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基于RISC-V的二值神经网络加速器的研究与设计

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基于RISC-V的二值神经网络加速器的研究与设计

作者：何金磊重庆三峡学院

学位级别：硕士

深度神经网络由于复杂的网络节点和连接导致模型结构臃肿、存储模型时对Flash容量的压力以及推理时存取对算力巨大开销,在嵌入式系统平台因为性能、存储器和能耗束缚难以满足实际模型部署和应用。针对低算力、低功耗、低成本的“三低”... 详细信息

深度神经网络由于复杂的网络节点和连接导致模型结构臃肿、存储模型时对Flash容量的压力以及推理时存取对算力巨大开销,在嵌入式系统平台因为性能、存储器和能耗束缚难以满足实际模型部署和应用。针对低算力、低功耗、低成本的“三低”嵌入式平台,本文针对多层感知机模型、卷积神经网络的网络的权值和激活函数进行二值化算法硬件化的研究,完成两种二值神经网络加速器的设计,减少矩阵乘法、二维卷积和批量归一化运算的复杂度以及网络权重的存储资源消耗,加速二值网络推理速度的同时不仅保持了模型推理的性能,还降低了FPGA推理的能耗。本文在开源的RISC-V软核处理器上引入了具有加速推理的二值神经网络加速器的软硬件协同运算的异构平台。首先对多层感知机和卷积神经网络的原理和结构进行分析,优化了在二值神经网络下的卷积层、批量归一化层、最大池化层的冗余运算的问题,利用合并运算单元的方法减少了网络层运算之间的内存缓冲级数,使得二值神经网络加速器更加高效,部署成本更低;其次在MNIST数据集上、自制TTG热成像手势数据集训练了两种二值神经网络MLP-BNN、CNN-BNN,尤其分析了其中CNN-BNN模型权重的数字特征,量化了标准差权重为9 bit,减少了部分批量归一化层中均值权重的消耗;然后根据以上可优化的地方,在Verilog仿真中利用并行加速和层次化设计的思想设计了运算单元、缓冲单元、数据控制单元、权重单元、图像数据单元和最大值比较单元等Verilog模块,并组成二值神经网络加速器的硬件系统结构,并将作为协处理器单元挂载到开源的Pico RV32处理器的外设总线上,保证了硬件加速的通用性;最后将两种加速器结合处理器分别部署在EP4CE10系列,XC7A100T系列的FPGA硬件平台,在实际环境下验证其二值神经网络推理的性能,如推理速度、推理精度、FPGA硬件资源消耗以及功耗等指标。经实验验证可得本文在FPGA内部实现的二值神经网络加速器和RISC-V处理器在前向推理的过程中,以FPGA平台能跑的最大系统时钟算,MLP-BNN每秒可推理66980次,CNN-BNN则为9012次;MLP-BNN消耗85%的逻辑单元,CNN-BNN消耗48%的逻辑单元;两个加速器在FPGA运行的功耗消耗分别是117.36m W和162.00m W;MLP-BNN加速器的峰值计算能力为14.88GOPS,CNN-BNN加速器则为66.53GOPS。综上所述,本文提出的二值神经网络加速器在能耗、FPGA内部资源使用率以及推理速度上优于现有的FPGA加速方法。

关键词：深度神经网络二值神经网络 FPGA RISC-V 软硬件协同

高中生英语写作自我效能感与写作能力的相关性研究

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高中生英语写作自我效能感与写作能力的相关性研究

作者：何金炎延安大学

学位级别：硕士

英语写作是衡量学生语言能力和水平的一个重要指标,也是培养学生创造性表达能力的重要途径,在高中英语教学中占据了至关重要的地位。《普通高中英语课程标准(2017年版2020年修订)》指出,英语学习自信心和成就感是学习者学习情感的重要... 详细信息

英语写作是衡量学生语言能力和水平的一个重要指标,也是培养学生创造性表达能力的重要途径,在高中英语教学中占据了至关重要的地位。《普通高中英语课程标准(2017年版2020年修订)》指出,英语学习自信心和成就感是学习者学习情感的重要组成部分。因此,通过掌握高中生英语写作自我效能的现状,探究英语写作自我效能感通过何种路径影响写作能力就显得至关重要。复杂度(complexity)、准确度(accuracy)、流利度(fluency),并称CAF,是写作能力的重要衡量指标。因此,本文旨在研究高中生英语写作自我效能感与写作CAF之间的关系,以发现提高学生英语综合语言能力的有效方法。本研究对延安市实验中学高二年级80名学生开展调查研究,采用问卷调查法与访谈法,运用SPSS 26对所得数据进行描述性分析和相关性分析。主要从以下三个问题展开:(1)当前高中生英语写作自我效能感情况如何?(2)高中生英语写作复杂度、准确度、流利度现状如何?(3)高中生英语写作自我效能感和复杂度、准确度、流利度有何相关性?研究结论主要包括以下三个方面:(1)总体上来讲,高中生英语写作的自我效能感普遍较高;然而,针对具体英语写作任务的自我效能感则表现为中等水平,且这一水平低于写作技能整体的自我效能感。就性别而言,高中生英语写作自我效能感在男女性别上没有显著差异,不存在相关性。(2)从总体上来讲,高中生英语写作能力处于高等水平;具体来说,高中生英语写作CAF三个维度分为处于高等水平、低等水平和高等水平。高中生写作准确度较低,还存在很大提升空间。(3)写作自我效能感与写作CAF之间均存在显著正相关;高中生英语写作自我效能感能够有效预测英语写作能力;二者之间的关系用非标准化回归方程可表示为Y=0.483X-1.839,用标准化回归方程表示Y=0.743X。为了切实提高高中生英语写作能力,提出了以下的教学建议:第一,关注学生情感变化,注意情绪引导。第二,完善教学方式,提高英语写作准确度。第三,强化写作任务指导,提升英语写作任务自我效能感水平。

关键词：高中生英语写作自我效能感写作能力相关性

镧基磁性纳米材料界面调控及除氟效能与机制研究

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镧基磁性纳米材料界面调控及除氟效能与机制研究

作者：刘金虎山东建筑大学

学位级别：硕士

革故鼎新:中国国家安全情报理论研究的挑战与出路

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情报理论与实践 2024年第10期47卷 20-31页

作者：安洪若高金虎国防科技大学外国语学院江苏南京210039

[目的/意义]伴随总体国家安全观的提出,在国家安全学一级学科下打造国家安全情报学二级学科已成为情报学界共识。在此背景下,正确把握国家安全情报理论研究的观念和方法,有助于推动情报研究更好地服务于国家安全能力提升。[方法/过程]... 详细信息

[目的/意义]伴随总体国家安全观的提出,在国家安全学一级学科下打造国家安全情报学二级学科已成为情报学界共识。在此背景下,正确把握国家安全情报理论研究的观念和方法,有助于推动情报研究更好地服务于国家安全能力提升。[方法/过程]阐述国家安全情报理论研究的学术贡献与困境,阐释国家安全情报理论的哲学基础,提出建构中国特色国家安全情报理论的战略选择。[结果/结论]情报理论的哲学基础决定建构中国特色国家安全情报理论应当兼顾情报基础理论与情报应用理论、情报史研究与情报规范理论研究,构建具备元理论、中观理论、微观理论的系统完备的国家安全情报理论体系,融通中外情报研究,形成情报研究的中国学派,找寻情报学作为一门社会科学学科的学理依循,并以此为指导开展理论研究。

关键词：国家安全情报理论情报理论国家安全情报学情报学国家安全

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补偿不平衡负载的HC-SVG相间电压平衡控制与直流电压取值分析

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电力系统保护与控制 2024年第12期52卷 33-44页

作者：杜少通何金泽原亚雷朱军李威河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室河南焦作454003 国网智能电网研究院有限公司电力电子研究所北京102209

针对由中点钳位型(neutral-point clamped,NPC)功率单元和H桥级联型(cascade H-bridge,CHB)功率单元构成的混合级联型静止无功发生器(hybrid cascade static var generator,HC-SVG)在补偿不平衡负载时产生的CHB功率单元相间电压失衡问题,提出一种基于零序电压前馈的CHB功率单元相间电压平衡控制方法,并对零序电压注入后HC-SVG直流侧电压取值进行分析。首先,分析CHB功率单元承担基波电压分量与HC-SVG输出基波电压的关系。推导HC-SVG补偿不平衡负载时CHB功率单元相间电压平衡所需的零序电压,建立零序电压前馈控制。其次,基于零序电压与补偿电流的解析关系,讨论补偿电流不平衡度与HC-SVG直流侧电压取值之间的约束关系。以6 kV/3 Mvar装置为算例,进行直流侧电压的取值分析。并与星接CHB-SVG进行对比,揭示补偿不平衡负载时HC-SVG所需直流电压低的特点。仿真验证了相间电压平衡控制与直流电压取值分析的有效性。

关键词：混合级联静止无功发生器不平衡负载零序电压直流侧电压取值

H桥级联型静止同步补偿器容值减小产生的相间电压不平衡分析与抑制机理

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电网技术 2024年

作者：杜少通李威周娟朱军何金泽中国矿业大学电气工程学院河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室河南理工大学电气工程与自动化学院

采用小容值薄膜电容的H桥级联型静止同步补偿器(Cascaded H-bridge static synchronous compensator， CHB-STATCOM)直流侧电压控制以直流侧电压平方值为被控量，在补偿功率发生跃变时相间电压不平衡加剧，传统相间电压平衡控制动态效... 详细信息

采用小容值薄膜电容的H桥级联型静止同步补偿器(Cascaded H-bridge static synchronous compensator， CHB-STATCOM)直流侧电压控制以直流侧电压平方值为被控量，在补偿功率发生跃变时相间电压不平衡加剧，传统相间电压平衡控制动态效果不佳。基于容值减小的CHB-STATCOM控制原理，推导各相直流侧电压平方值与跃变功率、电容容值的数学关系，揭示相间电压不平衡的原因，讨论直流侧电压峰值与电容电压纹波的关系。建立指令功率渐变的给定方法，分析指令功率渐变时间与相间电压不平衡的关系，揭示指令功率渐变时间对CHB-STATCOM补偿功率变化时相间电压不平衡的抑制机理。仿真和实验验证了理论分析与相间电压不平衡抑制机理的有效性。研究结论可为该类型的相间电压不平衡抑制提供理论基础。

关键词： H桥级联型静止同步补偿器相间电压不平衡容值减小纹波电压功率变化

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新疆东部煤中水溶态元素组合模式研究

煤炭科学技术 2024年第1期52卷 366-379页

作者：白向飞丁华何金张昀朋袁东营煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

新疆高碱煤中水溶态钠、氯、硫酸根离子等含量较高,严重影响了新疆煤的清洁高效利用,高碱煤中水溶态元素的组合模式及其对煤质的影响已成为科学认识和评价新疆煤需要解决的一个基本问题。研究采集了新疆东部地区大井、西黑山、三塘湖、... 详细信息

新疆高碱煤中水溶态钠、氯、硫酸根离子等含量较高,严重影响了新疆煤的清洁高效利用,高碱煤中水溶态元素的组合模式及其对煤质的影响已成为科学认识和评价新疆煤需要解决的一个基本问题。研究采集了新疆东部地区大井、西黑山、三塘湖、淖毛湖和沙尔湖等矿区的煤层煤样和商品煤样,以及不同矿区地表土壤、煤层上覆岩层、煤层顶板和夹矸样品,包括部分矿区地表盐岩样品,利用溶滤试验,测定了各相关样品中水溶态离子的含量;综合各矿井煤灰成分分析、水溶态离子占比、水溶态离子比值参数与Piper三线图等方法,分析了不同矿区煤中水溶态元素的组合特征差异;通过比较煤层、含煤地层中其他岩层及地表土壤中各种水溶态离子含量的变化,初步探讨了煤中水溶态元素的可能成因及其影响因素。结果表明:新疆东部不同矿区煤中水溶态元素含量和组合模式都存在比较显著的差异,其含量差异可以达3倍左右,组合模式方面,既有Cl-Na型和Cl·HCO_(3)-Na型,也有SO_(4)-Na·Ca型和SO_(4)·HCO_(3)-Na型等其他类型组合分布。各种水溶态离子比值参数显示,煤中水溶态离子之间发生过离子交换作用。新疆高碱煤的形成是一个目前仍在发展中的现代地质作用过程,地表盐岩和土壤中水溶态离子随地下水下渗逐步进入煤层而导致高碱煤形成的可能性极大,且过程比较复杂。受离子交换作用和沉淀作用等因素影响,煤中碱金属、碱土金属和氯、硫等元素的相互结合形态、赋存状态变得更加复杂,但水溶态仍是主要形式。

关键词：新疆东部矿区新疆高碱煤碱金属水溶态元素

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基于LDA主题模型的地方性信息资源管理学科人才需求研究

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基于LDA主题模型的地方性信息资源管理学科人才需求研究

作者：徐金虎郑州航空工业管理学院

学位级别：硕士

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接枝聚丙烯电缆绝缘材料的电树枝特性及机理

电工技术学报 2024年第1期39卷 88-98页

作者：张雯嘉王伟袁浩李琦何金良新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 中石化(北京)化工研究院有限公司电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)

开发高性能的可回收聚丙烯电缆绝缘材料已成为近年来电绝缘领域的研究热点之一。该文对纯聚丙烯（PP）及甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝改性聚丙烯试样的电树枝引发和生长特性进行了研究。试验结果发现，相较于纯聚丙烯试样，接枝试样的电... 详细信息

开发高性能的可回收聚丙烯电缆绝缘材料已成为近年来电绝缘领域的研究热点之一。该文对纯聚丙烯（PP）及甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝改性聚丙烯试样的电树枝引发和生长特性进行了研究。试验结果发现，相较于纯聚丙烯试样，接枝试样的电树枝引发时间显著提高，电树枝劣化区域和生长速率明显减小。分析表明，接枝MMA单体在聚丙烯试样内部引入了大量深陷阱，并减小了球晶尺寸，有利于抑制载流子的输运行为并显著压缩了非晶区通道的空间尺度，进而改善了接枝试样的电树枝引发特性。此外，接枝试样的球晶尺寸减小使得非晶区通道更为曲折狭长，显著增加了电树枝沿着电场方向生长的阻力，进而改善了接枝试样的电树枝生长特性。随着MMA单体掺杂含量的增多，接枝试样的电树枝引发和生长特性逐渐提升。研究结果可为高性能接枝聚丙烯电缆绝缘材料的研发提供参考。

关键词：聚丙烯接枝改性电树枝可回收电缆