Single-particle 3D reconstruction on specialized stream architecture and comparison with GPGPUs

The wide acceptance and data deluge in medical imaging processing require faster and more efficient systems to be built.Due to the advances in heterogeneous architectures recently,there has been a resurgence in the first research aimed at FPGA-based as well as GPGPU-based accelerator design.This paper quantitatively analyzes the workload,computational intensity and memory performance of a single-particle 3D reconstruction application,called EMAN,and parallelizes it on CU-DA GPGPU architectures and decouples the memory operations from the computing flow and orches-trates the thread-data mapping to reduce the overhead of off-chip memory operations.Then it exploits the trend towards FPGA-based accelerator design,which is achieved by offloading computingintensive kernels to dedicated hardware modules.Furthermore,a customized memory subsystem is also designed to facilitate the decoupling and optimization of computing dominated data access patterns.This paper evaluates the proposed accelerator design strategies by comparing it with a parallelized program on a 4-cores CPU.The CUDA version on a GTX480 shows a speedup of about 6 times.The performance of the stream architecture implemented on a Xilinx Virtex LX330 FPGA is justified by the reported speedup of 2.54 times.Meanwhile,measured in terms of power efficiency,the FPGA-based accelerator outperforms a 4-cores CPU and a GTX480 by 7.3 times and 3.4 times,respectively.     

三轮移动机器人的精确运动控制设计

首先利用几何结构关系理清了三轮移动机器人的所有非完整约束和完整约束,然后结合非完整力学系统的Euler-Lagrange方程计算得到其动力学方程.为了使得三轮移动机器人能够精确地沿着给定的轨迹曲线运动,将目标轨迹曲线转化为速度形式,然后通过引入一个微分同胚变换将该速度目标转化为和实际初始速度更为接近的形式,从而达到尽量减少控制系统的初始速度误差和累积位置误差的目的,最后结合最优控制和积分滑模控制方法为三轮移动机器人设计鲁棒跟踪控制器.仿真结果显示,提出的轨迹跟踪目标设计和控制方法能使三轮移动机器人精确沿着给定目标轨迹曲线运动,并具有一定的鲁棒性.     

空间绕飞任务中航天器姿态跟踪的鲁棒控制

研究了空间绕飞任务中从航天器对主航天器进行观测时的姿态跟踪控制问题,提出了综合考虑挠性、外部扰动和参数不确定性等因素的输入饱和鲁棒控制器设计方法。根据主、从航天器的质心相对运动信息,解算出了从航天器的期望跟踪姿态。为保证从航天器跟踪期望姿态时控制器的有界性和强鲁棒性,将文献中已有的一种一阶滑模姿态调节控制器推广到了姿态跟踪的情况。进一步,为消除一阶滑模控制的高频抖振问题,将姿态跟踪问题转化成了标准的二阶滑模控制问题,提出了一种连续的二阶滑模姿态跟踪控制器。仿真结果表明,本文算法能有效实现绕飞过程中的姿态跟踪,同时具有强鲁棒性。     

存在输入时滞的不确定系统的滑模控制

考虑存在输入时滞情况下不确定系统的滑模控制问题,其中被控系统存在状态不确定和控制输入不确定性。通过设计一种新的积分型滑模切换面,不仅可以保证系统状态轨迹从初始状态开始就位于指定的切换面上,而且能够适应系统参数的摄动。给出了保证闭环系统渐近稳定的充分条件。仿真实验结果验证了本文算法的有效性。     

一类非线性系统的自适应模糊滑模定位控制

针对一类由多子系统组成的,具有建模误差和未知不确定性的多变量非线性系统,提出了一种自适应鲁棒定位控制方案。分别在系统数学模型已知或未知的情形下,通过对不确定性的未知范数界描述,基于Lyapunov理论和Barbalat引理,给出了滑模鲁棒控制器的综合设计方法及其自适应控制律,保证整个闭环误差系统的稳定。该方法减少了对系统模型精确度的依赖,避免了传统方法对不确定性的人为预估行为。最后,通过船舶动力定位系统的控制仿真表明了本方法的有效性。     

一种基于相位比较的量子遗传算法

针对量子遗传算法不适于连续函数优化的问题,提出了一种改进的量子遗传算法。该算法直接将量子染色体与当前最优解相比较来确定旋转门的旋转角,种群中各个体以不同速率向最优解进化以同时实现全局搜索与局部搜索,引入变异操作以防止算法早熟收敛。对该算法及其全局收敛性进行了分析后,将其用于函数极值求解与PID控制器的参数优化,并与遗传算法和量子遗传算法进行比较。仿真结果表明该算法具有较好的寻优性能。     

Integrated guidance and control design for missile with terminal impact angle constraint based on sliding mode control

Aimed at the guidance requirements of some missiles which attack targets with terminal impact angle at the terminal point, a new integrated guidance and control design scheme based on variable structure control approach for missile with terminal impact angle constraint is proposed. First, a mathematical model of an integrated guidance and control model in pitch plane is established, and then nonlinear transformation is employed to transform the mathematical model into a standard form suitable for sliding mode control method design. A sufficient condition for the existence of linear sliding surface is given in terms of linear matrix inequalities (LMIs), based on which the corresponding reaching motion controller is also developed. To verify the effectiveness of the proposed integrated design scheme, the numerical simulation of missile is made. The simulation results demonstrate that the proposed guidance and control law can guide missile to hit the target with desired impact angle and desired flight attitude angle simultaneously.     

基于控制分配的过驱动系统稳定性设计方法综述

过驱动系统是一类控制输入数多于输出数的系统,冗余控制为控制器的设计提供更大自由度的同时也提出挑战。控制分配是处理冗余控制的一种常用方法,同时对驱动器故障具有一定的容错能力。但是控制分配可能会导致系统不稳定,所以设计控制器时必须考虑这种不稳定因素的影响。基于控制分配的稳定性设计方法正是针对这种情况而提出。根据不同原理,这些方法可以概括为零动态方法,优化方法,内动态方法,滑模方法,模型预测方法和智能方法等。概括了这些方法的基本思路,并指出其不足之处,进一步提出新的研究方向。     

低资源消耗多边类型LDPC码译码器的FPGA实现

以低资源消耗和低功耗应用为基础设计了多边类型低密度奇偶校验码译码器. 该译码器采用缓存有效连通校验点计算单元与变量点计算单元. 分析和实验表明,与传统的部分并行译码器结构相比,若校验矩阵不具有特殊结构,该译码器可以减少近50% 的用于存储迭代信息的存储器;节约近90% 的用于传输迭代信息的多路选择器;节省80% 的变量点计算单元.     

高超声速滑翔飞行器动态逆解耦跟踪控制方法研究

针对临近空间高超声速滑翔飞行器再入段俯仰偏航以及滚动三通道运动存在非线性耦合严重的情况,建立了高超声速滑翔飞行器的多变量强耦合非线性时变倾斜转弯控制模型,提出了一种将过载控制转化为所需迎角侧滑角及滚转角误差的三通道联合跟踪控制方法,根据高超声速滑翔飞行器制导回路快速性的动态性能要求,设计了一种基于非线性动态逆及状态反馈的解耦综合控制器,闭环仿真结果表明该方法能够实现三通道运动解耦控制和制导指令跟踪,满足系统动态性能的要求。