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    2023年第46卷第24期
      研究与设计
    • 黄江城,何岭松

      2023,46(24):1-5, DOI:

      Abstract:

      随着通讯技术和云计算技术发展,前端获取数据后上传至云端分析,然后再将云端分析结果回传至前端进行显示的APP设计和影音模式逐渐在生活中普及。借鉴其思路,提出一种JS+Python的测试信号分析云平台设计技术;其中网页型的JS前端页面程序负责信号获取和分析结果显示,而运行在云服务器上的Python程序则负责上传数据的云计算和分析。运行测试实验平台,数据和脚本上传后,服务器端能成功接收并调用脚本中对应的测试技术和控制理论算法对数据进行处理,并返回浏览器实现结果可视化。这样可最大限度降低前端设备的软硬件要求,便于实现由前端测量装置+后端测试信号分析云平台构成的设备运行故障监测与诊断网络。

    • 潘睿智,冯艳,张洪溥,王昊祥,张华

      2023,46(24):6-13, DOI:

      Abstract:

      针对F-P滤波器解调法容易产生漂移与校正成本较高的问题,本文采用FPGA和光开关搭建了F-P滤波器多通道共振解调系统,该系统利用DDS信号生成特定的三角波驱动电压,通过串联多维参考FBG实现基于插值法对波长-时间的动态标定,设定了3种动态标定模式,包含线性关系和二次关系的标定。利用FPGA控制光开关实现快速切换模式与参考波长、待测波长信号的分步采集,3种模式100 Hz平均偏差分别为0.028 02 nm、0.018 14 nm、0.010 9 nm。研究结果表明,在单位电压(1 V)下,相对于静态标定,误差降低45%以上,提高解调精度并且降低校正成本,同时解决参考与待测波长数值过近时容易导致的误判问题。

    • 刘柯,曾成碧,李明贤,杨小宝,周羽

      2023,46(24):14-20, DOI:

      Abstract:

      轴向磁通永磁同步电机具有轴向长度短、结构紧凑、体积小、转矩密度高等特点。然而其磁场为三维磁场,模型过于复杂,难以直接运用经典解析法进行快速求解与计算。为快速完成轴向磁通永磁同步电机的前期估算,文中提出一种简化等效磁路模型来快速计算轴向磁通永磁同步电机的基本性能。该磁路模型通过合理的等效,将三维轴向磁通永磁同步电机模型转化为多层二维等效模型,进而运用等效磁路法和叠加法实现电机性能的计算。最后,以10极12槽双定子单转子轴向磁通永磁同步电机为例,运用文中所述模型计算其气隙磁密,永磁磁链和空载反电动势并对不同分层数的电机模型进行了有限元的仿真。结果表明,本文等效磁路模型的计算精度与三维有限元法相近,且耗时极短,更有利于该类电机的工程初算。

    • 廖力,李宏光,李厚佳,姜久春

      2023,46(24):21-30, DOI:

      Abstract:

      针对串联锂离子电池组在均衡过程中出现均衡时间长、能量损耗大的问题,设计了一种两级均衡拓扑,并针对该拓扑设计了一种基于电池荷电状态的变论域模糊逻辑控制策略。所提拓扑在电池组内采用改进型Buck-Boost电路,优化了均衡路径;电池组间采用集中式的单电感均衡电路,可以实现任意电池组间的均衡。所提策略在模糊逻辑控制的基础上引入伸缩因子对输入论域灵活调节,通过对均衡电流的精准调整进一步提高均衡速度和能量利用率。最后搭建均衡系统进行验证,结果表明,本文拓扑比分组Buck-Boost拓扑减少了约12.53%的均衡时间。在相同的静置和充放电条件下,与FLC算法相比,本文策略不仅减少了约20.98%的均衡时间,且提高了约7%的能量利用率。验证了本文均衡方案的可行性。

    • 陈瑞阳,周静,王瑞丰,刘鹏飞,罗守华

      2023,46(24):31-40, DOI:

      Abstract:

      深度学习方法可提高AOI的速度和精度,但因实际工业生产中AOI场景多变,模型需不断更新以保证性能,耗时长,人力成本高。为了提高实际AOI中深度学习模型的迭代效率,研发了一套面向PCBA贴片电子元器件的缺陷检测模型自动训练系统,对常见的四类电子元器件(Chip、IC、SOT、排插)所需的缺陷检测模型实现了自动训练,自动训练过程分为自动数据增强、自动调参与自动部署3个部分。实验结果表明,该系统自动训练得到的模型性能总体优于人工手动训练的模型,相较人工手动训练,训练耗时缩短36%~42%,整体准确率提升1.3%~4.1%。目前该系统已经完成测试,自动训练出的模型能满足实际AOI的检测要求,有效提高了模型迭代速度,减少了人力成本,具有较好的应用前景。

    • 尹旭东,王恒,行鸿彦,蒋建瑞

      2023,46(24):41-46, DOI:

      Abstract:

      由于卫星平台的限制,卫星转发器的功率和带宽资源都是有限的,资源利用率的提升就显得尤为重要。针对多波束卫星通信系统中的带宽功率联合分配问题,本文提出了一种基于改进粒子群算法的带宽功率联合分配方案。该方案以最小系统总二阶业务拒绝量为优化目标,通过引入了惯性权重、局部抑制机制和罚函数的改进的粒子群算法求其最优解,最终在系统的总容量和用户获取容量的公平性之间取得平衡。仿真结果表明,与传统算法进行对比,本文所提出的基于改进粒子群算法的方法能够显著提高多波束卫星通信系统的带宽功率联合分配的效果。

    • 江超,张治中,冯姣,李鹏,刘利兰

      2023,46(24):47-53, DOI:

      Abstract:

      针对D2D通信复用蜂窝用户频谱可以提高系统吞吐量和频谱利用率但会产生严重的同频干扰的问题,设计了一种联合资源分配方案,该方案在保证系统用户通信质量的条件下最大化系统吞吐量,首先设计一种基于吞吐量最优化的模式选择方案,然后采用混合遗传算法对D2D用户分配信道,最后在已知信道分配向量的前提下通过混合灰狼优化算法对D2D用户进行功率优化。仿真结果表明,所提方案相对其他方案能够有效提高20%系统总吞吐量和降低90%蜂窝用户受到的干扰,还能提高收敛效果和运行速度。

    • 孟庆富,凃程旭,杨洪波,贾洲侠,包福兵

      2023,46(24):54-60, DOI:

      Abstract:

      近年来,应用于航空航天领域极端测温场合的温度传感器响应速度已达到微秒量级,然而,如何实现对其进行微秒级的动态校准仍是一个亟待解决的挑战。激波管法和激光法是两种解决该问题的潜在技术途径,二者均可提供微秒级的温度阶跃响应,但也具有不同的特点。激波管法适用于高温高压环境,但其阶跃信号的上升过程和幅值存在不稳定性。激光法则具备非接触性和高精度的特点,但目前尚未建立统一的评估体系,无法直接比较不同温度传感器的动态响应特性。最后,总结出3个关键研究方向:改进现有校准方法、探索新的校准方法,以及构建新的评估理论,以促进微秒级温度传感器动态校准研究和相关技术应用的发展。

    • 韦采亿,陈文光,王重洁,刘之戬,王首涛

      2023,46(24):61-67, DOI:

      Abstract:

      针对检测设备的限制导致不能使用不同频率的大电流对大量程霍尔电流传感器的带宽进行测试的问题,设计一种带宽检测电路并探究大量程霍尔电流传感器的带宽与测试电流大小的关系。通过带宽检测电路将直流大电流斩波可以得到不同频率的大量程脉冲测试电流,该测试电流流经霍尔电流传感器和康铜丝阵列。根据-3 dB原则比较霍尔电流传感器输出信号幅值相对康铜丝阵列的失真程度,确定霍尔电流传感器的带宽。使用30~100 A不同大小测试电流对霍尔电流传感器的带宽进行测试,结果表明测试电流大小不同,大量程霍尔电流传感器的带宽不同,且随着测试电流的增大,带宽逐渐减小。

    • 理论与算法
    • 姜岚,李远,智李,周蠡,赵阳

      2023,46(24):68-76, DOI:

      Abstract:

      为解决数值模拟方法计算不同工况下电力舱整体温度时算力需求大、适应性差等问题,本文提出了一种基于POD RBF代理模型和特征点KNN校正的电力舱温度反演方法。该方法基于仿真计算得到的不同工况下电力舱温度场数据,利用本征正交分解和径向基函数方法构建电力舱的温度反演代理模型,以避免重复计算,从而快速得到仿真模型的近似解。同时,使用K最近邻算法将特征温度点引入反演模型中,以此校正温度反演误差,提高反演的准确性和适应能力。以实际电力舱为例,对指定工况下的电力舱进行了温度反演。结果表明,该方法可以在电力舱内电缆通流情况以及特征温度点温度已知的情况下实现电力舱的实时温度反演,其反演温度与仿真计算温度的最大相对误差为0.96%,满足工程运用标准。

    • 方娜,肖威,邓心

      2023,46(24):77-83, DOI:

      Abstract:

      在质子交换膜燃料电池(PEMFC)寿命预测中,针对燃料电池中的特征对其寿命的影响程度未知问题,使预测燃料电池的剩余寿命问题变得相对复杂,为了更加准确的预测燃料电池的剩余使用寿命。本文首先通过小波分析对原始堆栈电压进行去噪处理,滤除噪声数据,利用皮尔逊相关系数(PCC)对影响因素进行降维,提取关键影响因素,简化模型结构;然后利用改进的麻雀优化算法(ISSA)优化BP神经网络,找到网络最优的权值和阈值,并建立ISSA-BP模型;最后将处理好的数据输入ISSA-BP模型,实现PEMFC的剩余寿命预测。实验结果表明,PCC-ISSA-BP的平均绝对误差百分比、平均绝对误差、均方根误差分别为0.125%、0.003 97、0.005 68,优于其它模型,能够更有效地预测燃料电池的剩余寿命。

    • 刘会家,冯铃,艾璨

      2023,46(24):84-92, DOI:

      Abstract:

      潮流计算是电力系统运行与控制的基础。为解决配电网可再生能源渗透率不断增加带来的负荷点电压波动的不确定性,以及传统电力系统潮流数据收集能力不足导致潮流计算不准确等问题。本文提出了一种基于数据驱动的潮流分析模型,构建了一种基于 BPNN结合GA-ADAM优化算法模型来分析随机性下配电网的潮流计算方法。首先,引入潮流初值信息、拓扑结构特征以及功率因数指标构建训练集,通过对回归模型的训练,充分挖掘节点电压与功率之间的映射关系。其次,使用GA-ADAM算法优化模型初值和权重参数。最后,基于IEEE-33节点配电网模型进行验证,本文模型潮流计算的最大误差3.93×10-3,平均绝对误差1.46×10-3,均方根误差1.81×10-3,优化后的BPNN潮流计算电压误差值降低37.66%。实际算例仿真结果表明,与其他方法比较,本文构建的模型各误差指标小、准确度高,提高了潮流计算的效率和准确性。

    • 庞浩,杜钦君,赵金阳,徐执诏,徐东祥

      2023,46(24):93-102, DOI:

      Abstract:

      针对卷绕系统工作时卷料张力波动较大问题,提出了一种基于神经网络区间观测器的反演非奇异快速终端滑模张力控制方法。构建卷绕系统数学模型,利用神经网络逼近卷绕系统中卷料半径、惯量等参数变化部分所引起的随机响应,设计区间状态观测器估计系统转速、卷料张力的上下界。根据估计出的状态值,构建反演非奇异终端滑模控制器,使张力跟踪误差在有限时间内快速收敛到零,有效增强了系统鲁棒性能。仿真实验结果表明,所设计的控制方法使卷料上的张力在 1.6 s 后达到给定值并保持恒定,相较于常规的滑模控制器和已发表文献中的滑模控制器,其调节时间分别减少了57%和33%,证明了所提出控制方法的有效性和可靠性,满足卷绕设备收卷工艺的要求。

    • 黄郑,谢彧颖,张欣,王红星,刘威

      2023,46(24):103-111, DOI:

      Abstract:

      动态路径规划是保障无人机在复杂干扰环境下飞行安全的关键要素。针对动态路径规划中存在的迭代次数高、收敛速度慢以及动态障碍物避障问题,提出了一种基于障碍物运动预测与改进APF的无人机动态路径规划方法。首先,针对动态障碍物,设计了基于激光雷达的目标检测算法和基于卡尔曼滤波的运动预测算法估计动态障碍物信息,并提出速度方向相似性检测方法进行局部位置脱离决策。其次,针对静态障碍物,引入模拟退火法扰动当前状态,并结合基于目标点的邻域优化函数进行动态路径规划。仿真结果表明,本文算法在应对静态障碍物时可缩短69%动态避障时间,应对动态障碍物时可缩短了19.7%的避障距离与23.6%的任务耗时,提高了无人机任务执行的安全性和效率。

    • 刘庆强,魏朝阳

      2023,46(24):112-118, DOI:

      Abstract:

      局部线性嵌入算法LLE的降维性能与挖掘的流形结构密切相关,但LLE挖掘的流形结构单一,并且对邻域参数选取敏感,无法提取全面的流形局部结构,限制了LLE的降维性能。为此,本文提出基于多信息融合的自适应局部线性嵌入算法MIF-ALLE。MIF-ALLE首先利用切空间近似判据自适应选择邻域参数,获取更准确的局部邻域;然后,将局部邻域中蕴含的切空间角度信息与局部线性信息相融合,挖掘更全面的流形局部结构,降低局部低维嵌入的偏差;最后,在公开轴承数据集以及实验室提取的轴承数据集上进行实验验证。实验结果表明:MIF-ALLE可以挖掘更全面的流形结构,提取更显著的特征,轴承故障诊断准确率最高可达100%。

    • 吴雅琴,陈林,侯云峰

      2023,46(24):119-126, DOI:

      Abstract:

      在指纹室内定位中,构建高质量的指纹库是实现高精度定位的前提。针对建库阶段需要在每个参考点上收集足够多的信号样本,耗费大量人力与时间成本的问题,提出一种基于改进的条件深度卷积生成对抗网络的指纹库扩充方法。网络模型将参考点序号作为条件信息,得到对应参考点上的生成样本,利用最小二乘损失函数代替交叉熵损失函数,避免训练过程中容易出现的梯度消失问题。实验验证,该方法能有效增加每个参考点的样本数量,提升了卷积神经网络的训练效果,提高了小样本情况下的定位精度,均方根误差降为0.44 m,定位误差在1 m内的占比为86.98%,误差在2 m内的占比为92.72%。

    • 吴佳桓,刘晨阳,陈天淼,李佳怿,张仙玲

      2023,46(24):127-132, DOI:

      Abstract:

      为了进一步加强对高校电动自行车充电过程的监测,方便电动自行车用户和电池研究者获取充电数据,设计了基于物联网的电动自行车充电过程监测系统。系统主要依靠ZigBee模块局域组网,STM32通过网络向各IM1281B模块下达控制指令,实现对多台电动自行车充电数据的采集与汇总,通过WiFi模块将汇总数据上传到云服务器,微信小程序获取云服务器实时信息实现用户交互,数据公开网站存储长期充电数据为电池研究者提供大量数据。实验结果表明:ZigBee模块组网范围为150 m,满足高校内电动自行车充电点的组网距离要求,采集到的充电数据通过标准的电工数字钳形表VC866A校准,相对误差小于3%。系统成功实现对多台电动自行车充电数据的采集、传输、存储以及显示。

    • 信息技术及图像处理
    • 关忠榜,杨颜博,李敏超

      2023,46(24):133-138, DOI:

      Abstract:

      针对牛脸检测时,存在的检测精度不高、牛脸较小被漏检或误检等问题,提出一种改进的Mask R CNN+MResNet模型。首先,在ResNet101网络的基础上提出一种MResNet网络,通过对ResNet101网络的改进,提高了模型检测精度。其次,对模型的RPN网络的锚框尺寸进行调整,提高了模型对较小目标的牛脸检测能力。实验结果表明,MResNet网络对牛脸检测精度相比较原始的网络模型,提高了12.6%;改进后的模型对于小目标检测能力平均精度较原始模型提高了2.4%。说明该模型能有效的实现小目标牛脸的检测,具有实际应用价值。

    • 罗佳睿,黄沁元,黄家雄,曹立佳

      2023,46(24):139-148, DOI:

      Abstract:

      榫齿作为航空发动机叶片的重要组件之一,其轮廓尺寸的精密性决定了叶片安装的牢固性以及发动机工作的安全性。然而,当前工业生产中仍然采用传统的人工投影方式作为测量手段,存在测量效率低、精度不稳定等问题。基于机器视觉技术,提出了针对航空发动机叶片榫齿轮廓尺寸的测量方法并开发了相应测量系统。其采用工业相机实时采集榫齿轮廓图像,通过 HALCON机器视觉软件对榫齿轮廓图像依次进行预处理、边缘提取、几何量特征提取、几何尺寸变换等操作,以此准确获得榫齿轮廓的尺寸信息,并联合Visual Studio 2019设计了相关信息交互的可视化图形软件。测试结果表明,所开发系统在直线和角度上的平均测量精度误差可分别控制在0.023 6 mm和0.270 1°以内,且单次测量耗时不超过2 s。相比于传统的人工投影测量方法,显著提升了测量的精度和速度,且降低了人工成本,拥有更友好的现场部署潜力。

    • 王铮帅,邱联奎,李迎港

      2023,46(24):149-156, DOI:

      Abstract:

      针对复杂环境中烟火检测困难,检测精度低的问题,提出一种改进YOLOv5s的烟火检测方法。首先,针对Neck层烟火特征融合不准确、效果差的问题,提出一种通道注意力机制—Scoring module,对每个通道的特征打分,选择分数高的特征进行特征融合,过滤分数低的特征,避免引入过多冗余特征,在增加少量的可训练参数情况下提高特征融合能力和检测精度;然后,为了提高Head层的预测能力,使用α-EIOU替换GIOU损失函数,提高预测框的定位和检测性能;最后,为了改善数据集数据量少、数据形式单一的问题,使用改进的Mosaic数据增强法扩充样本数据,提高模型泛化能力。实验结果表明,改进后的方法比原YOLOv5s平均精度均值高4.7%,检测速度为212 fps,同时在与其他改进型YOLOv5s的对比实验中表现较好。在环境复杂的图像中取得了较好的检测效果,可以满足复杂环境下的烟火检测任务。

    • 宋绍京,陆婷婷,孙翔,龚玉梅,陈建

      2023,46(24):157-163, DOI:

      Abstract:

      为了解决复杂驾驶场景下目标检测精度较低而难以满足自动驾驶需求的问题,提出一种基于YOLOP的高效网络模型MEPNet。MEPNet可同时处理车辆检测、可行驶区域分割和车道线检测三项任务。首先,采用YOLOv7作为主体结构平衡精度与实时性;其次,设计了FRFB模块增大感受野,以增强网络的特征提取能力;并且提出在检测网络的头部添加小目标检测层,有效减轻车辆遮挡和重叠现象对识别结果的干扰;最后使用CARAFE作为上采样算子,精准定位的轮廓的同时更好地保留图片的语义信息。实验表明,该算法推理速度达到42.5 fps,对比基线YOLOP,车辆检测的mAP50和Recall分别提升了6.8%和6.3%,车道线检测的准确率和IoU分别提升了6%和1%,可行驶区域分割的mIoU达到92.5%,大幅度提升了性能,并且进一步设计了MEPNet-s,实现了四任务目标检测,亦满足自动驾驶所需的准确性和实时性。

    • 赵志宏,郝子晔,何朋

      2023,46(24):164-171, DOI:

      Abstract:

      路面裂缝是道路最为常见的缺陷,随着深度学习技术的发展,利用深度学习的方法对路面图像中的裂缝信息提取的方法愈来愈多。针对现有深度学习路面裂缝检测方法提取裂缝特征不完整导致精度低以及实时性不足的问题,提出一种融合注意力机制与GhostUNet的路面裂缝检测方法。本方法由编码器和解码器组成,将U-Net中的常规卷积改进为Ghost卷积,减少模型参数量;在编码和解码部分,为了提高对裂缝特征的提取能力,引入ECA注意力机制和残差连接,ECA注意力模块可以过滤不相关的特征信息,利用残差连接可以避免网络退化现象。为评估本方法在裂缝检测方面的有效性,使用两个公开裂缝数据集,并进行消融实验和对比实验,实验结果F1_score、P和R分别比U-Net平均提高了14.48%、14.35%和14.45%;该模型相比U-Net参数量下降了14.2 MB。该模型与同类模型比较,分割的准确率更高,参数量更少。

    • 王新,杨秀梅

      2023,46(24):172-178, DOI:

      Abstract:

      针对目标检测器检测跌倒时过于依赖卷积网络分类效果、无法利用运动信息的问题,本文设计了一种基于YOLOv5s和改进质心跟踪的跌倒检测模型。为解决耗费资源问题,用MobileNetV3网络和Slim Neck模块对YOLOv5s进行轻量化,同时将MobileNetV3网络中的SE模块替换为更高效的ECA模块,降低网络复杂度的同时保持较高的精度。引入哈希感知算法改进质心跟踪,增加目标关联的依据,提高跌倒检测的准确性。实验结果显示改进YOLOv5s模型大小下降52.2%,计算量下降51.8%,精度高达90.3%。改进质心跟踪的跌倒检测模型准确率提高了4.3%。结果表明了本文提出模型的有效性和优越性。

    • 林妙,李伟彤

      2023,46(24):179-187, DOI:

      Abstract:

      针对现有多聚焦图像融合算法存在的伪影和信息残留问题,提出了一种依据图像聚焦特性,最大程度保留各区域信息和清晰度的算法。首先,通过区域检测得到聚焦区域决策图,利用该决策图进行初始融合和边界提取,得到边界区域决策图;其次,利用ACS网络学习多聚焦图像的融合规则,生成网络融合图;最后,根据边界区域决策图对初始融合图和网络融合图进行加权求和,得到最终的融合图像。实验结果表明:该算法在聚焦区域和边界区域都优于其它比较算法,各项评估指标分别提高4.8%和1.5%以上;同时主观效果更符合HVS。实验证明了在保留源图像的细节信息和避免各个区域的视觉伪影上,该算法都能取得很好的效果。

    • 杨长虎,袁东,张健,余洋洋,张志良

      2023,46(24):188-196, DOI:

      Abstract:

      针对目前工件尺寸测量在工件关键测量点的准确提取阶段存在的问题,因此本文提出一种基于偏振特征与强度信息融合的工件目标检测方法。在工件强度图像的基础上引入偏振特征,建立强度信息与偏振特征差异化式高效交互的双流网络模型,以实现更高效的偏振特征和强度信息融合。为验证算法的效果,本文建立了偏振图像工件目标显著性检测数据集。在此数据集上,本文提出的算法在精确度Precision、max-F和相似性值S-measure三个指标上和视觉结果均在对比算法中达到了最优结果,充分表明了本文算法出色的工件目标检测性能,具有极佳的工件目标检测效果。

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    2023年第46卷第24期
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    • 卷烟加热棒测温仪的设计和不确定度分析

      程东旭, 王瑞珍, 李浩亮, 周君洋, 王瑞兵, 赵正阳, 张凯, 贺琛, 杨琦, 贾国涛, 张鹏飞

      Abstract:

      针对烟草行业,目前尚未存在检测加热卷烟烟具加热温度及温度均匀性的检测装置和方法,为了解决在狭隘空间内对微型棒状加热片的测温需求,本文研制了一种卷烟加热棒测温仪,并设计了一种适用于卷烟加热棒测温的新型结构。为了验证卷烟加热棒测温仪测量结果的准确性与可靠性,对测温仪进行不确定度分析。分析结果依据《GB/T13283-2008工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级》标准,在量程为100℃~400℃,满足0.1级要求。最后实验验证可以有效测量不同烟支的加热温度场情况。

      • 1
    • 基于BAS-PSO优化自抗扰的高速列车速度跟踪控制

      马冬寅, 王新屏, 李卫东

      Abstract:

      针对高速列车速度跟踪控制的问题,采用基于天牛须粒子群(BAS-PSO)优化自抗扰控制(ADRC)的算法,解决ADRC的参数整定问题。基于列车单质点模型设计二阶自抗扰控制器,并使用时间乘以绝对误差的积分(ITAE)作为目标函数,利用BAS-PSO实现参数的整定。选用CRH380A型列车参数,在MATLAB/Simulink的环境下进行仿真验证,对比BAS-PSO、PSO以及鲨鱼算法对列车目标速度曲线的追踪效果。结果表明,基于BAS-PSO优化ADRC具有跟踪误差小、抗干扰能力强的优点。

      • 1
    • 基于CAM-YOLOX的大场景SAR图像近岸场景舰船目标检测

      张慧敏, 李锋, 黄炜嘉, 彭珊珊

      Abstract:

      针对大场景合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像近岸场景舰船目标检测中遇到的陆地目标虚警和岸边目标漏检等问题,基于YOLOX设计了一种轻量化的改进模型CAM-YOLOX。首先,在骨干部分嵌入坐标注意力机制(Coordinate Attention Mechanism,CAM),增强舰船特征提取以保持较高的检测性能;其次,在FPN结构中增加一个浅层分支,以增强对小目标特征的提取能力;最后,在特征融合网络中用Shuffle unit替换CSPLayer中的CBS和堆叠的Bottleneck结构,实现了模型压缩。将所设计的算法应用于LS-SSDD-v1.0遥感数据集上,实验结果表明,改进模型能够在不增加模型参数量的前提下有效抑制近岸场景舰船检测的虚警和减小漏检率,并且全部场景的检测精度也得到提升。

      • 1
    • 基于FPGA的大频偏扩频信号快速捕获算法设计

      冯智波, 朱彦铭, 刘文重, 张俊杰, 李迎春

      Abstract:

      星载扩频应答机的数据比特与扩频码是异步的,由于传输系统噪声及多普勒频移的影响,会引起接收扩频码与发送扩频码相关峰值的衰减,导致捕获性能下降。传统的捕获技术通常存在算法复杂度高,捕获速度慢,难以适应上百千赫兹大频偏的要求等问题。本文提出了一种将扩频序列截成两段分别作相关运算的扩频序列搜索法,并结合信号平方和FFT环进行大频偏锁频的捕获方案,有效抑制了相关峰的衰减,提高了伪码捕获性能。MATLAB仿真及FPGA板级测试表明,本文所提出的扩频信号捕获方案能够对抗高达±300KHz的多普勒频移,平均捕获时间约为95ms。另外,该算法的FPGA实现与传统结构相比节省了约47%的LUT、43%的Register以及一半以上的DSP和BRAM资源,在资源受限的实时通信系统中具有很大的应用价值。

      • 1
    • 基于轴向电涡流效应的高精度长位移传感器

      徐笠杰, 王艳林, 陈青山

      Abstract:

      为了实现大行程精密光学调焦组件的高精度实时检测,研究基于轴向电涡流效应的高精度长位移传感器。建立了长位移电涡流探头仿真模型进行线性度测试,搭建电涡流传感器测试系统进行精度实验,并将长位移电涡流传感器接入精密光学调焦组件。实验结果表明:在可测量位移达到24mm的同时,线性度优于1%,分辨率优于0.5um,精度优于1um,高精度长位移电涡流传感器符合精密光学调焦组件的需求。

      • 1
    • 低速增压风洞测力试验异常数据检测专家系统设计研究

      战慧强, 张琦, 梅家宁, 孙晓宇, 林沐, 姚顺禹

      Abstract:

      针对低速增压风洞测力试验,分析气动特性曲线的原始数据源,以天平信号、流场状态和模型姿态为主要对象,结合试验控制流程,从单点数据向量、单车次数据矩阵和同期多车次数据集等维度,研究试验数据的异常检测方法策略,并以此为核心知识库,完成异常数据检测专家系统设计开发。试验过程中系统推理机自动在线执行,经过数据识别、规则推理、逻辑推理和知识迭代,实现原始数据的预检测和预诊断。试验应用结果表明,专家系统对天平桥压异常、线性段跳点和零点检测等异常类型检测敏感度高,为异常数据分析指引方向,提升问题数据排查效率。

      • 1
    • 基于EEMD能量熵和GJO-KELM的滚动轴承故障诊断

      史书杰, 赵凤强, 王波, 杨晨昊, 周帅

      Abstract:

      滚动轴承在旋转机械中发挥着重要作用,若出现故障,轻则引起设备停机,重则危及现场人员生命安全,因此有必要对其进行故障诊断。针对滚动轴承故障特征难以提取,传统分类方法正确率不高的问题,本文提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)能量熵和金豺优化算法(GJO)优化核极限学习机(KELM)的故障诊断方法,实现了提取滚动轴承故障特征并正确分类的目标。通过实验数据进行验证,该方法能够提取到滚动轴承原始信号中隐含的故障信息特征,其诊断正确率高达98.47%。

      • 1
    • 基于时频分形特征的雨杂波环境目标检测算法

      钟林茂, 尤鹏杰, 王 琳, 王海涛

      Abstract:

      针对雨杂波环境下传统目标检测方法虚警和漏警双高的问题,本文主要研究雨杂波频谱的联合分形特征及其在目标检测中的应用,提出了一种基于定向毯子覆盖法的联合分形特征检测方法,首先通过利用毯子覆盖法测量回波距离多普勒域的分形维数和模型拟合误差特征,然后将分形维数和模型拟合误差作为检验统计值,构造基于联合特征的阈值检测方法。通过优化毯子法的计算步骤,减少了对非目标信息的冗余运算,使得方法具有更好的实时性能。通过对雨杂波环境中实测数据的处理结果表明,相比于传统的目标检测算法,该方法在处理雨杂波等非平稳数据时,可以有效降低虚警,同时提升对目标的检测性能。

      • 1
    • 基于原型嵌入图网络的小样本图像分类

      陈望, 李志玲, 王前, 包春梅, 王林

      Abstract:

      针对在小样本图像分类中传统骨干卷积网络进行特征提取时会有上下文信息单一和感受野受限以及边特征相似度度量缺乏全局性问题,本文提出了一种基于原型嵌入图网络的小样本图像分类算法。首先,将CBAM产生的权重值与ASPP以不同采样率获取的不同尺度特征进行相乘的特征作为图网络的节点嵌入特征。然后,采用原型网络的方法在度量模块中构建了原型节点,使得成对节点之间的相似性计算转化为单个节点与原型节点相似性的和计算,将得到的相似度作为边特征输入图神经网络。最后,利用双图结构在多个更新代后将标签信息从有标签样本传播到无标签样本。在以ResNet-12为骨干卷积网络的算法分类任务中,本文在miniImageNet、tieredImageNet、CUB-200-2011和CIFAR-FS四个数据集上的5-way 1-shot的任务分类准确率分别达到了71.47%、75.41%、86.21%和79.84%,在以Conv-4作为骨干卷积网络中,本文提出的算法在5-way 1-shot和5-way 5-shot任务中都优于现有的图网络方法。

      • 1
    • 基于细节信息增强的无监督双目立体匹配算法

      王晓峰, 孙志恒, 喻骏, 孙贾梦, 丁坤岭, 舒航

      Abstract:

      无监督立体匹配算法在自动驾驶等领域有重要的应用,然而无监督立体匹配算法在物体连续、边缘等细节信息区域的视差精度较低,本文提出了一种提高细节信息区域精度的无监督立体匹配算法。通过在特征金字塔网络中引入空间注意力机制和残差网络,设计了一种空间特征金字塔网络算法,抑制特征提取过程中边缘和小目标细节信息的丢失。构建了视差融合模块,将半全局立体匹配算法生成的原始视差和视差回归生成的初步视差进行置信度视差融合,提升连续细节信息区域的精度。对于网络损失函数,集成了原始视差监督损失和置信度遮挡损失,保留更多图像边缘和连续区域处的细节信息。实验结果表明,本文算法在KITTI 2015测试集中非遮挡区域和所有区域的误匹配率分别为6.24%和5.89%,与其他经典算法相比在细节信息区域的效果、精度方面有较大提升。

      • 1
    • 基于M估计算法的三维点云平面拟合方法研究

      杨少舟, 龙东平, 陈继尧, 吴士旭, 徐先懂

      Abstract:

      通过激光传感器获取的三维点云难免混入噪声和异常点,导致点云平面的拟合精度降低。为解决该问题,本文提出了一种结合M估计样本一致性(M-estimate Sample Consensus,MSAC)算法和主成分分析(PCA)法拟合点云平面的方法。该方法首先通过MSAC算法去除点云数据中的异常点,获得较为理想的点云平面,然后使用PCA方法对保留的点云数据进行平面拟合,以获取更加精确的点云平面参数。使用电池托盘作为被测物,应用3D线激光轮廓传感器扫描被测物并将点云数据传输到计算机进行处理。通过设定的仿真数据和电池托盘点云数据进行实验,发现本文方法与随机一致性(RANSAC)结合PCA、最小平方中值(LMedS)结合PCA的方法相比,在耗时接近的情况下,能够显著降低异常点对点云平面拟合的影响,获得更精确的平面拟合参数。对两个部分的电池托盘点云滤波处理后进行平面拟合时,能够发现本文方法与其他两种方法相比,标准差分别降低了28.6%和22.5%、24.0%和29.0%,该方法具有较高的平面拟合精度和实用性。

      • 1
    • 基于改进型TD3算法的车载边缘计算任务卸载决策

      李亚, 王卫岗, 张原, 刘瑞鹏

      Abstract:

      为满足复杂车辆任务在时延、能耗和计算性能方面的要求,同时减少网络资源的竞争和消耗,设计了一种基于车载边缘计算(VEC)的任务卸载策略,以最小化任务处理延迟和能源消耗之间平衡的长期成本为目标,将车联网中的任务卸载问题建模为马尔可夫决策过程(MDP),提出了在传统双延时深度确定性策略梯度(TD3)的基础上,利用长短期记忆网络(LSTM)来逼近策略函数和价值函数,将系统状态进行归一化处理以加速网络收敛并增强训练稳定性的改进算法(LN-TD3)。仿真结果表明,LN-TD3性能与全部本地计算和全部卸载计算相比提高了两倍以上;收敛速度上与深度确定性策略梯度DDPG、TD3相比提高了约20%。

      • 1
    • 跨域飞行器惯导装置设计及抗冲击测量方法

      李存健, 刘福朝, 刘宁, 赵辉, 周浩

      Abstract:

      跨域飞行器由于工作环境复杂多变,在飞行过程中运动参数受瞬态冲击影响较大,导致导航精度降低且难以稳定控制。针对瞬态冲击导致跨域飞行器难以获取准确运动参数的问题,本文研制了一种基于大小量程加速度计组合的惯性导航装置,并提出了一种大小量程加速度计切换策略,利用巴特沃斯滤波器对采集的数据进行滤波处理,通过预设阈值的累计和控制图算法和自主可变滑动窗口实现对冲击点的检测,并采用分段式线性插值方法保证了数据的同步性,最后通过模拟仿真和跌落台试验对本文所提出的切换策略进行试验验证,试验结果表明,分段式线性插值方法的估计误差不超过0.6g,并在小量程加速计测量值饱和后,切换至大量程加速计的测量值,满足了实时切换的要求,进一步证明该惯性导航装置及大小量程切换策略可应用于飞行器进行跨域试验。

      • 1
    • 昏暗环境下自适应ORB-SLAM2算法研究

      马哲伟, 周福强, 王少红

      Abstract:

      本文针对ORB-SLAM2算法在黑暗环境或纹理较少的环境下提取特征点少,从而导致SLAM系统定位精度不高、匹配对数较少,进而导致系统崩溃的问题,提出了一种基于自适应阈值的特征点提取算法与改进的四叉树均匀化策略。首先基于图像的亮度进行基于自适应阈值的FAST(Features from Accelerated Sement Test)特征点提取,之后通过改进的四叉树均匀化策略对图像的特征点进行剔除与补偿,完成特征点选取。实验结果表明,与原算法相比,改进后的特征点提取算法在黑暗环境与纹理较少的环境下,匹配对的数量提升了17.6%, SLAM轨迹精度提升了49.8%,有效的提升了SLAM系统的鲁棒性和精度。

      • 1
    • 基于稳态视觉诱发电位的相频特性分类算法研究

      丛佩超, 陈熙来, 肖宜轩, 李文彬, 刘俊杰, 张欣

      Abstract:

      目前基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口在人机协作中受到广泛关注,现有面向SSVEP信号的相位与频率信息的深度学习分类方法,仍存在信息利用不充分等问题。针对上述问题,本文基于迁移学习思想提出一种用于SSVEP信号分类的深度神经网络模型,将快速傅里叶变换后的复向量作为输入,对各个导联的实、虚部向量进行卷积,学习对应的相频特性。该模型分为两部分:第一部分利用所有被试者之间的统计共性获得相位和频率信息的全局相频特征模块;第二部分利用训练好的全局相频特征模块对局部相频特征模块进行初始化,通过局部相频特征模块的进一步强化学习对训练参数进行微调,以减少每个被试者之间的个体差异。实验采用BETA公开数据集,结果表明:本文所提模型在时窗为1.5s时,平均准确率和平均信息传输率分别为89.98%和71.80bit/min,均优于现有方法。该研究为深入挖掘、利用脑电信号中的相位与频率信息提供了全新思路,对推动脑-机接口技术的发展具有重要意义。

      • 1
    • 基于改进非洲秃鹫算法优化极限学习机的船舶运动预测

      戚得众, 吴云志, 丁璐, 丁坦

      Abstract:

      针对船舶运动预测模型精度不高而造成预测结果误差大的问题,提出一种利用改进非洲秃鹫优化算法(IAVOA)优化模型参数的极限学习机(ELM)预测模型,对船舶运动状况进行预测。在初始化种群时引入Circle混沌映射,增加种群的多样性;加入自适应算子,调整两类秃鹫对其他秃鹫的指引作用,提升算法的收敛速度和解的质量。利用IAVOA优化的ELM模型对船模水池试验运动数据进行预测,并采用均方根误差和平均绝对误差评判该预测模型,与现有其它启发式算法优化ELM模型比较,所提出的IAVOA-ELM具有更优的预测精度和泛化能力。

      • 1
    • 基于改进轻量化U-Net模型的光伏电池EL图像缺陷检测

      汪方斌, 李文豪, 龚雪, 朱达荣, 王峰, 汪萍

      Abstract:

      基于实际工程检测现场神经网络结构庞大、参数量巨大、环境复杂,硬件设备性能差等原因导致缺陷的实时检测速率慢、精度低的问题,本研究结合MobileNet中的深度可分离卷积(Depthwise separable convolution) 配合ECA注意力机制模块的轻量化思想,以及U-Net网络的特征提取模型提出了一种基于改进U-Net网络模型的光伏电池板缺陷检测方法。同时,根据光伏电池缺陷的特点,选择适合的激活函数以及对交叉熵损失函数进行了改进。实验结果表明,改进的U-Net算法较原算法不仅将参数量减少了36%,而且对裂纹、黑斑等缺陷的检测精度达到了97.05%,相对传统网络具有较好的光伏电池表面缺陷分割效果。

      • 1
    • 基于LSTM的勘察器外壁温度反演方法研究

      马振东, 范锦彪, 王燕, 许杰

      Abstract:

      对于星壤物质物化特性的反演是深空探测中最重要的一环,星壤的热导率、热容参数等热特性是研究星壤组成的科学依据,而温度测量是基于侵彻式的星壤原位探测的重要参数。针对月壤勘察器侵彻过程的外表面温度无法直接测量的问题,开展了基于LSTM神经网络算法的勘察器外表面温度反演方法的研究。借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件实现侵彻过程的仿真模拟以获取多组勘察器弹头部内外表面温度数据,依据有限差分法离散热传导方程选取数据,采用长短期记忆神经网络来建立反演模型。通过模拟实验进行分析,该方法反演所得曲线和实验曲线相比均方根误差为12.9℃,最大相对误差不超过10%。实验结果表明本文所研究的方法可以实现勘察器外表面温度的反演。

      • 1
    • 基于BP神经网络算法的粉碎机自适应控制系统设计

      李春东, 张上旺, 汪飞, 曹丽英, 王亮

      Abstract:

      针对饲料加工行业中锤片式粉碎机控制系统存在启动时间长、响应速度慢及负载变化时出现的稳定性差等问题,提出了一种基于BP神经网络算法PID控制方法。首先,建立变频器和饲料粉碎机驱动电机组合系统传递函数的参考模型,并对其进行稳定性分析。然后在分析常规PID和模糊PID控制算法的基础上,将自适应神经网络算法PID应用到饲料粉碎机驱动系统的控制过程当中。通过搭建饲料粉碎机控制电机的仿真模型,利用MATLAB软件中的Simulink图形化编程功能对其进行仿真分析,并基于LABVIEW软件搭建了粉碎机测控系统试验平台进行实验测试分析。结果表明:对于饲料粉碎系统所给定的速度参考模型,设计的BP神经网络PID控制器能够实现较好的自适应追踪,对阶跃信号的响应更加迅速、超调更小,抗干扰能力更强。设计的自适应控制器能够根据工况变化自动调节PID参数,吨料电耗平均降低5.16%、生产率平均提高2.08%,对粉碎机主轴转速的控制更加精确,误差更小,兼具了较高的控制精度和较强的鲁棒性,满足饲料粉碎机驱动系统的自适应控制要求。

      • 1
    • 轻量化音频信号处理算法与FPGA实现

      龙彪, 杨军, 陈惠萍, 陈光润, 赵培阳

      Abstract:

      为了解决语音通信系统中音频信号处理的数据量大,杂散信号多,以及调频接收机在接收到的音频信号忽大忽小的问题,提出了一种轻量化音频信号处理算法,并基于此算法在FPGA平台上实现了音频信号的接收与自动增益控制。该算法结合数字下变频技术、多级抽取滤波技术及数字AGC技术,应用于音频信号处理系统中,将从上级天线接收的射频模拟信号通过模数转换以及数字下变频转换为基带音频信号,经四级抽取滤波将基带信号中的杂散信号滤除,降低了系统的复杂性和功耗,同时数字AGC对基带音频信号进行控制调整,输出较为稳定的音频信号。经过实验证明:该算法能够有效地将信息速率从102.4MHz降至32KHz、减少计算负担、提高信号质量、降低了FPGA的资源利用率;并且实现音频信号的自动增益控制调整,其调整时间仅为12.8μs,满足接收机的功率稳定时间。

      • 1
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    2023年第46卷第24期
      在线测试与故障诊断
    • 孟祥忠, 王蔚溪

      2016,39(11):183-186, DOI:

      Abstract:

      针对矿井胶带运输系统中温度传感器运行情况不能进行实时现场检测的问题,设计了一种基于Smith预估补偿控制的便携式井下运输机温度传感器检测装置。详细介绍了该装置的工作原理,阐述了恒温箱、本安电源电路的硬件设计及基于Smith预估控制的驱动系统的设计,并给出了装置的软件主程序流程图。实验结果和现场运行结果表明该装置具有携带方便、测量准确、实时现场检测等特点。

    • 谷友艺,蒋理兴,孙振雄,王力,王安成

      2019,42(10):1-5, DOI:

      Abstract:

      野外基线是测绘科学技术领域中特殊的长度实物标准,可用来检定全站仪等光电测距仪的加、乘常数,为确保检定结果的真实、准确、可靠,定期进行野外基线的溯源是必不可少的。目前我国主要采用24 m因瓦尺或高精度光电测距仪2种方法实现野外基线的溯源,已有大量实验事实表明,我国野外基线的量值传递与国外仍存在着不一致的问题。随着我国制造业的快速发展和“中国制造2025”的提出,传统的野外基线溯源技术很难满足越来越高的精度要求,迫切地需要实现野外基线精密测距。结合国内外研究现状,对光干涉法、24 m因瓦尺法和高精度光电测距法进行总结,深入分析了3种野外基线溯源方式的优缺点。最后,对我国未来的基线场建设提出了一些思考与建议。

    • 李松松,平东岳,张宸宸,夏闻泽,郭中会

      2019,42(10):6-11, DOI:

      Abstract:

      电磁超声换能器(EMAT)由于不需要耦合剂、可应用于高温环境而获得广泛关注,但是存在换能效率低、超声回波信号幅值小、容易受到噪声干扰的问题,需要对其进一步研究。根据EMAT的工作机理,通过分析超声兰姆波回波信号的特点确定了接收电路的指标,设计并优化了阻抗匹配电路、前置放大电路以及低通滤波电路,同时设计了数字带通滤波器对信号进一步处理。首先对前置放大电路进行仿真,使其具备小信号接收能力。然后采用的三级负反馈电路结构的低通滤波电路,消除空间耦合噪声。最后搭建了铝板的EMAT探伤测试系统,结果表明设计的接收电路很好地实现了兰姆波的检出,为探伤系统的研制提供了基础。

    • 杨勋勇,杨发顺,胡锐,陈潇,马奎

      2019,42(10):43-47, DOI:

      Abstract:

      以工作电压为70V、输出电流为9A的高压大功率芯片TO-3封装结构为例,首先基于热分析软件Flo THERM建立三维封装模型,并对该封装模型的热特性进行了仿真分析。其次,针对不同基板材料、不同封装外壳材料等情况开展对比分析研究。最后研究封装体的温度随粘结层厚度、功率以及基板厚度的变化,得到一个散热较优的封装方案。仿真验证结果表明,基板材料和封装外壳的热导率越高,其散热效果越好,随着粘结层厚度以及芯片功率的增加,芯片的温度逐渐升高,随着基板厚度的增加,芯片温度降低,当基板材料为铜、封装外壳为BeO,粘结层为AuSn20时,散热效果最佳。

    • 传感器及非电量检测技术
    • 陶红波, 方勇, 许广宏, 卜冬曜, 金彦亮

      2016,39(11):126-130, DOI:

      Abstract:

      针对车内空气质量远程实时监测,设计了一种基于卡尔曼滤波的车内空气远程实时监测系统。系统以Exynos 4412微处理器为控制与信号处理核心,通过多个气体传感器采集PM2.5、PM10、甲醛浓度以及温度、湿度数据,在均值滤波消除数据的脉冲噪声后,利用卡尔曼滤波递归估计出气体最优数值,降低车辆不同状态下对传感器采集数值的精度影响,提高车辆空气质量监测的精度。监测数据在安卓开发板上绘图显示,并发送至移动终端,实现远程实时监测。当超过空气正常阈值,移动端可反向对车内进行声光报警与通风控制。实验表明,该系统能够有效提高污染气体监测的准确性与移动性。

    • 于振中,周枫

      2019,42(10):16-21, DOI:

      Abstract:

      为了解决多余力矩对电动负载模拟器强干扰,影响加载指令跟踪精度的问题,将基于粒子群优化的模糊PID控制方法用于加载电机控制器的设计。首先在分析加载电机结构以及工作原理的基础上建立了电动加载系统的数学模型,并利用结构不变性原理进行前馈补偿推导;其次针对常规PID控制器无法通过变参数来应对复杂的非线性环境,以及模糊PID量化因子、比例因子难以依靠经验调整问题,提出了一种基于模糊PID和粒子群优化算法的复合控制策略;最后通过仿真验证了该控制策略在对多余力矩消除上要优于常规的模糊PID控制。

    • 何常根

      2019,42(10):12-15, DOI:

      Abstract:

      新疆输电线路在线监测装置在极寒环境下无法正常工作,为输电线路运维带来了一定的困难。为些提出了OPGW感应取能的实施方案,基于EMTP仿真平台建立了500 kV交流输电线路模型,仿真计算了地线感应电压和感应电流,并提出了双重保温方式。研究表明:地线感应电压和感应电流与档距、负荷功率正相关,基本不受土壤电阻率的影响;在档距为300 m,负荷功率为500 MW,地线取能装置的输出功率为137.8 W,完全满足输电线路在线监测装置的供电需求;在-45 ℃的长期极寒温度条件下,采用硅质纳米多孔保温层和红外线辐射膜加热的双重保温方式,仍能保证不低于-30 ℃的理想温度条件;供电电源采用保温措施后,在线监测装置平均无故障率由85.9%提高至99.6%,可靠性明显增加。研究结果为极寒地区输电线路在线监测装置提供了稳定供电的设计思路。

    • 刘伟,王赟

      2019,42(10):38-42, DOI:

      Abstract:

      无线电能传输技术是特种机器人实现轻量化可持续工作的关键技术。通过磁耦合谐振式无线充电时,须考虑金属障碍物对无线电能传输系统影响。将金属涡流效应等效互感耦合电路,通过耦合电路理论对传输系统建模。推导出电压增益系数传输方程,以及金属障碍物对传输系统的能量损耗表达式。随着耦合系数的变化传输系统依然存在频率分裂,临界耦合、过耦合和欠耦合情况。在给定传输系统参数下,临界耦合系数Kc=1.54×10-4,当存在存在金属障碍物时,K′c=1.09×10-2。金属障碍物导致无线传输系统电压增益减少,谐振频率偏移,耦合系数增大,耦合性能下降。通过仿真得到该系统存在金属障碍情况下输出电压的变化。

    • 郑颖,郑显锋,程经杰

      2019,42(10):48-51, DOI:

      Abstract:

      发动机悬置系统是汽车发动机的重要组成部分,在车辆行驶过程中发挥着支承发动机、阻隔振动、提高乘坐舒适等作用。通过对汽车发动机的建模和仿真,研究悬置元件刚度与悬置系统固有特性的关系。在Adams软件中建立发动机悬置系统的三维模型,进行仿真分析,并在Vibration振动模块中得到悬置系统的固有频率和振动模态能量解耦分布,分析得出隔振效果不佳,以悬置橡胶垫的刚度为优化参数,得到新的能量解耦分布,在主振方向的解耦率到达了80%以上。对比初始数据,解耦程度有很大的提高,说明优化后的数据对发动机的隔振有明显的效果,验证了优化设计方法的可行性。

    • 林荣霞

      2019,42(10):33-37, DOI:

      Abstract:

      为了提高双足机器人的实时控制能力,提出一种基于强化学习的双足机器人的实时避障位置控制方法。以机器人的双足步行稳定性为控制目标函数,构建双足机器人的实时路径动力学模型,以机器人质心运动的加速度和惯性力矩为被控对象,采用等效碰撞子模型进行双足机器人的实时避障路径规划,采用碰撞子模型和摆动子模型相结合的方法,进行双足机器人行走路径的纠偏参量反馈调节,采用模糊强化学习跟踪方法,进行双足机器人的误差增益控制,实现双足机器人的实时避障位置控制。仿真结果表明,采用该方法进行双足机器人控制的实时避障性能较好,纠偏能力较强,提高了机器人的自适应控制能力。

    • 吴少雷,肖坚红,冯玉,史亮,张良

      2019,42(10):22-27, DOI:

      Abstract:

      由于各种分布式能源的大量接入,电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中,为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换,探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时,变换器工作在Buck模式,采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时,变换器工作在Boost模式,采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时,变换器工作在Buck-Boost组合模式,采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应,控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式,消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。

    • 王雪军,顾金良,罗红娥,夏言,栗保明

      2019,42(10):110-114, DOI:

      Abstract:

      为了对电磁发射系统中枢轨接触界面的接触阻抗进行测量与研究,研制了在低频条件下针对低阻抗的测量系统。通过阻抗变换法分别测量待测阻抗和标准阻抗两端的矢量电压,并通过基于自由轴的相敏检波法将矢量电压的实部和虚部分离开,根据标准阻抗电压和待测阻抗电压的相互关系求解待测阻抗的大小。系统通过STM32控制器作为信号发生器和控制器,采用开尔文四线法减小引线电阻和接触电阻的影响,采用软件补偿方法减小测量误差。测量结果表明,测量系统在10 kHz以内可正常工作,并且在测量100 Ω以内电阻具有较高精度。

    • 刘宝航,王秉森,李子奇

      2019,42(10):28-32, DOI:

      Abstract:

      磁耦合谐振式无线电能传输技术是现代电工技术领域研究与开发的热点,是目前最有可能为便携式电器及植入式医疗器械、智能可穿戴技术,实时无线供电的一种最佳的电能柔性接入与传输手段。为了摆脱传统电源线的束缚,解决供电方式在空间与距离上的限制。以强耦合理论为基础制作了一套高度为20 cm、直径为60 cm、匝数为5.25的空心铜线发射及接收线圈,据此理论谐振频率为7.65 MHz,与实际测量值8 MHz偏差4.5%。通过8 MHz方波信号控制E类功率放大器栅极,在功放的漏极考虑了非线性电容和线性并联电容的非理想因素影响,并对外接电容值进行了优化以获得E类功放的最大效率。对功放的输出端进行阻抗匹配,达到最大功率发射。最后实现了发射线圈几何尺寸直径为60 cm的最大传输距离为6 m。由实验分析可知,本系统在传输距离上有很大的提高。

    • 白克宗,党煜蒲

      2019,42(10):82-85, DOI:

      Abstract:

      研制的随钻近钻头工具能够有效地克服常规随钻测量系统测点远的不足,非常适合于在复杂地层或薄油层的情况下使用,具有现场组装方便、作业成本低的优势。其中近钻头方位伽马测量系统是其实现地质导向控制的核心。详细介绍了近钻头方位伽马测量系统的两大重要模块:扇区测量模块及伽马计数处理模块。现场实验证明该系统能够快速指示出工具穿越层位时的方向,满足现场作业要求,具有一定的市场价值。

    • 刘念,周炎,祖家奎

      2019,42(10):120-125, DOI:

      Abstract:

      基于总线的分布式结构以其结构简单、易于扩展、可维护性强的优点已开始应用于无人机领域。以无人直升机为研究对象,在原有的集中式飞行控制系统的基础上进行技术升级改造,提出了一种基于CAN总线的分布式飞行控制系统设计方案。描述了基于CAN总线的分布式系统总体设计方案、硬件设计、通信机制、软件开发和实现,并进行了半物理仿真验证。测试结果表明,CAN总线实际占用带宽为10.5%,未出现丢帧现象,通信基准时钟同步精度小于150 μs,完全可以满足飞控系统的要求。通过进行全过程飞行半物理仿真,证明基于CAN总线的分布式飞控系统能够满足无人直升机飞控系统的实时性、可靠性等控制需求,设计达到了工程化的要求。

    • 朱江波,赵志衡,刘洋,马佳艺,孙磊

      2019,42(10):52-57, DOI:

      Abstract:

      针对传统黑白色选系统检测速度慢、集成度低等问题,设计了一种基于ZYNQ-7000系列全可编程SoC为核心的新型图像色选系统。采用软硬件协同设计的方法;首先在PL端实现了线阵CCD图像采集、图像预处理等功能,然后使用AXI接口,将补正后灰度值、气阀输出信号和设置参数缓存至DDR3 SDRAM存储器,最后在PS端移植嵌入式Linux操作系统,进行图像特征检测和人机交互。实验结果表明,该系统可有效对待筛选物料的特征值参数进行测量,并进行选别,运行稳定可靠,满足工业应用要求。

    • 李子聪,曾宇航,熊晓明

      2019,42(10):126-131, DOI:

      Abstract:

      近些年,卷积神经网络(CNN)出色地完成了许多机器视觉任务。但现有的软件实施方案无法很好地在便携式设备中实现,为此设计一种基于Xilinx 全可编程SoC的CNN系统,在固定资源的SoC平台下,只需较少资源即可实现快速的检测系统。系统实现多级流水线和输入数据复用的方法提高计算效率。系统硬件部分实现CNN计算,软件实现图片预处理及图片检测后处理,从而提高运行效率,系统可实现多种卷核的卷积操作,平均值池化,非极大值抑制抑制算法,实现图片中多人脸的准确定位。实验结果表明,在100 MHz的工作频率下,系统的平均计算速率为0.19 Gops/s,功耗仅为通用CPU的4.07%。

    • 研究与设计
    • 毕力格, 佟小林, 李汉超

      2017,40(6):1-4, DOI:

      Abstract:

      为了避免人影地面作业发射的弹丸,在空中未爆而落地时造成地面人员或重要设施损伤,利用遥感、全球定位系统和地理信息技术,设计研发了分析人影高炮、火箭安全射界的技术系统。系统从Spot高分辨率遥感影像解译图上提取地物信息,通过系统数据库的高炮作业点经纬度信息和人影作业终端系统(手持终端)的GPS定位信息,获取作业点精确位置信息,结合不同类型火箭、高炮的弹道参数,分析了高炮、火箭安全射界,射界分析结果直观、可靠,操作方便快捷,为人影地面作业安全提供了科学依据。

    • 杨帆,马立新

      2019,42(10):58-62, DOI:

      Abstract:

      为了提高并联型H桥有源滤波器的工作效率,当电源电压失真时,更短的时间内计算出更精确的补偿电流,提出了一种自适应谐波检测算法和载波相移正弦脉冲宽度调制技术(CPS-SPWM)相结合的控制策略。首先通过自适应谐波检测算法快速准确地计算出参考补偿电流,为无差拍控制提供精确的补偿指令,然后采用外环电压PI控制实现桥臂电压稳定,并采用内环均压比例控制实现桥臂上子模块电容电压相同,最后通过CPS-SPWM为有源滤波器提供更准确的调制波信号。通过仿真结果,证明了改进的控制策略比传统方法具有更高的稳定性和准确率。

    • 张燕华,吴猜,周涛,黄留群

      2019,42(10):63-66, DOI:

      Abstract:

      大规模MIMO系统需要在有限的空间里采用多副天线,这将不可避免的引入耦合,耦合会影响MIMO系统性能。研究基于S参数的匹配网络MIMO系统注水容量。通过S参数网络模型,在传输端功率分配上引入注水定理,推导分析不同匹配条件下的容量闭合公式,通过Matlab对不同的接收端匹配条件下的容量进行仿真,包括:无耦合、自阻抗匹配和最优匹配几种情况。结果表明引入注水定理最大化传输端功率并且在接收端最佳共轭匹配的情况下,系统性能得到很大的改善和提高。

    主编:孙圣和

    创刊:1980年

    国际标准刊号:ISSN 1002-7300

    国内统一刊号:CN 11-2175/TN

    国内邮发代号:2-369

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