基于数据仓库的银行CRM系统的设计与实现

90年代Gartner Group提出客户关系管理（CRM）的概念，CRM可以说是针对一系列与客户有关的问题的处理方案。随着中国加入WTO，许多企业已经认识到了CRM的重要性，银行就是其中一个典型的例子。利用CRM的管理理论，建立适合银行的CRM系统是本文要研究的问题。 在CRM系统的实施过程中，涉及到几类必不可少的相关技术。数据仓库的实施是CRM系统实施的基石，为实现对客户资料的分析与知识的挖掘奠定了数据的组织基础。联机分析处理技术（OLAP）和数据挖掘技术的运用则是CRM系统有效实施的核心，合理的分析结果是CRM系统建设成功的关键。 按照辽宁省工商银行提出的需求，主要完成绩效考核管理、降低营销成本以及进行风险控制的目标。本文旨在通过将数据仓库技术、OLAP和数据挖掘技术的结合，构建一个完整的、高效的银行CRM系统，为银行的加快信息化建设提供帮助。 通过系统的设计与实现，本文完成的主要工作成果有： (1)根据可以获得的银行数据以及系统目标确立分析主题，以主题为依据组织数据，进行数据仓库的模型设计。 (2)设计并实现了银行数据仓库的ETL系统，改善了现有ETL工具的不足，实现了数据的自动抽取，使用配置文件增强了系统的灵活性，在系统恢复等几方面优化了系统的性能，完成了高效，准确，安全的ETL过程。 (3)结合具体分析目标，选择合适的统计学方法、OLAP技术和数据挖掘技术运用于系统中，设计并实现了系统的五个分析模型，分别为绩效考核管理模型，客户价值评价模型，客户分类模型，交叉销售模型以及信贷风险分析模型。并以实际数据为依据，得到了较好的分析结果。 (4)在信贷风险分析模型中，对现有决策树算法C45算法做出了改进。通过对测试属性选择的控制，在一定程度上提高了算法的准确性和预测性，并给出了模型结果的比较分析。 本文设计并实现了完整的基于数据仓库技术的银行CRM系统，较好的完成了系统的分析目标。本文的研究对商业银行充分利用客户资源，提高竞争力具有十分重要的意义。

商业银行分布式数据仓库技术的研究与应用

银行属于数据密集型企业，每天产生海量的业务数据，蕴含有大量有用的信息。如何利用这些数据，让其发挥巨大作用，成为提高银行竞争力的重要内容。当前，随着银行转变经营理念、信息技术的飞速发展，银行信息化已经进入一个全新的发展时期，数据仓库技术等新兴技术已成为银行数据分析和决策必不可少的重要工具。但目前，很多数据仓库应用显得功能不够实用，效果也没有预想的明显。为此，结合业务来深入研究数据仓库的使用机理，挖掘分析功能成为银行当前迫在眉睫的任务。 本文首先通过分析银行现有的实际业务需求，着重对数据仓库技术在银行业中的应用现状进行了详细表述，并根据数据仓库和数据挖掘技术的深入研究，结合银行的具体业务特点，设计与实现了商业银行分布式数据仓库系统；同时对分布式数据仓库系统的构建机理和实施步骤进行了详细描述。利用构件方式重新设计和实现了数据仓库中的重要部分——ETL系统，并加入ETL服务器的线程池缓冲区机制，实现系统性能的优化。 本文在建立数据仓库系统的基础上，利用联机分析处理OLAP技术和改进数据挖掘K-means聚类算法——X-means算法，实现了银行数据仓库系统的客户管理分析功能，取得了很好的应用效果，从而为银行数据仓库系统开发应用提供了可借鉴的操作思路。

矩特征的实时计算

矩在统计学中用于表征随机量的分布，而在力学中表征物质的空间分布。若把二值图像或灰度图像看作是二维密度分布函数，就可以把矩技术应用于图像分析中。这样，矩就可以用于描述一幅图像的特征。矩作为图像特征，其性能是非常出色的。 不变模式识别问题是非常复杂和困难的。目前，研究主要集中在不变矩之上提出性能更优良的方法或是研究基于矩的跟踪方法。国内没有关于不变矩硬件实现、实时应用的有关报道。 本文综述了矩技术在图像处理、计算机视觉、模式识别等领域内的应用，研究矩技术，包括几何矩、中心矩及不变矩的实时计算。 在Hatamian数字滤波器算法和改进的数字滤波器算法基础上，本文实现了几何矩计算硬件模块、中心矩计算硬件模块。仿真实验证明，该设计占用硬件资源小，计算简单，计算时间能够满足实时系统的应用要求。 本文提出了一种低阶不变矩近似计算的实时算法。给出了算法的流程图及所需硬件模块。在此基础上，利用Matlab进行了算法仿真，结果表明，该近似算法的结果在以其均值为中心的较小范围内波动，说明该算法在一定程度上能够表述作平移、旋转和比例变化的目标特征，可以用于图像目标的识别和分类。

基于未标定图像的三维重建技术的研究

基于未标定图像的三维重建技术是近年来计算机视觉领域研究的一个热点问题。它利用摄像机拍摄物体不同角度的图像，根据不同图像之间的几何关系估计摄像机的外部参数，即确定摄像机的位置和方向，从而恢复物体在射影空间下的几何模型，再利用自定标技术估计摄像机的内部参数并完成物体在欧氏空间下的重建。该技术在机器人导航、精密工业测量、医学图像的三维重建、自动目标识别、军事技术等方面都有着重要的应用价值，所以日益受到人们的重视。 本文以精确打击应用为背景，精确打击目标通常是人造结构，如建筑物，人造结构通常由大量的平面和平行线组成，由于传统的基于平面的射影、仿射不变量和不变矩的目标识别已成熟，国内也有相应的专著，传统方法的局限只能应用于高空下视情况，不能应用于低空突防情况，所以基于三维模型的精确打击目标识别是一个新的研究领域。本文基于图像的三维重建方法，将为基于三维模型的目标识别打下基础。 本文首先通过对射影几何、针孔模型成像理论及三维空间层次关系的研究，指出由图像进行三维重建的可能性，建立了一条基于未标定图像进行三维重建的技术路线。其次针对同一场景图像间对应点匹配准确率低的问题，本文在已有的匹配方法基础上，结合对极几何约束，提出了一种改进的对应点匹配方法，实验结果表明匹配的准确率较高；由于基础矩阵包含了图像间几何约束的所有信息，它的求解对于图像三维重建具有重要的意义, 本文提出了一种基础矩阵的加权线性迭代算法，该算法利用点到极线距离的几何特征作为每个点的加权因子，使匹配精度高的点对基础矩阵的影响更大，与传统的基础矩阵计算方法相比，该方法提高了计算精度。最后，本文研究了在摄像机事先未标定的情况下，如何利用场景结构信息实现三维物体的分层重建，本文阐述了射影重建的实质是求解基础矩阵，射影重建到仿射重建的实质是求解无穷远平面或无穷远平面单应矩阵，仿射重建到欧氏重建的实质是求解绝对二次曲线的图像，本文利用场景中两两正交的三对平行直线，计算各对直线的消失点，通过消失点和极点计算无穷远平面单应矩阵，进而利用正交性约束线性计算绝对二次曲线的像，最后分解出摄像机内参数，算法具体实现步骤在文中已给出。实验给出了物体的射影重建、仿射重建、欧氏重建的结果，实验结果表明算法是有效的和可行的。

角点检测及图像匹配算法研究

本文主要研究角点检测算法和图像的匹配算法。角点是目标轮廓上具有高曲率的点，它可以较好的描述目标的特征。角点检测技术在计算机视觉和图像理解等领域应用很广，例如运动跟踪、目标识别、立体视觉等。角点检测技术被广泛应用的原因在于：角点包含丰富的图像信息，能够对视觉处理提供足够的约束，极大地提高运算速度，在图像之间进行可靠的匹配。 本文首先介绍了一些经典的基于几何特征的角点检测算法。随后本文详细描述了SUSAN算法，并针对其不足提出了一种改进算法。算法的仿真实验结果验证：该改进算法在性能上较原算法有很大提高。计算机视觉和图像处理中另一个重要的研究内容是图像的匹配，它的应用领域也很广泛。为了利用前文的角点提取结果，本文选取了Chang的点模式识别方法来完成图像匹配，算法的匹配仿真实验结果验证了算法的有效性。 本文在最后的章节中尝试了整套算法的硬件实现，硬件仿真的平台是基于DSP和FPGA的。结果证明，所设计的系统具有较好的跟踪能力和抗干扰能力。

机器人视觉伺服在工业生产线上的研究与应用

工业机器人从上世纪70年代开始已广泛的应用于各种场合，如搬运、焊接和装配等。但这些应用都是基于先精确示教后运行的，目标物体的位姿和尺寸稍有变动，就会导致机器人任务的失败。因此对于工业流水线等工件位置不固定的应用场合，采用视觉来提高机器人的智能水平以实现对目标物体的自动检测和定位抓取，具有重要现实的意义和研究价值。 本论文以机器人视觉伺服为研究对象，完成了整套视觉伺服搬运系统的组建，其中包括摄像机标定、图像的采集、图像处理、机器人手眼标定、机器人控制、机器人定位抓取，接着完成了以下各方面的研究和应用。 针对单目眼固定安装方式，通过最小二乘法求解手眼坐标的变换关系，再根据工作台平面与摄像机成像模型的约束关系，求解出目标物体的三维位姿，最终实现了机械手的精确定位。针对手眼安装方式，采用了眼在手上的单目摄像机，通过机械手末端的一次移动，虚拟实现了双目视觉的功能。同时提出了一种方便有效手眼标定方法，避免了复杂的传统手眼标定过程，无需求解摄像机外参数和手眼变换矩阵。仅获取标定时刻的摄像机综合参数和机器人位姿，就可以在机器人基坐标系中视场范围内的任意两点进行检测，根据立体视觉的约束关系求解出目标物体在机器人基坐标中的位置，进而实现对目标物体的精确定位。 接着研究了基于图像和基于位置的视觉伺服方法，简化了目标模型，通过检测图像平面二维坐标目标物体的特征点以实现对目标物体的逼近定位和旋转匹配。同时进一步研究了基于目标工件建模的方式来实现视觉伺服。即首先根据平面图像法移动机械手获得目标中心点大致基坐标位置，然后根据图像特征点建立目标工件的坐标，最后通过坐标转换获得目标物体的机器人基坐标位姿，从而实现了基于位置的视觉伺服。 而后全面介绍了工业传送线视觉机器人搬运系统的组成和工作流程。该系统演示了整套流水线的生产过程，包括机器人拆垛、传送、在线检测和机器人码垛等四个部分。系统采用高速图像处理系统对目标进行实时检测，在线匹配辨识工业传输线上的目标物体及其旋转角度与位置，并通过现场总线控制机器人完成精确抓取和码垛。最后阐述了物流实训视觉机器人搬运系统的组成，该系统采用了视觉传感器、超声波、光电和碰撞开关等多种检测传感器，大大提升了机器人的智能，使其实现了复杂的多货物码盘拆垛和分拣功能。

装配与检测生产线监控系统的分析与设计

自动化装配与检测技术是先进制造技术的一个重要组成部分，广泛应用于电子、电气、机械、汽车以及其他高科技行业，是提高生产效率，提高产品质量，保证产品质量稳定性、减轻工人劳动强度、提升企业市场竞争能力的重要手段。装配与检测生产线监控系统采用计算机进行数据采集、数据分析和数据处理，从而达到生产监控管理功能。本文主要针对装配与检测自动化生产线的监控系统并侧重质量监控系统进行了研究、设计和实现。 本论文主要从设备与产品质量监控的理论分析、功能模块设计和监控系统实现三个方面对装配与检测生产线监控系统进行研究。 对设备的监控主要包括设备操作流程提示、操作失误提示、生产线类型设置、故障信息提示、安全提示、调度管理和数据管理。设备监控系统硬件结构由管理层、监控层和设备层三层结构组成，本文对这三层结构的功能及特点分别进行了分析。装配与检测生产线监控系统对产品质量监控理论分为两个部分：一是统计过程控制；二是测量系统分析。统计过程控制通过分析生产过程中产品的参数对装配与检测生产线的故障进行实时监控，并且对评价生产线质量能力的过程能力指数进行监控。测量系统分析通过对生产线中各测量传感器和测量仪器的测量数据进行分析，评价各测量设备的误差是否符合生产要求。 论文通过实际项目研究分析，总结出实现该类监控系统的基本模块，并实现了其中的四个模块，即数据采集模块、数据库系统模块、质量监控模块、人机界面模块。数据采集模块设计了四种与底层设备通讯的方式：串口、OPC、调用ActiveX控件和DDE。数据库系统模块完成数据的存储查询、图表的存储和查询、测试数据的存储与查询。质量监控模块设计了统计过程控制子模块、测量系统分析重复性与再现性子模块。人机界面模块提供了开发流程图的方法。 论文的最后以两个实际项目为背景，应用本论文对设备和产品质量监控的理论分析和开发的基本功能模块来快速地开发具有设备和质量监控功能的装配与检测生产线监控系统。

基于CAN总线的全数字伺服驱动系统的研究

本论文以创新课题“家用服务机器人的研究开发”为背景，对全数字电机伺服驱动系统进行了深入的研究，在此基础上提出了伺服驱动系统的总体设计方案，参与了硬件系统各子模块的设计与调试，完成了软件伺服控制，最终实现了基于CAN总线的全数字伺服驱动系统。论文结合开发的上位机测试软件进行了实验研究，取得了比较理想的实验结果。 本文以该系统为平台，对伺服驱动系统中的难点和热点问题进行了研究，针对这些问题，提出了以下系统设计和实现的新方法和新思路： 1. 将数字信号处理器DSP和现场总线CAN应用到伺服驱动系统中，采用CANopen通讯协议进行信息传输，保证了通讯功能的可靠性； 2. 在电机转速测量中，提出了一种高性能的自适应转速测量算法，与常用的算法相比，提出的算法可以在提高转速测量的准确性的同时，提高系统的响应时间； 3. 在电流测量中，应用巴特沃斯滤波器对电流信号进行滤波，以消除电流采样中的干扰，同时使用Smith预估器消除系统延时产生的影响； 4. 在电机控制算法的研究上，引进了参数模糊自整定PI控制器，该方法实现了高品质的动态和静态性能； 5. 将S/T曲线速度规划的思想引入全数字伺服驱动系统中，通过提高速度的平滑性，特别是高速启、制动状态，来提高伺服系统的整体控制性能。针对DSP芯片定点运算的限制，本文提出了一种余码补偿方案。 本论文理论与实际相结合，以自主研发的服务机器人为平台，对提出的方法进行了实验检验，实验的结果表明本文设计的软、硬件结构合理，控制精度高，响应快，可以满足生产使用的需求。

基于PowerPC的高端信号处理系统研究

大运算量的科学计算以及高速实时信号处理靠传统的单处理机系统已无法完成，必须通过并行处理技术实现，特别是新一代的雷达信号处理系统功能强且结构和信号处理方式都很复杂，对实时性、运算精度、动态范围和数据吞吐量提出了更高要求，采用每秒几十亿至几百亿次浮点运算速度的大规模实时并行处理系统势在必行。 本论文对高端信号处理系统进行了较为深入的研究，在此基础上设计并实现了基于PowerPC的信号处理系统，以该系统为平台，研究了系统设计中的难点和热点问题，并提出了一些实现信号处理系统中关键技术的新方法。 通过对信号处理系统结构的研究，本文提出了基于SMP-Cluster架构的总体设计方案，设计并实现了SMP架构的PowerPC信号处理节点板，符合PICMG 2.16标准的千兆以网交换板，千兆高速背板和机箱管理模块。对信号处理硬件系统进行了设计、焊接、组装和调试；设计、编写了信号处理中的相关软件系统；移植了实时操作系统，编写了底层驱动。 本文在系统的研究开发过程中，对其中的关键技术运用了一些有一定创新性的设计和实现方法： 1、针对雷达信号处理特点，提出了基于SMP-Cluster架构信号处理系统，使系统扩展性和并行性大大提高； 2、采用PowerPC作为信号处理器，相比DSP，数据吞吐量、处理速度有一定的提高； 3、采用仿真分析方法，结合Cadence PCB工具，解决了高速背板的信号完整性和电源完整性等问题，使背板工作频率能达到3.125G； 4、采用机箱智能管理和热切换，来加强系统的可靠性、机箱管理。 实验表明，本论文所设计和实现的系统能满足海量运算需求，具有高可靠性 高冗余性、强扩展性和可管理性。

链式可变形模块化机器人控制系统研究

随着机器人技术的不断发展，机器人的能力不断提高，其应用的领域和范围正在不断扩展。各式各样的机器人正逐步走入各行各业和社会的各个领域，并在其中发挥着越来越重要的作用，特别是在科学考察、军事侦察、灾难救援等对人类来讲极度危险的领域。它所具有的优势越来越受到世界各国普遍关注和重视，日益成为各国的战略必争装备和竞争核心技术。 应用于危险环境的机器人在作业时往往面对极为复杂的非结构环境。传统的机器人受其自身的机械结构限制，一般不能够适应这种多变的地形。具有改变自身构形能力的机器人的出现，解决了这一问题。国外自80年代开始研究可重构机器人。可重构机器人一般是由多个模块组成，通过模块的数量以及相对位置的变化，使机器人形成新的构形。由于这种机器人在变形时要消耗大量的时间，同时需要计算能力较强的控制单元，因此很难应用于实际作业。 本文叙述了灾难救援机器人的研究和发展现状，并提出了一种新颖的用于灾难救援和军事侦察的可变形机器人。该机器人由三模块组成，通过模块间的关节运动改变自身构形。三模块可变形机器人采用了基于CAN总线的集中式控制系统。本文在论述了机器人控制系统的硬件平台构建后，给出了基于此硬件平台的软件实现。 本文在对三模块可变形机器人的变形机理进行分析和计算的基础上，提出了“协同变形法”改善了机器人的变形过程，使其更为合理。通过协同变形实验验证了改进后变形方法的合理性和优越性；通过转弯实验验证了可变形机器人的机动性能；通过整体变形实验和通过性实验验证了控制系统的可行性以及机器人极强的通过能力。变形机器人基于该控制系统能够完成前进、后退、转向以及变形等运动，运动平滑，系统响应迅速。最后，本文对可变形机器人的发展和后继研究工作进行了展望。

微小型爬壁机器人机构与控制方法的研究

近十年来人们对专用爬壁机器人领域的研究越来越感兴趣。如清洗高层建筑、石油气罐的喷漆喷砂、核工业设施的检测维护、援助消防和营救工作以及危险环境的远程监控等都急需一种自动化设备。爬壁机器人, 因其可以吸附墙壁表面和携带适当的传感器或工具，是这些工作的最佳候选。 本文中设计了一种反恐侦察爬壁机器人系统。在反恐侦察中，将微小型爬壁机器人上安装无线摄像头、麦克风等装置，代替侦察人员探测狭小空间内部的敌情，不但能提高侦察的准确度，还能增强安全性，减小人员伤亡。针对这一应用背景，国家863 计划提供资金开展了反恐侦察爬壁机器人样机系统的研制项目。 这种侦察爬壁机器人样机采用了两足式结构和欠驱动机构设计，使得机器人具有灵活的运动能力和多种运动方式。该机器人可以壁面爬行、穿越管道和跨越交叉面。两个有力的吸盘足依靠真空泵抽取吸盘内气体来实现吸附墙面。欠驱动机构减少了电机数量，使得机器人尺寸、重量和功耗都较小，但却对控制增加了挑战。机器人运动学方程被求出，这有助于我们理解其运动机理。 机器人上有无线遥控和无线视频传输系统分别负责接收指令和采集图像信息。针对该爬壁机器人在体积，重量，功耗和速度上的要求，本文提出了以TI公司的TMS320F2812DSP 为控制芯片的嵌入式控制系统的设计方案, 控制器的主要功能是实现多电机实时控制，搭建高效可靠的人机通讯和机器人运动规划。层次较高的操作指令采用有限状态机理论实现跟踪机器人运动状态。 电机的伺服控制，是整个控制系统设计中最基本、最重要的部分。对此本文提出了梯形速度规划和PID 控制策略，经过参数优化，基本达到了控制精度的要求。 最后，通过实验验证了机器人高效的能力，表明侦察爬壁机器人样机系统具备了执行反恐侦察的基本功能。

反恐防暴机器人机构与控制的研究

西方国家早在20世纪60年代就开始采用防暴机器人处理爆炸物。自从9.11事件后，国际社会恐怖活动更是愈演愈烈，许多国家相继对此给予了高度重视。反恐防暴机器人可应用于核工业、军事、燃化、铁路、公安、武警等部门，代替人在危险、恶劣、有害环境中执行探查、排除或销毁爆炸物、消防、抢救人质以及与恐怖分子对抗等任务。本项目依托课题由最初的“危险作业机器人”到现在的“反恐防暴机器人的产业化研究”，由国家“863”计划资金滚动支持。就现有的反恐防暴机器人，存在速度较慢或机动灵活性不强或可靠性不高等不足，现研究出一种新型反恐防暴机器人，目的是在保证适应一定的非结构环境的前提下（适用所有的非结构环境的移动机构设计是不可取的，也是不现实的），提高机器人本体转向性能和移动速度，降低功耗，机构简单化，同时在硬件与软件设计时采取一些相应的措施，提高其在实际应用环境中的可靠性和抗干扰能力。首先，通过对以往反恐防暴机器人在非结构环境中采用的复合移动机构对比分析研究，提出了一种新型的轮-履带-腿复合移动机构，应用在”灵豹”机器人上。它的特色是移动机构继承了“灵蜥”系列反恐防暴机器人轮与履带移动方式自动切换功能，并且针对“灵蜥”系列机器人轮式移动时，四轮滑动转向灵活性不高、功耗大的问题，提出了三轮式移动机构，在狭小移动空间有着广泛的应用。并对该机器人本体做了运动学分析和稳定性分析，论证了该机构的可行性。其次，根据课题项目研究的需要，在控制方面，主要完成了“灵狐”小型反恐防暴机器人的系统构建与功能实现。通过从事“灵蜥”系列机器人项目开发，积累了一些移动机构设计与分析以及控制系统一些问题解决的实际经验，在“灵狐”控制系统设计过程中，由于采用单片机作为微控制单元，因此着重考虑了提高系统可靠性与抗干扰能力。在“灵狐”机器人样机试验中取得了好的效果，均达到预期目标。

移动机器人动作序列器的设计与实现

移动机器人是当前机器人领域的研究重点之一，吸引了许多学者的注意。移动机器人有着巨大的应用潜力。各式各样的机器人开始逐步进入社会各个领域，并在其中发挥着越来越重要的作用，特别是在科技探险、军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险领域，其具有的优势越来越受到各国的重视。 移动机器人的研究涉有到人工知能、控制理论、传感器技术和计算机科学等多门学科。随着移动机器人功能越来越强、复杂度越来越高，对其控制系统的软件体系结构的研究也日益受到重视，并提出了许多不同的体系结构。 论文综述了移动机器人研究和应用的现状，以及移动机器人的几个关键技术。在第二章中给出了单兵可携带移动机器人的硬件平台。第三章，在对已有三种移动机器人软件体系结构分析比较的基础上，设计了针对于特定移动机器人的控制系统结构。该设计主要基于已有三层体系结构，在设计过程中引入了面向对象技术和软件设计模式的思想；在设计其序列层时，采用XML作为序列的描述语言，简化序列层的实现，并提高序列层的可扩展性。在命令（行为）的设计上采用多线程技术，一个命令对应一个线程。序列层通过序列脚本激活或禁止控制层中命令。第四章，说明了系统的实现以及在实现中所使用的软件设计模式。

ARM嵌入式系统在纳米操作系统中的应用研究

近年来，随着微纳米科技的迅速发展，机电产品有望向更微观化、高性能化发展，这将促进材料、制造、电子、生物医学、信息等领域新的科学技术出现，在新的科学技术层次上为可持续发展的理论提供物质和技术保障。微纳米科技最终目标是研究和发现微纳尺度物质所具有的新颖的物理、化学和生物学现象与特性。并以此为基础来设计、制作、组装成新的材料、组件或系统，实现与之相应的特定功能，促进新的科学技术发展与变革，这无疑具有十分重要的科学意义和经济价值。而实现这个目标的使能技术便是微纳米尺度下观测、操作和装配的科学方法与相关的技术和装备，因此开展微纳米操作研究具有特别重要的意义。微纳米操作是微纳米制造科学技术的重要内容之一，使用探针模式的机器人化微纳操作方法，实现在微纳米尺度物体的可控操作，对促进我国微纳米科学技术发展具有特别重要的意义。 目前已有的基于探针的纳米技术装置如SPM (Scanning Probe Microscope)是基于探针模式的纳米观测基本装置。在此基础上研究发展的基于探针的纳米操作已成为纳米科技研究的新领域，是目前世界上各国正在大力开发的前沿研究课题。但目前市场上的SPM等纳米观测设备缺乏驱动控制与信息交互功能和开放界面，限制了用户在此基础上开发纳米操作、装配等功能的能力，因而研究具有信息交互能力的、可进行在线操作控制与宏-微-纳观信息交互的纳米操作监控系统，进而发展成具有自动化/机器人化功能的纳米作业系统队纳米科学技术发展、纳米制造的实现无疑具有重要意义。本论文的科研内容是以面向纳米制造的机器人化系统为研究背景，在自主技术的基础上，开展应用ARM嵌入式系统构成纳米作业系统的实时控制器研究。实时多任务的操作控制系统是纳米作业系统的核心技术，可以实时进行基于探针的传感信息采集、状态反馈控制、形貌观测数据生成、作业运动轨迹生成、位置反馈控制等功能的数据处理与实现。本论文重点介绍以SAMSUNG公司的ARM9处理器芯片S3C2410为嵌入式控制器系统的核心，在移植嵌入式Linux作为操作系统的基础上，开发具有实时数据采集与控制指令、通信功能的人机交互界面。基于ARM的实时控制器的研究为探针模式的纳米观测与操作系统开发提供了关键技术，可以提供开放的AFM系统，促进操作型纳米系统的研究与实现，可以保证纳米观测与操作控制的实时性，可以为纳米作业控制方法提供方便的编程、开发功能。本论文主要研究了面向纳米作业的基于ARM嵌入式实时控制器硬件结构及软件系统的研究与开发过程。首先介绍嵌入式系统的基本概念和特点；其次介绍基于SPM模式的纳米操作系统性能与技术特点；第三，根据纳米作业系统的技术功能要求，详细介绍了具有实时多任务管理功能的硬件系统的设计，重点解决核心板和扩展板各部分功能模块的设计；第四，详细介绍了嵌入式Linux操作系统下的应用程序开发模式及开发过程；最后，详细介绍了嵌入式Linux操作系统下的应用程序开发，主要工作是完成SPM纳米操作系统中的ARM开发平台的功能接口模块的调试及Linux系统下多线程技术在本系统中的应用。本次毕业设计已完成ARM开发平台在整个SPM纳米操作系统中要实现的各个功能模块，结合SPM纳米操作系统的实时性问题，进行了ARM开发平台的系统软件架构分析和利用多线程技术的以太网通信实验，在一定程度上提高了纳米操作系统中的实时性和成像质量。

7000米载人潜水器动力定位系统研究

深海载人潜水器可以运载科学家和工程技术人员，以及各种仪器设备进入深海现场，进行各种海洋资源调查、科学考察和海底调查等作业任务。近十五年来，深海载人潜水器为促进海洋资源调查、海洋生物基因、海洋地质勘探等与海洋相关研究领域的发展作出了显著贡献。未来，深海载人潜水器还将在与海洋相关研究领域，以及海洋资源开发与争夺过程中发挥更加重要的作用。随着海洋高技术的发展，人类对海洋的研究更加深入和精细，在众多作业任务中，将逐渐要求深海载人潜水器具有动力定位能力。精确的动力定位能力，可以有效提高载人潜水器的作业能力和效率，降低操作人员的作业强度。影响深海载人潜水器动力定位系统性能的因素有很多，主要包括状态感知系统的测量精度、作业系统作业过程中产生的扰动、复杂海洋环境产生的复杂外力干扰、以及推进子系统的控制分配和故障容错能力等。 本文以“十五”期间国家863计划重大专项“7000米载人潜水器”为研究背景，结合7000米载人潜水器动力定位能力的实际应用需求，深入研究了7000米载人潜水器动力定位系统，实现高精度、高稳定性的动力定位。重点研究能有效提高7000米载人潜水器水平位置和线速度测量精度的导航方法；研究适合存在复杂外界干扰和自身不确定性条件下，多输入多输出的载人潜水器智能控制方法；研究具有推进器故障容错能力的动态控制分配策略。本文研究内容主要包括： （1） 根据7000米载人潜水器的传感器配置情况，研究基于多普勒速度计程仪和光纤罗经的载人潜水器导航问题。提出基于“当前”加速度统计模型和潜水器运动方程的Kalman Filter导航方法，这种导航方法可以在线准确地估计出多普勒速度计程仪的速度测量偏差比例因子，以及多普勒速度计程仪和光纤罗经间的航向角安装偏差。通过仿真实验和湖上试验数据验证实验，验证了该导航方法的正确性和有效性。 （2） 基于潜水器6自由度空间动力学模型，设计了基于径向基神经网络直接自适应控制策略的7000米载人潜水器动力定位控制器。基于Lyapunov稳定性理论，证明了存在有界外界干扰和有界神经网络逼近误差条件下，7000米载人潜水器控制系统的闭环稳定性。通过7000米载人潜水器动力学模型的仿真实验和水下机器人实验平台的水池实验，进一步验证了该控制系统的正确性、有效性和稳定性。 （3） 提出了采用动态模糊神经网络在线学习算法，解决基于径向基神经网络载人潜水器直接自适应控制方法的网络结构设计困难问题。改进了用于机械手运动控制的动态模糊神经网络在线学习算法的结构学习部分，使其更适用于载人潜水器的控制。基于Lyapunov稳定性理论，证明了基于动态模糊神经网络直接自适应控制策略的载人潜水器控制系统的闭环稳定性，并进行了仿真实验。 （4） 基于推进器配置情况，建立了7000米载人潜水器的动态控制分配模型，设计了推进器故障容错处理策略。针对完全固定推进器配置的潜水器系统，提出了基于伪逆矩阵分配和定点分配策略相结合的混合动态控制分配算法。针对存在可动态配置的回转推进器，提出基于SQP算法的动态非线性优化控制分配策略，设计了优化算法的代价函数。通过仿真实验和7000米载人潜水器半物理仿真平台实验，验证了本文研究的潜水器动态控制分配算法的正确性和有效性。