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仪器仪表学报
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月刊

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北京市东城区北河沿大街79号

仪器仪表学报/Journal Chinese Journal of Scientific InstrumentCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是中国仪器仪表学会主办，代表中国仪器仪表及自动化最高学术水平的唯一国内外公开发行的学术性刊物。学术性强、内容创新、注重应用，优先刊登具有创新成就和观点的中英文论文、综述性文章、论坛及信息。设有学术论文、研究通讯和短文、综述、信息等栏目。
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    小天体表面着陆区岩石目标检测算法

    冯哲王彬黄鹏程熊新...
    194-205页
    查看更多>>摘要：针对暗弱环境下小天体表面岩石轮廓特征不明显及岩石尺寸小而造成的难检测问题,提出了一种小天体表面着陆区岩石目标检测方法及模型.将多头自注意力机制融入YOLOv8x框架,用于提高模型获取图片全局视野的能力,增强模型对深空环境中不同光照条件下岩石特征的自适应性;在此基础上增加小目标检测层,用于提升模型对小尺寸岩石的关注度,增强模型对不同尺寸岩石的自适应性.对比实验结果表明,方法相较于改进前算法,岩石检测准确率、召回率和平均检测精度分别提升了 6.4%、3%、5%,与其他主流目标检测算法相比,指标也得到明显提升.该方法为暗弱环境下小天体表面着陆区岩石的自主识别提供了理论和技术基础.

    小天体表面岩石检测深度学习多头自注意力机制小目标检测多尺度特征融合

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    有限训练样本下的多尺度空洞密集网络高光谱影像分类

    涂潮刘万军赵琳琳曲海成...
    206-216页
    查看更多>>摘要：为了在有限训练样本情况下充分提取高光谱影像的空间光谱特征,提高分类精度,提出一种结合空洞卷积和密集网络的高光谱影像分类方法.首先,构建多尺度空洞特征提取模块,引入不同数量的空洞卷积层和普通卷积层通过级联的方式增大模型的感受野,并提取多尺度特征.然后,在多尺度空洞特征提取模块之间建立密集连接,实现特征复用的同时缓解梯度消失问题,而模块内部无密集连接,避免构建深度网络而导致网络参数过多的问题.最后,将得到的特征依次通过池化层,全连接层和Softmax层完成分类.另外,本文在全连接层后加入dropout正则化防止出现过拟合.在Indian Pines和WHU-Hi-Longkou数据集上与经典分类方法进行对比,本文方法OA分别为 98.75%和 98.82%.实验结果表明,本文设计的网络模型在有限训练样本情况下,分类效果最优.

    高光谱影像多尺度特征融合空洞卷积密集网络

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    城市峡谷下视觉辅助的GNSS/INS多阶段定位方法

    田哲铭李旭胡悦韦坤...
    217-225页
    查看更多>>摘要：城市峡谷环境中卫星信号遮挡严重且质量易变,导致智能车的定位易失准甚至失效.为有效利用可观测的卫星信号,提出了一种基于可视卫星的GNSS/INS融合定位方法.首先,利用鱼眼相机筛选视距卫星,进而基于正交回归拟合方法定义空视情况优劣;接着,构建基于因子图的GNSS/INS融合定位框架,考虑到观测的不稳定性,分别构建了伪距、多普勒频率、载波相位观测因子,并在满足观测条件时增添对应的约束因子进行优化;最后,设计了基于空视情况的区间优化规则,优化长度跟随遮挡区间变化,以适应不同的遮挡情况.实车实验表明,相比传统的多传感融合方法,本文的多阶段定位方法在严重遮挡区域内定位精度提高了 40%以上,有效提高了城市峡谷中的定位精度.

    城市峡谷定位非视距信号GNSS/INS紧组合因子图

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    一种PMSM位置伺服系统的动态建模与控制

    王禹智吴志强徐世超
    226-233页
    查看更多>>摘要：本文根据永磁同步电机(PMSM)的基本电磁关系及其动态数学模型建立了位置伺服控制模型,按照闭环负反馈控制原理,设计了具有电流、速度、位置三闭环的位置控制系统.首先,根据PMSM矢量控制的特性,利用 3S/2S和 2S/2R的坐标变换理论,建立了位置伺服系统在同步坐标系下的动态数学模型,同时给出了按照转子磁场定向的位置控制策略和算法;其次,研究了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的数字实现,并根据电机的数学模型,在MATLAB/Simulink环境中构建了三环模型,同时搭建了基于DSP实验样机.在仿真和实验中直轴、交轴以及速度和位置均采用PI控制,在控制参数的整定过程中,遵循先内环(电流环),后速度环,再位置环的增量调试原理,实现了同步电机的位置闭环控制;最后,对仿真结果和试验结果进行了对比分析,说明了模型的正确性和有效性.

    永磁同步电机位置伺服系统空间矢量脉宽调制矢量控制增量调试原理

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    基于混合蜜獾算法的机械臂最优运动规划方法

    黄成王涛许家忠
    234-247页
    查看更多>>摘要：针对六自由度机械臂末端执行器路径及关节空间下轨迹的规划问题,提出一种基于混合蜜獾算法和 3-5-3 分段多项式插值的最优运动规划方法,实现机械臂末端执行器运动路径最短及关节运动时间最优,并有效降低优化路径与规划路径的差异.首先,以标准蜜獾算法框架为基础,在初始化、全局寻优与局部探索中采用混沌反向学习、转移算子、正弦余弦算子以及自适应扰动系数策略,提高最优解质量与寻优能力,并据此设计机械臂末端执行器无碰撞、最短路径规划方法,引导关节轨迹规划过程;其次,在关节空间下,利用混合蜜獾算法寻找各关节最优运动时间,在此基础上,利用 2 次 3-5-3 分段多项式插值算法,在满足各关节位移、速度、加速度约束的条件下,完成机械臂关节平滑且时间最优的轨迹规划;最后,通过与其他规划方法仿真对比,验证提出的方法能够使规划路径长度缩短,关节运动时间减少,优化路径与规划路径差异较小,并以UR5 机械臂抓取实验为例检验了该方法的可行性.

    蜜獾算法机械臂运动规划时间最优分段多项式插值

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    数字孪生下基于DACS-MFAC的数控机床热误差自适应预测方法

    杜柳青吕发良余永维
    248-257页
    查看更多>>摘要：基于现代控制理论的经验建模法,在针对数控机床不同生产工况时,难以建立一种共性的热误差解决方案.探索了在数字孪生框架下以无模型驱动方式实现数控机床热误差自适应预测的研究.首先,建立了机床"热传感-映射-融合与优化-驱动"数字孪生框架,实现热特征信息在数字孪生体中的存储与融合.然后,基于MISO系统的假设条件和动态线性化几何释义,提出了一种不受被控系统任何结构数据影响的热误差无模型自适应控制(MFAC)方法.进一步,基于动态发现概率和自适应步长的DACS-MFAC算法按照一定的周期更新系统参数,实现数字孪生系统下热误差预测值的动态优化.实验结果表明,DACS-MFAC方法具有适应强、精度高、收敛性好等优点.

    数控机床热误差数字孪生无模型自适应控制动态自适应布谷鸟搜索

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    中枢模式发生器与足端轨迹的非线性映射

    陈久朋陈治帆伞红军祖永斌...
    258-271页
    查看更多>>摘要：控制的仿生性和行走的稳定性是四足机器人步态研究中重要的两个方面.为了提高四足机器人运动的稳定性,本文通过Hopf振荡器搭建了CPG模型,分别实现了多种步态及步态之间的转换.比较了基于CPG的步态控制方法和轨迹规划的步态规划方法在行走上的优劣性.为了同时利用CPG控制和轨迹规划的优点,提出采用神经网络将CPG控制曲线与足端轨迹逆运动学获得的驱动曲线进行非线性映射,使得四足机器人在控制上具备仿生特性,在足端接触上具备零冲击特性.仿真和实验结果表明,采用CPG的步态生成方法和轨迹规划方法四足机器人的行走速度理论行走速度 80 mm/s相近,但采用CPG的步态生成方法四足机器人侧向位移在±10 mm以内且俯仰角在±1.5°之间,而采用轨迹规划的控制方法四足机器人侧向位移在±35 mm以内且俯仰角在±4°之间,可见两种控制方式对侧向偏移和俯仰运动的表现不一致.通过实验测量可知,机器人采用walk步态行走速度为 18.57 mm/s,与理论行走速度 20 mm/s接近,步态转换后以trot步态行走,行走速度为 76.15 mm/s,与理论行走速度 80 mm/s接近,少许误差可能是装配和行走过程打滑导致的.测量其侧向偏移程度可知,其侧向的偏移量左侧在15 mm内,右侧在 25 mm内,其侧向偏移量均在合适的范围内,证明所提算法的有效性.

    四足机器人CPG模型足端轨迹非线性映射行走稳定性

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    机器人打磨系统力控补偿优化算法研究

    严海堂钱牧云魏新园张姣姣...
    272-281页
    查看更多>>摘要：针对目前打磨机器人在复杂环境中不能兼具磨削精度和顺应性等问题,提出了一种基于算法优化的机器人打磨系统力控补偿方法.首先,阐述了机器人打磨系统的力学特性及力控优化算法原理;然后搭建了实验系统,进行了机器人容许响应范围及主动柔顺恒力磨削实验,最后,采用扩展Kalman滤波算法、最小二乘拟合算法和粒子滤波算法优化打磨力的实时补偿值,并对比了各算法的补偿效果.实验结果表明,通过力控补偿功能,在 20 mm内可实现 100%对系统结构误差的补偿;与设定期望打磨力比较,平均相对误差为 5.44%;利用扩展Kalman滤波算法、最小二乘拟合算法和粒子滤波算法优化后平均误差分别降低至 1.20%、1.24%和 1.64%.拓展优化机器人协同力控系统的实时力/位补偿功能,将有助于提高机器人打磨系统的精度和稳定性,为机器人技术的发展提供理论依据和技术支持.

    机器人打磨扩展Kalman滤波力控补偿

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    基于跟踪误差约束的机器鱼抗扰动路径跟踪控制

    李东方张滨新曾林林黄捷...
    282-293页
    查看更多>>摘要：为了解决机器鱼在扰动下跟踪效率低的问题,本工作提出了一种抗扰动和自适应的误差约束控制方案.首先,通过设计虚拟控制输入,并利用积分环节更新了自适应视线制导律,消除了侧滑导致的运动位置偏离,增强了机器人的抗干扰能力.其次,通过构造机器鱼的偏航和浪涌自适应控制器,使神经网络函数拟合模型的不确定项和水流扰动,并用逼近值补偿系统的控制输入.这提升了机体的环境适应性.最后,利用障碍Lyapunov理论,机器鱼跟踪位置和角度的一致最终有界性被证明.通过模拟和实验,与经典制导方案相比,所提方案提高了机器鱼的跟踪效率和稳态性能,使机器鱼的位置误差收敛速率平均提升了 14.57%.

    机器鱼误差约束自适应视线制导抗扰动路径跟踪

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    ViT和注意力融合的类别不均衡PCB缺陷检测方法

    陈俊英李朝阳席月芸刘冲...
    294-306页
    查看更多>>摘要：针对实际环境下印刷电路板(PCB)缺陷样本难以收集造成的数据长尾分布和检测精度低以及ViT用于检测时计算复杂度高等问题,提出多尺度ViT特征提取和注意力特征融合的端到端PCB缺陷检测算法.首先结合ViT和部分卷积构建多尺度特征提取网络,利用层级多头注意力对不同尺度的特征图执行自适应的注意力操作,使网络能够更好地捕捉局部和全局信息进而增强其特征提取能力,部分卷积可以降低计算开销.其次,基于能量空域抑制的无参数注意力机制将多尺度特征有效融合,提升网络融合特征图的表达能力.最后,引入对类别不均衡敏感的分类函数对网络的损失函数进行改进,增强网络对类别不平衡数据的拟合程度,提高网络的泛化能力.在 3 种不同类型的公开PCB数据集上的实验结果表明,所提出的检测算法在PCB表面缺陷数据集的平均精度均值(mAP)均有提升,分别为 99.13%、98.67%,99.82%;在类别不均衡的PCB缺陷检测任务上,相较于改进前方法,mAP提升了 11.94%,网络检测速度达到 25 FPS,为PCB缺陷的检测提供了一种快速、有效的方法.

    缺陷检测印刷电路板VisionTransformer注意力机制多尺度特征提取

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