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提高年循环效率的永磁同步发电机-齿轮传动系统机电协同设计

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机械工程学报 2024年第1期60卷 296-308页

作者：李峥琪刘长钊宋健王磊重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 重庆大学机械与运载工程学院重庆400030

为实现永磁同步风力发电机组轻量化、高年循环效率的设计目标,提出了一种永磁同步发电机-齿轮传动系统机电协同参数优化设计方法。首先建立风轮计算模型,以风电场实测的年风速工况作为风力发电机组的运行工况。接着建立齿轮传动系统的... 详细信息

为实现永磁同步风力发电机组轻量化、高年循环效率的设计目标,提出了一种永磁同步发电机-齿轮传动系统机电协同参数优化设计方法。首先建立风轮计算模型,以风电场实测的年风速工况作为风力发电机组的运行工况。接着建立齿轮传动系统的损耗模型,并基于有限元建立永磁同步发电机饱和磁链模型、转矩模型和损耗模型。在此基础上,为最大限度地发挥各参数下发电机组的效率潜力,采用非线性效率最优电流分配策略对发电机的控制电流进行优化。最后在发电机电磁约束、齿轮几何和强度约束、连续传动约束条件下,以发电机和齿轮的参数作为优化变量,以永磁同步发电机-齿轮传动系统的总质量和年循环风速工况下的总损耗作为目标函数,利用NSGA-Ⅱ算法对目标函数进行优化。该过程优化中嵌套优化,整个过程通过脚本自动化运行,最大程度地降低了系统的损耗和质量,减少了时间成本。基于上述方法对8 MW永磁同步发电机-齿轮传动系统进行优化,优化后系统总质量降低了40.2%,系统年循环损耗减少了461 562.53 kW·h,表明该方法有效地降低了系统的质量且提高了年循环效率。

关键词：永磁同步风力发电机组轻量化年循环效率机电协同设计参数优化

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基于ACPI的磁浮球系统控制方法

铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 1180-1188页

作者：张昌琪曾喆昭王伟长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410076

针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电... 详细信息

针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电磁线圈的动态模型,形成以电压为控制输入的磁浮球位置动态系统。在磁浮球动力学模型的基础上,再将不确定高阶项、电磁线圈的未知电流动态以及外部未知有界扰动定义为总扰动,从而可将一个非线性不确定磁浮球系统映射为一个2阶线性扰动系统。其次,基于ACPID控制量纲匹配构造的误差函数,可将2阶线性扰动系统映射为1阶线性系统,进而构建一个在总扰动反相激励下的闭环受控误差系统,据此设计了基于速度因子的磁浮球位置通道控制器,建立磁浮球位置控制系统并进行鲁棒稳定性分析,理论证明了ACPI方法的有效性。最后与国外现有较为先进的控制方法进行对比仿真,分别进行了方波跟踪实验、正弦跟踪实验、抗扰动实验以及鲁棒性实验。与NTSMC+GPIO方法相比,在方波跟踪实验中ACPI控制系统的响应速度提升了50%,ITAE值降低了82%,RMSE值降低了22.4%,其他仿真实验下的控制性能也有明显的提升。研究结果表明,ACPI控制策略不仅可以实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较高的控制精度、较强的抗扰动能力以及较好的鲁棒性,而且控制器结构简单、计算量小,在磁浮球控制系统领域具有一定的应用前景。

关键词：磁浮球自耦PID(Auto-coupling PID,ACPID)控制总扰动误差函数速度因子

基于改进YOLOv5l的轻量化鸭蛋裂纹检测算法

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农业工程学报 2024年第5期40卷 216-223页

作者：殷建军康俊琪肖德琴华南农业大学数学与信息学院广州510642 农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室广州510642

鸭蛋裂纹检测技术对于禽蛋加工工厂实现智能化蛋品检测、分级具有重要意义。该研究针对鸭蛋裂纹检测流程复杂、计算量大、模型尺寸大等问题,提出了一种基于改进YOLOv5l(you only look once version5 large)的轻量裂纹检测算法,通过在黑... 详细信息

鸭蛋裂纹检测技术对于禽蛋加工工厂实现智能化蛋品检测、分级具有重要意义。该研究针对鸭蛋裂纹检测流程复杂、计算量大、模型尺寸大等问题,提出了一种基于改进YOLOv5l(you only look once version5 large)的轻量裂纹检测算法,通过在黑暗条件下使用LED灯照射鸭蛋,根据裂纹蛋壳与完好蛋壳透光性不同产生的图像差异进行检测。通过在YOLOv5中引入Ghost_conv模块,大大减少了模型的浮点计算量和参数量,并在模型的骨干网络中加入ECA(efficient channel attention)注意力机制以及使用多尺度特征融合方法 BIFPN(bi-directional feature pyramid network),增加模型对有效信息的关注度,以提高算法检测精度。同时使用CIoU与α-IoU损失函数融合后替代YOLOv5原始GIoU函数加速回归预测。利用自建的鸭蛋裂纹数据集验证改进后模型的性能,结果表明,本研究提出的改进YOLOv5l网络模型检测精准率为93.8%,与原始YOLOv5l模型相比,检测精度提高了6.3个百分点,参数量和浮点计算量分别减少了30.6%、39.4%。检测帧速率为28.954帧/s,较原始YOLOv5l模型仅下降3.824帧/s。与其他的目标检测常用网络SSD(single shot multibox detector)、YOLOv4、Faster-RCNN(faster region convolutional neural networks)相比,精度分别提高了13.1、12.5、8.2个百分点。本研究提出的方法能够在低硬件资源条件下进行高精度检测,可为实际场景应用提供解决方案和技术支持。

关键词：计算机视觉图像识别裂纹检测注意力机制鸭蛋

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基于引力模型的城市外部经济环境影响分析

电子科技大学学报 2024年第1期53卷 129-143页

作者：周天鸿韩筱璞李睿琪杭州师范大学阿里巴巴复杂科学研究中心杭州311121 北京化工大学信息科学与技术学院北京100029

作为现代经济增长的重要引擎,城市发展同时受到其内部动力学机制与城市间交互影响的驱动与制约。文章从经济连接性角度出发,基于引力模型的理论假设来近似定义各个城市所受到的来自其他城市的影响,构建出同城市自身经济没有直接关系的... 详细信息

作为现代经济增长的重要引擎,城市发展同时受到其内部动力学机制与城市间交互影响的驱动与制约。文章从经济连接性角度出发,基于引力模型的理论假设来近似定义各个城市所受到的来自其他城市的影响,构建出同城市自身经济没有直接关系的指标——“外部影响场强”来刻画影响城市发展的外部经济环境。一个城市所受的外部影响总场强F和该场强来源分布的Zipf指数α强烈正相关于该城市自身的经济规模,而城市经济总量的增长中超过50%比例可以被F和α的变化所描述,揭示出城市外部经济环境的变化对城市经济发展的强烈影响。通过分析F和α等指标的空间自相关性及其变化趋势,观察到不同层级的城市的局部空间自相关性变化趋势呈现显著的异质性,高层级城市趋向增强,而低层级城市趋于减弱;对比不同行政区的城市在局部空间自相关性变化趋势上的差异,发现人口较少、经济体量较小的行政区往往更倾向于集中发展少数城市。以上结果显示出,外部影响场强作为一个同城市自身经济无直接关系的指标,能够有效分离城市发展中所受到的内外部影响,深化对城市自身发展与其他城市的经济互动之间的关系的认知。

关键词：城市发展引力模型外部影响场强空间自相关性

基于GA-BP神经网络的多层多道焊工艺预测及优化

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焊接学报 2024年第5期45卷 29-37页

作者：王天琪孟锴权王传睿天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

针对目前多层多道焊工艺参数的选择问题,利用遗传算法(genetic algorithm, GA)对BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)进行优化,提出多层多道焊成形预测及焊接工艺参数优化方法,旨在为工艺参数选取提供有效指导,提高焊接... 详细信息

针对目前多层多道焊工艺参数的选择问题,利用遗传算法(genetic algorithm, GA)对BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)进行优化,提出多层多道焊成形预测及焊接工艺参数优化方法,旨在为工艺参数选取提供有效指导,提高焊接生产效率及焊接质量.首先通过分析多层多道焊图像,提出采用三次样条插值法与自适应分段法进行特征点识别,然后根据焊接顺序、焊道工艺建立焊接过程各焊道横截面积形状预测模型,运用解析法进行焊接工艺参数预测,进一步结合不同焊道工艺参数优选原则,采用改进神经网络进行焊接工艺参数优化,从而建立具有实时性的焊接工艺参数与焊缝轮廓关系模型.结果表明,该方法对多层多道焊中各焊道焊接工艺参数提供有效预测,试验结果满足实际需求,对提高焊接产品质量、简化焊接工艺参数选取具有实际意义.

关键词：工艺参数优化图像处理解析法预测神经网络优化

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煤矸石规模化生态利用原理与关键技术

煤炭学报 2024年第2期49卷 978-987页

作者：胡振琪赵艳玲毛缜中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 矿山生态安全教育部工程研究中心北京100083

煤炭是我国主要能源,是能源安全的压舱石。煤矸石作为采煤和洗煤加工过程中的必然产物,每年产出量达7亿t以上,亟需规模化、生态化利用技术,以破解煤矸石作为企业发展绊脚石的难题。在分析煤矸石大规模利用中的生态损伤机理的基础上,提... 详细信息

煤炭是我国主要能源,是能源安全的压舱石。煤矸石作为采煤和洗煤加工过程中的必然产物,每年产出量达7亿t以上,亟需规模化、生态化利用技术,以破解煤矸石作为企业发展绊脚石的难题。在分析煤矸石大规模利用中的生态损伤机理的基础上,提出煤矸石规模化生态利用原理,从技术视角探讨了环境安全的规模化生态利用具体解决途径,提出了酸性煤矸石山原位污染控制与生态修复和煤矸石地面充填造地两大规模化生态利用方式关键技术。结果表明:(1)煤矸石规模化生态利用的关键是环境污染的防控,通过对矸石的可利用性和经济性评价,结合风险管控手段,可实现煤矸石规模化生态利用。(2)对已堆积的矸石山采用原位污染控制基础上的植被恢复以实现生态化利用,提出了污染源头诊断-防灭火与污染阻隔-植被恢复一体化的生态利用技术。基于矸石氧化产酸产热导致污染的机理分析,采用热红外与测绘技术相耦合进行煤矸石山深部燃点(氧化点)定位;研发了杀菌剂与还原菌耦合的氧化抑制剂并结合惰性材料覆盖碾压进行抑氧隔氧污染阻隔;对自燃区采用喷浆控火与注浆灭火结合的安全灭火技术;氧化抑制剂结合惰性材料覆盖碾压的长效防火技术;提出以乡土草灌为主的防燃型植被恢复技术,可实现酸性煤矸石山的原位污染控制与生态修复。(3)通过地面充填生态化利用可行性分析、充填生态化利用技术和维护管理长期监测,可实现煤矸石地面充填造地的生态化利用。其关键是矸石材料筛选的污染风险分析、地面充填场地选择的可行性分析以及充填全过程的环保措施,包括充填前的场地底部防渗阻隔、渗滤液导排等安全环保措施,充填中的分层充填技术、防火控酸的污染防控和土壤剖面重构技术,充填后的侵蚀控制、植被恢复等技术。煤矸石规模化生态利用不仅解决了矿区固废堆存带来的生态环境问题,还通过对新、旧矸石的科学合理利用,打造矿区生态修复的新模式。

关键词：煤矸石规模化生态利用污染防控

HAN基电控固体推进剂电化学性能对燃烧性能的影响

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固体火箭技术 2024年第3期47卷 341-347页

作者：郭昊琪杨玉林哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150001

硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂是一种以HAN为主要氧化剂的新型智能推进剂,通过外加电源控制其燃烧速率与启停。为探索电化学性能与燃烧性能间的关系,在研究推进剂的离子迁移率、过电位的变化规律的基础上,将其与推进剂的点火电压、点... 详细信息

硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂是一种以HAN为主要氧化剂的新型智能推进剂,通过外加电源控制其燃烧速率与启停。为探索电化学性能与燃烧性能间的关系,在研究推进剂的离子迁移率、过电位的变化规律的基础上,将其与推进剂的点火电压、点火延迟进行关联。研究发现,推进剂在外加低电压(1.6~2.8 V)刺激下,离子迁移率与电压大小正相关,推进剂基体的改良在提高离子迁移率方面的效果大于离子掺杂。在燃烧性能方面,离子迁移率影响点火电压,过电位决定点火延迟;离子迁移率越高,点火时,推进剂的电流密度与反应活性越高;当迁移率由0.09 mm^(2)·s^(-1)·V^(-1)升高至0.16 mm^(2)·s^(-1)·V^(-1)时,点火电压由210 V降至70 V,有利于拓宽电控固体推进剂的应用范围;点火电压一定时,推进剂过电位越小,电分解速率越大,点火延迟越小,当过电位由0.67 V降至0.51 V时,点火延迟由1.68 s降至0.31 s,有利于推进剂满足快速响应的战略需求。

关键词：电控固体推进剂硝酸羟胺离子迁移率过电位电控燃烧

一种改进的星载GNSS-R卷积神经网络海冰检测方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 90-99页

作者：叶世榕罗歆琪南阳夏朋飞武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 天津大学海洋科学与技术学院天津300072

卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)已用于星载全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)海冰检测,其具有数据预处理简单、最大限度保留反射面信息等优势,但已有GNSS-R CNN海冰检测方法研究的数据集时间跨度较小,代表性有限,且未考虑训练集内海水、海冰时延多普勒图(delay-Doppler map,DDM)的比例对方法泛化能力的影响。针对该问题,首先提出一种筛除畸形DDM方法,有效筛除错误数据;然后,设计合适的CNN结构及参数,通过小样本对比实验发现CNN模型在训练集内海水、海冰DDM的比例为1∶1时具有高准确率和最佳泛化能力,并优化数据集选取策略;最后使用2018年全年大样本数据集评估改进的方法在大数据量和大时间跨度时的有效性和可靠性。研究表明,改进的方法通过加强数据质量控制、优化数据集选取策略,提升了CNN海冰检测方法的泛化能力及可靠性,使其更适用于实际应用场景,为海冰消融等研究提供参考。

关键词：卷积神经网络时延多普勒图海冰检测全球导航卫星系统反射测量技术

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基于非线性调控的高功率时空锁模光纤激光器

中国激光 2024年第13期51卷 51-57页

作者：袁家琪李阳方振张祖兴南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

提出并研究了一种基于非线性调控的高功率时空锁模光纤激光器。在时空锁模光纤激光器中,克尔非线性导致的光束自净化效应使得分散的高阶模能量集中到基模上,有利于改善光束质量。但过高的基模功率引入了较大的非线性效应,在高泵浦功率... 详细信息

提出并研究了一种基于非线性调控的高功率时空锁模光纤激光器。在时空锁模光纤激光器中,克尔非线性导致的光束自净化效应使得分散的高阶模能量集中到基模上,有利于改善光束质量。但过高的基模功率引入了较大的非线性效应,在高泵浦功率条件下导致脉冲分裂,限制了所能得到的最大单脉冲能量。通过调控多模光纤间的熔接错位量来激发更多的高阶模,利用大错位量激发的多横模平衡光束自净化效应带来的过高非线性,从而在高泵浦功率条件下得到稳定的单脉冲输出。实验中,当错位量为8μm时,输出的最大空间光平均功率达690 mW,相应的单脉冲能量达39 nJ。时空锁模光纤激光器中的非线性调控有助于进一步理解多模光纤中的非线性,并为高功率锁模激光器提供了一个新的制备方案。

关键词：时空锁模激光器多模光纤克尔非线性光束自净化