划的基础上,结合未来发展趋势、任务需求和主要技术路线,提出了空间核反应堆电源按照10, 100, 1000 kWe级不同功率等级分阶段滚动发展的设想,以及需重点突破的关键技术、涉核安全性应重点关注的内容,可为未来空间核反应堆电源的研制提供参考.