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伴随能源结构调整及煤炭供给侧结构性改革重要举措,煤炭安全精准开采是煤炭行业未来发展的必然趋势,安全和智能是其重要支撑。本文引入无人直升机对煤矿井下进行巡检,鉴于直升机自身的运动特性,如何保障无人直升机在井下复杂环境完成巡检任务是一项重要的研究课题。膜计算具有强大的分布式计算和并行处理能力,本文充分利用膜计算的计算高效性和通用性特征,实现了无人直升机在煤矿井下巡检过程中的优化控制,进一步拓展了膜计算在优化控制领域的应用,为煤矿未来智能精准开采提供了理论支持和安全保障。具体从以下方面进行研究:1)基于细胞型膜计算的无人直升机姿态控制。结合煤矿井下复杂环境建立煤矿巷道空气数学模型,构建无人直升机运动学和动力学姿态模型;构建环境映射参数下的适合无人直升机姿态控制模型的细胞型膜系统;设计具备膜系统特征及运算规则的无人直升机细胞型姿态膜控制器;通过实验验证该控制器的可行性和跟踪有效性。2)利用脉冲神经膜计算实现无人直升机姿态优化。基于脉冲神经膜系统的旋转和平移不变性特征,构建扩展脉冲神经膜系统;设计优化脉冲神经膜系统及算法,完成对扩展脉冲神经膜系统的优化可行性;从理论上证明优化脉冲神经膜系统对直升机姿态性能优化的有效性,并通过实验进行验证。3)基于概率膜计算实现无人直升机实时定位与地图构建（Ssimultaneous Localization and Mapping,SLAM）。将惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）、激光雷达和深度相机传感器融合,基于稀疏滤波算法实现概率SLAM,进一步构建概率膜系统计算模型,设计膜内算法实现地图构建;通过实验验证概率膜系统提高无人直升机多传感器融合下SLAM精度的有效性。4)基于融入脉冲功能细胞型膜系统实现无人直升机航迹规划。引入时空编码,将空间信息进行时间表征,实现时间信息对空间信息编码;利用脉冲神经膜系统算法实现全局航迹规划;设计融入脉冲功能的细胞型膜系统和局部航迹规划算法,在全局航迹规划的基础上实现无人直升机实时避障;最后通过实验验证全局航迹规划算法的优越性和局部航迹规划算法的可行性。图[82]表[9]参考文献[115]。