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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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2019,42(10):67-72, DOI:
Abstract:
无刷直流电动机（BLDCM）存在转矩脉动的突出缺点，提出了一种基于直流环节电压控制和模糊PID控制器的新型混合控制策略，以抑制无刷直流电机的转矩脉。电路拓扑包含功率因数校正降压转换器和逆变器。降压转换器通过控制直流电路电压来降低换向转矩脉动，使用模糊PID控制器和脉冲宽度调制（PWM）技术的逆变器在导通区域提供适当的电流。 Buck变换器降低了通过控制直流环节电压换向转矩脉动，逆变器使用模糊PID和PWM技术提供导通区域的电流。该方法能够消除传导区转矩脉动,削弱换相区转矩脉动，仿真结果表明，该策略具有功率因数校正功能，可有效抑制转矩脉动，提升电机运行的鲁棒性。
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2019,42(10):73-77, DOI:
Abstract:
针对线性无线传感器网络中存在能量空洞的问题，给出一种线性无线传感器网络能耗均衡的非均匀网络部署方案。该方案证明了除距离Sink节点最远的子监测区域之外，剩余子监测区域从远到近使其传感器节点数量呈等比递增时可实现网络能耗均衡，同时需随机部署足够数量的中继传感器节点用于转发数据。经实测数据仿真表明，所提方案能有效地解决能量空洞问题，使得线性无线传感器网络可以实现均衡能耗的目的，且能够大大延长网络的寿命，对于提高实际线性无线传感网络的性能具有重要意义。
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2019,42(10):78-81, DOI:
Abstract:
重新构建得到了一种coflow调度算法-DeepCS，将coflow资源视图看成是需要进行后续处理的图像，根据之前学习策略来达到coflow的最佳调度效果。利用DNN提取特征参数时不必通过人为手动的方法进行设计，通过单独学习过程便可实现，给出深度增强学习系统。训练输入包含了各项网络与任务情景，并以动作概率分布作为输出，EPiSOdE作为单位开展训练过程。仿真结果得到：当coflow到达速率变大后，将会导致所有算法需要更长的coflow完成时间，此时调度算法流时间与的工作压力都会增加，从而形成更长的coflow平均完成时间；在较低的coflow到达速率下，VARYS和DeepCS具有相似的性能，都比PFABRiC的性能更好，并且DeepCS性能提升最快。
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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。
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2019,42(10):86-89, DOI:
Abstract:
三角形光栅化是图形处理器必不可少的一环，为了提高三角形光栅化的效率，降低GPU硬件设计成本，结合Bresenham算法和基于加法的除法器两者各自的特点，提出了一种改进的Bresenham算法，并将其应用到三角形光栅化中。该算法通过软件仿真验证，并在FPGA的硬件测试平台中进行测试对比验证。结果表明，改进Bresenham算法能够较好的实现三角形光栅化，并且比传统Bresenham算法占用更少的硬件资源，相应降低了GPU硬件设计单位成本，变相提高了GPU中三角形光栅化效率。
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2019,42(10):90-94, DOI:
Abstract:
热控系统是风云三号气象卫星重要的组成部分，直接影响到卫星工作状态和使用寿命。卫星入轨后，在地面对该系统进行长期状态监视、异常检测与分析对于整星及各个有效载荷的安全运行具有重大指示意义。在对风云三号气象卫星热控系统热平衡原理、功能、组成等详细分析的基础上，对其地面健康管理机制及技术进行了系统研究，设计了相应的健康管理综合应用平台。以遥测数据为输入，构建了异常场景定性模型,实现了对风云三号气象卫星热控系统在轨状态的监视和健康管理，对卫星平台及各个载荷不同场景下的状态变化引起的温度波动事件进行关联分析及可视化表达,能够为卫星在轨安全运行提供有效预警和辅助保障，并具有推广价值。
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2019,42(10):95-98, DOI:
Abstract:
影像测量仪在工业测量等领域中，尤其是精密平面类零件的高精度测量方面具有广泛的应用。当测量满台零件时，传统影像测量仪需人工手动控制平台移动达到测量位置，导致测量时间延长、效率低。以通用的影像测量仪为实验平台，采用双目视觉系统进行测量，通过大视野相机将特征物从平台任意位置移动到小视野相机视野范围内，并利用小视野进行位置矫正，以达到精确定位。实验结果表明，该方法能有效地将大视野范围内任一特征点精确移动到小视野图像中心。最后，提出一种影像测量仪薄板类零件自动定位方法，实验证明该方法能有效降低测量时长，特征点粗定位误差在±0.05 mm以内。
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2019,42(10):99-104, DOI:
Abstract:
针对海洋漂流浮标运行时运动轨迹姿态多变影响传感器观测要素可靠性的特点，设计了基于三轴MEMS陀螺仪、加速度计、磁阻传感器的漂流浮标姿态测量系统。介绍了系统硬件组成结构及软件算法流程，采用四元数方法和PI调节算法进行姿态解算以及数据融合，并采用椭球拟合和阀值滤波方法修正补偿系统误差。实验测试表明，系统姿态测量效果良好，静态误差小、动态抗干扰性能较好，满足海洋漂流浮标姿态测量基本需求。
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2019,42(10):105-109, DOI:
Abstract:
软体机器人进行末端位姿调节时受到稳态误差干扰，导致软体机器人刚度独立控制问题性不好，为了提高软体机器人的末端位姿调节的稳定性，提出一种基于末端圆周标定的软体机器人刚度独立控制方法。采用刚体力学分解方法构建软体机器人的动力学分析模型，采用严格反馈控制方法进行软体机器人的末端位姿记忆性控制，利用比例－积分控制器进行软体机器人的末端圆周标定，采用机器人的逆运动学模型进行软体机器人的刚体独立性调节，在关节空间上通过纠偏量与编程轨迹的自适应镇定性调整实现机器人的末端位姿反馈修正，实现软体机器人的优化控制。仿真结果表明，采用该算法进行软体机器人刚度独立控制的稳态性较好，纠偏能力较强。
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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。
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2019,42(10):115-119, DOI:
Abstract:
LNG燃气站作为天然气输配系统的重要工业场所，保障其安全运行、降低安全隐患等问题变得尤为重要。以液化气站实际工程项目为背景，为了提高中小型LNG燃气站控制系统的安全性能，降低生产成本，设计一套基于FIX组态软件及SHCAN现场总线的智能监控系统方案，实现人机交互界面，完成实时数据采集显示、远程监控控制、数据记载，报警等功能，满足LNG燃气站生产监控需求。测试结果表明，可在300 ms内刷新完成数据的实时显示，记录数年的历史数据，实现报警管理，并于2017年1月在辽宁营口大石桥青花集团实际投入使用至今，运行效果证明了该监控系统的设计方案正确有效。
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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。
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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%。
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2019,42(10):132-136, DOI:
Abstract:
为满足动态目标识别与跟踪系统对实时性、低功耗和小型化的要求，设计了一种以FPGA为核心的电路系统，辅以OV7670视频采集模块和VGA接口显示器，实现对视频图像进行采集、处理、矩形框标识，最终实现对动态的识别、跟踪和显示。其中，对图像的处理部分由FPGA完成，包括缓存、灰度处理、改进的位运算中值滤波、背景前景分离、帧间差分法与背景差分法融合进行运动目标检测与跟踪等，充分利用FPGA的高速并行处理的特点，结合片内RAM高速处理和片外SDRAM大容量特性，实现对视频数据的处理和存储。同时，系统具有抗干扰性较强、小巧、灵活、低功耗、通用性及可扩展性强等特点，既适合工业领域，又适合家居使用。
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2019,42(10):137-140, DOI:
Abstract:
近年来Nakagami-m衰落信道仿真模型的研究成为热点。为了得到最佳的衰落信道仿真模型，首先介绍了3种Nakagami-m(m<1)衰落信道仿真方法，分别是基于Beta函数仿真方法、基于近似逆累积分布函数仿真方法以及基于正弦求和仿真方法，通过Matlab仿真软件得到3种方法的幅度、相位以及包络自相关函数仿真图，比较分析得出基于近似逆累积分布函数变换的仿真方法最好，其次是基于Beta函数仿真方法，基于正弦求和方法效果最不理想。
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2019,42(10):141-146, DOI:
Abstract:
随着城市基础设施建设的发展，目前城市井盖管理普遍存在数量多、难于实现统一管理、不能及时发现井盖损坏和被盗的问题。本文提出了基于窄带物联网（NB-IOT）的智能井盖通信报警系统，采用传感器实时监测井盖信息，NB-IOT终端模块将状态信息发送到基站，基站再与NB-IOT的核心网连接，将状态数据发送到云平台，后台管理系统可以实时获取井盖的故障信息。通过大量的实验测试证明，提出的智能井盖通信机制是满足低功耗要求的，能够准确地检测井盖故障信息。
2019年第42卷第10期
2019年第42卷第10期
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基于两轴振动和多传感器融合的变压器绕组机械故障诊断
Abstract:
针对传统变压器绕组机械故障诊断方法中，仅考虑绕组单一方向振动信号且特征参数提取复杂、识别准确率低的问题。本文提出了一种基于两轴振动和多传感器融合的变压器绕组机械故障诊断方法。首先从绕组轴向、辐向振动相关性角度提出两轴振动关系图形作为特征图像；然后采用轻量级卷积神经网络MobileNet V2对不同传感器获得的图像数据进行训练；最后利用D-S证据理论对多维信息源识别结果进行融合，并做出最终决策。实验结果表明所提方法故障诊断准确率可达99.4%，与传统故障诊断方法相比，简化特征提取步骤，诊断准确率提高了6.2%以上，为变压器绕组机械故障诊断提供一种可行方案。
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基于完整性感知网络的绝缘子串缺陷检测方法
Abstract:
当前输电线路显著性目标检测已取得重大突破，但在预测显著区域的“完整性”上仍存在局限性，难以完全识别及定位输电线路上绝缘子串缺陷。本文利用完整性感知网络来检测输电线路上绝缘子串，首先通过特征聚合模块来提取不同层次的特征，其次通过完整性增强模块突出显著目标通道并抑制其它干扰通道，最后通过部分-整体检验模块来确定目标特征的部分和整体是否有强烈的一致性，可提高有缺陷绝缘子串的识别准确率。本文算法与目前公开的3种流行算法进行主客观对比，发现本文算法在绝缘子串与背景融合程度较高时的显著性检测上更有优势。
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头盔式主动降噪耳机前馈降噪设计
Abstract:
针对头盔式主动降噪耳机设计过程中所面临的前馈控制器目标传递函数影响因素复杂，人工头声学测试不准确的问题，提出了基于真人佩戴测试数据设计前馈控制器的方法。分析了主动降噪耳机的原理，弥补了现有理论的不足，设计实验验证了噪声源方向、耳垫弹性、反馈控制器、绷带弹性、头盔、测试装置对前馈控制器目标传递函数的影响，给出了设计建议。基于真人佩戴测试数据设计了前馈控制器，并测试了其与反馈控制器配合时的混合降噪效果，其中真人佩戴时测试平均降噪量可达21.3dB，人工头佩戴时仅有10.7dB，证明了基于真人佩戴测试设计的耳机降噪效果更好，人工头佩戴不能很好的反应真人佩戴的情况。
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基于维纳退化过程的装备视情维修策略研究
Abstract:
在利用维纳退化过程对装备进行建模时，为更加准确地描述其关键部件的退化过程，提出考虑维修活动对装备性能退化速率和初始退化量的影响；在所建模型的基础上，基于首达时间的概念得到剩余寿命的概率分布，根据剩余寿命的预测值作为时间间隔开展非周期性能检测，将得到的退化量同故障阈值和维修阈值相比较，做出相应维修活动；然后，以维修阈值为变量，在关键部件的视情维修策略中，应用蒙特卡洛循环仿真方法选取最优值实现效费比最小，进而降低装备在使用过程中的效费比；最后，以舰船关键部件陀螺仪为例，仿真得到剩余寿命预测值的相对误差小于0.3%，当设置维修阈值为8.02度/天时，效费比达到最低为199.996元/天，与传统周期检测视情维修策略相比，节约了检测成本，降低了事后维修的次数，减少了维修费用，有效地降低了效费比。
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基于安德森撞击原理的浮游菌采样器系统开发
Abstract:
在食品与生物实验室等领域，对浮游菌数量有着严格的要求，进而对浮游菌采样器提出了更高要求。为了解决浮游菌采样器的气体流量受环境影响问题，本文研究了具有流量校准功能的浮游菌采样器，设计了集成大气压和温湿度传感器的文丘里管结构，改进了流量补偿公式，开发了基于抗饱和积分PID（比例、积分、微分）的风机控制系统，实现了气体流量的实时补偿与闭环控制。应用VMD(变分模态分解)算法对大气压测量数据进行滤波，降低了噪声对测量结果的影响。研制了基于安德森撞击原理的浮游菌采样器样机，开展了相关实验研究。实验结果表明：经过校准后，仪器的压差示值误差在±0.5%，流量采集精度示值误差在±1%以内，符合浮游菌采样器流量校准规范的要求，克服了环境因素导致气体采集流量误差大的问题，在浮游菌采样器领域具有很好的应用价值。
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基于加权感受野和跨层融合的遥感小目标检测
Abstract:
针对遥感图像中小目标特征易丢失、易受背景噪声影响和定位难的问题，本文对 YOLOX-S 目标检测模型进行改进。 使用二维离散余弦变换对 CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力模块进行改进并加入到主干网络当中，提高网 络对小目标的关注度；其次提出一种加权多重感受野空间金字塔池化模块，提升模型对多尺度目标尤其是小尺度目标的感知能 力；再者，采用跨层特征融合的思想，提出一种跨层注意力融合模块，使深层结构中尽可能保留更多的小目标特征；最后使用 EIoU(Efficient Intersection over Union)损失加强对小目标的定位能力。由大量实验分析可知，在 RSOD 数据集上，改进模型的 APs 值相对于基准模型提高了 5.1%，在 DIOR 数据集上提高了 2.4%，参数量仅增加了 1.01M，检测速度达到 93.6 frame·s-1，满足实 时性的检测要求。此外，相对于当前最新的目标检测模型，本文改进模型也具有一定优势。
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基于GA-SVR模型的肌力康复电刺激系统的设计研究
Abstract:
为了实现康复电刺激系统治疗参数的个性化定制及实时调整，本文提出了一种基于调制中频电刺激的下肢肌力康复闭环电刺激系统。设计低频调制中频刺激电路，基于遗传算法建立了电刺激参数与膝关节角度之间的支持向量机回归预测模型，并搭建基于模糊内模控制PID的闭环反馈系统，以达到更精确稳定的参数设置效果。通过膝关节运动实验表明，被试者在无痛感的前提下更接近预期的关节运动轨迹，30组膝关节运动角度与预期值最大均方根误差为10.21°，最小均方根误差为5.48°。相比传统低频电刺激，肌电平均振幅具有20微伏以上提升。本文提出的电刺激系统参数可实现因人而异，且可根据闭环反馈结果进行实时调整，该系统能有效活化肌肉、提升肌力，在肌力康复步态训练中有较好的应用前景。
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基于模糊RBF神经网络的风电机组变桨控制研究
Abstract:
针对大型风力发电机变桨控制受外部干扰和参数变化大、造成输出功率不稳定的问题,提出一种智能控制的算法,在RBF神经网络基础上增加模糊算法,利用模糊RBF神经网络实时在线调整PID参数。当实际风速偏离额定风速时,科学调整风机桨距角,使风机所获得的空气动力转矩发生变化,从而在额定功率附近保持风力机输出功率的相对稳定。据此搭建了风电机组各模块的数学模型,并在 MATLAB/Simulink 上搭建了仿真模块。实验结果表明：基于上述的方法控制效果相比于传统PID控制和常规RBF神经网络PID控制,响应更快、风能利用系数性能超调更小、功率输出更稳定,更有利于风力发电机组的系统稳定性。
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结合蚁群算法和萤火虫算法的无人船路径规划
Abstract:
为提高无人船在执行水质采样任务时的路径规划效率，提出一种结合蚁群算法和萤火虫算法的路径规划算法。首先，在构建最短采水路径网络时，将转向角代价启发函数引入传统蚁群算法，减少路径搜索结果中的频繁转向；其次，剔除搜索结果中的冗余结点，进一步减少无人船转向次数，使所求得路径更适用于无人船实际航行。最后，在求解最优采样顺序时，基于随机修正的方式设计了一种改进的萤火虫算法，提升了算法的收敛速度。仿真实验结果表明，本文所设计算法能够完成水质采样任务路径规划任务，相比传统算法，搜索效率更高，有效缩短了总路径长度。
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基于开口谐振环的三层高效电小天线设计
Abstract:
为提高电小天线的辐射效率，提出一款基于开口谐振环结构的三层小型化环形天线。天线的三层结构分为中间的馈电层和两侧的耦合层，采用电磁耦合方法实现激励。在馈电层设计了一种倒“山”形匹配网络，弥补了传统耦合馈电SRR天线存在部分反向电流的缺陷；通过加载耦合环结构实现强磁耦合，降低天线的金属损耗；在耦合层与馈电层间设计支柱固定的空气间隙，有效地降低介质损耗，从而提高辐射效率。采用电磁仿真软件对天线进行设计，并分析了介质基板对天线性能的影响。对设计的天线进行了实物研制与测试。结果表明，实测结果与仿真结果基本吻合，天线的中心频率为50.03MHz，电尺寸为0.045λ0×0.045λ0×0.01λ0（λ0 为工作波长），其在水平面内具有良好的全向性，辐射效率大于41%。
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基于多模态和图卷积的飞机部段形变预测方法
Abstract:
近年来，随着人工智能技术的发展，深度神经网络在智能制造中得到了广泛应用。本文将深度神经网络与飞机部段的形变预测相结合，提出了一种基于图卷积和多模态的飞机部段形变预测方法。在对飞机部段的形变分析中，对飞机部段的结构数据与工况数据两种模态的数据进行特征提取并在特征级和决策级进行融合。飞机结构数据为点云数据，具有非欧几里得数据的特性，在对飞机部段结构数据进行特征提取时，引入了基于图卷积的特征提取网络。基于ModelNet40和飞机部段的结构和工况数据构建了包含四种飞机部段的形变数据集，并在该数据集上进行了实验。实验结果表明，该方法在各个部段中的平均预测均方误差为0.188，并在机头部段取得了最好的预测结果，可以有效的对飞机部段的形变状况进行预测。
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基于多尺度排列熵和IWOA-SVM的滚动轴承故障诊断
Abstract:
针对滚动轴承信号表现出的非线性和非平稳性特征问题，合理的特征选择可提高故障诊断率，提出基于多尺度排列熵(MPE)与改进鲸鱼算法(IWOA)优化支持向量机(SVM)的故障诊断模型。首先，通过变分模态分解(VMD)进行信号降噪预处理，计算多尺度排列熵进行信号特征重构；其次，引入惯性动态权重对鲸鱼算法进行改进，通过训练SVM参数，建立IWOA-SVM故障诊断模型；最后用美国凯斯西储大学轴承数据集进行仿真。结果表明：相较于多尺度熵，MPE可表征的故障特征信息更加丰富，故障识别率提高了2.1%；与同类优化算法相比，采用IWOA对SVM进行优化的故障诊断模型，收敛速度快、训练时间短、故障识别精度高，可对滚动轴承进行有效诊断。
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机载光电稳定平台模糊滑模自抗扰控制
Abstract:
为提升机载光电稳定平台的视轴稳定精度与鲁棒性，本文提出了一种模糊非奇异快速终端滑模自抗扰控制策略。首先，采用非奇异快速终端滑模面提升系统状态在滑动阶段的收敛速度。其次，通过设计带模糊校正项的快速幂次趋近律来对抖振进行抑制，模糊逻辑的引入能使控制器参数能根据误差变化自整定，在此基础上，结合线性扩张状态观测器来增强系统的扰动抑制能力。然后，利用Lyapunov方法对系统进行了稳定性分析。最后，在扰动及参数摄动下进行了仿真对比实验，仿真实验结果表明，文中所提方法相较于另外四种控制算法而言，基于本文方法的系统具备更强的鲁棒性。
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基于双目视觉的输电线路防外破系统设计
Abstract:
为防止吊车臂触碰输电线引发事故，设计一种基于双目视觉的输电线路防外破系统。首先，通过将双目视觉防外破装置安装在吊车吊臂上实时获取图像数据；接着，针对实际环境中存在的光照干扰、弱纹理区域以及视差图中的边缘空洞填充，提出一种改进SGBM立体匹配算法，利用最小二乘拟合插值法和双边滤波进行算法优化，从而准确获取输电线路的三维信息；最后，根据双目视觉原理与空间耦合电容分压原理搭建测距环境与10kV输电线路测试环境并进行现场测试。结果表明，改进SGBM算法在干扰环境下的测距平均相对误差仅为1.345%和1.229%，对比传统SGBM算法与场强测距方法，分别减少2.047%和1.851%，算法运行时间为817.552ms，测距系统兼顾实时性与精准性需求，满足实际环境下的输电线路吊车防外破使用。
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融合时空特征的浓雾短临趋势预测算法
Abstract:
为减少浓雾可能导致的各项损失，浓雾短临趋势预测已成为气象短临预测领域的研究热点。然而，目前相关研究较多侧重于浓雾所具有的时间特征，忽略其空间特征，从而导致预测准确率较低。为此，本文提出一种融合时空特征的浓雾短临趋势预测算法。该算法通过将多气象站点抽象为图数据的节点，引入图注意力网络，实现空间特征的提取；在此基础上，利用长短期记忆网络，对所提取的空间特征进一步提取时间特征，实现特征级融合，并使用全连接层输出能见度预测值；最后根据能见度预测值，对浓雾短临趋势开展预测。本文所提算法针对美国国家环境信息中心的公开气象数据开展了两小时内的浓雾短临趋势预测实验，实验结果表明所提算法的F1-score和TS-score较基线模型有2%-12%的提升，证明所提算法具有良好的实际应用价值。
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基于离散小波变换的卷积自编码运动想象脑电信号的分类
Abstract:
摘 要：目的 左右手运动想象脑电信号（MI-EEG）分类准确率低，制约了相关脑-机接口技术的发展。方法 实验采集了16名健康受试者的运动想象脑电信号，提出了一种基于离散小波变换（DWT）和卷积自编码（CAE）的运动想象脑电信号分类算法。利用离散小波变换将EEG转换成时频矩阵，输入到卷积自编码网络中进行脑电信号的特征分类。结果 该算法在实验数据集和公开数据集上测试都得到了较好的分类结果，静息-想象左手、静息-想象右手、想象左手-想象右手三组EEG在实验数据集上分类准确率分别为97.36%、97.27%、86.82%，在公开数据集上分类准确率分别为99.30%、98.23%、92.67%。结论 离散小波变换结合卷积自编码网络模型在左右手运动想象脑电信号分类应用中比其他深度学习方法（CNN、LSTM、STFT-CNN）性能更优。
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互感器边云协同实时监测系统设计
Abstract:
电子式互感器作为智能变电站的信息源头，需对其进行实时监测。为解决现有互感器监测技术在实时性、精确度、存储容量等方面的问题，文章基于鸿蒙架构，设计了一套互感器边云协同实时监测系统。利用单片机采集互感器数据，以GPS秒脉冲为基准保证采样同步，再经鸿蒙操作系统存储上云，并在边缘计算侧引入KF与加凯塞窗的DFT算法，滤除数据采集过程中的噪声与谐波，当互感器精度不足时触发蜂鸣器报警。经实验验证，本系统实现了多互感器监测数据的实时、同步上传与大量储存，存储容量取决于云服务器大小，可随时扩容。本系统满足互感器实时监测的精度要求，幅值误差不超过0.75%，满足0.2的准确级要求，并允许工作人员随时、异地查看结果。此外，边云协同的工作模式具有一次开发、多端部署的特性，使本系统具有较强的移植性，可应用于其他不同电力系统场景。
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基于改进YOLOv5s的煤矿电力设备缺陷检测
Abstract:
针对煤矿电力设备缺陷检测精度低的问题，本文提出了一种基于改进YOLOv5s的煤矿电力设备缺陷检测的方法。该方法主要包括三个方面的改进:首先，提出了一种多分支的坐标注意力模块，增强了模型获得缺陷区域信息的能力；其次，提出了一种特征融合网络模块，通过将主干网络和颈部网络之间非相邻的特征信息进行跨层连接，进一步增强了模型的特征表达及融合能力；最后，提出了一种快速空间金字塔池化平均池化模块，并将其嵌入颈部网络的路径融合网络之间，以提升网络浅层定位信息传递到深层的能力。实验结果表明，改进YOLOv5s模型的mAP@0.5提升了3.1%，F1分值提升了3%，满足煤矿电力设备缺陷的检测需求且具有更高的检测精度。
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基于压力传感阵列的低成本高性能睡姿监测系统
Abstract:
依赖人工监测睡姿的卧床护理效率低下。为了自动收集准确的睡姿信息，并注意改善用户体验和保护用户隐私，通过将理论分析和实验研究相结合，基于柔性压力传感阵列设计了简易、低成本、高精度、快速率的睡姿监测系统。理论上，根据触觉在识别机制上与视觉的相似性，揭示了压力图像分辨率对睡姿分类效果的影响规律；进一步利用公开数据集解析得到24×24的压力传感阵列规模阈值，从而大幅降低了系统的成本和复杂度。实验上，基于柔性压力传感阵列、信号扫描采集电路和睡姿识别算法框架3个模块设计了睡姿监测系统：(1) 以Velostat柔性压敏导电片为核心设计压阻式传感阵列；(2) 以零电势法阵列扫描理论为基础布局抗串扰信号采集电路；(3) 以改进的残差网络训练睡姿分类器。经实验测试，系统对8类睡姿的识别准确率为99.57%，监测速率可达150 ms/帧，有望用于实现商业化的可靠实时睡姿监测。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。