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关键词： 双边遥操作系统   有源端口   无源性   时域无源控制   能量罐  

摘要： 双边遥操作系统涉及机器人学,神经学,控制理论和力学等多方面技术,在机器医疗,太空探索和危险环境作业等领域具有极高发展潜力。在遥操作控制算法中,无源控制以能量流动作为设计基础,从物理角度对控制行为做出解释,可优化系统的动态性能。传统的无源控制假设系统中操作者端口无源且不影响能量交换,在进行算法设计时通常对其不予考虑。事实上,当人手操纵机械臂执行任务时,其运动状态具有随机性,可能处于有源状态并对其控制性能造成负面影响。本文首先分析了操作者端口在不同运动状态下的有源性,并设计了两套可用于含有源操作者端口的双边遥操作系统的控制算法。最后,在MATLAB/Simulink平台上对所有理论分析和算法设计进行了实验测试,证明了本文有源性分析方法的正确性和所设计算法的实用性。本文的主要研究成果如下:1.以无源理论为基础,采用基于端口输入输出信号积分的分析方式,将操作者作为单独端口来定性研究其在不同运动状态下的无源性。该方法优化了端口建模方式,将速度v和位移x作为操作者感受阻力的诱因。经实验验证,最终得出该端口在特定运动模式下处于有源的结论,避免了原有的人手阻抗建模法的随机性,具有较高真实度,也揭示了传统无源性理论假设的局限。2.结合时域无源理论,设计了一套可用于含有源端口的双边遥操作控制算法。该算法使用无源观察器PO(Passive Observer)对端口瞬时功率p进行监测,以判断其无源性,并使用无源控制器PC(Passive Controller)对额外能量进行耗散,避免了原有的基于能量的控制算法的积分误差和力突变问题,平滑了补偿力f的输出,降低了震颤幅度和跟踪误差。这套算法具有一定的普适性,可扩展至多个端口中以调节其各自的无源性对系统整体性能的影响。3.对算法进行进一步优化,设计了一套优化的结合能量罐(Energy Tank)的双层控制算法。在该算法中,使用直接力反馈控制作为透明层以保证透明度,无源层使用能量罐监测操作者端口通过有源行为向系统注入的额外能量,并利用可变阻尼器件B在从端进行耗散,以维持系统稳定性。经仿真测试可知,优化后的系统具有更小的接触抖振,位置跟踪表现良好,具有更高稳定性与更强临场感。该算法改进了原有的含能量罐控制算法的结构,并扩展其功能,首次将其用于调节操作者端口有源对系统的负面影响,具有一定的创新性与实用性。

关键词： 三孢布拉霉   β-胡萝卜素   电击转化原生质体   btwc-1   RNAi  

摘要： 丝状真菌三孢布拉霉(Blakeslea trispora)是生产β-胡萝卜素(β-Carotene)的工业菌株,其β-胡萝卜素的合成受光照调控,由光受体蛋白Bt WC-1a、Bt WC-1b及Bt WC-1c介导,但该过程的分子机制尚不清楚。由于目前在三孢布拉霉中尚未建立高效的转化体系及遗传操作技术,制约了对包括上述问题在内的三孢布拉霉遗传学和分子生物学的研究。为了建立适用于三孢布拉霉的遗传操作工具,本研究进行了以下几个方面的研究。1)建立并优化了电击转化三孢布拉霉原生质体的方法。首先确定了适用于三孢布拉霉原生质体制备的最佳酶解时间,接着对不同电场强度、核酸浓度、电转缓冲液及再生时间进行了单因素实验,分别确定了它们的最佳条件。此外,针对较为显著的四个因素,设置了四个水平正交实验。最终确定了三孢布拉霉电击转化原生质体的最适条件为:酶解3 h、电压0.4 kv、电脉冲2 ms、核酸质量浓度2.5μg·m L和再生时间3 h。2)基于CRISPR/Cas9技术探究了适用于三孢布拉霉的基因编辑体系。选用三孢布拉霉的组蛋白HB预估的核定位信号HTB作为Cas9蛋白的核定位信号,将内源的Bt5S r RNA或预测的Bt U6启动子作为sg RNA表达的启动子。构建了p UC57/p DHt/sk-Bt Cas9-Bt HTB-Bt U6/Bt5S r RNA-sg RNA-hph(btwc-1c-target1/2/3)质粒并分别转化至三孢布拉霉中。后续通过电击转化原生质体的方法将含有新霉素基因neo及btwc-1c同源臂的供体质粒导入已摄取了质粒p DHt/sk-Bt Cas9-Bt HTB-Bt U6/Bt5S r RNA-sg RNA-hph(btwc-1c-target1/2/3)的三孢布拉霉中。然而,基于构建的该基因编辑系统未能有效筛选到阳性克隆。为了能更加有效地筛选到阳性转化子,选择了表型颜色变化更明显的基因car B作为靶基因。基于电击转化原生质体的方法将磷酸化与硫代磷酸化修饰的m Cherry红色荧光蛋白基因导入已整合cas9及sg RNA表达框的三孢布拉霉中。虽经过大量的传代、筛选与测序分析,依然未获得靶基因敲除菌株,可能与菌株遗传背景复杂相关。3)为了解决遗传操作限制的问题,可以采用转录后水平的基因沉默技术,即RNA干扰技术对靶基因进行表达调控。基于该技术靶向btwc-1a、btwc-1b及btwc-1c构建了RNA干扰菌株,对其调控β-胡萝卜素合成进行了分析。通过构建p Cambia1303-m U6-btwc-1a、p Cambia1303-m U6-btwc-1b与p Cambia1303-m U6-btwc-1c质粒,分别转化至三孢布拉霉中,基于荧光定量PCR技术对这三个靶基因的转录水平进行了分析,结果表明btwc-1a、btwc-1b及btwc-1c的相对转录水平相对于对照菌株分别降低了72%、67%和63%,因此构建的RNA干扰技术可以应用于三孢布拉霉的分子生物学研究。4)基于RNA干扰技术对光受体Bt WC-1s影响β-胡萝卜素合成进行了分析。在全黑暗条件下培养时,靶向btwc-1a、btwc-1b及btwc-1c的RNA干扰菌株与对照菌株相比β-胡萝卜素合成并无显著差异。在蓝光照射后,与对照菌株相比,btwc-1a和btwc-1c RNA干扰菌株合成β-胡萝卜素存在显著差异,其β-胡萝卜素含量最高分别降低了1%与36%,而btwc-1b RNA干扰菌株无显著差异,表明光照诱导β-胡萝卜素的合成主要与btwc-1a和btwc-1c相关,与btwc-1b无关。随后分析了靶向btwc-1a与btwc-1c的RNA干扰菌株中β-胡萝卜素结构基因car B与car RA的相对转录水平。与对照菌株相比,btwc-1a与btwc-1c RNA干扰菌株car B及car RA基因相对转录水平明显较低,表明btwc-1a及btwc-1c影响β-胡萝卜素的合成与其调控β-胡萝卜素结构基因的表达成正相关。

关键词： 智能交通系统   AI推理框架   目标检测   操作系统   模型轻量化  

摘要： 随着计算机技术的不断进步,基于深度学习的人工智能技术获得了高速发展,尤其在低功耗低成本的嵌入式设备中被运用的越来越广泛。在目前智能交通系统中存在大量基于微处理器的参与边缘计算的嵌入式设备,广泛分布在各个交通要道,用于提供对行人、车辆、障碍物等交通场景中常见信息的感知,特别对于行人运动的实时监测是交通安全保障的重中之重,而使用目标检测算法对采集到的视频进行行人快速检测是智能交通系统中的一项关键技术。传统行人检测方案常使用高精度的传感器,成本高昂且检测能力有限,也可以使用路侧摄像头将视频流传回数据中心进行集中式的图像算法检测,时延较长且带宽资源耗费较多。基于传统方法进行智能交通系统中的行人检测成本高且效率低,而在边缘智能领域中要求边缘设备具备一定的计算能力,特别是许多深度学习算法可以直接运行在大量分布式的嵌入式设备中,这对于智能交通系统的实时性有较大的提升。本文针对智能交通场景下的实现行人边缘快速检测技术的推理框架和目标检测算法分别进行了深入研究,构建了一套完整的从硬件到软件的行人快速检测系统,在多款低功耗微处理器上进行了验证。具体研究工作如下:(1)提出了一种适用于微处理器的新型深度学习推理框架Micro Infer。主要解决目前已有深度学习框架部署难、内存开销大、移植性差等问题,可一键式的完成深度学习模型在对应芯片上的部署且尽可能获得性能上的最优。Micro Infer的设计采用上位机和下位机相结合的方法,在上位机自动的进行模型量化、模型预编译、算子匹配、代码自动生成等步骤,提前预估了在下位机芯片上所需要的内存开销、推理加速方案等重要信息,并自动生成了一个定制化的AI插件,在下位机则使用改进后的内存管理策略,使用尽可能小的内存空间且不影响速度的情况下执行算法推理。其中还为Micro Infer特别定制了一个适用于微处理器的Xidian OS操作系统,设计了AI Framework框架,对多种后端AI推理框架具有良好的支持性。实验证明,本文所设计的Micro Infer推理框架和其它推理框架进行对比,在多个方面获得了较大提升。(2)提出了一种基于裁剪YOLO-fastest的行人目标检测算法和部署方法。对于YOLO-fastest模型进行了进一步的轻量化,对特征金字塔和主干网络进行了裁剪,裁剪后的模型将模型的运算量和模型权重大小压缩为接近之前的1/10,而推理精度出现了些许下滑。在模型部署上,使用了适配于目标平台的优化算子可以大大加快推理速度,并且对YOLO模型的后处理算法在MCU上进行了实现。实验证明裁剪后的YOLO-fastest模型在推理速度和内存占用上均获得了极大的提升。

关键词： 嵌入式操作系统   内存管理   符号执行方法   多线程   性能测试模型  

摘要： 随着计算机软硬件的快速发展,物联网产业高速发展,已经渗透进我们生活的方方面面,而嵌入式操作系统作为嵌入式设备的系统软件,它的安全性和可靠性是嵌入式设备重点关注对象。与通用操作系统相比,嵌入式操作系统对资源的利用率更为敏感,对时间要求也更为严格,要保证一定的实时性、可靠性。内存管理是嵌入式操作系统的重要组成部分,对内存管理进行性能测试有助于分析整个系统的性能好坏。本文提出两个面向不同场景的内存管理性能测试模型,双线程测试模型和多线程测试模型,并在此基础上给出通用内存管理测试框架,可以在这个框架下对内存管理进行性能的多方面测试。针对嵌入式系统的应用场景多样性,设计实现自动数据集生成工具和自动数据分析工具。由于系统内存管理实现的技巧性,我们有针对性地在现有的符号执行工具KLEE的基础上,添加前置处理工具,能够让KLEE生成符合嵌入式内存管理算法要求的性能测试数据集,从而让整个框架更为自动化。针对Zephyr嵌入式实时操作系统,我们对Buddy、TLSF、DLSF三种内存管理算法进行了性能检测,并在多场景下对时间、碎片等性能进行综合分析,结果发现TLSF在时间性能上表现最好,DLSF在内存内碎片的表现最好,在部分场景中,DLSF有最少的内存分配失败次数。此测试结果和实际情况一致,说明该性能测试框架具有一定的应用价值。不同于其他内存管理性能测试模型,我们将线程调度对于内存管理的运行影响考虑进去,从系统整体的角度分析内存管理模块在系统中的表现;使用自动生成的多场景数据集对不同的内存管理进行性能分析,使运行数据之间可以进行横向和纵向的对比,让结果更具有参考性和全面性,且有较高自动化性。本文的具体研究工作包括:1.提出并实现基于KLEE的自动化性能数据集生成工具由于嵌入式内存管理算法通常会引入辅助数据结构,例如位图,会导致路径检索变少,使生成的测试用例在性能测试中价值较小。本文在符号执行理论的基础上,针对内存管理性能测试的目的特性,在现有的KLEE工具的基础上,添加前置处理方法,能够生成符合要求的性能测试数据集。2.设计并开发双线程和多线程内存管理性能测试模型通过将线程调度添加到性能测试过程,提出双线程和多线程测试模型,从而将因内存碎片导致的内存申请失败引发的多个线程的上下文调度的时间消耗作为惩罚引入到内存管理的性能表现中。3.提出并生成嵌入式内存管理性能测试框架本文在提出的基于KLEE的自动数据集生成工具和两个测试模型的基础上,构建了 一个嵌入式内存管理性能测试框架,这个框架集合数据集生成工具、测试模型、数据分析工具等多个部分,可以通过配置文件来实现较高的自动化测试,从而对内存管理有一个多方面的性能分析,并且多个算法之间能进行横向对比。

摘要： 近日，中国通信标准化协会网络与信息安全技术工作委员会第28次全会成功举办。会上，由中国通信标准化协会（CCSA）网络与信息安全（TC8）安全基础工作组（WG4）牵头，联合公安部第三研究所等多家具备物联网研究基础与实践落地经验的单位共同撰写的《物联网操作系统安全白皮书》（以下简称“白皮书”）正式发布。

摘要： 基于Anolis OS开源操作系统，使用两种方式进行私有云存储的部署。

关键词： Linux操作系统  

ISBN: (纸本)9787115578112

摘要： 本书以目前广泛使用的Ubuntu 20.04平台为例，由浅入深、全面系统地讲解了Linux操作系统的基本概念和各种网络服务配置。全书共8个项目，内容包括Ubuntu概述、安装与基本操作，Linux基本操作命令，用户组群与文件目录权限管理，磁盘配置与管理，系统高级配置与管理，软件包安装配置与管理，Shell编程基础，以及常用服务器配置与管理。

关键词： Linux操作系统  

ISBN: (纸本)9787576318906

摘要： 本书立足信创产业基础课程操作系统管理, 全面梳理了我国发展信创产业的原因和战略需求, 让读者领会在当今数字化大时代是大国科技需要坚实的信息技术基础做为支撑; 在知识点讲授方面, 教材从管理工作岗位需求出发以项目为牵手任务为驱动全面介绍了信创Linux系统管理知识, 内容具体包括信创产业和统信UOS的发展史、统信服务器操作系统的安装与基本操作、用户与组管理、文件系统管理、进程与作业管理、设备管理、磁盘管理、网络配置与管理、Shell编程、服务器综合项目实训等常用的知识和技术, 在课程项目里导入了统信服务器操作系统应用的典型项目案例和标准化业务实施流程。

关键词： 水下遥操作系统   固定时间控制   阻抗控制   滑模控制  

摘要： 近年来,水下遥操作系统作为能够代替人类完成深海探测、安全侦察以及资源调查等多种水下控制任务的远程操作系统,近年来在国防和科研领域得到了广泛的发展。但随着水下复杂任务增多、水下作业深度增加,人们对水下遥操作系统的控制性能有了更高的要求。在实际应用中,水下机器人容易受到水下压力和未知外部水流干扰的影响;另外,水下遥操作系统具有复杂的非线性、强耦合性以及时变性,给系统动力学模型带来不确定问题;同时,水下遥操作系统的接触性作业,对系统的快速性和鲁棒性有了更高的控制要求。因此,对水下遥操作系统的运动控制算法研究非常必要。论文的主要研究内容如下:(1)针对水下机械臂遥操作系统(Underwater Manipulator Teleoperation Systems,简称UMTS)提出了基于非奇异积分终端滑模面的固定时间控制策略。首先,基于阻抗模型,建立了力和期望位置的阻抗关系,实现了从端对主端外力的跟踪控制,提高了遥操作系统的透明性和柔顺性;其次,设计了基于终端滑模面的力观测器,在固定时间内实现了对未知力的精确估计;同时,针对系统的模型不确定和未知外部干扰问题,在不依赖于复杂的设计规则和设计参数的基础上,设计了时延估计器来估计未知项;进而,设计了基于新的基于非奇异积分终端滑模的固定时间控制器,实现了主从端位置同步跟踪的固定时间收敛。最后,利用Lyapunov稳定性理论证明了水下遥操作系统的稳定性和同步跟踪性能,并通过仿真验证了非奇异积分终端滑模固定时间控制策略的有效性。(2)针对水下机器人-机械臂遥操作系统(Underwater Vehicle-Manipulator Teleoperation Systems,简称UVMTS)提出了基于固定时间滑模面的强鲁棒固定时间跟踪控制策略。首先,基于阻抗理论设计阻抗轨迹生成器,提供了主端期望轨迹;其次,设计了自适应力观测器,解决了系统外力不可测和上界未知的问题;同时,通过设计时延估计器估计并补偿模型不确定和未知外界干扰;进一步,设计了新的固定时间滑模面和具有强鲁棒性的固定时间控制器,创新性的解决了系统状态在滑模面上滑动时间不可测问题,实现了主从端位置固定时间同步跟踪控制。最后,利用Lyapunov稳定性理论证明了水下遥操作系统的稳定性和同步跟踪性能,通过仿真验证了控制策略的有效性。

关键词： 遥操作机器人   虚拟环境建模   视触融合   几何学修正   操作者识别  

摘要： 由于太空的工作环境恶劣且复杂,人在回路的遥操作模式是当前空间机器人的主要工作模式。为了克服天地时延问题,虚拟环境建模技术被引入空间遥操作领域。虚拟环境可以给操作者提供视觉、力觉、触觉等反馈,使得操作者可以实时观察从端作业情况。但是空间遥操作系统对虚拟环境的精度有较高的要求,虚拟环境的误差容易造成操作者的误操作。本文以空间遥操作为任务背景,旨在构建一个精度高且安全性好的基于虚拟环境的遥操作系统,主要就遥操作系统中的未知目标虚拟环境几何学建模、虚拟环境动力学建模、系统安全性提升展开研究。针对空间遥操作机器人的作业需求,搭建了一套基于虚拟环境的遥操作机器人地面验证系统。并对该系统进行运动学分析,实现了机械臂和灵巧手的正逆运动学建模,并建立了手控器和机器人之间的空间映射关系。将从端机器人视为已知物体,使用预定义模型导入的方法完成该部分的虚拟环境几何学建模。为后续的研究提供了平台支持。针对未知目标物的几何学建模问题,首先基于视觉信息通过点云采集和预处理、粗细配准相结合的点云配准、表面重建、位姿测量实现了目标物的几何学建模。通过实验证明该方法构建的几何学模型,在几何尺寸、定位和姿态角测量上均表现良好。之后针对空间遥操作应用背景,设计了合理的目标物触觉点云采集控制算法。然后采用视触融合的方法,使用KDtree将视觉点云和触觉点云进行融合,并利用视触融合点云对几何学模型进行修正。通过实验证明该方法对不同材质目标物的几何学建模在几何尺寸、定位和姿态角测量上效果均优于基于视觉信息的几何学模型和基于触觉信息的几何学模型,有效结合了视觉和触觉两种模态信息的优点。针对虚拟环境的动力学建模问题,由于空间微重力环境下目标物处于漂浮状态,无法通过直接接触进行动力学建模,采用视触融合的方式实现空间目标物的动力学建模和参数辨识。首先通过光斑图像对接触物的材质进行识别,组建了材质光斑数据集,并构建了卷积神经网络材质识别模型进行训练。然后通过实验为不同材质的接触物选择更为合适的动力学模型和参数辨识方法。通过实验证明该方法对材质可以准确识别,对不同软硬度材质的虚拟力跟随误差均满足系统要求,且在时延存在的情况下也具有良好的力跟随效果。针对操作者操作过快而产生的安全问题,采用基于操作者识别的自适应速度控制方法对机械臂进行控制。首先依据操作速度组建了操作时间序列数据集,并构建了CNNGRU融合神经网络模型对操作者进行识别。然后根据操作者识别结果,使用串级PID控制器对机械臂进行速度控制。通过实验证明该方法对操作者的识别准确率高,且在不改变机械臂运动轨迹的同时,可以降低机械臂的运动速度。本文的研究不仅为空间遥操作系统提供了一个高精度的虚拟环境,还有助于提高系统安全性,为提高空间遥操作系统的工作效率和操作安全奠定了一定的理论基础。