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Deep reinforcement learning based active surge control for aeroengine compressors

Chinese Journal of Aeronautics 2024年第7期37卷 418-438页

作者： Xinglong ZHANG zhonglin lin Runmin JI Tianhong ZHANG College of Energy and Power Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China School of Mechanical Engineering and Automation Fuzhou UniversityFuzhou 350108China

This study proposes an active surge control method based on deep reinforcement learning to ensure the stability of compressors when adhering to the pressure rise command across the wide operating range of an ***,the study establishes the compressor dynamic model with uncertainties,disturbances,and Close-Coupled Valve(CCV)actuator *** upon this foundation,a Partially Observable Markov Decision Process(POMDP)is defined to facilitate active surge *** address the issue of unobservability,a nonlinear state observer is designed using a finite-time high-order sliding ***,an Improved Soft Actor-Critic(ISAC)algorithm is developed,incorporating prioritized experience replay and adaptive temperature parameter techniques,to strike a balance between exploration and convergence during *** addition,reasonable observation variables,error-segmented reward functions,and random initialization of model parameters are employed to enhance the robustness and generalization ***,to assess the effectiveness of the proposed method,numerical simulations are conducted,and it is compared with the fuzzy adaptive backstepping method and Second-Order Sliding Mode Control(SOSMC)*** simulation results demonstrate that the deep reinforcement learning based controller outperforms other methods in both tracking accuracy and ***,the proposed active surge controller can effectively ensure stable operation of compressors in the high-pressure-ratio and high-efficiency region.

关键词： Aeroengine surge Active surge control Moore-Greitzer model Deep reinforcement learning Soft actor-critic Nonlinear observer

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基于多模式加速及反步滑模的航空发动机压气机压力模拟方法

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兵工学报 2024年第6期45卷 1776-1786页

作者：林忠麟王海涛刘文超甘锦裕张天宏黄峰福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

在航空发动机硬件在环仿真试验中,压气机出口压力模拟是一个重要的环节。为模拟压气机失稳过程中的气流突变现象,需要设计一种高精度的压力模拟系统,通过该模拟系统生成真实压力信号为全权限数字发动机控制器提供准确的压力激励。根据... 详细信息

在航空发动机硬件在环仿真试验中,压气机出口压力模拟是一个重要的环节。为模拟压气机失稳过程中的气流突变现象,需要设计一种高精度的压力模拟系统,通过该模拟系统生成真实压力信号为全权限数字发动机控制器提供准确的压力激励。根据开关阀特性提出多模式加速切换策略,设计加速驱动波形及生成方法,结合现场可编程门阵列模块精确输出加速波形,提高开关阀启闭速度;在传统三模式与五模式切换的基础上设计七模式切换方法,结合反步滑模控制方法提高控制精度并证明了控制系统的稳定性。研究结果表明:在稳态压力测试中最大平均超调量为1.25%,最大平均稳态误差为0.016 MPa;在随机阶跃响应试验与正弦跟踪试验中仅有低于0.02 MPa的平均误差;压力模拟方法可满足航空发动机硬件在环仿真试验的高精度压力模拟需求,低成本的实现精准模拟压力。

关键词：压气机压力模拟硬件在环仿真开关阀反步滑模控制

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Pneumatic pressure control based on improved NMPC and its application to aeroengine surge simulation

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Chinese Journal of Aeronautics 2023年第4期36卷 468-485页

作者： Xinglong ZHANG zhonglin lin Jiaao LI Tianhong ZHANG College of Energy and Power Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China School of Mechanical Engineering and Automation Fuzhou UniversityFuzhou 350108China

In the semi-physical simulation of aeroengines,using the pneumatic pressure servo control technology to provide realistic pneumatic excitation to the sensors and electronic controller can improve the confidence of the simulation and reduce the test cost and ***,the existing methods could not satisfy the precise simulation of large-amplitude and high-frequency pulsating pressure during aeroengine *** this paper,a pneumatic pressure control system with asymmetric groups of the High-Speed on–off Valve(HSV)is designed,and an Improved Nonlinear Model Predictive Control(INMPC)method is ***,the volumetric flow characteristics of HSV are tested and analyzed with Pulse Width Modulation(PWM)signal ***,a simplified HSV model with the volume flow characteristic correction is *** on these,an integrated model for the whole system is further established and used as the prediction model in *** improve the computational speed of the rolling optimization process,the mapping scheme from control signal to PWM duty cycle of HSVs and the objective function with exterior penalty function are ***,the random step,sinusoidal and real engine surge data are set as the reference pressure in multiple comparative experiments to verify the effectiveness of the pressure tracking system.

关键词： Aeroengine surge simulation Asymmetric valve groups High-speed on–off valve Nonlinear model predictive control Pneumatic pressure tracking control

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体外膜氧合支持下儿童心脏移植分析

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中华儿科杂志 2024年第8期62卷 770-774页

作者：赵喆周成斌刘爱红林中林陈官映王哲李迈吴敏黄劲松洪小杨解放军总医院第七医学中心儿科医学部重症医学科北京100700 广东省人民医院心外科广州510080

目的总结体外膜氧合(ECMO)支持下终末期心力衰竭患儿行心脏移植的病例特点。方法回顾性分析2019年1月至2023年12月解放军总医院第七医学中心和广东省人民医院于ECMO支持下行心脏移植的12例患儿的临床资料,包括患儿性别、年龄、体重、所... 详细信息

目的总结体外膜氧合(ECMO)支持下终末期心力衰竭患儿行心脏移植的病例特点。方法回顾性分析2019年1月至2023年12月解放军总医院第七医学中心和广东省人民医院于ECMO支持下行心脏移植的12例患儿的临床资料,包括患儿性别、年龄、体重、所患疾病以及ECMO支持前乳酸水平、左心室射血分数(LVEF)及血管活性药物指数(VIS)、术前ECMO支持时间及左心减压等信息。收集全部患儿心脏移植手术相关信息(包括供心冷缺血时间、体外循环时间、术中免疫抑制剂)、术后重复使用ECMO情况、术后ECMO时间以及患儿是否成功脱离ECMO、是否存活出院等,左心减压前后采用配对t检验。结果12例患儿年龄1.1~15.8岁,体重8~63 kg,10例患儿原发病为扩张型心肌病,1例心肌致密化不全,1例SCN5A基因新发杂合突变致重叠综合征并发致死性心律失常,ECMO支持前患儿乳酸0.6~>15.0 mmol/L,LVEF 7%~43%,VIS 3~108分。4例患儿接受经胸小切口左心减压,减压后脉压较减压前有明显提升[(17.8±2.1)比(9.8±1.5)mmHg,1 mmHg=0.133 kPa,t=11.31,P=0.001],LVEF差异无统计学意义[(26.8±4.4)%比(24.9±4.9)%,t=1.75,P=0.178]。术后共有7例患儿再次接受ECMO辅助,其中3例患儿成功脱离ECMO并存活出院。12例接受移植患儿中10例成功脱离ECMO,8例患儿存活转出重症监护病房。结论行ECMO支持的终末期心力衰竭患儿,左心加压能显著改善脉压,最终需接受心脏移植手术。

关键词：心力衰竭体外膜氧合作用儿童心脏移植

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肺移植患者术中体外膜氧合技术的应用

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中国体外循环杂志 2024年第3期22卷 177-182页

作者：陈官映于芙民林中林詹伟锋贲晓松舒海华邓医宇周成斌广东省人民医院体外循环科广州510180 广东省人民医院胸外科广州510180 广东省人民医院麻醉科广州510180 广东省人民医院重症监护一科广州510180

目的探讨体外膜氧合(ECMO)技术在肺移植患者术中应用的结局。方法回顾性分析2019年1月至2023年7月在单中心接受肺移植的44例患者,麻醉后肺移植前行ECMO 30例,术中未应用ECMO 14例。收集患者一般资料、血气分析结果和血流动力学指标,对... 详细信息

目的探讨体外膜氧合(ECMO)技术在肺移植患者术中应用的结局。方法回顾性分析2019年1月至2023年7月在单中心接受肺移植的44例患者,麻醉后肺移植前行ECMO 30例,术中未应用ECMO 14例。收集患者一般资料、血气分析结果和血流动力学指标,对比转流前后患者的肺动脉压变化情况,分析患者结局。结果ECMO可以减少患者术中二氧化碳潴留,术中肺动脉压显著下降(P<0.05)。肺移植手术完毕,术间撤离ECMO 6例,在ICU撤离24例,平均ECMO支持时间(33.65±49.68)h。术中未使用ECMO患者中有1例因术后低氧在ICU上ECMO,辅助281.95 h后因严重感染死亡。术中使用和未使用ECMO的两组患者术后24 h胸液量、ICU时间和住院死亡率没有显著差异。结论肺移植患者术中应用ECMO能够减轻二氧化碳潴留、降低肺动脉高压、不增加围术期出血量,且不影响预后。

关键词：肺移植体外膜氧合围术期预后肺动脉高压

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Flexible interdigitated layered framework with multiple accessible active sites for high-performance CH_(3)I capture

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Science China Chemistry 2024年第5期67卷 1569-1577页

作者： Bo Tai Baoyu Li linwei He zhonglin Ma Shujing lin Mingxing Zhang Junchang Chen Fuqi Wu Long Chen Xing Dai Fuyin Ma Zhifang Chai Shuao Wang State Key Laboratory of Radiation Medicine and Protection School for Radiological and interdisciplinary Sciences(RAD-X)and Collaborative Innovation Center of Radiation Medicine of Jiangsu Higher Education InstitutionsSoochow UniversitySuzhou 215123China

The development of adsorbent materials for effective capture of radioactive iodomethane(CH_(3)I) from the off-gas of used nuclear fuel reprocessing, remains a significant and challenging line of research because currently state-of-art adsorbents still suffer from low binding affinity with CH_(3)I. Here, we proposed a brand-new adsorption topological structure by developing a 2D interdigitated layered framework, named SCU-20, featuring slide-like channel with multiple active sites for CH_(3)I capture. The responsive rotating-adaptive aperture of SCU-20 enables the optimal utilization of all active sites within the pore for highly selective recognition and capture of CH_(3)I. A record-breaking CH_(3)I uptake capacity of 1.84 g/g was achieved under static sorption conditions with saturated CH_(3)I vapor. Both experimental and theoretical findings demonstrated that the exceptional uptake of SCU-20 towards CH_(3)I can be attributed to the confined physical electrostatic adsorption of F sites, coupled with the chemical nitrogen methylation reaction with uncoordinated N atoms of pyrazine. Moreover, dynamic CH_(3)I uptake capacity potentially allows for the capture of CH_(3)I in simulated real-world off gas reprocessing conditions. This study highlights the potential of SCU-20 as a promising candidate for efficient capture of iodine species and contributes to the development of effective solutions for radioactive iodine remediation.

关键词： 2D interdigitated layered framework iodomethane dual-sites electrostatic interaction physisorption and chemisorption

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用于缺陷检测的指尖型大面积光学式触觉传感器设计与性能研究

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仪器仪表学报 2023年第2期44卷 164-174页

作者：吴衔誉庄嘉权林忠麟黄峰杨铮福州大学机械工程及自动化学院福州350108

对各种具有复杂曲面及平面的材料进行缺陷检测的过程中,传统触觉传感器存在探测面积小、探测效率低等缺点。针对这些问题设计并制备了一种指尖型大面积光学式触觉传感器,并将该传感器应用于多种材料的表面缺陷探测中。所设计的传感器外... 详细信息

对各种具有复杂曲面及平面的材料进行缺陷检测的过程中,传统触觉传感器存在探测面积小、探测效率低等缺点。针对这些问题设计并制备了一种指尖型大面积光学式触觉传感器,并将该传感器应用于多种材料的表面缺陷探测中。所设计的传感器外形类似人类手指尖端,同时具备指型曲面和平面双接触面,可满足各种复杂接触面的探测需求。传感器中设计了微型传动装置用于带动摄像头转动以提高成像质量,并通过转动采集多张图像使用APAP图像拼接算法对其进行拼接,增大单次探测有效面积。通过模拟多种材料表面缺陷并制作触觉图像数据集,采用DeepLabv3模型对其进行训练。实验结果表明,在单次采集的情况下,有效探测面积达到16.3 cm^(2),模型通过训练MIoU达到91.2%,可实现多种材料复杂曲面和平面的缺陷探测。

关键词：触觉传感器缺陷检测仿生结构图像拼接

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新型结构的四旋翼无人机视觉导航半物理仿真平台设计及试验

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兵工学报 2023年第9期44卷 2836-2848页

作者：黄峰王威雄林忠麟吴衔誉庄嘉权福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108

无人机视觉导航仿真实验能够验证算法的鲁棒性和精确度,加快算法的迭代优化。传统的基于计算机仿真模型的硬件在环仿真实验平台难以复现真实的视觉导航飞行过程,需要设计一种高精度的用于无人机视觉导航试验的半物理仿真平台。根据四旋... 详细信息

无人机视觉导航仿真实验能够验证算法的鲁棒性和精确度,加快算法的迭代优化。传统的基于计算机仿真模型的硬件在环仿真实验平台难以复现真实的视觉导航飞行过程,需要设计一种高精度的用于无人机视觉导航试验的半物理仿真平台。根据四旋翼无人机的特性和仿真模型,提出一种新型的由三轴转台和三轴桁架组成的6自由度机械结构,该机械结构可以在4.0 m×2.0 m×1.4 m的三维空间范围内真实地模拟四旋翼无人机的飞行姿态;根据设计的机械结构及其动力学特性,设计基于EtherCAT通讯的控制系统,同时实现真实物理环境飞行姿态模拟与虚拟动画空间同步飞行姿态仿真。测试结果表明:三轴转台的重复定位精度达到0.006°,三轴桁架的重复定位精度达到0.033 mm,动态误差精度达到0.04°和0.4 mm;通过室内外对比试验验证了仿真平台的有效性,表明仿真平台可满足高精度无人机视觉导航模拟的需求。

关键词：四旋翼无人机视觉导航 6自由度机械结构半物理仿真平台

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Flexible interdigitated layered framework with multiple accessible active sites for high-performance CHI capture

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Science China Chemistry 2024年

作者： Bo Tai Baoyu Li linwei He zhonglin Ma Shujing lin Mingxing Zhang Junchang Chen Fuqi Wu Long Chen Xing Dai Fuyin Ma Zhifang Chai Shuao Wang State Key Laboratory of Radiation Medicine and Protection School for Radiological and interdisciplinary Sciences (RAD-X) and Collaborative Innovation Center of Radiation Medicine of Jiangsu Higher Education Institutions Soochow University

The development of adsorbent materials for effective capture of radioactive iodomethane(CH3I) from the off-gas of used nuclear fuel reprocessing, remains a significant and challenging line of research because currently state-of-art adsorbents still suffer from low binding affinity with CH3I. Here, we proposed a brand-new adsorption topological structure by developing a 2D interdigitated layered framework, named SCU-20, featuring slide-like channel with multiple active sites for CH3I capture. The responsive rotating-adaptive aperture of SCU-20 enables the optimal utilization of all active sites within the pore for highly selective recognition and capture of CH3I. A record-breaking CH3I uptake capacity of 1.84 g/g was achieved under static sorption conditions with saturated CH3I vapor. Both experimental and theoretical findings demonstrated that the exceptional uptake of SCU-20 towards CH3I can be attributed to the confined physical electrostatic adsorption of F sites, coupled with the chemical nitrogen methylation reaction with uncoordinated N atoms of pyrazine. Moreover, dynamic CH3I uptake capacity potentially allows for the capture of CH3I in simulated real-world off gas reprocessing conditions. This study highlights the potential of SCU-20 as a promising candidate for efficient capture of iodine species and contributes to the development of effective solutions for radioactive iodine remediation.

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超图神经网络综述

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计算机研究与发展 2024年第2期61卷 362-384页

作者：林晶晶冶忠林赵海兴李卓然青海师范大学计算机学院西宁810008 藏语智能信息处理及应用国家重点实验室(青海师范大学) 西宁810008 西宁城市职业技术学院信息工程系西宁810003

近年来,图神经网络借助大量数据和超强计算能力在推荐系统和自然语言处理等应用领域取得显著成效,它主要处理具有成对关系的图数据.但许多现实网络中的对象之间的关系是复杂的非成对关系,如科研合作网络、蛋白质网络等.若直接用图结构... 详细信息

近年来,图神经网络借助大量数据和超强计算能力在推荐系统和自然语言处理等应用领域取得显著成效,它主要处理具有成对关系的图数据.但许多现实网络中的对象之间的关系是复杂的非成对关系,如科研合作网络、蛋白质网络等.若直接用图结构将这种复杂的关系表示为成对关系,会导致信息丢失.超图是一种灵活的建模工具,可以展现出图无法完整刻画的高阶关系,弥补了图的不足.鉴于此,研究者开始关心如何在超图上设计神经网络,并相继提出应用于下游任务的超图神经网络模型(hypergraph neural network,HGNNs).故对现有的超图神经网络模型进行综述,首先全面回顾超图神经网络在过去3年的研究历程;其次根据设计超图神经网络采用的方法不同对其进行分类,并详细地阐述代表性的模型;然后介绍了超图神经网络的应用领域;最后总结和探讨了超图神经网络未来的研究方向.

关键词：超图超图神经网络分类图图神经网络

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