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[期刊论文] 刘涛 王明辉 杜宏旺
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CSTPCD 北大核心
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摘要:设计开发了直控式电动舵机教学实验系统.采用STM32Cortex-M4单片机作为控制核心,设计实现了直接控制式电动舵机的位置闭环控制系统.详细介绍了实验系统的设计方案、设计任务、硬件组成、数学建模和仿真设计,开发了基于LabWindows的上位机软件界面,实现控制指令输入和动态测试.该系统采用模块化的软硬件方案,有助于深入学习电动舵机闭环控制、STM32单片机、上位机设计等知识,提高了学生知识综合运用能力和实践动手能力,获得了良好的实践教学效果....
[期刊论文] 刘涛 王宁宁 张熠 艾尚茂
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CSTPCD 北大核心
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摘要:针对海洋工程中采用的设备深海悬垂法安装过程,采用多摄像头视频运动分析方法计算水下三维运动轨迹可用于指导海洋工程的结构安装和分析设备水下运动特征.水下视频和图像的处理获取面临着诸多挑战,首先由于水下环境悬浮物和颗粒较多,光在水下发生了散射,使水下图像发生了退化;其次水下视频运动分析遇到的一个主要障碍是光线的折射引起的图像误差.由于光在水、玻璃、空气不同介质间发生折射,光路发生弯曲,陆地上的摄像机成像模型在水中不再适用,需要提出新的水下摄像机成像模型.本文引入带光线折射的水下摄像机成像模型,研究水下摄像机的内参数和外参数标定方法,利用固定布置的3个水下摄像机拍摄的目标水下运动视频来计算水下目标的轨迹.该方法适用于水池环境下水下物体大范围运动,可以得到较为精确的轨迹,并得到了实验验证....
摘要:针对探测制导与控制技术专业本科生的课程设计实践教学的需要,以简易二轴转台为实验平台,指导学生2周内设计、组装并实现了程控飞行姿态运动模拟器,模拟飞机起飞、航行和降落的过程.硬件系统由二轴转台、STM32控制器、MPU6050和PC机构成,应用软件完成转台运动控制,转台姿态信息采集、处理、存储和显示等功能.模拟器经功能测试及应用Matlab软件数据分析验证:以STM32控制器为核心,可实现飞行转台姿态的程序控制,该系统的设计达到了预期要求....
摘要:MXene是由MAX相材料制得的一种金属碳化物和碳氮化物的新型二维晶体.化学式为Mn+1Xn,其中n=1、2、3.M代表Ti、Sr、V、Cr、HF等过渡金属,X代表C或者N.MXene具有丰富的化学性质:良好的导电性、磁性和透光性等性能,目前在催化化学和电化学能量存储方面展现出非常好的应用前景.介绍了MXene材料制备及应用方面的研究进展,并对该材料的应用前景和未来发展作出展望....
摘要:针对探测制导与控制技术专业本科生的学习与实验教学的需要,基于实验室已有的二轴转台光电跟踪系统设计了导弹制导与控制半实物仿真教学实验平台.该平台以二轴转台作为物理实物部分,以PC机和运动控制器为控制平台和控制核心,通过转台的运动控制卡库函数实现转台偏航轴和俯仰轴的位置和速度控制.运用Simulink可视化的系统建模界面建立某导弹的运动学和动力学模型,组成导弹的内环姿态控制回路和外环制导回路,用RTW技术将模型转化为代码,加入I/O接口后,将转台放入回路中进行半实物仿真.经测试验证,该系统在学生实验中起到了良好的教学效果....
[期刊论文] 张浩昱 刘涛
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CSTPCD 北大核心
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摘要:无人船在保护海洋环境和开发海洋资源方面具有广泛的应用前景和市场价值;微型无人船研制成本低、机动灵活、携带方便且易于开展实验,相比常规水面无人平台有明显优势;微小型无人船不仅可以用于海洋环境监测,也可以作为海上通信中继平台,在军事应用领域也有其潜在应用价值;文章设计了一种基于ARM的微小型无人船控制系统,同时进行了详细的控制系统硬件设计和软件设计,并通过水池实验结果验证了该控制系统的有效性和实用性;此外,针对无人船航行过程中存在风浪流混合干扰的问题,结合模糊控制技术和传统的PID控制技术,提出了一种模糊PD控制算法,实现了PD控制参数的在线自适应优化调整,进行了相应的水池试验并与传统PD控制算法进行了对比分析....
摘要:波浪滑翔器是近十年来涌现出来的一种新型海洋无人航行器,凭借其超大续航力和极强生存能力,已在海洋科学、海洋工程甚至军事领域得到了广泛应用,波浪滑翔器技术日益成为了国内外研究热点。针对波浪滑翔器的波浪推进机理、系统结构属性以及控制特性进行了总结和定义,并围绕波浪滑翔器技术的推进机理、动力学建模与分析和运动控制等三个方面,分别阐述了国内外主要研究成果。总结了目前波浪滑翔器技术存在的主要问题,并对未来的研究方向进行了展望。...
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北大核心 CSTPCD CSCD EI
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摘要:研究一类欠驱动无人海洋运载器(UMV)的轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于非对称模型的积分反步控制方法.建立了非完全对称(左右对称、前后不对称)的欠驱动UMV水平面运动模型,考虑了系统阻尼系数矩阵和惯性系数矩阵非对角线元素存在非零项的问题;通过设计虚拟状态和控制输入反馈变换,解决了UMV轨迹跟踪控制过程中存在的角速度持续激励问题,得到了直线轨迹和曲线轨迹通用的跟踪控制器;在轨迹跟踪控制器当中引入跟踪误差的积分项,提高了UMV系统的全局稳定收敛速度,基于Barbalat引理和Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性.借助实验室半物理仿真平台进行仿真实验,与传统基于对称模型的控制算法对比,体现出了基于非对称模型的欠驱动UMV轨迹跟踪控制方法的优越性....
摘要:针对打击固定或者缓慢移动目标时带攻击角度约束的制导问题,设计一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的制导律。基于平面内导弹-目标的运动模型,采用滑模变结构和非线性反步控制的方法,将导弹自动驾驶仪的动态延迟特性近似描述为一阶惯性环节,通过高增益的饱和函数,结合改进的开关项系数来消弱滑模抖振的影响,最终使视线角速率和导弹的弹道倾角分别趋于零和期望值。仿真的结果表明:该制导律下导弹能以期望的攻击角度命中目标,有效地克服控制系统的动态延迟对导引精度的影响,对参数的变化和外界的干扰有很好的适应性和鲁棒性,具有工程应用的参考价值。...
[期刊论文] 董早鹏 万磊 李岳明 刘涛
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI SA
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摘要:针对水下机器人的水平面镇定控制问题,提出了一种基于非完全对称(前后不对称,左右对称)模型的全局指数镇定控制方法。建立了非完全对称水下机器人的运动模型,通过设计控制输入的反馈变换,得到简化的水下机器人镇定控制系统;基于非线性反步法,设计了水下机器人速度的虚拟输入,从而实现了位置和姿态角的镇定控制;通过对虚拟输入误差的镇定设计,得到了水下机器人系统的全局指数稳定控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性。最后通过仿真实验验证了所设计的反步镇定控制器的有效性和可靠性,同时通过与传统基于完全对称(前后、左右均对称)模型的水下机器人运动控制方法比较,验证了基于非完全对称模型控制算法的优越性。...
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST SA
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摘要:研究一类欠驱动无人艇的直线航迹跟踪控制问题,提出了一种自适应T-S (Takagi-Sugeno)模糊神经网络控制方法.首先在神经网络体系结构中设计前件网络匹配T-S模糊控制器的模糊规则前件,设计后件网络进行T-S模糊运算推理从而生成模糊规则后件;其次基于梯度下降法原理,设计了T-S模糊规则参数的优化学习算法;然后结合BP神经网络的误差反向传播原理和梯度下降法,设计了模糊神经网络体系误差的反向传播迭代算法,用于高斯隶属度函数参数的学习优化;最后设计了基于T-S模型的模糊神经网络控制器,并通过仿真实验验证了所提出方法和所设计控制器的有效性....
[期刊论文] 廖煜雷 常文田 刘涛
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北大核心 CSTPCD CSCD CA EI CBST
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摘要:针对喷水推进型欠驱动无人艇的由艇艏摇非线性响应模型和舵机伺服系统组成的直线航迹控制系统,在考虑模型参数不确定性和外界干扰随机性特点的情况下,研究了一种反步自适应动态滑模控制方法.首先利用全局微分同胚坐标变换将原系统转化为具有下三角特征的非线性系统,然后基于反步设计法和动态滑模控制理论,设计了反步自适应动态滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论,证明在该控制器的作用下,直线航迹控制系统是全局渐近稳定的.仿真对比试验表明,该控制器对模型摄动和外界干扰不敏感,具有强鲁棒性和自适应性....
[期刊论文] 陆军 高乐 刘涛
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北大核心 CSTPCD CBST
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摘要:设计了基于DSP和FPGA的全景图像处理方案,FPGA完成图像采集,DSP完成图像的各种处理算法.利用FPGA设计了基于乒乓缓存机制的SDRAM控制器;采用EDMA方式,完成了DSP与FPGA的数据交换.测试结果表明,DSP+ FPGA折反射全景图像处理系统完成了对分辨率为2 048×2 048、每秒15帧的Camera Link接口的全景图像的实时采集及缓存解算,并以1024×768的分辨率进行实时显示....
摘要:在对高分辨率折反射全景图像的快速采集处理中,同步动态随机存储器(SDRAM)作为重要的数据缓存器件,对于其正确的控制关系到整个系统能否正常工作.在分析了SDRAM各项参数及其工作原理的基础上,设计了基于FPGA的双SDRAM控制器,在乒乓缓存模式下轮流采集图像,完成了分辨率2048 dpi×2048 dpi、每秒15帧的Camera Link接口的全景图像的实时采集、缓存解算,以及以1024 dpi×768 dpi的分辨率进行实时显示....
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST
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摘要:针对椭球压力容器开孔和坡口切割问题,研制了一种专用的四自由度开孔切割机器人.介绍了切割机器人的机械结构及工作原理;利用空间解析几何原理建立了极坐标系下椭球壳体上开孔的相贯线数学模型;推导了坡口角度计算公式和变角度切割时四轴联动的控制算法;通过直线插补算法获得了机器人的理想运动轨迹;为克服切割机器人安装定位及壳体变形等误差因素,在理论计算的基础上,通过示教补偿对机器人的理论轨迹进行修正.结果表明,切割机器人实现了椭球开孔及坡口切割,切割质量满足工艺要求....
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:针对非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于自适应分流运动学控制与自适应模糊滑模动力学控制的混合控制算法.自适应分流运动学控制解决了由于大范围的初始位姿偏差变化而引起的速度跳变问题.利用滑模控制具有的稳定性和鲁棒性的优点,解决了机器人的参数与非参数不确定性问题.并通过带有自适应调节算法的模糊控制来调节滑模控制的增益,增强了对随机不确定性的适应能力,消除了在滑模控制中的输入抖振现象.设计过程采用了Lyapunov方法,保证了控制系统的稳定与收敛.仿真结果表明,控制器产生了平滑的速度输出,非完整移动机器人的跟踪误差被消除....
[期刊论文] 刘涛 贾刚 王宗义
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST SA
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摘要:针对船体分段数字化测量提出了一种基于直角坐标机器人的线结构光视觉测量系统.通过控制机器人的运动,安装在其末端的线结构光视觉传感器对固定的平面靶标成像,实现了摄像机坐标系与机器人坐标系位姿关系标定;同时利用交比不变性原理获取平面靶标上的特征点坐标,完成了结构光平面参数的标定.该方法易于实现,通过对已知的标准工件进行测量实验,证明提出的标定方法是有效的,能够满足船体分段数字化测量的精度要求....
[期刊论文] 林欣堂 刘涛 王宗义
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST SA
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摘要:分析了漫射边缘的特征及其在亚像素边缘检测中存在的主要问题,针对目前亚像素边缘检测算法不适于漫射边缘的亚像素检测的问题,提出了一种新的针对漫射边缘的亚像素边缘检测算法.该算法充分利用了漫射边缘中的有效信息,在计算上具有通用性及简易性.同时,引入了高斯卷积平滑的预处理方法及Sobel算法对图像像素进行粗筛选,从而进一步提高了该算法的计算速度和精度.并且通过实验,验证了该算法的有效性及优越性,并分析了误差产生的原因....
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST
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摘要:针对接管相贯线处的焊接特点,研发了悬挂式接管焊接机器人,介绍了机械结构特点和适用性,控制系统采用工业PC作为主控计算机和PMAC多轴控制卡进行多轴控制,利用二级控制结构实现作业管理,协调各轴运动完成焊接作业.进行了在筒体上外接管和内接管的焊接试验与在椭球体上外接管与内接管的焊接试验.结果表明,机器人的机械本体结构和控制系统能够实现多种接管的焊接需求,能够很好地完成接管相贯线处的焊接,提高了工作效率和焊接质量....
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:船体分段测量数据与CAD模型的配准,直接影响船体分段的制造几何误差分析和制造精度评价.针对船体分段装配工艺以及测量数据点集的分布特点,提出了一种基于单位四元数的Levenberg-Marquardt非线性迭代的最优配准算法. 首先用一定的基准(肋骨对齐)对测量的角点数据进行初始变换,然后用单位四元数算法对初始变换后的数据和CAD模型进行粗配准,使变换后的船体分段测量数据与CAD模型数据处于小误差状态,最后采用基于L-M非线性迭代法求全局最优配准参数. 实验结果表明,该算法能很好地反映船体分段建造中的实际情况,为船体分段的后续装配提供指导性的依据....
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