基于CMA-ES算法的集成光学陀螺中弯曲波导损耗优化

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作者 黄腾超 蒋知佑 +3 位作者 赵薪然 张义 赵子强 梁璀 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第6期601-606,共6页

片上集成敏感环圈是集成光学陀螺仪的基本组成部分之一,其环长直接决定陀螺仪的零偏稳定性和角度随机游走。传感环的直波导传输损耗和弯曲波导辐射损耗共同决定了敏感环圈的最终品质。优化弯曲波导的结构以降低其辐射损耗是提高片上集... 片上集成敏感环圈是集成光学陀螺仪的基本组成部分之一,其环长直接决定陀螺仪的零偏稳定性和角度随机游走。传感环的直波导传输损耗和弯曲波导辐射损耗共同决定了敏感环圈的最终品质。优化弯曲波导的结构以降低其辐射损耗是提高片上集成陀螺仪性能的关键技术之一。通过引入CMA-ES算法设计片上集成传感环上的90°弯曲波导结构,对弯曲波导的几何参数进行了全局空间下的有效优化。仿真结果表明,对于截面3μm×0.15μm的90°氮化硅弯曲波导,在弯曲半径达到200μm以上时可以将弯曲波导的损耗优化降低至10^(-4)d B/90°的水平。证明了CMA-ES算法可以有效优化片上集成传感环的设计、降低其损耗,从而提升集成光学陀螺仪的性能指标,具有工程应用价值。 展开更多

关键词 cma-es算法 集成光学陀螺 弯曲光波导

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基于CMA-ES算法的无人机群协同救援任务分配优化

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作者 俞佳晨 胡剑虹 郑恩辉 《现代电子技术》 北大核心 2025年第10期92-96,共5页

救援任务分配不仅要考虑无人机的航行路程最短,还要尽可能减少幸存者的平均等待时间,这是一个多目标优化问题。为在多目标中寻找最优解决方案,提出一种基于协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)算法的无人机群协同救援任务分配优化方法。... 救援任务分配不仅要考虑无人机的航行路程最短,还要尽可能减少幸存者的平均等待时间,这是一个多目标优化问题。为在多目标中寻找最优解决方案,提出一种基于协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)算法的无人机群协同救援任务分配优化方法。以平均等待时间和航行路程最短为目标函数,考虑无人机的最大航行距离、任务数量、协同规划和载重能力等约束条件,使用CMA-ES算法,通过多维空间中基于正态分布的参数优化机制寻找目标函数最优解,有效解决了不同目标之间的冲突,实现了多目标任务分配优化。实验结果表明:所提方法能合理分配救援任务,确保幸存者快速获得物资,无人机平均航行48.7 km,幸存者平均等待33.4 min,救援任务平均61.2 min完成。 展开更多

关键词 cma-es 无人机 协同任务分配 优化算法 目标函数 约束条件 最大航程

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基于CMA-ES算法的面向任务的机器人结构优化 被引量：2

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作者 林煌杰 翟敬梅 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2021年第5期18-21,26,共5页

为了解决指定任务的机器人结构设计问题,将任务要求和相关性能指标纳入到机器人结构设计过程中,提出了一种面向任务的机器人结构(DH参数)优化设计方法。首先,将指定任务描述为笛卡尔空间中一系列位姿点,姿态用四元素表示;其次,根据机器... 为了解决指定任务的机器人结构设计问题,将任务要求和相关性能指标纳入到机器人结构设计过程中,提出了一种面向任务的机器人结构(DH参数)优化设计方法。首先,将指定任务描述为笛卡尔空间中一系列位姿点,姿态用四元素表示;其次,根据机器人运动学特性,推导出任务可达性约束条件,用各向同性指标、关节角度指标、尺寸指标构建目标函数,将机器人DH参数和到达各任务点时的关节值作为设计变量,从而建立了机器人结构优化设计的数学模型,并进一步利用罚函数法处理可达性约束;最后,根据优化问题具有非线性、不可导、高维度和连续值优化的特性,选用CMA-ES(协方差矩阵自适应进化策略)进行机器人结构优化设计问题的求解。实例仿真通过模拟一个位姿不断变化的复杂作业场景,验证了该方法的有效性。 展开更多

关键词 机器人 面向任务设计 结构优化 性能指标 cma-es算法

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基于CMA-ES算法的支持向量机模型选择 被引量：2

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作者 周文杰 徐勇 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2010年第4期163-166,共4页

研究模型选择对支持向量机(SVM)的泛化性能有着重要影响。针对传统梯度算法对初始值敏感及网格搜索法计算复杂的缺点,为了提高全面优化能力和分类精度,提出了一种基于协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)的支持向量机(SVM)模型优化算法,... 研究模型选择对支持向量机(SVM)的泛化性能有着重要影响。针对传统梯度算法对初始值敏感及网格搜索法计算复杂的缺点,为了提高全面优化能力和分类精度,提出了一种基于协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)的支持向量机(SVM)模型优化算法,通过对SVM泛化性能界(Bounds on Generalization Performance)的优化求解,实现了基于CMA-ES算法的SVM模型选择。在标准数据集上的实验结果表明:相比遗传算法和梯度算法,上述方法能够在较小计算代价下得到更优的超参数,提高支持向量机的预测精度稳定性,尤其适合大样本数据条件下的模型选择。 展开更多

关键词 支持向量机 进化算法 参数选择 协方差矩阵自适应进化策略

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改进适应度函数的CMA-ES算法在机器人逆运动学中的应用 被引量：2

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作者 谭薪兴 李光 +2 位作者 薛晨慷 易静 于权伟 《智能计算机与应用》 2022年第2期18-23,31,共7页

针对机器人的逆运动学多解问题,本文利用“最佳柔顺性”规则,对适应度函数进行改进,提出了一种自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)算法求逆运动学解的新方法。在原算法的基础上,将机器人各关节运动范围作为约束条件,在工作空间中获得唯... 针对机器人的逆运动学多解问题,本文利用“最佳柔顺性”规则,对适应度函数进行改进,提出了一种自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)算法求逆运动学解的新方法。在原算法的基础上,将机器人各关节运动范围作为约束条件,在工作空间中获得唯一且平稳光滑的路径。以REBot-V-6R-6500型6自由度机器人为研究算例,结果表明:在点对点运动的逆运动学求解中,代表位置误差的适应度函数的平均值稳定在10^(-17)数量级;在空间螺旋轨迹连续跟踪的逆运动学求解中,求解的各关节轨迹平滑且唯一,代表位置误差的适应度函数的平均值稳定在10^(-32)数量级;在点对点运动和连续轨迹跟踪的逆运动学求解中,位置平均误差值均稳定在10^(-16)m数量级。 展开更多

关键词 机器人 逆运动学 cma-es算法 最佳柔顺性

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不同零阶优化算法时滞对齐对磨矿粒度预测的研究

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作者 张鸿阳 陈雯 《有色金属(选矿部分)》 2025年第10期28-34,共7页

磨矿粒度作为磨矿过程的重要指标,磨矿粒度的软测量能够实时获取磨矿粒度的估计值,降低成本的同时提高生产效率。实际磨矿过程中因存在大时滞和非线性等问题,软测量准确率大大降低,且预测效率不高。传统时滞辨识算法由于依赖于大量经验... 磨矿粒度作为磨矿过程的重要指标,磨矿粒度的软测量能够实时获取磨矿粒度的估计值,降低成本的同时提高生产效率。实际磨矿过程中因存在大时滞和非线性等问题,软测量准确率大大降低,且预测效率不高。传统时滞辨识算法由于依赖于大量经验知识,存在求解耗时长、结果无序性的问题,难以应对海量时序数据的实时处理。因此,本文利用四种零阶优化算法包括Tpe(Tree-Structured Parzen Estimator)、Cma-Es(Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy)、GA(Genetic Algorithm)、QMC(Quasi Monte Carlo)对时滞进行寻优,通过定义步长累加窗口和计时器,对磨矿过程中各个关键变量进行皮尔逊相关度分析,分别得到四种算法的有序时滞寻优结果和寻优耗时。对齐时间数据后,利用梯度提升树Xgboost(eXtreme Gradient Boosting)建模后对磨矿粒度进行预测,四种优化算法的决定系数(R^(2))均达到了0.75以上,其中Cma-Es算法的R^(2)为0.88,均方根误差RMSE为0.18,与未进行时滞移动的预测数据相比具有高精度、高效率的优势。经真实磨矿过程数据试验验证,零阶优化算法预处理数据不但大大缩短了传统时滞寻优的时间,且有效解决了时滞序列无序性的问题,具有一定的现实意义。 展开更多

关键词 零阶优化算法 TPE cma-es GA QMC 时滞辨识 磨矿粒度

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基于多目标优化策略的曲线钢轨非对称打磨设计 被引量：1

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作者 周骏 刘林芽 李纪阳 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3166-3178,共13页

铁路曲线钢轨打磨一直是养护维修工作的重点之一,虽然钢轨的磨损不可避免,但适当打磨型面能有效减缓磨损。为了降低打磨去除量,改善轮轨接触性能,提高铁路系统的安全性和经济性,提出一种基于多目标协方差矩阵自适应优化策略(MO-CMA-ES)... 铁路曲线钢轨打磨一直是养护维修工作的重点之一,虽然钢轨的磨损不可避免,但适当打磨型面能有效减缓磨损。为了降低打磨去除量,改善轮轨接触性能,提高铁路系统的安全性和经济性,提出一种基于多目标协方差矩阵自适应优化策略(MO-CMA-ES)的曲线段打磨型面设计方法。首先,通过主成分分析方法(PCA),从钢轨磨耗型面中选取代表性的磨耗型面作为初始种群。接着,采用NURBS曲线拟合算法对这些型面进行曲线拟合,以建立参数化模型。随后,使用MOCMA-ES算法进行多目标优化,其中目标函数包括降低打磨去除量、轮重减载率和轮轴横向力。根据每个型面在不同目标函数下的适应度值,进行种群的进化与连续迭代,直到满足终止条件,即适应度函数值不再显著变化。最后,从最终的种群中选取目标适应度值最小的子代个体作为最优解。优化结果显示,优化型面降低了45.3%的打磨去除量,同时内外轨轨顶的打磨下降高度分别降低了0.84 mm和0.23 mm。静态轮轨接触方面,优化后的轮轨接触点分布更加均匀,且轨距角过渡区域的跳跃现象得到改善。动力学性能方面,优化型面降低了列车车体的横向加速度和轮轨横向力。此外,有效减小了轮对的横向位移,并微幅降低了轮轨最大接触应力。研究结果为曲线钢轨打磨提供了一种智能化的设计方法与参考。 展开更多

关键词 轮轨磨耗 主成分分析方法 多目标协方差矩阵自适应优化算法 磨耗代表型面 钢轨打磨去除量

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基于唯一域方法的机器人逆向运动学求解 被引量：12

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作者 李光 肖帆 +2 位作者 杨加超 章晓峰 马祺杰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期386-394,共9页

针对机器人的逆运动学多解问题,提出一种基于唯一域求解的新方法。利用机器人的雅可比矩阵行列式等于0确定的边界,将机器人的关节空间划分为与逆运动学多解数目一致的唯一域;各唯一域的边界作为约束条件,将唯一域内的逆运动学求解转换为... 针对机器人的逆运动学多解问题,提出一种基于唯一域求解的新方法。利用机器人的雅可比矩阵行列式等于0确定的边界,将机器人的关节空间划分为与逆运动学多解数目一致的唯一域;各唯一域的边界作为约束条件,将唯一域内的逆运动学求解转换为CMA-ES算法的有约束寻优;利用佳点集均匀分布性的特点,优化唯一域中CMA-ES算法求解的初始均值点。通过求6R工业机器人的逆运动学多解,阐述了该方法的应用,并以机械臂逆解数值法为参照,在钱江一号6R工业机器人和KUKA仿人机械臂上进行了2个仿真实验对比。仿真结果表明,本文所提方法在满足精度要求的前提下,平均求解时间更短。实验1中,CMA-ES算法求解一组逆解的平均速度约为5.1 ms/次,数值法求解的平均速度约为7.5 ms/次;实验2中,一组逆解的求解平均速度约为18.9 ms/次,数值法求解的平均速度约为54.8 ms/次;CMA-ES算法对两款机器人的位置跟踪精度均稳定在10-6mm数量级。 展开更多

关键词 工业机器人 唯一域 逆运动学解 雅可比矩阵 cma-es算法

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求解风力发电机布局问题的超启发式算法研究

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作者 迟宗正 董绍正 +3 位作者 郭童 任志磊 周宽久 郭禾 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2019年第7期220-225,233,共7页

针对大规模问题求解效率不高、结果不理想等问题,以影响参数多变的风力发电机布局问题为研究对象,设计并实现了超启发式算法策略,底层算子用差分进化(Differential Evolution,DE)算法和适应性协方差策略(Covariance Matrix Adaptation E... 针对大规模问题求解效率不高、结果不理想等问题,以影响参数多变的风力发电机布局问题为研究对象,设计并实现了超启发式算法策略,底层算子用差分进化(Differential Evolution,DE)算法和适应性协方差策略(Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy,CMA-ES)算法,高层策略用启发式调用策略选择底层算子求解在不同场景、不同风力参数等多种情况下的风力发电机布局情况。实验将权值选择策略与DE算法、CMA-ES算法和随机调度策略进行比较,最终数据表明该策略求解风力发电布局的效果远高于其他三种。 展开更多

关键词 超启发式算法 风力发电机布局 差分进化算法 适应性协方差矩阵进化策略算法

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基于进化策略有频率禁区的结构优化设计方法

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作者 程沙沙 苏国韶 燕柳斌 《计算机工程与应用》 CSCD 2013年第19期250-253,共4页

有频率禁区的桁架结构优化设计是在结构保证静态强度的前提下,通过调整构件的截面或节点坐标来改变结构的动力特性,从而避开激振频率带宽。自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)算法是一种寻优效率高、鲁棒性好的全局优化算法,对处理复杂... 有频率禁区的桁架结构优化设计是在结构保证静态强度的前提下,通过调整构件的截面或节点坐标来改变结构的动力特性,从而避开激振频率带宽。自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)算法是一种寻优效率高、鲁棒性好的全局优化算法,对处理复杂的非线性多维度的优化问题有很好的适应性。在考虑工艺可行性的基础上,结合有限元分析软件,提出了基于CMA-ES算法的有频率禁区的桁架结构优化设计方法。算例研究表明,该方法是可行的,与传统优化方法、粒子群优化方法相比较,具有全局寻优性能好、效率高的优点。 展开更多

关键词 频率禁区 结构优化 桁架 自适应协方差矩阵进化策略算法(cma-es)

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混沌协方差矩阵自适应进化策略优化算法 被引量：5

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作者 胡冠宇 乔佩利 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期937-943,共7页

为了改进进化策略算法的性能,提出了一种混沌协方差矩阵自适应进化策略(ChaosCMA-ES)算法,该算法在协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)算法的基础上引入了混沌算子,并利用其更新种群中心的位置,使得种群具备良好的全局搜索能力。试验结... 为了改进进化策略算法的性能,提出了一种混沌协方差矩阵自适应进化策略(ChaosCMA-ES)算法,该算法在协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)算法的基础上引入了混沌算子,并利用其更新种群中心的位置,使得种群具备良好的全局搜索能力。试验结果表明,本文算法对复杂多峰函数的寻优效果好于其他几种算法。最后,将本文算法用于优化网络安全态势的预测模型,预测结果的精度高于其他方法。 展开更多

关键词 人工智能 优化算法 协方差矩阵自适应进化策略 混沌优化 网络安全态势预测

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基于变形力数据的结构件残余应力场重构方法

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作者 黄冲 刘长青 +2 位作者 赵智伟 刘明芳 郭立杰 《上海航天（中英文）》 CSCD 2020年第3期133-139,共7页

残余应力是引起零件加工变形和失效的重要因素,残余应力场的重构有助于消除和控制零件在设计、制造、评价和使用过程中的残余应力。针对已有方法难以准确重构残余应力场的问题,提出了一种通过零件加工过程中的变形力数据实现零件残余应... 残余应力是引起零件加工变形和失效的重要因素,残余应力场的重构有助于消除和控制零件在设计、制造、评价和使用过程中的残余应力。针对已有方法难以准确重构残余应力场的问题,提出了一种通过零件加工过程中的变形力数据实现零件残余应力场重构的方法。该方法首先提取了由于材料去除引起的应力重新分布带来的装夹力变化数据,即变形力。残余应力到变形力之间通过协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES算法)反复迭代求解出映射关系,从而构建出零件的残余应力场,最后在仿真环境下对该方法进行了验证。验证结果表明:该方法能较好地预测残余应力场,重构出的零件的初始残余应力场与原始施加的应力场平均误差值约0.38 MPa,为零件残余应力场的重构提供了一种新思路。 展开更多

关键词 残余应力场重构 变形力 结构件 cma-es算法 数据驱动

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基于CMA-ES算法的真空保温板型结构保温板建筑被动式设计优化

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作者 耿一超 韩旭 +2 位作者 史路阳 赵伟永 秦振 《节能》 2020年第11期9-16,共8页

结构保温板建筑(SIP)是一种新型的建筑工艺,具有保温性能好、易于施工的特点,可在严寒地区推广使用。将高保温材料与SIP建筑相结合可以进一步减少严寒地区的能耗,降低墙体厚度,但同时增加了建筑成本。为了权衡建筑性能与投资成本的矛盾... 结构保温板建筑(SIP)是一种新型的建筑工艺,具有保温性能好、易于施工的特点,可在严寒地区推广使用。将高保温材料与SIP建筑相结合可以进一步减少严寒地区的能耗,降低墙体厚度,但同时增加了建筑成本。为了权衡建筑性能与投资成本的矛盾,基于CMA-ES优化算法,以Grasshopper参数化设计平台为运行载体,使用Honeybee插件与能耗模拟引擎OpenStudio相结合,以生命周期成本最低为目标函数,对3个严寒气候分区城市VIP双层保温结构SIP建筑(VIP-SIP)的被动式设计进行了参数优化,得到VIP-SIP在严寒地区最优的设计参数优化组合、节能率和投资回收期。 展开更多

关键词 cma-es优化算法 结构保温板建筑 真空保温板 能耗模拟 节能设计

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