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基于振动信号处理与机器学习的滚动轴承故障诊断研究

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基于振动信号处理与机器学习的滚动轴承故障诊断研究

作者：蔡铮印黑龙江大学

学位级别：硕士

在旋转设备中,滚动轴承的作用至关重要,其性能的优劣直接影响了设备的效率和可靠性。因此,发展先进的滚动轴承故障诊断技术以提升设备的安全性和经济性,已成为机械故障分析领域的重要研究议题。故障诊断方法的探索涉及多个途径,包括应... 详细信息

在旋转设备中,滚动轴承的作用至关重要,其性能的优劣直接影响了设备的效率和可靠性。因此,发展先进的滚动轴承故障诊断技术以提升设备的安全性和经济性,已成为机械故障分析领域的重要研究议题。故障诊断方法的探索涉及多个途径,包括应用传统信号处理技术和采纳数据驱动的智能分析方法。尽管已有诊断技术取得进展,但面对如强噪声和变工况等的复杂环境下,开发新的诊断模型和算法仍然是必要的,以实现对轴承故障的更精准判定。据此,本文围绕从传统信号处理、浅层机器学习到深度迁移学习多个层面,开展了如下工作:(1)本文针对传统信号处理中存在的两个主要问题提出了改进方案。首先,我们提出了一种自适应变分模态分解(IVMD)方法,使用包络熵作为评价标准,并利用蛇优化算法自动优化关键参数,以改善模态分量的识别效果。其次,为解决在强噪声环境下难以提取轴承故障特征的问题,本文结合了IVMD与多点最优最小熵解卷积(MOMEDA)方法,通过Teager能量算子强化故障信号特征,并优化MOMEDA算法参数以准确识别故障周期。最后,在仿真信号及实际数据集(凯斯西储大学CWRU和西安交通大学XJTU)上的应用验证了其有效性,显示了其在频率分解和故障特征提取方面的优势。(2)针对滚动轴承故障诊断中使用支持向量机(SVM)时存在的参数敏感性和特征选择冗余问题,本文提出了一种结合自适应变分模态分解(IVMD)和改进的天鹰优化算法(Aquila Optimizer,AO)来优化SVM参数的方法。首先,通过RCMFE方法对滚动轴承的故障特征向量进行提取,确保所得特征能充分反映轴承的健康状态。接着,为了提升SVM的性能,本文采用了融合Logistic映射、精英反向学习策略和DOA算法生存率策略的多策略增强型天鹰算法(IAO),对SVM的参数进行精细调优。最后,通过在两个轴承数据集上的实验,验证了结合IVMD分解和RCMFE特征提取的IAO-SVM模型在单一工况故障诊断中能显著提高分类准确率。(3)针对基于浅层机器学习的滚动轴承故障诊断方法难以在跨域和强噪声环境下的挑战,本文提出了一种结合自适应变分模态分解(IVMD)、并行卷积网络和双向长短期记忆网络(Bi-GRU)的双通道迁移故障诊断策略,旨在提高诊断性能。该策略利用多尺度卷积、多注意力机制和软阈值技术深入分析振动信号,同时采用空洞卷积和Bi-GRU增强时空特征识别。通过迁移学习,该模型在CWRU和PU数据集上展示了优异的诊断准确性。另外,本文还开发了一款基于NVIDIA Jetson Nano嵌入式设备的轴承故障诊断系统,通过Tensorflow Lite量化模型以适应终端设备,实现了轴承故障的有效诊断,具有实际应用价值。

关键词：滚动轴承故障诊断传统信号处理浅层机器学习深度迁移学习

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低温高速风洞中支杆随动系统研究

低温高速风洞中支杆随动系统研究

作者：朱印西南科技大学

学位级别：硕士

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威廉·莱斯人的存在方式异化与回归研究

威廉·莱斯人的存在方式异化与回归研究

作者：卢印吉林大学

学位级别：硕士

在商品经济高度发达的今天,消费在拉动经济发展、提高人们生活水平上发挥着重要作用,但如果我们过度强调其经济效益,忽视其对人的多元化需求的满足效用,反而会使人们在商品消费中感受压抑和控制,丧失人的本质存在。威廉·莱斯(William L... 详细信息

在商品经济高度发达的今天,消费在拉动经济发展、提高人们生活水平上发挥着重要作用,但如果我们过度强调其经济效益,忽视其对人的多元化需求的满足效用,反而会使人们在商品消费中感受压抑和控制,丧失人的本质存在。威廉·莱斯(William Leiss)作为引领生态马克思主义走向理论化和系统化的奠基人,他敏锐地把握20世纪70年代以来商品消费、生态危机以及人的存在方式异化三者之间的内在关联,并以此为出发点开辟了对资本主义社会批判的新视域。本论文主要从以下四个方面展开对莱斯人的存在方式的研究。第一,关于莱斯人的存在方式研究的出场语境。一方面,资本主义社会的消费主义价值观、资源浪费等现实问题和生态运动与绿色政治的实践探索为莱斯人的存在方式研究提供了现实依据。另一方面,莱斯吸收和运用马克思关于人的存在方式理论、马克思关于人的自由而全面发展思想、法兰克福学派消费文化理论和自己本人的解放自然思想四个方面的理论精华和方法,并以此为基础展开了对资本主义社会下人的存在方式问题批判。第二,考察人的存在方式“异化”形成逻辑。首先,本文以高集约度市场架构的新特征为起点,阐述商品的二元性,指出商品的物质性与符号性相分离,符号象征性成为商品主导特性,使得人与商品之间的关系发生转变。其次,分析当前社会存在的“需求困境”产生原因,阐述“需求困境”的具体体现,强调需求满足已由生产领域转移至消费领域。最后,莱斯指出高集约度市场架构下人们过上了满足等同于消费的生活方式,形成了物质主义幸福观。但由于需求与满足需求手段之间的矛盾,这种幸福观是一种“虚假的幸福观”,人成为资本操控下商品消费的工具,从而导致人的存在方式异化,给人、自然、社会带来严重危害。第三,探索实现人的存在方式“回归”的方式和路径。针对异化形成逻辑,莱斯有针对性地提出消解异化的理论和实践构想。在理论上,一方面莱斯从克服需求困境出发,批判了当前存在三种需求理论,阐述其局限性,从而提出自己的需求的特性,帮助人们认清需求本质,同时倡导人的需求满足最终落脚应在生产领域而不是消费领域,保障人的需求满足多样性。另一方面,在人与自然关系上,阐述传统“控制自然”理念对人与自然关系的消极影响,倡导重新解释“控制自然”理念,推动解放自然与和尊重自然的统一,走人与自然和谐发展之路。在实践上,莱斯认为人的存在方式异化根源在于资本主义生产方式,主张采取温和的变革方式,通过群众自我意识觉醒,变革高集约度市场结构,同时通过改变经济发展目标和评级标准,构建起稳态经济发展模式,以此建立人与自然、社会和谐的“易于生存的社会”。第四,关于莱斯人的存在方式研究的评析。在理论价值方面上,论文认为莱斯人的存在方式研究发展了马克思主义异化理论,拓宽了人的本质回归的路径、深化了马克思主义需要理论,启发了生态马克思主义研究的新视域。在理论局限性上,其理论研究存在着异质于现实的乌托邦性质,过分夸大了消费主义的影响作用,高估群众意识觉醒的自发性,使得“回归”路径难以变为现实。最后在现实启示上,论文认为莱斯的人的存在方式研究有助于人们认清资本主义剥削和支配人的本质。同时它也启示着在我国在当前社会主义现代化建设图景下,我们要树立正确的劳动幸福观、物质文明和精神文明共生的发展观、人与自然和谐共生的生态观,推动实现人的现代化。总而言之,本论文以莱斯人的存在方式研究为主题,从异化和回归两个视角出发,运用历史分析法和辩证分析法剖析资本主义社会严重的消费和生态问题,旨在揭示人的存在方式异化的形成逻辑,探索消解人的存在方式异化的路径和方法以实现人的自由、个性发展,揭露资本主义社会剥削和控制人的本质,并为我国人的现代化发展提供现实启示。

关键词：威廉·莱斯人的存在方式异化回归幸福观

镇域乡村振兴水平评价及策略研究 ——以陕西省武功镇为例

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镇域乡村振兴水平评价及策略研究 ——以陕西省武功镇为例

作者：汪乐印西北农林科技大学

学位级别：硕士

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基于有限/固定时间的机械臂柔顺控制研究

基于有限/固定时间的机械臂柔顺控制研究

作者：印帅盐城工学院

学位级别：硕士

近年来,机械臂在复杂环境中执行较为困难的接触式任务时,仅依赖单一的位置控制已无法满足机械臂的柔顺控制需求。因为当机械臂与外部环境接触时会产生接触力,接触力太大会影响机械臂的柔顺性和稳定性;而接触力过小则会导致机械臂无法顺... 详细信息

近年来,机械臂在复杂环境中执行较为困难的接触式任务时,仅依赖单一的位置控制已无法满足机械臂的柔顺控制需求。因为当机械臂与外部环境接触时会产生接触力,接触力太大会影响机械臂的柔顺性和稳定性;而接触力过小则会导致机械臂无法顺利完成预期任务。因此,机械臂需要在确保自身拥有足够柔顺性和稳定性的同时顺利完成任务,阻抗控制和轨迹跟踪控制则是实现这一目标的关键。轨迹跟踪控制可以让机械臂精确完成给定任务,而阻抗控制则可以根据接触力的大小对机械臂进行位置控制,使机械臂做出柔顺动作,从而提高机械臂的柔顺性。此外,复杂的工作环境中存在着各种干扰,在这些干扰的影响下,会使机械臂控制系统出现跟踪精度低、收敛速度慢等问题,这些问题的研究对机械臂柔顺控制的发展至关重要。因此,本文以柔顺控制策略中的阻抗控制为基础,结合有限/固定时间控制理论,对机械臂的轨迹跟踪进行研究,主要研究内容如下:(1)以双连杆工业机械臂为研究对象,建立基于改进型DH参数法的运动学模型,并对机械臂的正运动学和逆运动学进行了详细推导,使用MATLAB中的机器人工具箱(Robotic Toolbox)对机械臂进行了运动学建模,以检验用DH参数法建立的机械臂运动学模型的准确性,并验证了机械臂正运动学和逆运动学推导结果的正确性,最后分别采用数值法和Monte Carl法对机械臂工作空间进行可视化仿真分析,为后续柔顺控制研究提供基础。(2)针对机械臂在复杂环境中进行柔顺控制时存在未知扰动影响导致跟踪精度差、柔顺性低的问题,提出了基于实际有限时间的双幂次滑模阻抗控制方案。首先,建立带有未知干扰项的机械臂动力学模型,并将机械臂动力学进行空间转换。然后引入滑模控制,提高系统响应速度,并结合阻抗控制和双幂次函数设计了双幂次滑模阻抗来控制机械臂末端的运动轨迹,将接触力转化为位置控制,提高了机械臂系统的跟踪精度和柔顺性。接着设计了Lyapunov函数证明系统是实际有限时间稳定。通过仿真对比实例,对所设计的控制方案进行了仿真验证,结果证明了控制方案的有效性。(3)针对机械臂在受到关节摩擦等不确定因素影响下导致柔顺控制时跟踪误差高、系统收敛慢等问题,设计了一种基于模糊自适应滑模算法的固定时间机械臂阻抗控制方案,该控制方案首先建立了含有关节摩擦等不确定因素影响的机械臂动力学方程,并对关节摩擦力和其他不确定因素等非线性项进行补偿。通过模糊自适应控制对机械臂轨迹运动进行实时轨迹调整以提高控制精度。结合滑模控制,加快系统柔顺控制的响应时间和提高系统的鲁棒性,然后将阻抗控制、模糊自适应控制和滑模控制组成复合控制方案,并设计合适的Lyapunov函数,证明了系统是实际固定时间稳定。最后的仿真实例和对比实验表明,该柔顺控制策略能有效提高机械臂柔顺性以及鲁棒性。

关键词：机械臂柔顺控制有限/固定时间稳定性轨迹跟踪模糊自适应控制

未知障碍环境下的无人机集群协同控制技术研究

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未知障碍环境下的无人机集群协同控制技术研究

作者：何印中北大学

学位级别：硕士

基于生物信息学鉴定类风湿关节炎相关的基底膜基因及其与免疫细胞浸润的关系

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基于生物信息学鉴定类风湿关节炎相关的基底膜基因及其与免疫细胞...

作者：张佳印吉林大学

学位级别：硕士

目的:基底膜存在于人体各个组织中,其将细胞单层从基底结缔组织中分离出来,为细胞提供结构支持并通过信号传导影响细胞行为进而发挥独特的生物学功能。类风湿关节炎是一种以滑膜炎为主的系统性疾病,严重可导致关节畸形及功能丧失。关于... 详细信息

目的:基底膜存在于人体各个组织中,其将细胞单层从基底结缔组织中分离出来,为细胞提供结构支持并通过信号传导影响细胞行为进而发挥独特的生物学功能。类风湿关节炎是一种以滑膜炎为主的系统性疾病,严重可导致关节畸形及功能丧失。关于类风湿关节炎的发病机制至今尚未完全阐明,本文探究基底膜相关基因在类风湿关节炎中的作用及其与免疫浸润之间的关系,从而在分子生物学水平上揭示类风湿关节炎的患病机制,旨在为类风湿关节炎的诊断,治疗及预后提供参考。方法:从GEO(Gene Expression Omnibus database,GEO)数据库(网址:https://***/geo/)下载GSE55235,GSE55457和GSE55584数据集。筛选所有基底膜相关的差异基因,通过Cytoscape软件筛选出Hub基因以及单样本GSEA富集对样本进行免疫细胞浸润分析,对Hub基因和免疫细胞进行共表达分析筛选出与免疫细胞浸润相关的Hub基因,通过构建回归模型预测Hub基因与疾病发生的风险,对所有免疫相关的Hub基因进行mi RNA及相关靶点药物的预测,最后通过验证数据集对Hub基因表达量进行验证。结果:基于“Cytoscape”软件中的“Cytohubba”插件,共筛选出来6个Hub基因,包括LAMA3,LAMA2,ITGB2,ITGA4,ITGB7和COL5A1。在免疫功能相关性分析当中,所有免疫功能均呈现正相关关联。所有Hub基因(LAMA3,LAMA2,ITGB2,ITGA4,ITGB7和COL5A1)均与免疫细胞及免疫功能具有高度相关性(|R|>0.4)。其中,ITGB2,ITGA4,ITGB7和COL5A1与免疫细胞主要成正相关关系,LAMA3和LAMA2与免疫细胞呈负相关关系。结论:基底膜相关基因(ITGB2,ITGB7,ITGA4,COL5A1,LAMA2和LAMA3)参与类风湿关节炎的形成并且与多种免疫细胞的浸润相关。

关键词：类风湿关节炎基底膜免疫浸润生物信息学

CdLa2S4基光催化剂的制备及其光催化分解水产氢的研究

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CdLa2S4基光催化剂的制备及其光催化分解水产氢的研究

作者：何建印广西大学

学位级别：硕士

基于界面优化提升铁电有机薄膜晶体管存储器性能的研究

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基于界面优化提升铁电有机薄膜晶体管存储器性能的研究

作者：丁印吉林大学

学位级别：硕士

铁电型有机场效应晶体管非易失性存储器（Fe-OFET-NVM）具有质轻、成本低、可溶液法加工、机械柔性好等天然优势,在柔性电子学与可穿戴电子学等领域有广阔的应用前景。近二十年来,Fe-OFET-NVM的研究取得了良好的进展。然而,作为柔性应用... 详细信息

铁电型有机场效应晶体管非易失性存储器（Fe-OFET-NVM）具有质轻、成本低、可溶液法加工、机械柔性好等天然优势,在柔性电子学与可穿戴电子学等领域有广阔的应用前景。近二十年来,Fe-OFET-NVM的研究取得了良好的进展。然而,作为柔性应用的Fe-OFET-NVM普遍性使用铁电材料poly（vinylidenefluoride-trifluoroethylene）[P（VDF-TrFE）]作为栅绝缘层,其较高的矫顽电场导致了过高的擦写电压。此外,P（VDF-TrFE）栅绝缘层的多晶微结构导致了粗糙的、及多缺陷的铁电栅绝缘层/沟道层界面,进而产生了较高的界面陷阱密度;这是制约Fe-OFET-NVM迁移率提升的重要因素。低功耗是Fe-OFET-NVM能够实用化的重要先决条件之一;可高速运行也是存储器应用所期望的一项优秀品质。针对上述问题,本论文提出了基于界面优化技术、以研制出可低电压擦写、且具有高迁移率的Fe-OFET-NVM的研究目标和思路。论文的具体研究内容如下:1.在本论文中,作者设计、并研制了基于低矫顽电场的三元铁电聚合物poly（vinylidenefluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene）[P（VDF-TrFE-CTFE）]、代替常规的铁电聚合物P（VDF-TrFE）、作为栅绝缘层的Fe-OFET-NVM,该存储器在低至±20 V的VP/VE下,呈现了明显的存储特性;遗憾的是,其迁移率较低,仅有10-3 cm2/Vs。在系统性地分析研究了导致迁移率较低的因素之后,作者提出了:通过UVO处理铁电绝缘层,改变其表面能,进而改善小分子半导体C8-BTBT的生长模式、及沟道层的微结构,以减小栅绝缘层/沟道层的界面陷阱密度、显著提升Fe-OFET-NVM迁移率的研究思路与技术路线。相关的表面能测试、AFM分析、及器件的测试结果证实了作者的研究思路。作为结果,在玻璃衬底上研制的Fe-OFET-NVM呈现了显著的存储效果,其迁移率高达1.4 cm2/Vs。较高的迁移率不仅有利于提升Fe-OFET-NVM的擦写速度,也显著增大了其存储电流比;这结合P（VDF-TrFE-CTFE）栅绝缘层极化程度对栅电压的依赖性,对单个Fe-OFET-NVM分别设定+20、-10、-15和-20 V的VP/VE下,实现了可靠与稳定的2位信息存储功能。进一步地,作者研制了具有2位信息存储功能的、柔性Fe-OFET-NVM;适当减薄铁电栅绝缘层P（VDF-TrFE-CTFE）的厚度,VP/VE进一步地降至±15 V,并呈现出非常好的存储性能:其迁移率达到1.3 cm2/Vs,具有快的擦写速度、高度可靠的擦写循环、稳定的存储保持特性、以及优秀的机械弯曲耐用性。2.作者设计、并构建了基于P（VDF-TrFE-CTFE）/PVPy/C8-BTBT核心体系的Fe-OFET-NVM,研制出了具有2位信息存储功能的、可低电压工作的、高迁移率Fe-OFET-NVM;其迁移率也高至1.1 cm2/Vs,2位存储的VP/VE被进一步降低至±13 V。进一步地,基于此体系研制的柔性Fe-OFET-NVM、在+15、-5、-10和-15 V的4级VP/VE下,也呈现了可靠、稳定的2位信息存储功能,其迁移率达到0.9 cm2/Vs。作为对比,作者研制的Fe-OFET-NVM在擦写电压、迁移率这两项性能参量方面所取得的结果,明显优于已报道的同类Fe-OFET-NVM;本论文所展示的器件设计与研制思路对Fe-OFET-NVM的性能提升、及实用化发展能起到一定的启发与借鉴意义。

关键词：柔性铁电型有机场效应晶体管非易失性存储器低电压界面优化多级存储