2008年 第34卷 第4期
2008, 34(4): 393-399.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00393
摘要:
提出了一种基于多特征自适应融合的核跟踪框架. 利用目标特征的子模型集合构造了目标的多特征描述, 通过线性加权方法将目标的多个特征集成在核跟踪方法中. 根据各个特征子模型与当前目标及背景的相似性, 提出了一种基于 Fisher 可分性度量的权值自适应更新机制; 同时为了克服模型更新过程中的漂移, 基于子模型的可分性提出了一种选择性更新策略, 实现了在变化场景下的鲁棒跟踪. 基于本文所提多特征跟踪框架, 利用目标的颜色特征与 LBP (Local binary pattern) 纹理特征具体实现了多特征自适应融合的核跟踪方法, 实验验证了本文方法的有效性.
提出了一种基于多特征自适应融合的核跟踪框架. 利用目标特征的子模型集合构造了目标的多特征描述, 通过线性加权方法将目标的多个特征集成在核跟踪方法中. 根据各个特征子模型与当前目标及背景的相似性, 提出了一种基于 Fisher 可分性度量的权值自适应更新机制; 同时为了克服模型更新过程中的漂移, 基于子模型的可分性提出了一种选择性更新策略, 实现了在变化场景下的鲁棒跟踪. 基于本文所提多特征跟踪框架, 利用目标的颜色特征与 LBP (Local binary pattern) 纹理特征具体实现了多特征自适应融合的核跟踪方法, 实验验证了本文方法的有效性.
2008, 34(4): 400-407.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00400
摘要:
小样本问题会造成各类协方差矩阵的奇异性和不稳定性. 本文采用对训练样本进行扰动的方法来生成虚拟训练样本, 利用这些虚拟训练样本克服了各类协方差矩阵的奇异性问题, 从而可以直接使用二次判别分析 (Quadratic discriminant analysis, QDA) 方法. 本文方法克服了正则化判别分析 (Regularized discriminant analysis, RDA) 需要进行参数优化的问题. 实验结果表明, QDA 的模式识别率优于参数最优化时 RDA 算法的识别率.
小样本问题会造成各类协方差矩阵的奇异性和不稳定性. 本文采用对训练样本进行扰动的方法来生成虚拟训练样本, 利用这些虚拟训练样本克服了各类协方差矩阵的奇异性问题, 从而可以直接使用二次判别分析 (Quadratic discriminant analysis, QDA) 方法. 本文方法克服了正则化判别分析 (Regularized discriminant analysis, RDA) 需要进行参数优化的问题. 实验结果表明, QDA 的模式识别率优于参数最优化时 RDA 算法的识别率.
2008, 34(4): 408-413.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00408
摘要:
从复杂图像中准确可靠地检测圆形体是计算机视觉和智能化图像理解的关键技术之一. 现存算法存在检测精度低, 对噪声及复杂背景敏感等缺点. 本文提出一种新的混合算法. 首先采用一种改进 Hough 变换获取参数空间并生成其横切面图像; 然后对该横切面图像进行连通体分析, 检测出圆形体的尺寸和中心位置. 改进 Hough 变换重新定义了掩模及积分算子; 连通体分析则采用一种改进圆形测度. 大量实验表明所提算法具有更高检测率、检测精度和鲁棒性.
从复杂图像中准确可靠地检测圆形体是计算机视觉和智能化图像理解的关键技术之一. 现存算法存在检测精度低, 对噪声及复杂背景敏感等缺点. 本文提出一种新的混合算法. 首先采用一种改进 Hough 变换获取参数空间并生成其横切面图像; 然后对该横切面图像进行连通体分析, 检测出圆形体的尺寸和中心位置. 改进 Hough 变换重新定义了掩模及积分算子; 连通体分析则采用一种改进圆形测度. 大量实验表明所提算法具有更高检测率、检测精度和鲁棒性.
2008, 34(4): 414-418.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00414
摘要:
卫星地面站系统任务调度是一个典型的组合优化问题, 优化过程极其复杂. 鉴于此, 提出了一种有效求解该问题的基于蚁群优化算法和导向局部搜索方法的混合优化方法. 该方法将蚁群优化和导向局部搜索有效地结合在一起, 极大地提高了优化绩效. 实例计算结果表明, 该混合方法能有效地求解卫星地面站系统任务调度问题.
卫星地面站系统任务调度是一个典型的组合优化问题, 优化过程极其复杂. 鉴于此, 提出了一种有效求解该问题的基于蚁群优化算法和导向局部搜索方法的混合优化方法. 该方法将蚁群优化和导向局部搜索有效地结合在一起, 极大地提高了优化绩效. 实例计算结果表明, 该混合方法能有效地求解卫星地面站系统任务调度问题.
2008, 34(4): 419-425.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00419
摘要:
针对嵌入式语音识别系统,提出了一种高效的实时语音端点检测算法. 算法以子带频谱熵为语音/噪声的区分特征, 首先将每帧语音的频谱划分成若干个子带, 计算出每个子带的频谱熵, 然后把相继若干帧的子带频谱熵经过一组顺序统计滤波器获得每帧的频谱熵, 根据频谱熵的值对输入的语音进行分类. 实验结果表明, 该算法能够有效地区分语音和噪声, 可以显著地提高语音识别系统的性能. 在不同的噪声环境和信噪比条件下具有鲁棒性. 此外, 本文提出的算法计算代价小, 简单易实现, 适合实时嵌入式语音识别系统的应用.
针对嵌入式语音识别系统,提出了一种高效的实时语音端点检测算法. 算法以子带频谱熵为语音/噪声的区分特征, 首先将每帧语音的频谱划分成若干个子带, 计算出每个子带的频谱熵, 然后把相继若干帧的子带频谱熵经过一组顺序统计滤波器获得每帧的频谱熵, 根据频谱熵的值对输入的语音进行分类. 实验结果表明, 该算法能够有效地区分语音和噪声, 可以显著地提高语音识别系统的性能. 在不同的噪声环境和信噪比条件下具有鲁棒性. 此外, 本文提出的算法计算代价小, 简单易实现, 适合实时嵌入式语音识别系统的应用.
2008, 34(4): 426-432.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00426
摘要:
在大型工业过程递阶稳态优化中, 可行的方法是利用系统的实际信息以修正基于模型的最优解. 在这种情形下, 得出一幅值不等的阶跃型控制值序列, 而且该控制值序列依次激励实际系统. 本文将一组迭代学习控制器分散地嵌入到一类非线性工业过程的递阶稳态优化进程中, 每一子系统的迭代学习控制器将产生一强化的控制信号序列以替代相应的具有不同幅值的阶跃型控制值序列, 目的是不断改进系统的暂态品质. 通过卷积的 Hausdorff-Young 不等式, 本文分析了学习控制律在 Lebesgue-P 范数意义下的收敛性, 讨论了系统的非线性性和关联性对控制律收敛性的影响. 最后, 数字仿真验证了所研究的学习控制机理的正确性和有效性.
在大型工业过程递阶稳态优化中, 可行的方法是利用系统的实际信息以修正基于模型的最优解. 在这种情形下, 得出一幅值不等的阶跃型控制值序列, 而且该控制值序列依次激励实际系统. 本文将一组迭代学习控制器分散地嵌入到一类非线性工业过程的递阶稳态优化进程中, 每一子系统的迭代学习控制器将产生一强化的控制信号序列以替代相应的具有不同幅值的阶跃型控制值序列, 目的是不断改进系统的暂态品质. 通过卷积的 Hausdorff-Young 不等式, 本文分析了学习控制律在 Lebesgue-P 范数意义下的收敛性, 讨论了系统的非线性性和关联性对控制律收敛性的影响. 最后, 数字仿真验证了所研究的学习控制机理的正确性和有效性.
2008, 34(4): 433-437.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00433
摘要:
本文探讨了把量子广义测量和无消相干子空间 (DFS) 结合起来抑制消相干的潜力. 证实了: 把量子广义子空间投影测量 (QGSPM) 和量子广义分类投影测量 (QGCPM) 与 DFS 算子条件结合起来, 可以有效增强 Markovian 和非 Markovian 量子开放系统抑制消相干的能力. 强调了量子测量可以作为操控量子态的重要手段. 本方法的优点在于可以构造性地设计相干控制哈密顿量.
本文探讨了把量子广义测量和无消相干子空间 (DFS) 结合起来抑制消相干的潜力. 证实了: 把量子广义子空间投影测量 (QGSPM) 和量子广义分类投影测量 (QGCPM) 与 DFS 算子条件结合起来, 可以有效增强 Markovian 和非 Markovian 量子开放系统抑制消相干的能力. 强调了量子测量可以作为操控量子态的重要手段. 本方法的优点在于可以构造性地设计相干控制哈密顿量.
2008, 34(4): 438-444.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00438
摘要:
本文研究了线性大系统的关联稳定与协调控制问题. 基于双线性矩阵不等式, 给出了两个子系统关联稳定与协调镇定的充分与必要条件. 结论表明, 即使子系统不稳定, 组成的大系统也易能被协调镇定, 而不需要假定子系统的稳定. 其次, 协调控制器的设计问题转化为 BMI 约束下的优化问题, 为求解此问题, 提出了优化交替算法, 并给出了此算法收敛性的简单证明. 最后, 数值算例表明了优化算法的有效性.
本文研究了线性大系统的关联稳定与协调控制问题. 基于双线性矩阵不等式, 给出了两个子系统关联稳定与协调镇定的充分与必要条件. 结论表明, 即使子系统不稳定, 组成的大系统也易能被协调镇定, 而不需要假定子系统的稳定. 其次, 协调控制器的设计问题转化为 BMI 约束下的优化问题, 为求解此问题, 提出了优化交替算法, 并给出了此算法收敛性的简单证明. 最后, 数值算例表明了优化算法的有效性.
2008, 34(4): 445-452.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00445
摘要:
基于几何最优控制理论, 本文提出了一种新的几何推理方法, 这种方法能够有效地推导出车型机器人给定两点间的时间最优轨迹类型的充分集合. 同时也为此类非线性问题提供了一种新的思路. 首先根据旁氏极大值原理和李代数推导出切换函数的结构特性, 根据这种结构特性建立一个切换坐标系并引入一个新的向量, 该向量在此坐标系中的旋转轨迹与时间最优轨迹具有一一对应关系. 进而得到一个结论: 如果该向量的始末旋转位置和方向一致, 那么将唯一的确定一条最优轨迹. 这是第一次得到一个能够直接应用于计算一条精确的最优轨迹的结论.
基于几何最优控制理论, 本文提出了一种新的几何推理方法, 这种方法能够有效地推导出车型机器人给定两点间的时间最优轨迹类型的充分集合. 同时也为此类非线性问题提供了一种新的思路. 首先根据旁氏极大值原理和李代数推导出切换函数的结构特性, 根据这种结构特性建立一个切换坐标系并引入一个新的向量, 该向量在此坐标系中的旋转轨迹与时间最优轨迹具有一一对应关系. 进而得到一个结论: 如果该向量的始末旋转位置和方向一致, 那么将唯一的确定一条最优轨迹. 这是第一次得到一个能够直接应用于计算一条精确的最优轨迹的结论.
2008, 34(4): 453-459.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00453
摘要:
针对一类具有状态变时滞的 T-S 模糊非线性系统, 通过定义一类时滞相关 Lyapunov 函数, 引入基于 L∞ 范数理论的鲁棒性能指标, 并利用线性矩阵不等式(LMI), 给出了模糊鲁棒输出反馈控制器的设计方法和存在的充分条件, 保证整个闭环系统的渐近稳定性. 最后, 倒车控制系统的仿真表明了本方法的有效性.
针对一类具有状态变时滞的 T-S 模糊非线性系统, 通过定义一类时滞相关 Lyapunov 函数, 引入基于 L∞ 范数理论的鲁棒性能指标, 并利用线性矩阵不等式(LMI), 给出了模糊鲁棒输出反馈控制器的设计方法和存在的充分条件, 保证整个闭环系统的渐近稳定性. 最后, 倒车控制系统的仿真表明了本方法的有效性.
2008, 34(4): 460-465.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00460
摘要:
为了将经典离散事件系统 (Discrete event systems, DES) 中的监控理论扩展到模糊离散事件系统 (Fuzzy discrete event systems, FDES) 中, 总结了目前 FDES 建模和监控理论方面的成果, 进一步讨论了 FDES 的能控性, 给出了非阻塞监控的条件. 对 FDES 的能控子语言与优化监控进行了分析, 得到了能控子语言的性质. 以模糊自动机作为监控的一种形式, 给出了监督控制具体的实现方法, 这对于进一步开展 FDES 的研究工作是有益的.
为了将经典离散事件系统 (Discrete event systems, DES) 中的监控理论扩展到模糊离散事件系统 (Fuzzy discrete event systems, FDES) 中, 总结了目前 FDES 建模和监控理论方面的成果, 进一步讨论了 FDES 的能控性, 给出了非阻塞监控的条件. 对 FDES 的能控子语言与优化监控进行了分析, 得到了能控子语言的性质. 以模糊自动机作为监控的一种形式, 给出了监督控制具体的实现方法, 这对于进一步开展 FDES 的研究工作是有益的.
2008, 34(4): 466-471.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00466
摘要:
总结了应用最为广泛的三角形和梯形隶属函数的共同特点, 明确定义了一种将以上两种隶属函数作为特例的广义梯形 (Generalized trapezoid-shaped, GTS) 隶属函数, 推导了输入变量采用 GTS 隶属函数的 I 类和 II 类两维最简模糊控制器的解析式. 基于此, 深入研究了模糊控制器的解析结构, 并证明了这两类模糊控制器等价于一种变结构的非线性 (或线性) PI 控制器与相应的非线性 (或定常) 控制偏置之和, 并且在其输入论域上是单调递增、连续且有界的. 最后, 将该类控制器应用于倒立摆控制系统, 通过仿真证明了其有效性, 同时揭示了此类控制器是一种更一般化的模糊控制器.
总结了应用最为广泛的三角形和梯形隶属函数的共同特点, 明确定义了一种将以上两种隶属函数作为特例的广义梯形 (Generalized trapezoid-shaped, GTS) 隶属函数, 推导了输入变量采用 GTS 隶属函数的 I 类和 II 类两维最简模糊控制器的解析式. 基于此, 深入研究了模糊控制器的解析结构, 并证明了这两类模糊控制器等价于一种变结构的非线性 (或线性) PI 控制器与相应的非线性 (或定常) 控制偏置之和, 并且在其输入论域上是单调递增、连续且有界的. 最后, 将该类控制器应用于倒立摆控制系统, 通过仿真证明了其有效性, 同时揭示了此类控制器是一种更一般化的模糊控制器.
2008, 34(4): 472-477.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00472
摘要:
多目标优化方法对所用的目标函数和约束要进行分析和改进, 为了多个目标的同时实现和分析本文研究了一种新的基于组织型 P 系统的多目标优化算法来设计 PID 控制器. 控制器参数被编码后按照与膜结构相关的规则进化, 组织型 P 系统具有独特的动态膜结构, 整个参数群体被动态膜结构划分成几个子群体计算降低了计算复杂性. 仿真结果表明所提算法收敛快, 解的精度高, 而且在 Pareto 前沿上均匀分布, 所得的控制器具有令人满意的控制性能. 实验结果显示新算法适于研究不同性能指标和调节参数之间的关系, 可以用于设计和评估不同的控制器.
多目标优化方法对所用的目标函数和约束要进行分析和改进, 为了多个目标的同时实现和分析本文研究了一种新的基于组织型 P 系统的多目标优化算法来设计 PID 控制器. 控制器参数被编码后按照与膜结构相关的规则进化, 组织型 P 系统具有独特的动态膜结构, 整个参数群体被动态膜结构划分成几个子群体计算降低了计算复杂性. 仿真结果表明所提算法收敛快, 解的精度高, 而且在 Pareto 前沿上均匀分布, 所得的控制器具有令人满意的控制性能. 实验结果显示新算法适于研究不同性能指标和调节参数之间的关系, 可以用于设计和评估不同的控制器.
2008, 34(4): 478-481.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00478
摘要:
联盟形成是多 agent 系统中的一个关键问题, 主要着眼于如何在联盟内 agent 间划分联盟的效用. 但已有策略无法摆脱搭便车问题, 尤其是额外效用的分配没有确切反映出各 agent 对于联盟贡献的差异性, 导致联盟潜在的不稳定. 本文给出了一种新的联盟形成的行为策略, 在公平分配原则和无妒忌原则的基础上, 提高了对额外效用分配的合理性, 在具有超加性的面向任务的领域中可以形成全局最优联盟, 并具有 Nash 均衡意义下的稳定性.
联盟形成是多 agent 系统中的一个关键问题, 主要着眼于如何在联盟内 agent 间划分联盟的效用. 但已有策略无法摆脱搭便车问题, 尤其是额外效用的分配没有确切反映出各 agent 对于联盟贡献的差异性, 导致联盟潜在的不稳定. 本文给出了一种新的联盟形成的行为策略, 在公平分配原则和无妒忌原则的基础上, 提高了对额外效用分配的合理性, 在具有超加性的面向任务的领域中可以形成全局最优联盟, 并具有 Nash 均衡意义下的稳定性.
2008, 34(4): 482-487.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00482
摘要:
研究一类由任意有限多个不确定子系统组成的切换奇异系统的动态输出反馈鲁棒H∞控制问题. 利用共同 Lyapunov 函数方法和凸组合技术, 给出由矩阵不等式表示的控制器存在的充分条件, 并设计了相应的子控制器和切换策略. 采用消元法, 将该矩阵不等式转化为一组线性矩阵不等式 (LMIs). 最后, 数值实例验证了所提方法的有效性.
研究一类由任意有限多个不确定子系统组成的切换奇异系统的动态输出反馈鲁棒H∞控制问题. 利用共同 Lyapunov 函数方法和凸组合技术, 给出由矩阵不等式表示的控制器存在的充分条件, 并设计了相应的子控制器和切换策略. 采用消元法, 将该矩阵不等式转化为一组线性矩阵不等式 (LMIs). 最后, 数值实例验证了所提方法的有效性.
2008, 34(4): 488-492.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00488
摘要:
本文对带有界扰动的一类含非匹配互联项的大型互联非线性系统进行了分散状态反馈控制设计, 通过子系统状态的线性变换, 得到分散状态反馈控制律. 当状态反馈控制律作用于该系统时, 无扰动的闭环系统是全局渐近稳定的, 当扰动有界时, 系统的状态能够收敛到原点的一个与扰动的界相关的邻域内, 并给出仿真算例说明该结论的可行性和有效性.
本文对带有界扰动的一类含非匹配互联项的大型互联非线性系统进行了分散状态反馈控制设计, 通过子系统状态的线性变换, 得到分散状态反馈控制律. 当状态反馈控制律作用于该系统时, 无扰动的闭环系统是全局渐近稳定的, 当扰动有界时, 系统的状态能够收敛到原点的一个与扰动的界相关的邻域内, 并给出仿真算例说明该结论的可行性和有效性.
2008, 34(4): 493-495.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00493
摘要:
分析了基于欧几里德距离的 SPE 指标和基于马氏距离的改进 SPE 监控指标, 针对过程变量正态分布的特性, 提出一种基于马氏距离的综合监控指标, 减少了监控工作量, 改善了监控效果.
分析了基于欧几里德距离的 SPE 指标和基于马氏距离的改进 SPE 监控指标, 针对过程变量正态分布的特性, 提出一种基于马氏距离的综合监控指标, 减少了监控工作量, 改善了监控效果.
2008, 34(4): 496-499.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00496
摘要:
针对离散 Markov 跳变系统, 研究带输入输出约束的有限时域预测控制问题. 对于给定预测时域内的每条模态轨迹, 设计控制输入序列, 驱动系统状态到达相应的终端不变集内, 在预测时域外, 则寻求一个虚拟的状态反馈控制器以保证系统的随机稳定性, 在此基础上, 分别给出了以线性矩阵不等式 (LMI) 描述的带输入、输出约束预测控制器的设计方法.
针对离散 Markov 跳变系统, 研究带输入输出约束的有限时域预测控制问题. 对于给定预测时域内的每条模态轨迹, 设计控制输入序列, 驱动系统状态到达相应的终端不变集内, 在预测时域外, 则寻求一个虚拟的状态反馈控制器以保证系统的随机稳定性, 在此基础上, 分别给出了以线性矩阵不等式 (LMI) 描述的带输入、输出约束预测控制器的设计方法.
2008, 34(4): 500-504.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00500
摘要:
提出自学习组合控制方法实现对一类动量交换刚柔耦合系统的主动控制. 在推导动力学方程的基础上, 提出组合控制律和在线自学习律并分别证明其稳定性和收敛性. 对刚体旋转和柔性梁振动分别设计 H∞ 控制器和 LQR 调节器, 并馈入角加速度信号构成组合控制系统. 仿真算例表明该方法的有效性.
提出自学习组合控制方法实现对一类动量交换刚柔耦合系统的主动控制. 在推导动力学方程的基础上, 提出组合控制律和在线自学习律并分别证明其稳定性和收敛性. 对刚体旋转和柔性梁振动分别设计 H∞ 控制器和 LQR 调节器, 并馈入角加速度信号构成组合控制系统. 仿真算例表明该方法的有效性.
