履带车辆自适应预瞄跟踪模糊控制算法

针对现有单边制动履带车辆跟踪控制算法同周期内并行控制难、跟踪精度低、转向控制次数较多等问题,该研究以电控化改装后江苏筑水农机 3B55 型履带运输车为试验平台,开展单边制动履带车辆路径跟踪控制算法研究。通过单边制动履带车辆运动学分析,构建车辆预瞄跟踪模型,提出一种预瞄跟踪模糊控制算法,将横向偏差与航向偏差作为多输入输出模糊控制器输入参数,实现车辆同一控制周期内转向与直线行驶的并行控制。为了优化车辆路径跟踪精度与转向控制次数,提出改进麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)的自适应前视距求解算法,考虑车辆的横向偏差和转向路径角度约束,解析较优前视距离,通过仿真和田间试验对算法进行跟踪精度与转向控制次数综合评价。仿真结果表明：基于自适应预瞄跟踪模糊控制算法跟踪多角度规划路径时,车辆转向控制次数为89次,误差面积为1.74 m²。田间作业路况下,由于试验路面起伏不平,并且随速度增加车辆跟踪精度下降,但跟踪精度及转向控制次数随前视距离的变化规律与仿真结果一致,当车辆分别以0.14、0.47和0.83 m/s跟踪路径时,自适应预瞄跟踪模糊控制算法相对于固定前视距离预瞄跟踪模糊控制算法车辆转向控制次数分别减少13.59%、9.87%和11.25%,误差面积分别减少19.93%、48.48%和54.59%,验证了算法的有效性。研究结果可为单边制动履带车辆的农机自动导航技术提供创新思路与技术支撑。     

考虑滑移滑转的双电机履带底盘路径跟踪算法

针对履带底盘田间作业时由于土壤松软、田面不平整导致履带滑移滑转、自动导航路径跟踪精度低的问题,该研究提出了考虑滑移滑转的履带底盘路径跟踪算法,基于履带底盘运动学模型推导出表征滑移滑转特性的转向半径修正系数,并设计了一种基于预瞄模型的模糊控制路径跟踪算法。该方法在纯模糊控制基础上通过预瞄模型确定预瞄点,进而得到横向偏差与航向偏差,同时在常规模糊控制器中引入转向半径修正系数,建立横向偏差、航向偏差、转向半径修正系数三输入模糊控制器。以双电机履带底盘为控制对象,采用高精度RTK-GNSS和MTi-30惯性传感器获取底盘实时位姿信息与角速度信息,进行组合导航。开展了三输入模糊控制器田间U型路径跟踪试验,结果表明,三输入模糊控制器的直线跟踪最大绝对偏差、平均绝对偏差和标准差分别为12.0、3.6和4.4 cm;三输入模糊控制的曲线跟踪最大绝对偏差、平均绝对偏差和标准差分别为21.3、8.6和8.4 cm;为进一步确定本研究算法在履带出现滑移滑转时对路径跟踪精度的提升效果,开展了常规模糊控制器与三输入模糊控制器曲线路径跟踪对比试验,结果表明：当作业速度为0.6 m/s时,常规模糊控制器的最大绝对偏差、平均绝对偏差和标准差分别为31.1、8.3和10.2 cm,三输入模糊控制器的最大绝对偏差、平均绝对偏差和标准差分别为22.4、7.4和9.1 cm,相较于常规模糊控制器,路径跟踪精度分别提高了27.95%、10.84%和10.78%,所设计的三输入模糊控制器可有效降低履带滑移滑转的影响,增强导航系统的控制性能,可为履带底盘在田间松软土壤环境下高精度导航作业提供参考。     

基于遗传模糊神经网络算法的棉花轧花过程智能监控方法研究

针对棉花轧花过程质量控制,这类缺乏精确数学描述的复杂实际对象,提出了基于遗传模糊神经网络的智能监控新方法,描述了遗传神经网络ＢＰ算法的工作原理,阐明了基于人的模糊经验规则实现的轧花过程控制的模型和学习算法。所提出的遗传算法同模糊神经网络相结合的方法提高了轧花过程监控的实时性,并具有预报性好的特点。     

基于模糊神经网络的葡萄病害诊断系统研究

针对传统专家系统自学能力差的特点,以实现基于Web的智能葡萄病害诊断系统为目标,研究了26种葡萄常见病害模糊隶属度的表示方法及模糊BP神经网络模型,采用Java与Matlab混合编程方法实现了该系统的葡萄病害诊断功能。试验结果表明,该系统病害诊断正确率达90.9％,且能在Web上运行,便于推广和使用。     

基于模糊双曲正切模型的车辆路径跟踪算法

为了实现铰接式车辆无人驾驶技术。针对路径跟踪问题,该文提出了基于模糊双曲正切模型的铰接式车辆路径跟踪控制算法。首先根据实地试验测得铰接式车辆的横向偏差、横向偏差变化率、航向角偏差、航向角偏差变化率和转向角的样本数据,建立其模糊双曲正切模型。在此基础上,采用改进的自适应反向传播(back propagation,BP)神经网络对模型进行参数辨识,并推导了基于Cauchy鲁棒误差估计器的权系数调解率公式。然后设计基于极点配置方法的控制器,得到转角的反馈控制率。从试验数据可以看出:车辆横向位置偏差、航向角偏差、转角控制量分别控制在0.008 m、0.07 rad(0.5°)、0.21 rad(12°)附近,各向偏差均稳定,误差控制在1%以内。该种路径跟踪控制算法的研究可为铰接式车辆无人驾驶提供参考。     

基于改进遗传算法的温湿度模糊神经网络控制器

为了创造适合作物生长的环境,针对温室系统的特点,该文提出了一种基于改进遗传算法的模糊神经网络控制器,利用改进遗传算法训练模糊神经网络模型,采用此模糊神经网络控制器控制温室系统,由数值实验可以看到采用此控制器的温室系统具有响应速度快、过程平稳、编程简单的特点.     

温室夏季温湿度遗传模糊神经网络控制

利用模糊神经网络对温室夏季温湿度控制进行了研究,同时为了克服BP算法收敛速度慢和局部极小的弱点,采用改进的遗传算法对网络的参数进行训练,从而将模糊逻辑、神经网络、遗传算法3者有机地结合起来应用于温室夏季温湿度控制中     

基于补偿模糊神经网络的脐橙不同病虫害图像识别

为了开发脐橙不同病虫害的通用机器识别技术,对病虫害危害后的脐橙图像进行蓝色分量去背景,改进型分水岭算法提取病虫害为害状边界,据此边界对原彩色图像中的为害状进行标记,以标记区红色、绿色、蓝色分量表征病虫害为害状的颜色特征,为害状边界分形维数表征病虫害为害状的形状特征,将这4个特征值作为补偿模糊神经网络输入,建立补偿模糊神经网络脐橙病虫害识别模型,识别脐橙病虫害。4种病虫害及机械损伤果的平均正确识别率为85.51%,该方法可用于脐橙病虫害识别。     

基于自适应模糊神经网络的无轴承异步电机控制

针对无轴承异步电机多变量、非线性、强耦合等特点,为实现其稳定悬浮控制,提出了一种基于自适应模糊神经网络推理系统(adaptive neuro-fuzzy inference system,ANFIS)的控制新策略。在分析无轴承异步电机径向悬浮力产生机理的基础上,推导出无轴承异步电机数学模型,基于ANFIS控制原理,完成了控制器设计,包括控制变量和隶属函数的选取、通过PID控制对输入输出数据的采集、根据选定的误差准则修正隶属函数参数以及采用Sugeno型ANFIS控制器训练FIS(fuzzy inference system)模型。基于MATLAB/Simulink仿真平台,对转速为6 000 r/min的无轴承异步电机控制系统的悬浮、转速、转矩响应进行了仿真分析。仿真结果表明该控制策略能在0.12 s内实现转子的稳定悬浮,且当负载转矩突变时,转子的悬浮性能并没有受到影响,转子径向偏移小于0.001mm。在转速突变后,控制系统也能较好的跟踪给定转速,稳定时的转速误差小于20 r/min,控制系统具有良好的动、静态性能。最后在无轴承异步电机控制系统试验平台上对所提策略开展了试验研究,试验结果同样表明,该控制策略能实现无轴承异步电机的稳定悬浮工作,转子径向位移峰峰值范围可以保持在80μm以内,系统响应快,鲁棒性强,控制精度较高,验证了该文提出的ANFIS控制方法的正确性和有效性。     

基于模糊神经网络集成的土壤资源评价性能的改进

Land evaluation factors often contain continuous-, discrete- and nominal-valued attributes. In traditional land evaluation, these different attributes are usually graded into categorical indexes by land resource experts, and the evaluation results rely heavily on experts＇ experiences. In order to overcome the shortcoming, we presented a fuzzy neural network ensemble method that did not require grading the evaluation factors into categorical indexes and could evaluate land resources by using the three kinds of attribute values directly. A fuzzy back propagation neural network （BPNN）, a fuzzy radial basis function neural network （RBFNN）, a fuzzy BPNN ensemble, and a fuzzy RBFNN ensemble were used to evaluate the land resources in Guangdong Province. The evaluation results by using the fuzzy BPNN ensemble and the fuzzy RBFNN ensemble were much better than those by using the single fuzzy BPNN and the single fuzzy RBFNN, and the error rate of the single fuzzy RBFNN or fuzzy RBFNN ensemble was lower than that of the single fuzzy BPNN or fuzzy BPNN ensemble, respectively. By using the fuzzy neural network ensembles, the validity of land resource evaluation was improved and reliance on land evaluators＇ experiences was considerably reduced.     

改进的模糊化神经网络的土壤振动掘削阻力软测量模型

为实现土壤振动掘削过程节能减阻,分析了振动频率、振幅和插入速度等对土壤振动掘削阻力的影响,并以振动频率、振幅和插入速度等特征参数作为二次变量,采用清晰集构造模糊集方法对土壤振动掘削阻力软测量模型特征参数进行模糊化,利用改进的模糊化神经网络建立了土壤振动掘削阻力软测量模型。土壤振动切削力软测量实际应用结果表明,土壤振动掘削阻力软测量值的建模精度和泛化能力是很高的,所得的最大训练相对误差约为0.67%,最小测试相对误差约为-0.4%,有利于土壤振动掘削阻力的快速精确测量。     

双流传动履带式车辆实现方向盘转向的台架试验

为了使履带车辆的转向操作简便,并降低发动机的功率储备,在现有静液压双流差速转向装置的基础上,设计了一套与其匹配的采用方向盘操纵的控制装置,利用方向盘转角来控制两个定量马达的转速,再通过可差速传动的机械式变速箱分配到两侧驱动轮上,从而实现履带车辆双流传动装置转向期间车辆自动无级降速.通过台架空载试验测得车辆两侧驱动轮输出轴转速与方向盘转角之间的对应关系,并与理论计算仿真结果进行比较.结果表明:使用方向盘转向来实现履带车辆转向期间自动无级降速是可行的,为进一步研究方向盘操纵双流传动履带车辆转向装置提供充分可靠的理论依据.     

从神经网络中抽取土地评价模糊规则

为了明确土地评价中所训练神经网络的含义,使土地评价工作者可轻松地理解、判断所得到土地评价模型的正确性和合理性,提出从神经网络中抽取土地评价模糊规则的方法。现有的大多数从神经网络中提取方法,神经网络的输入属性要么局限于连续的,要么只适应于离散的,而土地评价因子往往既包含连续的又包含离散的、标称的,该文首先提出了一种输入属性值适应于这三种类型数据的模糊神经网络建立方法,进而给出一种从建立的神经网络中抽取其中较主要模糊规则的算法。试验表明,所提出的土地评价方法,可直接从样本中学习评价规律,使土地评价工作者易于理解,当出现抽取的规则与实际情况不吻合时,可重新训练神经网络和抽取规则,所得到的评价结果比BP网络的评价结果更准确,从而提高了土地评价的准确性。     

履带车辆液压机械差速转向系统控制策略

为了准确实现驾驶员转向意图,解决履带车辆液压机械差速转向系统转向行驶控制问题,该文在对液压机械差速转向系统工作原理进行分析的基础上,运用动力学理论和模块化方法,推导了液压机械差速转向系统动力学方程,建立了系统数学模型。根据履带车辆转向行驶理论和转向安全要求,结合系统数学模型,设计了一种履带车辆液压机械差速转向系统控制策略,通过控制单元与液压泵排量控制器相互配合实现转向控制。仿真结果表明,所设计的液压机械差速转向系统控制策略安全有效,能准确实现驾驶员转向意图。     

基于模糊神经系统与GIS的区域土壤侵蚀快速评价

土壤侵蚀调查与评价是水土保持工作的重要组成部分。该文对区域土壤侵蚀评价进行了尝试性研究,提出一种基于模糊神经系统和GIS技术的快速评价方法。研究中利用模糊神经系统技术从地面监测调查数据中提取土壤侵蚀强度的评价规则,建立能够全面、客观地反映特定区域范围内土壤侵蚀自然特征及规律的评价标准,在此基础之上结合GIS技术以实现对整个地区的快速评价。采用该方法进行湖北省土壤侵蚀普查,结果表明全省侵蚀面积约占国土总面积的30.1%。其中,鄂西南、鄂西北高山区土壤侵蚀情况最严重,鄂东南、鄂东北低山丘陵区次之,鄂北岗地中度侵蚀面积较大,而江汉平原基本无明显侵蚀。经验证评价结果与实际情况具有较好的一致性。     

神经网络在农用运输车可靠性计算中的应用

农用运输车是中国农村现阶段的一种简化的运输车辆,为农村的经济建设和发展发挥了很大的作用,但它使用可靠性低。针对目前农用运输车使用可靠性低的现状,采用截尾跟踪试验方法,对某机型进行了跟踪试验,获得了农用运输车相关的可靠性数据,分析得到其最薄弱环节是发动机总成;应用人工神经网络系统理论,提出基于自适应线性神经网络的可靠性模型参数估计方法,得出了农用运输车相关参数的可靠度函数表达式,为农用运输车设计的可靠性重新分配、制造和管理使用提供理论参考依据。