2003年 第29卷 第4期
2003, 29(4): 481-493.
摘要:
Fisher线性鉴别分析已成为特征抽取的最为有效的方法之一.但是在高维、小样本情 况下如何抽取Fisher最优鉴别特征仍是一个困难的、至今没有彻底解决的问题.文中引入压缩 映射和同构映射的思想,从理论上巧妙地解决了高维、奇异情况下最优鉴别矢量集的求解问题, 而且该方法求解最优鉴别矢量集的全过程只需要在一个低维的变换空间内进行,这与传统方法 相比极大地降低了计算量.在此理论基础上,进一步为高维、小样本情况下的最优鉴别分析方法 建立了一个通用的算法框架,即先作K-L变换,再用Fisher鉴别变换作二次特征抽取.基于该 算法框架,提出了组合线性鉴别法,该方法综合利用了F-S鉴别和J-Y鉴别的优点,同时消除了 二者的弱点.在ORL标准人脸库上的试验表明,组合鉴别法所抽取的特征在普通的最小距离分 类器和最近邻分类器下均达到97%的正确识别率,而且识别结果十分稳定.该结果大大优于经 典的特征脸和Fisherfaces方法的识别结果.
Fisher线性鉴别分析已成为特征抽取的最为有效的方法之一.但是在高维、小样本情 况下如何抽取Fisher最优鉴别特征仍是一个困难的、至今没有彻底解决的问题.文中引入压缩 映射和同构映射的思想,从理论上巧妙地解决了高维、奇异情况下最优鉴别矢量集的求解问题, 而且该方法求解最优鉴别矢量集的全过程只需要在一个低维的变换空间内进行,这与传统方法 相比极大地降低了计算量.在此理论基础上,进一步为高维、小样本情况下的最优鉴别分析方法 建立了一个通用的算法框架,即先作K-L变换,再用Fisher鉴别变换作二次特征抽取.基于该 算法框架,提出了组合线性鉴别法,该方法综合利用了F-S鉴别和J-Y鉴别的优点,同时消除了 二者的弱点.在ORL标准人脸库上的试验表明,组合鉴别法所抽取的特征在普通的最小距离分 类器和最近邻分类器下均达到97%的正确识别率,而且识别结果十分稳定.该结果大大优于经 典的特征脸和Fisherfaces方法的识别结果.
2003, 29(4): 494-500.
摘要:
通过扩展常规Takagi-Sugeno模糊系统,定义了一类模糊奇异摄动系统,利用矩阵不等 式表达出了在摄动参数足够小时的闭环稳定性.镇定并行分布式补偿控制器增益和共同的Lyapunov 函数可利用两步法得到,并可分别归结于一组线性矩阵不等式和双线性矩阵不等式,后者 可以利用迭代线性矩阵不等式方法有效地求解.文末给出了数值和仿真实例.
通过扩展常规Takagi-Sugeno模糊系统,定义了一类模糊奇异摄动系统,利用矩阵不等 式表达出了在摄动参数足够小时的闭环稳定性.镇定并行分布式补偿控制器增益和共同的Lyapunov 函数可利用两步法得到,并可分别归结于一组线性矩阵不等式和双线性矩阵不等式,后者 可以利用迭代线性矩阵不等式方法有效地求解.文末给出了数值和仿真实例.
2003, 29(4): 501-508.
摘要:
就切换并不太频繁的不可靠生产系统的最优生产控制进行研究,且系统的故障率与其 老化程度有关.以寻求最优的生产控制使其折扣率目标泛函取最小值.根据系统自身特性,对 目标泛函的积分上限给予新的含义,引入新的状态变量对问题进行分解.建立了考虑setup时间 及成本的递阶流率控制结构框架,在最优生产时间标准下给出考虑设备故障情况下有限时域内 的动态规划时最优控制率存在的充分必要条件.仿真结果表明,该生产策略更易于工程实现.
就切换并不太频繁的不可靠生产系统的最优生产控制进行研究,且系统的故障率与其 老化程度有关.以寻求最优的生产控制使其折扣率目标泛函取最小值.根据系统自身特性,对 目标泛函的积分上限给予新的含义,引入新的状态变量对问题进行分解.建立了考虑setup时间 及成本的递阶流率控制结构框架,在最优生产时间标准下给出考虑设备故障情况下有限时域内 的动态规划时最优控制率存在的充分必要条件.仿真结果表明,该生产策略更易于工程实现.
2003, 29(4): 509-515.
摘要:
建立了一个新的输入-输出反馈神经网络结构用于超声马达速度辨识.给出了以驱动电 压的幅值和驱动频率为控制量的双模式速度控制器,推导了辨识器和控制器的动态递归反传算 法.数值模拟结果表明,辨识器能比较精确地描述马达的输入-输出关系,双模式神经网络控制器 对多种形式的参考速度,都有很好的控制效果.
建立了一个新的输入-输出反馈神经网络结构用于超声马达速度辨识.给出了以驱动电 压的幅值和驱动频率为控制量的双模式速度控制器,推导了辨识器和控制器的动态递归反传算 法.数值模拟结果表明,辨识器能比较精确地描述马达的输入-输出关系,双模式神经网络控制器 对多种形式的参考速度,都有很好的控制效果.
2003, 29(4): 516-523.
摘要:
针对非线性多变量系统提出一种多模型预测控制(MMPC)策略.首先给出一种多模型 辨识方法,利用模糊满意聚类算法将复杂非线性系统划分为若干子系统,并获得多个线性模型, 通过模型变换得出全局系统模型,接着对全局MIMO系统设计MMPC,并进行了系统的性能分 析,最后以pH中和过程为例,通过仿真研究验证了辨识和控制算法的有效性.
针对非线性多变量系统提出一种多模型预测控制(MMPC)策略.首先给出一种多模型 辨识方法,利用模糊满意聚类算法将复杂非线性系统划分为若干子系统,并获得多个线性模型, 通过模型变换得出全局系统模型,接着对全局MIMO系统设计MMPC,并进行了系统的性能分 析,最后以pH中和过程为例,通过仿真研究验证了辨识和控制算法的有效性.
2003, 29(4): 524-530.
摘要:
提出了一种新型小波分析快速算法--"旋转角序列快速小波变换(RAS-FWT)",并给 出了正交小波旋转角序列的约束关系.该算法将传统的基于卷积的小波变换快速实现方法,转化 为微处理器更易实现的迭代结构,并采用"循环指针"实现数字延迟,代码更加高效简洁.Mallat 算法将正交小波与N长度离散系数序列建立起了--映射关系;而RAS-FWT建立起正交小波 与N/2长度离散角度序列的--映射关系,故计算量降低为Mallet算法(FWT)的一半.另外,基 于"旋转角序列"的特征构造,这一技术将为正交小波构造理论开辟一条崭新的技术路线,成为这 一学科的新分支.
提出了一种新型小波分析快速算法--"旋转角序列快速小波变换(RAS-FWT)",并给 出了正交小波旋转角序列的约束关系.该算法将传统的基于卷积的小波变换快速实现方法,转化 为微处理器更易实现的迭代结构,并采用"循环指针"实现数字延迟,代码更加高效简洁.Mallat 算法将正交小波与N长度离散系数序列建立起了--映射关系;而RAS-FWT建立起正交小波 与N/2长度离散角度序列的--映射关系,故计算量降低为Mallet算法(FWT)的一半.另外,基 于"旋转角序列"的特征构造,这一技术将为正交小波构造理论开辟一条崭新的技术路线,成为这 一学科的新分支.
2003, 29(4): 531-535.
摘要:
讨论了工件具有线性恶化加工时间的调度问题.在这类问题中,工件的恶化函数为线性 函数.对单机调度问题中目标函数为极小化最大完工时间加权完工时间和,最大延误以及最大费 用等问题分别给出了最优算法.对两台机器极小化最大完工时间的Flowshop问题,证明了利用 Johnson规则可以得到最优调度.对于一般情况,如果同一工件的工序的加工时间均相等,则 Flowshop问题可以转化为单机问题.
讨论了工件具有线性恶化加工时间的调度问题.在这类问题中,工件的恶化函数为线性 函数.对单机调度问题中目标函数为极小化最大完工时间加权完工时间和,最大延误以及最大费 用等问题分别给出了最优算法.对两台机器极小化最大完工时间的Flowshop问题,证明了利用 Johnson规则可以得到最优调度.对于一般情况,如果同一工件的工序的加工时间均相等,则 Flowshop问题可以转化为单机问题.
2003, 29(4): 536-543.
摘要:
为了实现多移动机器人在未知环境中的围捕,本文将任务建模为排队、随机搜索、包围、 捕捉和预测五种状态.提出了排队、搜索、包抄、捕捉、预测和方向优化策略,结合状态转换条件保 证了任务的顺利实现.同时,赋予被捕捉对象(下用Invader表示)一种安全运动策略,增加了围捕 的难度.仿真结果表明了所提方法的可行性.
为了实现多移动机器人在未知环境中的围捕,本文将任务建模为排队、随机搜索、包围、 捕捉和预测五种状态.提出了排队、搜索、包抄、捕捉、预测和方向优化策略,结合状态转换条件保 证了任务的顺利实现.同时,赋予被捕捉对象(下用Invader表示)一种安全运动策略,增加了围捕 的难度.仿真结果表明了所提方法的可行性.
2003, 29(4): 544-549.
摘要:
研究具有2类故障的可修系统的一个模型,假定系统工作时可能直接发生第1类故障, 也可能经过异常后发生第2类故障.系统故障时不需检测,系统工作时必须经过检测才能知道 它是正常还是异常,并且检测时间是一个随机变量.系统开始工作后,每隔一段时间对它检测 一次,直到系统故障或者检测结果是系统处于异常状态为止.利用密度演化方法,求出了系统的 可靠性指标和最优检测策略.
研究具有2类故障的可修系统的一个模型,假定系统工作时可能直接发生第1类故障, 也可能经过异常后发生第2类故障.系统故障时不需检测,系统工作时必须经过检测才能知道 它是正常还是异常,并且检测时间是一个随机变量.系统开始工作后,每隔一段时间对它检测 一次,直到系统故障或者检测结果是系统处于异常状态为止.利用密度演化方法,求出了系统的 可靠性指标和最优检测策略.
2003, 29(4): 550-558.
摘要:
针对具有互质因子摄动和未知干扰的离散时间系统研究了一种自适应鲁棒控制策略. 本文的主要工作包括三个方面.首先建立了互质因子摄动系统最优l1鲁棒控制设计的连续性. 然后,提出了一种带变死区的参数鲁棒估计投影算法.最后,结合所提出的参数估计算法和最优 l1鲁棒控制,利用确定性等价原理提出了互质因子摄动系统的一种新的自适应鲁棒控制方法.基 于本文建立的l1优化设计的连续性,证明了自适应鲁棒控制的全局稳定性,给出了自适应控制系 统稳定性的后验可计算条件.
针对具有互质因子摄动和未知干扰的离散时间系统研究了一种自适应鲁棒控制策略. 本文的主要工作包括三个方面.首先建立了互质因子摄动系统最优l1鲁棒控制设计的连续性. 然后,提出了一种带变死区的参数鲁棒估计投影算法.最后,结合所提出的参数估计算法和最优 l1鲁棒控制,利用确定性等价原理提出了互质因子摄动系统的一种新的自适应鲁棒控制方法.基 于本文建立的l1优化设计的连续性,证明了自适应鲁棒控制的全局稳定性,给出了自适应控制系 统稳定性的后验可计算条件.
2003, 29(4): 559-566.
摘要:
网络化控制系统(Networked Control System,简称NCS)研究的是如何通过网络实现闭 环控制,是涉及控制科学和计算机网络等多个学科知识的跨学科研究领域.本文将网络化控制系 统视为带有时延的采样控制系统,构造了一个无记忆的降阶状态观测器,通过比较观测器输出和 系统实际输出来产生残差,从而对网络化系统的控制故障进行了检测.仿真结果表明此方法是可 行的.
网络化控制系统(Networked Control System,简称NCS)研究的是如何通过网络实现闭 环控制,是涉及控制科学和计算机网络等多个学科知识的跨学科研究领域.本文将网络化控制系 统视为带有时延的采样控制系统,构造了一个无记忆的降阶状态观测器,通过比较观测器输出和 系统实际输出来产生残差,从而对网络化系统的控制故障进行了检测.仿真结果表明此方法是可 行的.
2003, 29(4): 567-572.
摘要:
针对冗余驱动并联机构研究一种自适应的混合位置/力控制算法.基于并联机构中约束 子流形的几何性质,将冗余驱动并联机构的逆动力学自然投影到位形空间和约束力空间.基于投 影方程,提出一种统一的具有渐进稳定性的自适应混合位置/力控制算法.采用最小二范数准则 求解冗余解问题,实现了实际驱动关节力矩的优化.仿真结果验证了控制方法的有效性.
针对冗余驱动并联机构研究一种自适应的混合位置/力控制算法.基于并联机构中约束 子流形的几何性质,将冗余驱动并联机构的逆动力学自然投影到位形空间和约束力空间.基于投 影方程,提出一种统一的具有渐进稳定性的自适应混合位置/力控制算法.采用最小二范数准则 求解冗余解问题,实现了实际驱动关节力矩的优化.仿真结果验证了控制方法的有效性.
2003, 29(4): 573-581.
摘要:
提出了一种直接从湍流退化图像中估计湍流点扩展函数值的方法.本方法不再利用自 然或人工向导星图像来测定点扩展函数,而是直接利用两帧连续短曝光湍流退化图像作为输入， 在空域中对其进行适当的延拓,在频域中建立和选择关于湍流点扩展函数离散值的一系列计算 方程.为了克服噪声的干扰,在点扩展函数的非负性和空间光滑性的约束条件下,将点扩展函数 的计算问题转化为优化估计问题,通过极小化准则函数估计点扩展函数值,进而恢复退化图像. 实验结果表明,本文方法十分有效,复原效果好.
提出了一种直接从湍流退化图像中估计湍流点扩展函数值的方法.本方法不再利用自 然或人工向导星图像来测定点扩展函数,而是直接利用两帧连续短曝光湍流退化图像作为输入， 在空域中对其进行适当的延拓,在频域中建立和选择关于湍流点扩展函数离散值的一系列计算 方程.为了克服噪声的干扰,在点扩展函数的非负性和空间光滑性的约束条件下,将点扩展函数 的计算问题转化为优化估计问题,通过极小化准则函数估计点扩展函数值,进而恢复退化图像. 实验结果表明,本文方法十分有效,复原效果好.
2003, 29(4): 582-588.
摘要:
对存在输入饱和约束和输入可逆静态非线性的系统,采用两步法广义预测控制策略. 首先用线性广义预测控制策略得到中间变量,代表期望的控制作用,然后用解方程方法补偿可逆 静态非线性并用解饱和方法满足饱和约束,得到实际的控制作用.两步法计算简单,特别适用于 快速控制的场合.将该控制系统闭环结构转化为静态非线性增益反馈结构,利用Popov定理分 析了该系统的闭环稳定性,得到了稳定的充分条件,并具体给出了有效的控制器参数确定算法使 得稳定性结论具备实用的价值.给出了算例验证了稳定条件.
对存在输入饱和约束和输入可逆静态非线性的系统,采用两步法广义预测控制策略. 首先用线性广义预测控制策略得到中间变量,代表期望的控制作用,然后用解方程方法补偿可逆 静态非线性并用解饱和方法满足饱和约束,得到实际的控制作用.两步法计算简单,特别适用于 快速控制的场合.将该控制系统闭环结构转化为静态非线性增益反馈结构,利用Popov定理分 析了该系统的闭环稳定性,得到了稳定的充分条件,并具体给出了有效的控制器参数确定算法使 得稳定性结论具备实用的价值.给出了算例验证了稳定条件.
2003, 29(4): 589-598.
摘要:
直线提取是基于特征的模式识别的一个重要步骤.由于图像特征点的离散误差和特征 点提取过程中的位移现象,使得由二图像点所确定的直线的参数随之产生某种不确定性.该文 比较系统地研究了这种不确定性的分布,并讨论了这些理论结果在计算机视觉中的应用.据作 者所知,该文结果在其它地方还没有过类似的报导.
直线提取是基于特征的模式识别的一个重要步骤.由于图像特征点的离散误差和特征 点提取过程中的位移现象,使得由二图像点所确定的直线的参数随之产生某种不确定性.该文 比较系统地研究了这种不确定性的分布,并讨论了这些理论结果在计算机视觉中的应用.据作 者所知,该文结果在其它地方还没有过类似的报导.
2003, 29(4): 599-615.
摘要:
信息融合是现代信息技术与多学科交叉、综合、延拓产生的新的系统科学研究方向,由 于其在军事和民用领域已经展现出的有效与广阔的理论和应用前景,而备受国内外学者和众多 实际工程领域专家的高度关注.文章对近几年来信息融合国际年会和近百种国际学术期刊进行 了统计分析,对信息融合在军事和民用领域的应用分布情况、所采用的各种不同数学工具和研 究方法所占的比例、融合系统建模方法、算法、发展动向、存在的问题和解决这些问题的思路给 出了系统的综述.
信息融合是现代信息技术与多学科交叉、综合、延拓产生的新的系统科学研究方向,由 于其在军事和民用领域已经展现出的有效与广阔的理论和应用前景,而备受国内外学者和众多 实际工程领域专家的高度关注.文章对近几年来信息融合国际年会和近百种国际学术期刊进行 了统计分析,对信息融合在军事和民用领域的应用分布情况、所采用的各种不同数学工具和研 究方法所占的比例、融合系统建模方法、算法、发展动向、存在的问题和解决这些问题的思路给 出了系统的综述.
2003, 29(4): 616-621.
摘要:
利用数据手套CAS-Glove作为输入设备,提出了一种基于模糊神经网络的中国手语单 手静态词汇的识别方法:首先利用经验知识为每个词汇创建模糊规则,然后通过学习确定各模糊 子集隶属函数中的参数.对于参数的学习,提出了一种适用于分类器的可微经验风险函数,该函 数能够有效地利用梯度下降法进行最小化.在实验中通过比较证实了该方法的有效性和可靠性.
利用数据手套CAS-Glove作为输入设备,提出了一种基于模糊神经网络的中国手语单 手静态词汇的识别方法:首先利用经验知识为每个词汇创建模糊规则,然后通过学习确定各模糊 子集隶属函数中的参数.对于参数的学习,提出了一种适用于分类器的可微经验风险函数,该函 数能够有效地利用梯度下降法进行最小化.在实验中通过比较证实了该方法的有效性和可靠性.
2003, 29(4): 622-627.
摘要:
指纹身份鉴定是最可靠的身份鉴定方法之一.指纹图像的分割是自动指纹识别系统中 的重要一步.在本论文中,我们提出了一种高效实用的指纹图像分割方法.我们提取出了能使分 割算法更加精确的两个新特征.在其它的很多分割算法中,由于应用的特征不能很好的反映出模 糊区的特征,因此不能够很好的区分前景和模糊区.由于可能在模糊区提取出虚假的细节,这将 很大的程度上影响指纹识别系统的整体性能.然而,由于我们提出的两个新特征,我们的算法可 以和很好的区分出前景与模糊区,因此该分割算法可以降低虚假细节的数目.我们选用监督的 RBF神经网络来进行分类并选取典型的样本用来训练.实验结果说明我们的分割算法在性能上 有一个很大的提高.
指纹身份鉴定是最可靠的身份鉴定方法之一.指纹图像的分割是自动指纹识别系统中 的重要一步.在本论文中,我们提出了一种高效实用的指纹图像分割方法.我们提取出了能使分 割算法更加精确的两个新特征.在其它的很多分割算法中,由于应用的特征不能很好的反映出模 糊区的特征,因此不能够很好的区分前景和模糊区.由于可能在模糊区提取出虚假的细节,这将 很大的程度上影响指纹识别系统的整体性能.然而,由于我们提出的两个新特征,我们的算法可 以和很好的区分出前景与模糊区,因此该分割算法可以降低虚假细节的数目.我们选用监督的 RBF神经网络来进行分类并选取典型的样本用来训练.实验结果说明我们的分割算法在性能上 有一个很大的提高.
2003, 29(4): 628-632.
摘要:
对含非线性摩擦环节的机械伺服系统,提出一种基于Lyapunov方法的鲁棒非线性控 制方法,通过引入非线性增益和摩擦补偿项,来克服参数不确定性和补偿非线性摩擦,从而保证 跟踪误差渐进收敛.对转台系统的实验研究,表明了该方法的有效性.
对含非线性摩擦环节的机械伺服系统,提出一种基于Lyapunov方法的鲁棒非线性控 制方法,通过引入非线性增益和摩擦补偿项,来克服参数不确定性和补偿非线性摩擦,从而保证 跟踪误差渐进收敛.对转台系统的实验研究,表明了该方法的有效性.
2003, 29(4): 633-640.
摘要:
基于对系统随机不确定因素的分析,文中定义了一种新型随机离散系统--乘性随机 离散系统,并研究该类系统的线性二次型(LQ)最优控制问题.首先给出了该类系统的有限时间 和无限时间LQ最优控制律,并着重分析、证明了无限时间LQ最优控制问题的Riccati方程的 正定矩阵解的存在性及相应数值求解算法与收敛性,以及闭环系统的稳定性等问题.仿真结果 表明了该方法的有效性.
基于对系统随机不确定因素的分析,文中定义了一种新型随机离散系统--乘性随机 离散系统,并研究该类系统的线性二次型(LQ)最优控制问题.首先给出了该类系统的有限时间 和无限时间LQ最优控制律,并着重分析、证明了无限时间LQ最优控制问题的Riccati方程的 正定矩阵解的存在性及相应数值求解算法与收敛性,以及闭环系统的稳定性等问题.仿真结果 表明了该方法的有效性.
