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基于混合扩张状态观测器的农田平地机液压系统反步滑模控制研究

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农业机械学报 2024年第7期55卷 37-46页

作者：魏新华王庆壮吉鑫刘成良汪岸哲江苏大学农业工程学院镇江212013 智能农机装备理论与技术重点实验室镇江212013 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器(HESO)的反步滑模控制器。其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速... 详细信息

为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器(HESO)的反步滑模控制器。其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速趋近律设计的反步滑模控制器输出连续光滑的控制量,增强了系统鲁棒性,克服了系统非线性与参数不确定性问题;通过Lyapunov稳定性理论对所提出的观测器和控制器稳定性进行验证,得到误差一致有界稳定结论;通过AMESim和Matlab/Simulink联合仿真与田间试验对本文控制算法的有效性和优越性进行了验证。在两条地貌情况较为复杂波浪地中单次平地和地貌情况较为相似的两田块进行3次遍历试验表明,使用本文控制方法,平地后高程相较于平地前标高的平均绝对误差、最大绝对误差、绝对误差标准差分别为0.053、0.146、0.037 m和0.02、0.041、0.011 m,较PID算法分别降低36.35%、28.32%、31.37%和62.6%、50%、51.83%。

关键词：农田平地机混合扩张状态观测器反步滑模控制联合仿真

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水稻全田块无人收获作业自动打点系统设计与试验

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农业机械学报 2024年第6期55卷 60-67,79页

作者：崔冰波杜卓文韩逸朱耀辉魏新华江苏大学农业工程学院镇江212013 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013

谷物收获机械无人化作业可有效解决收获季用工短缺问题,全田块自动导航作业是无人收获机智能化的核心。为解决水稻无人收获作业自动打点问题,基于边界线跟踪与地头区域检测实现水稻田块最外圈导航与剩余作业区域自动打点,并提出一种目... 详细信息

谷物收获机械无人化作业可有效解决收获季用工短缺问题,全田块自动导航作业是无人收获机智能化的核心。为解决水稻无人收获作业自动打点问题,基于边界线跟踪与地头区域检测实现水稻田块最外圈导航与剩余作业区域自动打点,并提出一种目标区域先验形态辅助的动态感兴趣区域设定方法,改善作物边界线提取可靠性。采用自控小车对所提方法进行验证,试验结果表明,当车辆作业速度为0.8m/s时,水稻未收获区域直线边界跟踪平均误差小于5cm,单帧图像检测时间小于50ms。水稻边界自动打点试验结果表明,所设计自动打点系统打点平均误差为3.5cm,满足直角梯形水稻田块自动打点需求。

关键词：水稻全田块自动导航无人收获作业自动打点作物边界提取

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星载高轨合成孔径雷达成像球面地表效应分析

信号处理 2024年

作者：郭淑婷邓钱钰王纪平毛新华南京航空航天大学电子信息工程学院雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室

星载高轨合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar， SAR)具有短时重访周期和大范围测绘能力，在军事和民用中都具有独特的优势。然而，高轨SAR的成像几何也更加复杂，较长的合成孔径时间使得轨道的弯曲效应不可忽视，宽大的波束覆盖范... 详细信息

星载高轨合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar， SAR)具有短时重访周期和大范围测绘能力，在军事和民用中都具有独特的优势。然而，高轨SAR的成像几何也更加复杂，较长的合成孔径时间使得轨道的弯曲效应不可忽视，宽大的波束覆盖范围也导致平面地表假设不再适用，因此必须考虑球面地表效应对成像的影响。本文从简单的直线轨迹和更具有现实意义的曲线轨迹两方面对成像出现的几何失真和散焦进行分析。首先，假设雷达短时间内做直线运动，由“距离-多普勒”关系得到成像平面与弯曲地表的位置映射关系，并通过回波历程分析得到直线轨迹时聚焦良好。然后，在曲线轨迹情况下，同样根据“距离-多普勒”关系解决了高轨SAR由于球面地表效应导致的几何失真问题。另外，基于对球面地表真实目标和成像域内像素点的距离历程分析，得到回波的二次相位误差，该误差导致雷达运行在弯曲轨道时成像出现散焦，而且由于该误差相位与成像场景宽度呈正相关，散焦会随着合成孔径时间的增长以及成像场景的扩大而愈加明显，具有显著空变性。接着，通过对相位误差进一步分析得到有效成像半径。最后，利用仿真实验对球面地表与成像平面的映射关系和成像散焦特性进行了验证。本文解决了由于地表弯曲效应带来的成像几何失真问题，得到了雷达运行在曲线轨迹时造成成像出现散焦的二次相位误差，为后续的基于该误差相位的补偿成像算法研究提供了便利。

关键词：高轨合成孔径雷达球面地表效应弯曲轨道距离-多普勒二次相位误差

钢筋锈蚀作用下隧道衬砌结构力学性能劣化研究

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铁道学报 2024年第1期46卷 156-163页

作者：李永珑刘新华朱星宇唐旭张志强西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

考虑锈蚀引起的钢筋力学性能劣化、混凝土有效截面减少、两者黏结性能退化等因素,建立围岩压力作用下钢筋锈蚀隧道衬砌模型,对不同锈蚀率下衬砌结构变形、损伤、内力重分布和裂缝宽度变化进行分析。研究结果表明,锈蚀对衬砌结构各部位... 详细信息

考虑锈蚀引起的钢筋力学性能劣化、混凝土有效截面减少、两者黏结性能退化等因素,建立围岩压力作用下钢筋锈蚀隧道衬砌模型,对不同锈蚀率下衬砌结构变形、损伤、内力重分布和裂缝宽度变化进行分析。研究结果表明,锈蚀对衬砌结构各部位损伤严重程度表现为拱顶>拱肩>拱脚>拱腰>仰拱;锈蚀引起结构内力重分布,当锈蚀率由0%发展到20%时,衬砌结构临空侧受拉处弯矩逐渐减小,围岩侧受拉处的弯矩逐渐增大,衬砌轴力整体变化不大,最大变化量仅为7.53%;拱顶裂缝宽度发展最快,拱肩和拱脚次之,当锈蚀率发展到2.7%时,拱顶最大裂缝宽度已不满足耐久性要求;开裂区钢筋锈蚀对衬砌力学性能劣化起主导作用,仅开裂区钢筋发生锈蚀时,衬砌结构力学性能劣化规律与钢筋全长锈蚀情况类似,但锈蚀导致的内力变化幅度和裂缝宽度减小。

关键词：衬砌结构混凝土损伤锈蚀内力重分布裂缝宽度

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锂离子电池性能衰减与热失控机制研究进展

稀有金属 2024年第2期48卷 225-239页

作者：郭斌刘新华何瑢高心磊闫啸宇杨世春北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、自放电率低等优点,已经广泛应用于新能源汽车。但是,在循环使用的过程中,锂离子电池会逐渐发生老化,降低其能量存储和功率输出能力,不仅会缩短新能源汽车的续驶里程和使用寿命,还会带来安全隐患... 详细信息

锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、自放电率低等优点,已经广泛应用于新能源汽车。但是,在循环使用的过程中,锂离子电池会逐渐发生老化,降低其能量存储和功率输出能力,不仅会缩短新能源汽车的续驶里程和使用寿命,还会带来安全隐患。因此,锂离子电池的老化及其对安全性能的影响规律需要重点研究,以便更好地进行电池寿命和安全的管理与预警。从锂离子电池的组成结构出发,分别对各组成部分的内部老化机制进行了全面综述,分析了温度、充放电倍率、荷电状态等外部因素对电池衰减的影响,并对热失控机制,以及老化作为主要诱因导致的热失控进行了综述,探讨了高比能锂离子电池由于新材料体系的应用而带来的新的老化和热失控机制,提出复杂车载工况下高能量密度锂离子电池的老化和全寿命周期热失控性能演变规律研究,是电池在线智能管理和退役后状态与安全性评估的重点研究领域。

关键词：新能源汽车锂离子电池老化机制热失控副反应

基于YOLOv8n改进的蚕虫检测与计数方法

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农业工程学报 2024年第15期40卷 143-151页

作者：马小林王梦麟旷海兰唐亮刘新华武汉理工大学信息工程学院武汉430070 广西壮族自治区蚕业技术推广站南宁530007

为解决桑蚕养殖过程中对蚕虫计数的难题,特别是针对蚕虫目标小、分布密集且易被遮挡的问题。改研究提出了一种基于YOLOv8模型改进的蚕虫检测与计数新方法(SDM-YOLO)。该方法的核心创新包括:1)引入RCS-OSA模块作为残差模块,替代原YOLOv8... 详细信息

为解决桑蚕养殖过程中对蚕虫计数的难题,特别是针对蚕虫目标小、分布密集且易被遮挡的问题。改研究提出了一种基于YOLOv8模型改进的蚕虫检测与计数新方法(SDM-YOLO)。该方法的核心创新包括:1)引入RCS-OSA模块作为残差模块,替代原YOLOv8中的C2f模块,以增强网络的多尺度特征提取能力并融合不同感受野的信息,提升对密集分布蚕虫的识别能力;2)改造检测头为动态预测头(dynamic prediction head),结合尺寸、空间和通道三个维度的特征信息,提高蚕虫识别的精确度,减少误检;3)优化损失函数,采用EIOU LOSS作为边界框回归的损失函数,以改善密集场景下蚕虫目标的漏检问题。经过试验验证,SDM-YOLO方法在多个评估指标上均表现出色。具体而言,该方法在精确度上达到了88.2%,召回率为87.2%,平均准确度mAP@0.5为93.2%,而mAP@0.5:0.95也达到了74.7%。这些结果充分证明了与一阶段检测模型YOLO系列相比,SDM-YOLO在蚕虫检测与计数方面具有比较明显的优势。

关键词：目标检测通道混洗深度学习注意力机制损失函数

一种基于改进的XGBoosting算法对婴幼儿奶粉中的脂肪含量的预测模型

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1464-1471页

作者：张文婧薛河儒姜新华刘江平黄清内蒙古农业大学计算机与信息工程学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古农牧业大数据研究与应用重点实验室内蒙古呼和浩特010018

婴儿奶粉成分配比中,脂肪有着重要地位。脂肪不仅是婴儿生长发育中的重要成分,同时也为婴儿的生长提供必需的能量,对于婴儿脑发育及神经髓鞘的形成具有重要意义。化学的婴儿奶粉脂肪含量检测如乙醚提取法,方法检测灵敏,但存在破坏样本... 详细信息

婴儿奶粉成分配比中,脂肪有着重要地位。脂肪不仅是婴儿生长发育中的重要成分,同时也为婴儿的生长提供必需的能量,对于婴儿脑发育及神经髓鞘的形成具有重要意义。化学的婴儿奶粉脂肪含量检测如乙醚提取法,方法检测灵敏,但存在破坏样本和检测周期较长的缺点,因此寻求一种为婴儿奶粉成分的无损检测方法,高光谱成像技术提供了一种可能的途径。以内蒙古地区不同阶段的婴儿奶粉为研究对象,采用多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)、平滑滤波算法(Savitzky-Golay)、鲁斯特算法(Roust)等对高光谱数据进行预处理,再利用竞争性自适应重加权算法(CARS)算法从125个特征波长中筛除光谱数据中冗余的波长保留有效波长66个。对极值梯度提升算法(XGBoosting)算法进行了贝叶斯优化(BO),最终构建了基于BO-XGBoosting对婴儿奶粉脂肪含量的预测模型。结果显示,该模型预测效果优于传统的偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量回归(SVR)模型,且优于集成算法中Bagging、GrdientBoosting算法。贝叶斯优化极值梯度提升算法BO-XGBoosting模型在测试集实验,得到的决定系数(R^(2))和均方根误差(RMSEP)分别为0.9537和0.5773,比XGBoosting算法的R^(2)和RMSEP分别提高2.91%和降低19.2%。该研究为奶粉中脂肪含量的预测提供了基于BO-XGboosting集成算法的快速无损检测的算法支持和理论依据。

关键词：高光谱贝叶斯优化 XGBoosting模型脂肪含量无损检测

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基于改进极限学习机的通信网络故障诊断

智能计算机与应用 2024年第9期14卷 131-135页

作者：屈新东朱绍柯潘叶张郭中国移动通信集团广东有限公司广州510000

为了提高通信网络故障诊断精度,提出了一种基于改进极限学习机的通信网络故障诊断方法。采用CS算法对ELM进行优化,建立了基于CS-ELM的通信网络故障诊断模型。采用通信网络故障数据进行仿真分析,并与其他模型进行了对比分析。结果表明,CS... 详细信息

为了提高通信网络故障诊断精度,提出了一种基于改进极限学习机的通信网络故障诊断方法。采用CS算法对ELM进行优化,建立了基于CS-ELM的通信网络故障诊断模型。采用通信网络故障数据进行仿真分析,并与其他模型进行了对比分析。结果表明,CS-ELM模型在对测试集进行诊断时的正确率高达98.57%,诊断精度高于其他几种对比模型,验证了所提通信网络故障诊断方法的正确性。

关键词：通信网络故障诊断极限学习机布谷鸟搜索算法

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盾构隧道衬砌结构偏心破坏转化临界锈蚀率预测

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土木工程学报 2024年第1期57卷 111-121页

作者：张志强张康健刘新华刘征封坤唐旭西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬... 详细信息

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点,设计小偏心加载的锈蚀试验柱,等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态,分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重,试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快,最大锈蚀率达到68.32%时,承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析,提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法,通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。

关键词：盾构隧道钢筋锈蚀破坏形态转变临界锈蚀率偏心受压构件