摘要：针对动态运动基元方法(DMP)在轨迹规划时忽略关节运动学约束,导致机械臂灵活度下降、轨迹跟踪精度低的问题,提出一种基于可操作性的改进版DMP(M-DMP)。该方法首先通过数值解确定冗余机械臂当前的可操作性梯度,并分别从末端速度分量和零空间分量调整动态运动基元的外力耦合项。然后设计了动态参数,能够自适应调节外力耦合项大小,保证机械臂运行时的灵活度。其次为解决原方法无法避障,以及避障过程中可能出现灵活度降低的问题,利用指数函数优化势力场后,将其与M-DMP结合实现避障。通过理论分析证明了M-DMP的稳定性。最后在多种场景下进行仿真和实物实验,结果表明M-DMP方法在避开障碍物的同时,降低了53.56%的轨迹跟踪误差,并将可操作性提高了27.69%。

摘要：针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参数确定外骨骼机器人系统理想运动轨迹约束下的名义部分控制力矩;为消除机器人系统不确定部分的影响,引入鲁棒控制器,通过划分不确定性边界确定其应输出的额外控制力矩。仿真结果表明:相较于传统PID算法,基于U-K控制理论的鲁棒控制的外骨骼机器人髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪控制精度分别提高了76.4%和96.8%。基于设计的下肢外骨骼机器人样机进行轨迹跟踪对比实验,实验结果表明:基于该方法的下肢外骨骼髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪精度为0.467 0°和0.114 1°,相比作为对照的PID算法,分别提高了82.6%和86.8%,同时系统整体控制周期缩短了56.6%,该控制方法具有更高的同步性、控制精度与稳定性。

摘要：为了更加合理地评价悬索桥隧道式锚碇的承载能力,探究隧道锚在动荷载作用下的失效过程,借助有限差分软件建立数值模型,提取并分析接触面应力应变分布形式,并与静力作用下结果进行对比,建立不同工况研究锚塞体参数与动荷载参数对承载力的影响.研究结果表明,动荷载作用下,锚岩接触面应力与位移分布形式与静载类似,但幅值与增长速率明显大于静载状态,拱顶方向和右拱脚向位移增加幅度分别达到36%和112%,且二者在7倍静力荷载幅值作用下,达到其位移差异变化的“门槛值”0.30 mm;动荷载作用下,隧道锚的极限承载力随着锚塞体扩展角、长度以及间距的增加均有所增加,其几何参数敏感性排序由高到低为锚塞体长度、锚塞体扩展角、锚塞体间距,动荷载频率对承载力的影响较小,动荷载作用下隧道锚极限承载力出现明显降低,平均降低幅度约为21%.动荷载作用下隧道锚承载性能及影响因素的敏感性分析为实际工程中隧道锚极限承载力的优化设计提供了参考.

摘要：复杂系统人机交互是汽车人机交互设计教学中的重要一环。依托用户体验实验室多年智能汽车交互研究背景及设备环境条件,在传统的设计教学模式基础上,以智能座舱交互设计为主题,将认知工作分析方法引入研究生课程。课程中,学生自主选择设计载体及交互对象,以城市空中交通(UAM)智能座舱交互设计为例,学生将实地调研、桌面调研、用户调研与认知工作分析方法相结合,推导界面功能架构图,落实到界面原型设计。此外,在实验室的支持下,基于高保真原型,进行UAM智能座舱HMI可用性测试,证明了设计方案的初步可用性与易用性,并进行设计迭代。学生通过课程实践掌握复杂系统交互设计中的分析方法和工具,为后续自主开展相关研究奠定基础。

摘要：针对联邦学习场景下客户端选择不公平及模型训练低效问题,提出了一种基于激励机制的隐私保护联邦学习框架(zCDP-FL)。该框架将第二价反向拍卖应用到客户端的选择策略,设计了激励机制算法(SRAI),最大化系统效益。此外,采用零集中差分隐私,提出了隐私预算动态分配算法,实现训练过程中噪声规模的动态调整,在严格隐私计算边界的情况下提供更强的隐私保护。理论分析与仿真实验证明,zCDP-FL能够有效防止隐私泄露,并提升了2.13%~3.62%模型训练效率。

摘要：针对目前基于深度学习的电能质量扰动(power quality disturbances,PQDs)识别模型参数量多和计算复杂度较高的问题,文中提出了一种卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)融合Transformer(CNN and Transformer,CaT)的轻量化PQDs识别模型。首先,利用深度可分离卷积初步提取扰动信号的局部特征;其次,提出一种高效的软阈值模块,在不显著增加模型参数量与计算复杂度的同时减少特征中的噪声与冗余特征;然后,利用Transformer模型挖掘PQDs信号的全局特征;最后,通过池化层、线性层和Softmax层完成PQDs识别。仿真实验表明,文中所提CaT模型在参数量和浮点运算数较少的情况下能够有效完成PQDs识别,对PQDs信号识别准确率高,具有良好的噪声鲁棒性。同时,得益于轻量化和端到端的模型设计,CaT模型相对于其他深度学习模型的推理时间更短。

摘要：为了在大气遥感中对风场和退偏比进行联合分析,提出了一种双偏振相干探测方法。基于传统相干测风激光雷达(LiDAR),设计了能实现正交偏振信号分集接收的探测系统,并推导了此系统下大气退偏比计算原理;搭建系统并进行了实验,在不同天气条件下,对比观测平行偏振光和垂直偏振光径向风速信息,结合实时大气退偏比参数双维度描述大气状态。结果表明,激光发射能量为100 J、脉宽为400 ns、距离分辨率为30 m时,阴天、雾天、雨天、晴天径向风速测程分别可达6.0 km、5.5 km、3.0 km、3.0 km;大气退偏比测程为2.0 km、2.0 km、1.0 km、1.0 km;测程内双通道径向风速的一致性不随天气而变化。该研究为大气多要素一体化探测提供了参考。

摘要：针对低功耗蓝牙(BLE)标准配对协议仍然存在无法抵御中间人(MITM)攻击、窃听攻击等安全问题,提出一种基于X3DH优化协议的轻量化BLE安全配对方案.在不安全的网络环境下对X3DH协议进行安全性分析,通过采取用户配置公钥和提供双向签名认证等措施对该协议进行优化改进,有效防止攻击者分别与合法的主/从设备建立共享密钥进而实施攻击.在优化的X3DH协议基础上,结合该协议原有的前向安全性和保密性,设计了BLE配对的系统方案,确保BLE设备安全可靠地建立连接.最后,通过分析对比该方案与BLE标准SSP协议、原X3DH协议方案的安全性,进行性能分析和实验验证,证明本方案是安全的、轻量化的.

摘要：针对于煤矿瓦斯发电站中低频噪声治理难题,提出一种适用于发电站发电机房的蜂窝-微穿孔吸声超构平板。该蜂窝-微穿孔吸声超构平板由微穿孔面板和无穿孔底板中间夹层的蜂窝支撑组成。首先对微穿孔面板结构参数和蜂窝支撑加工工艺参数进行数值模拟计算,总结吸声超构平板吸声性能的影响因素及其规律,确定最优结构设计参数。然后通过阻抗管法、混响室法吸声实验进行验证,证明该平板结构具有优异的低频宽带吸声能力。最终将该款吸声超构平板应用于某煤矿瓦斯发电站降噪工程中,获得良好的吸声效果反馈。研究工作对于声学超构材料结构设计在实际降噪工程中的应用具有一定的理论和工程指导意义。

摘要：非侵入式负荷监测(non-intrusive load monitoring,NILM)是一种无需进入每个用电器内部系统,仅在用户总线入口处安装监测设备的技术.在开展NILM技术研究时,往往需要收集大规模的用户负荷数据来证明所提出方法的普适性,此需求不可避免地带来了繁重的数据收集与整理负担.为克服该挑战,设计了一种结合周期信号频率不变变换(frequency invariant transformation for periodic signals,FIT-PS)原理与时间序列生成对抗网络(time series generative adversarial networks,TimeGAN)的混合模型,记为FIT-PSTimeGAN.针对全球家庭与工业瞬态能量数据集(worldwide household and industry transient energy dataset,WHITED)中的空调、微波炉、吸尘器、冰箱和热水壶5种电器,运用FIT-PS对负荷数据集进行切割和拼接,构建TimeGAN不同状态下的训练集和测试集.评估测试集的效果发现,生成的波形数据与真实数据表现出高度一致性.进一步采用FIT-PS对训练得到的生成数据进行截取和拼接,生成满足测试需求的完整的单负荷波形和多负荷波形.对这些生成的波形与相同状态下的真实数据进行对比,结果显示两者吻合度很高.与自回归模型和生成对抗网络(generative adversarial network,GAN)模型相比,FIT-PS-TimeGAN模型在生成数据的性能方面表现更优.研究结果表明,FIT-PS-TimeGAN混合模型能够有效生成符合标准电器运行规律的波形和场景数据.