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基于脑电信号识别算法的机械臂控制系统研究

基于脑电信号识别算法的机械臂控制系统研究

作者：汪林恩吉林化工学院

学位级别：硕士

脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)是一种能够在不依赖大脑外围神经通路与肌肉组织的情况下,允许人脑与外部硬件设备进行信息交互的通讯式控制系统,应用场景十分广泛。其主要原理是将人体的脑电信号(Electroencephalogram,EEG)进... 详细信息

脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)是一种能够在不依赖大脑外围神经通路与肌肉组织的情况下,允许人脑与外部硬件设备进行信息交互的通讯式控制系统,应用场景十分广泛。其主要原理是将人体的脑电信号(Electroencephalogram,EEG)进行一系列处理后,转换为可控制外部设备的计算机指令,从而实现人脑与外部设备的控制交互。但是由于脑机接口系统所存在的性能限制,目前对协作机器人等外部设备进行高效控制仍然面临一定的技术挑战,若要实现多任务、高精准的应用仍需进一步提升系统的信号处理性能和控制端的响应速度。本文以脑电信号为基础研究对象,针对脑电信号处理算法进行开发与优化,并在硬件平台上进行算法的实验论证,以提高脑电信号识别算法的解析能力并搭建一个高效的脑机交互系统。本论文的研究工作主要从以下几个方面开展:(1)针对原始脑电信号中的眼电伪迹去除问题,本文提出一种结合小波变换(Wavelet Transform,WT)和Fast ICA(Fast Independent Component Analysis,ICA)算法的眼电伪迹去除策略。首先,利用小波变换将脑电信号分解成不同频率的小波分量,采用阈值法进行初步去噪;然后,应用Fast ICA对脑电信号进行独立成分分析,剔除包含眼电等伪迹的独立分量,并将剩余的分量进行ICA逆向重构,以获取质量更高的脑电信号。(2)在脑电信号的特征提取阶段,本文设计了一种基于离散小波变换(Discrete Wavelet Transformation,DWT)和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的融合特征提取方法。首先利用DWT对脑电信号进行多尺度分析得到一系列子带信号;接着,对子带信号应用EMD分解并提取出信号的本征模态函数;最后,在完成特征整合后,将特征提取结果输入支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行分类。分类实验选取了包含9位受试者的运动想象脑电信号数据集进行处理,最终的SVM分类准确率达到90.70%,证明本文所设计的特征提取方法的可行性和有效性。(3)在系统设计及实现阶段,针对基于脑电信号识别算法的机械臂控制系统展开设计,主要包括脑电信号采集模块、机械臂执行模块和舵机控制模块等。完成软硬件平台的搭建后,以控制指令识别准确率为评价指标进行测试,在多被试的实验验证中机械臂的四方向控制指令识别准确率达到86.6%,证明了本系统的有效性和实用性。本文在脑电信号识别处理技术的研究基础上,将机械臂控制系统与之进行有效融合,实现了传统机械臂传动系统的智能控制。本研究有助于上肢受损患者与外界环境进行信息交互,并且在工业生产等领域也具有一定的实际应用价值。

关键词：脑电信号脑机接口离散小波变换经验模态分解机械臂

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大型结构件焊接型面自动检测技术研究

机械设计与制造 2024年

作者：汪林曹春平南京理工大学机械工程学院

大型结构件的焊接型面质量检测在成形加工前至关重要，随着现代工业生产规模的扩大，依赖人工测量并与图纸比较的传统检测方式正在变得不可行，现有的三维扫描检测也因耗时过长而无法使用，需要一种更加高效和稳健的方法来支撑工厂的检... 详细信息

大型结构件的焊接型面质量检测在成形加工前至关重要，随着现代工业生产规模的扩大，依赖人工测量并与图纸比较的传统检测方式正在变得不可行，现有的三维扫描检测也因耗时过长而无法使用，需要一种更加高效和稳健的方法来支撑工厂的检测。为此，本文提出了一种基于特征匹配的大型结构件焊接型面检测方法。首先，利用三维扫描仪采集型面焊接特征的点云数据，对数据进行K邻域去噪、体素下采样的处理操作；其次，采用先坐标粗配准再ICP算法精配准的方式对齐点云数据与CAD模型，再通过基于距离的偏差分析和几何参数比较评估特征型面质量；最后，以某大型压力机焊接型面为例，通过对距离偏差和装配孔方位偏差的检测，验证该方法不仅满足检测精度的要求，而且效率提高了近三倍。

关键词：特征匹配焊接型面三维检测点云处理质量评估

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钛合金的渗氮工艺及机理研究进展

表面技术 2024年

作者：李聪莫帆肖辉陈汪林长沙理工大学清远市粤博科技有限公司广东工业大学

钛合金因低密度、高强度、高耐蚀性等优越的性能广泛应用于航空航天、海洋工程、能源化工及生物医疗等领域，但其表面存在硬度不高、耐磨性差、表面强度不足等缺陷，严重地限制了其应用范围和领域。对钛合金进行渗氮处理已被证明是解决... 详细信息

钛合金因低密度、高强度、高耐蚀性等优越的性能广泛应用于航空航天、海洋工程、能源化工及生物医疗等领域，但其表面存在硬度不高、耐磨性差、表面强度不足等缺陷，严重地限制了其应用范围和领域。对钛合金进行渗氮处理已被证明是解决该问题的一种常见且有效方法。然而，对于钛合金渗氮工艺的相关研究比较零散，缺乏系统而详尽的总结。基于此，本文对钛合金的气体渗氮、真空渗氮、离子渗氮、激光渗氮、稀土催化渗氮、复合渗氮等工艺的研究现状进行了全面梳理，重点阐述了渗氮温度、渗氮时间、气压、氮含量、间歇周期、渗氮气氛、激光功率、扫描速度等工艺参数对钛合金渗氮层组织和性能的影响，详细分析了渗氮层显微组织的演变规律和性能提升的机理，最后，介绍了目前发展的新型钛合金渗氮工艺，总结了实际生产中钛合金各渗氮工艺的优缺点以及应用中存在的问题，并对未来钛合金渗氮工艺的发展方向进行了一定的展望。以期为钛合金渗氮层性能优化与表面强化技术的发展提供有益借鉴。

关键词：钛合金渗氮工艺渗氮层工艺参数显微组织性能提升

倾角传感器中惯性器件标定方法研究及标定装置设计

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倾角传感器中惯性器件标定方法研究及标定装置设计

作者：汪林峰西安工业大学

学位级别：硕士

惯性器件标定是一种降低惯性器件系统误差的技术。惯性器件为倾角传感器的核心元件,其存在着多项系统误差,需要根据标定方法进行标定才能投入使用。现有的惯性器件标定方法对应的标定装置结构复杂且成本较高;传统的控制算法不能达到标... 详细信息

惯性器件标定是一种降低惯性器件系统误差的技术。惯性器件为倾角传感器的核心元件,其存在着多项系统误差,需要根据标定方法进行标定才能投入使用。现有的惯性器件标定方法对应的标定装置结构复杂且成本较高;传统的控制算法不能达到标定装置的控制要求;现有的标定算法对惯性器件各项系统误差的研究不够全面。针对以上问题,本文基于倾角传感器应用场景,研究了惯性器件系统误差的标定方法,设计了一种结构简单,低成本,适用于倾角传感器中惯性器件的标定装置;实现了对标定装置的精准控制;且利用标定装置对两种惯性器件进行了标定。主要做了以下研究:1.针对两种惯性器件存在的系统误差,对其标定方法进行了深入研究,针对其工作原理及倾角解算原理,设计了基准角速度-温度-陀螺仪实验数据整体求解误差模型的陀螺仪标定流程,以及二十四位置法解耦各项误差的加速度计标定流程。并根据惯性器件性能指标提出了标定装置的性能指标,设计了倾角传感器、各控制器的硬件电路和相关程序、上位机,移植了实验室现有温度控制系统,最终实现了惯性器件标定所需角速度和角位置基准,及温度环境。可以对实验数据进行采集、传输、存储、读取。2.针对标定陀螺仪对精准角速度基准的需求,研究了两相混合式步进电机及其恒转矩等步进角细分驱动模型,根据步进电机运行特性设计了二次函数型升降速曲线。设计了变论域模糊PID控制器,以仿真和现场调试相结合的方法提升标定装置的角速度控制精度。对比传统PID算法,实现了标定装置更高精度的转速控制。3.根据本文研究的标定方法,按照设计的标定流程,采集了全温域七组基准角速度下陀螺仪实验数据。使用AMCPSO-Kriging算法拟合其整体系统误差模型,对其模型误差进行预测,对比不同算法,实现了对陀螺仪的系统误差更精确的标定。采集二十四位置基准下三轴加速度计实验数据,根据加速度计系统误差模型,求解出加速度计系统误差各项参数,对比标定前后实验数据,实现了加速度计系统误差更精确的标定。本文在设计的标定装置基础上,使用设计的惯性器件标定流程进行标定实验,并对比标定前后惯性器件数据,验证了标定方法的有效性和标定装置的精确性。

关键词：惯性器件系统误差标定变论域模糊控制系统误差建模

协调公平与效率的“四水四定”研究Ⅰ:方法与模型

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水利学报 2024年第2期55卷 158-166页

作者：游进军贾玲杨朝晖汪林王婷中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

针对水资源刚性约束落地缺抓手的问题,按照以水定发展、协调定规模的理念,提出“四水四定”的分析思路和控制指标,厘清各类发展目标与水资源利用的协调关系。以公平为社会目标,以效益为经济目标,提出“尊重现状、保障刚需、效率驱动、... 详细信息

针对水资源刚性约束落地缺抓手的问题,按照以水定发展、协调定规模的理念,提出“四水四定”的分析思路和控制指标,厘清各类发展目标与水资源利用的协调关系。以公平为社会目标,以效益为经济目标,提出“尊重现状、保障刚需、效率驱动、区域均衡”的协调优化准则,建立目标函数和约束条件,构建“四水四定”多目标协调模型,以满足保障刚性需求基础上的水量高效流转,确定发展规模和水量分配方案。模型选取人均GDP最大实现效率驱动,使有限水量产生更大效益;选取区域人均GDP差异最小、发展匹配度最高实现发展公平,缩小区域经济差异;通过约束条件反映水资源约束、刚性需求保障、水源用户配置关系、经济社会发展合理范围等要求;设置罚函数协调约束条件不能满足时的目标值调整。通过归一化方法将多目标转化为单目标,基于现状设置初始条件,采用线性规划等方法求解,得出协调产业发展和水量优化分配的整体结果,通过结果评价反馈调整,形成可服务于经济社会发展和水资源管控决策的方案。

关键词：水资源刚性约束四水四定水资源配置多目标协调优化用水效率综合评价

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运动目标的多维度微运动特征提取研究

物理学报 2024年第7期73卷 186-198页

作者：陈思张海洋靳发宏汪林赵长明北京理工大学光电学院北京100081

微多普勒特征提取作为一种常用的时频分析工具,对微动目标特征的提取重构具有重要意义.为了更好地研究多运动的微多普勒效应,提出了一种运动姿态分类方法.按照目标频移是否随时间变化可以将运动姿态分为频移时变运动和频移时不变运动.... 详细信息

微多普勒特征提取作为一种常用的时频分析工具,对微动目标特征的提取重构具有重要意义.为了更好地研究多运动的微多普勒效应,提出了一种运动姿态分类方法.按照目标频移是否随时间变化可以将运动姿态分为频移时变运动和频移时不变运动.频移时变运动包括平移、翻滚和振动.针对这种运动应分析对比不同时间对应的瞬态频移,频移时不变运动主要为旋转运动.本文通过微多普勒效应理论结合电磁波频域模型,实现3D运动目标微动特性提取的仿真建立目标,分析不同环境条件例如晴天阴天、有无湍流对探测的影响,为后续实验研究奠定理论基础.开展基于收发同置系统的多特征运动目标的微多普勒频移探测实验,实验结果表明,不同目标位置上频移的幅度、正负性和谱线宽度旨在反演目标形状、运动姿态、运动方向和速度.利用FFTshift函数对一维数据进行解调分析,实现三维时间-频率-强度关系的研究.本研究实现了对目标宏观形状特性的测量以及微观运动信息的提取,为雷达探测和识别奠定基础.

关键词：微多普勒效应多特征运动目标识别时间-频率-强度关系

基于PROSAIL的吉林省典型地区大豆涝渍遥感评估研究

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基于PROSAIL的吉林省典型地区大豆涝渍遥感评估研究

作者：汪林峰吉林大学

学位级别：硕士

全球气候变暖和极端天气事件频繁发生,加剧了涝渍灾害对粮食安全的影响。基于气象数据的涝渍灾害监测方法工作量大且时效性差,难以实现对农作物及时、动态的监测。遥感技术的出现使快速、实时获取大面积农业信息成为可能。目前关于农业... 详细信息

全球气候变暖和极端天气事件频繁发生,加剧了涝渍灾害对粮食安全的影响。基于气象数据的涝渍灾害监测方法工作量大且时效性差,难以实现对农作物及时、动态的监测。遥感技术的出现使快速、实时获取大面积农业信息成为可能。目前关于农业涝渍灾害的遥感监测研究较少,尤其缺乏针对作物生理特性变化的动态监测方法。以田间大豆涝渍实验为基础,研究大豆在花荚期受涝渍胁迫后的生理特性变化和冠层光谱变化,并结合PROSAIL辐射传输模型筛选特征光谱指数,实现对大豆叶绿素含量、叶面积指数和等效水厚度的有效估算。在此基础上结合实测减产率构建大豆涝渍的综合遥感评估模型,为及时、准确地识别作物受涝渍胁迫状态提供理论依据和技术支持。论文的主要工作和结论如下:（1）大豆对不同程度涝渍胁迫的光谱响应为提取大豆受涝渍胁迫后的主要特征,设计大豆的涝渍胁迫实验,分析不同程度涝渍胁迫对大豆生理生化参数和冠层光谱的影响。结果表明,大豆受涝渍胁迫会导致其叶绿素含量、叶面积指数减少,等效水厚度也会受到影响。渍害对大豆的影响小于涝害,受轻度渍害的大豆生理参数在胁迫结束后（6-10天）可以恢复至正常水平,严重的涝害处理对大豆产生的影响在胁迫结束后难以恢复。与正常生长大豆相比,受涝渍胁迫大豆的冠层光谱反射率在可见光范围内呈升高趋势,在近红外波段范围内呈降低趋势,这种趋势随着涝渍程度的加深而变得更加明显。（2）大豆生理生化参数最佳遥感估算模型的构建基于PROSAIL模型分析其参数敏感性,同时基于随机森林算法对大量光谱特征进行重要性排序,筛选对大豆叶绿素含量、叶面积指数和等效水厚度变化最敏感的特征植被指数并构建各生理生化参数的最佳遥感估算模型。结果表明,OSAVI的指数回归模型估算大豆叶绿素含量效果最佳,模型R2为0.64;叶面积指数估算精度最高的为TGI线性回归模型,R2为0.67;等效水厚度估算效果最好的是GVMI线性回归模型,R2为0.77。（3）吉林省典型地区的大豆涝渍遥感评估基于大豆叶绿素含量、叶面积指数和等效水厚度的估算结果,结合不同涝渍胁迫程度下相应的减产率,利用多元线性回归方法构建大豆涝渍遥感评估模型,模型R2为0.74。将涝渍评估模型应用于吉林省的长春地区和敦化市大豆种植区域的多光谱遥感影像,模型结果表明,长春地区西北部大豆受涝渍灾害严重,以中度和重度涝灾为主,东部地区大豆生长情况较健康;敦化市的受灾大豆主要集中在西南部地区,以轻度涝灾和中度涝灾为主。通过结合野外采样点数据进行分析,模型能够较好的识别大豆是否受到涝渍胁迫,对于轻度涝灾和中度涝灾的识别效果较好,正确率约为77.5%,部分地区的模型评估结果比实际受灾等级轻。长春地区的大豆种植区内70%的采样点预测值与实际受灾等级一致,敦化市的大豆种植区内约62.5%的采样点预测值与实际受灾等级一致,验证了大豆涝渍遥感评估模型的适用性和可行性,可为后续农作物的涝渍灾害监测提供理论方法。

关键词：涝渍胁迫识别植被指数生理生化参数估算遥感监测大豆

基于元启发式算法的新能源电力系统振荡稳定性最差工况搜索方法

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中国电力 2024年

作者：汪林光李旭涛任勇谢小荣电力系统及发电设备控制与仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院

随着新能源的广泛接入，由电力电子设备与电网间相互作用引发的振荡问题日益凸显。在电力系统运行规划过程中，需要对系统振荡风险展开评估，并在恶劣工况下开展分析。因而如何找到最恶劣工况，成为亟待解决的关键问题。为此提出了一种... 详细信息

随着新能源的广泛接入，由电力电子设备与电网间相互作用引发的振荡问题日益凸显。在电力系统运行规划过程中，需要对系统振荡风险展开评估，并在恶劣工况下开展分析。因而如何找到最恶劣工况，成为亟待解决的关键问题。为此提出了一种基于元启发式算法的新能源电力系统振荡稳定性最差工况搜索方法。该方法首先根据所研究的系统选择工况变量，其次根据对数导数法构建振荡稳定性分析函数，然后选择元启发式算法并辨识系统振荡最差工况，最后根据系统振荡最差工况分析系统振荡风险。文中将该方法应用于某实际大规模风电接入系统，计算得到该系统的振荡最差工况并评估了系统振荡风险。

关键词：新能源并网振荡风险评估最差工况辨识元启发式算法

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双脉冲相干系统测距测速能力研究与优化

中国激光 2024年

作者：陈思张海洋靳发宏汪林赵长明北京理工大学光电学院

双脉冲雷达因其增加时间带宽乘积的显著优势，在多普勒雷达测距和测速领域得到了广泛的应用。利用双脉冲波形原理，建立相关测距、测速和噪声分析的理论模型，研究了前后脉冲间隔、脉冲周期和宽度对实际雷达性能的影响。理论证明通过调... 详细信息

双脉冲雷达因其增加时间带宽乘积的显著优势，在多普勒雷达测距和测速领域得到了广泛的应用。利用双脉冲波形原理，建立相关测距、测速和噪声分析的理论模型，研究了前后脉冲间隔、脉冲周期和宽度对实际雷达性能的影响。理论证明通过调整脉冲对的前后脉冲之间的时间间隔能够满足低速、高速甚至超高速运动目标的探测，体现双脉冲相干系统的远距离测距和宽范围测速能力。基于系统噪声分析建立其与目标距离、速度等参数之间的关系，有助于选择合适的种子源和双脉冲信号发生装置，生成周期和脉冲间隔适宜的双脉冲波形。上述研究实现了被探测目标速度、距离信息与双脉冲激光雷达参数依赖性具象化。根据以上参数针对性的优化双脉冲相干系统运动目标测距测速系统，基于希尔伯特变换对探测到的双脉冲信号进行相位信息解调。实验与理论的误差均小于0.25%，证明了双脉冲相干系统的高精度测速、测距能力。

关键词：双脉冲系统相干探测高精度测距和测速希尔伯特变换