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GWO优化CNN-BiLSTM-Attenion的轴承剩余寿命预测方法

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振动与冲击 2025年第2期44卷 321-332页

作者：李敬一苏翔江苏科技大学经济管理学院江苏镇江212003

滚动轴承作为机械设备的重要部件,对其进行剩余使用寿命预测在企业的生产过程中变得越来越重要。目前,虽然主流的卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)可以自动地从轴承的振动信号中提取特征,却不能给特征分配不同的权重来... 详细信息

滚动轴承作为机械设备的重要部件,对其进行剩余使用寿命预测在企业的生产过程中变得越来越重要。目前,虽然主流的卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)可以自动地从轴承的振动信号中提取特征,却不能给特征分配不同的权重来提高模型对重要特征的关注程度,对于长时间序列容易丢失重要信息。另外,神经网络中隐藏层神经元个数、学习率以及正则化参数等超参数还需要依靠人工经验设置。为了解决上述问题,提出基于灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法、优化集合CNN、双向长短期记忆(bidirectional long short term memory, BiLSTM)网络和注意力机制(Attention)轴承剩余使用寿命预测方法。首先,从原始振动信号中提取时域、频域以及时频域特征指标构建可选特征集;然后,通过构建考虑特征相关性、鲁棒性和单调性的综合评价指标筛选出高于设定阈值的轴承退化敏感特征集,作为预测模型的输入;最后,将预测值和真实值的均方误差作为GWO算法的适应度函数,优化预测模型获得最优隐藏层神经元个数、学习率和正则化参数,利用优化后模型进行剩余使用寿命预测,并在公开数据集上进行验证。结果表明,所提方法可在非经验指导下获得最优的超参数组合,优化后的预测模型与未进行优化模型相比,平均绝对误差与均方根误差分别降低了28.8%和24.3%。

关键词：灰狼优化(GWO)算法卷积神经网络(CNN) 双向长短期记忆(BiLSTM)网络自注意力机制剩余使用寿命预测

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串联式轮腿机器人姿态控制方法

兵工学报 2025年第2期46卷 76-90页

作者：谢景硕韩立金刘辉任晓磊侯泓钰商庆一北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学济南前沿技术研究院山东济南250300

针对串联式四轮腿机器人精确控制姿态的问题,提出一种以无偏差模型预测控制为核心的运动控制框架。所涉及的模型为考虑机身、腿部和车轮的质量分布而建立的合成质心动力学模型,并且基于自抗扰控制思想,将模型的未建模特性视为扰动,建立... 详细信息

针对串联式四轮腿机器人精确控制姿态的问题,提出一种以无偏差模型预测控制为核心的运动控制框架。所涉及的模型为考虑机身、腿部和车轮的质量分布而建立的合成质心动力学模型,并且基于自抗扰控制思想,将模型的未建模特性视为扰动,建立扩张状态观测器对其进行估计和补偿;为解决姿态调节过程中车轮易滚动导致腿部外展的问题引入关节闭环控制,同时设计额外的车轮控制策略以辅助约束腿部状态。在串联式轮腿机器人上进行了硬件试验,研究结果表明,新的运动控制框架能够准确跟踪期望姿态信号,有效抑制地形扰动和外力扰动,确保机器人的行驶平稳性和抗干扰能力。

关键词：串联式轮腿机器人姿态控制扩张状态观测器无偏差模型预测控制

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融合不确定性建模的时空交通数据插补方法

计算机研究与发展 2025年第2期62卷 346-363页

作者：刘乐郭晟楠靳希源赵苗苗陈冉林友芳万怀宇北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044 交通数据分析与挖掘北京市重点实验室(北京交通大学) 北京100044

交通数据缺失是智能交通系统无法避免的问题之一,对缺失值进行补全和不确定性量化能提高智能交通系统中交通数据挖掘相关任务的精度和可靠性.然而,目前大多数交通数据插补模型都只能针对缺失值给出点估计,无法量化不确定性,难以满足交... 详细信息

交通数据缺失是智能交通系统无法避免的问题之一,对缺失值进行补全和不确定性量化能提高智能交通系统中交通数据挖掘相关任务的精度和可靠性.然而,目前大多数交通数据插补模型都只能针对缺失值给出点估计,无法量化不确定性,难以满足交通领域对数据可靠性的要求.而且,现有方法将重点放在了建模交通数据的时空相关性上,却未能在捕获时空相关性的过程中考虑缺失值的影响.此外,交通数据的不确定性同时受到时间、空间位置以及数据自身状态的影响,但是现有方法无法全面考虑这些因素的影响.为了解决这些问题,提出了一种时空不确定性指导的交通数据插补模型(spatial-temporal uncertainty guided traffic data imputation network,STUIN),以自监督训练的方式实现了时空交通数据的插补和对插补结果的不确定性量化.具体来说,创新地将神经网络的隐状态建模成服从高斯分布的随机变量,借助方差建模隐状态的不确定性,利用基于方差的注意力机制描述不确定性对时空相关性建模的影响;此外,设计了一个新颖的时空不确定性初始化模块,在初始化均值和方差时同时考虑了时间、空间和数据缺失状况多种因素的影响.在2个交通流量数据集上的实验结果表明STUIN在数据插补和不确定性量化上都达到了最先进的性能.

关键词：交通数据插补不确定性量化基于方差的注意力机制时空数据挖掘时空图数据

基于多逆变器相位协同控制的直流微电网母线电压二次纹波抑制方法

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电网技术 2025年第2期49卷 738-747,I0101页

作者：齐永韬余墨多黄文焘邰能灵祝彦兵王良秀杨永智慧能源创新学院(上海交通大学) 上海市闵行区200240 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 中国船舶重工集团公司第704研究所上海市徐汇区200031

在直流微电网中,经逆变器接入直流母线的三相不平衡负载会产生二次纹波功率,使逆变器输入电流中含有二次纹波,导致直流母线电压出现二次纹波分量,影响微电网供电电能质量和可靠性。针对该问题,该文提出多逆变器相位协同控制的直流母线... 详细信息

在直流微电网中,经逆变器接入直流母线的三相不平衡负载会产生二次纹波功率,使逆变器输入电流中含有二次纹波,导致直流母线电压出现二次纹波分量,影响微电网供电电能质量和可靠性。针对该问题,该文提出多逆变器相位协同控制的直流母线纹波电压抑制方法,解决了传统纹波抑制方案对系统原始工作状态产生影响的问题,并增强了二次纹波的抑制效果。分析了二次纹波的产生机理与叠加特性,归纳了总纹波电流幅值与各支路纹波电流相位差的关系,提出通过控制相位差实现降低总纹波电流幅值的方案。为实现该方案并降低相位调节暂态过程中负载电压的波动,该文建立了参考相位优化模型,计算各支路纹波电流的最优参考相位。提出逆变器输入侧纹波电流相位控制策略,使纹波电流相位能跟踪参考相位,并采用分段式相位调节以防止相位变动过快。该文所提方案无需增设滤波设备,对系统原有工作状态影响小,可应对含多个分布式不平衡负载的场景,在一定条件下可将母线二次纹波电压降低95%。仿真证明了所提控制策略的有效性。

关键词：直流微电网电能质量二次纹波协同控制相位调节

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红曲发酵物抑制蛋白质非酶糖基化作用研究

食品科学技术学报 2025年第1期43卷 74-84页

作者：董昌燕李超杨本旭武淑芬王昌禄天津科技大学食品科学与工程学院天津300457 天津食品集团有限公司天津300074 天津利达食品科技有限公司天津300393

蛋白质非酶糖基化反应导致晚期糖基化终产物(advanced glycation end products,AGEs)的形成。研究表明,AGEs的积累与糖尿病及其并发症的发生和发展密切相关。通过构建牛血清白蛋白-果糖体外模拟体系,考察红曲发酵物(Monascus fermented ... 详细信息

蛋白质非酶糖基化反应导致晚期糖基化终产物(advanced glycation end products,AGEs)的形成。研究表明,AGEs的积累与糖尿病及其并发症的发生和发展密切相关。通过构建牛血清白蛋白-果糖体外模拟体系,考察红曲发酵物(Monascus fermented products,MFP)对蛋白糖基化产物及其结构的影响。结果表明:MFP对蛋白糖基化早期、中期和晚期产物的生成均具有抑制作用,尤其对晚期产物即AGEs的抑制率最高(87.80%);当MFP质量浓度由0.05 mg/mL增加至0.55 mg/mL时,糖基化蛋白中羰基质量摩尔浓度由32.50μmol/g降低至28.10μmol/g,游离巯基质量摩尔浓度由2.60μmol/g增加至3.50μmol/g,蛋白氧化产物二酪氨酸和犬尿氨酸的最大生成抑制率分别为66.84%和59.37%,表明MFP可通过保护巯基、抑制蛋白氧化等途径发挥AGEs抑制作用;与天然蛋白相比,糖基化蛋白中α-螺旋结构含量减少,添加MFP后,蛋白中α-螺旋结构的含量均增加,说明MFP可借助稳定蛋白天然构象来抑制AGEs的生成;糖基化蛋白中淀粉样β-交联结构含量较高,添加MFP后其含量显著减少,且随着MFP添加量的增加,淀粉样β-交联结构生成抑制率逐渐增大,表明MFP可抑制蛋白质交联从而阻断AGEs的形成。研究旨在为红曲源AGEs抑制剂的开发和利用提供数据支持和理论基础。

关键词：蛋白质非酶糖基化晚期糖基化终产物红曲抑制作用

沃柑可溶性固形物含量高光谱检测模型的建立与优化

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光谱学与光谱分析 2025年第2期45卷 492-500页

作者：李炜琪王一帆俞越刘洁华中农业大学工学院湖北武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室湖北武汉430070 农业农村部柑橘全程机械化科研基地湖北武汉430070

针对沃柑品质快速检测需求,提出一种基于高光谱图像数据的沃柑可溶性固形物含量(SSC)检测方法,并分析随贮藏时间变化的SSC伪彩色分布图。分别获取307个整果样本和227个半果样本以及它们的SSC数据。比较标准正态变换(SNV)、多元散射校正(... 详细信息

针对沃柑品质快速检测需求,提出一种基于高光谱图像数据的沃柑可溶性固形物含量(SSC)检测方法,并分析随贮藏时间变化的SSC伪彩色分布图。分别获取307个整果样本和227个半果样本以及它们的SSC数据。比较标准正态变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、Savitzky-Golay(SG)滤波、归一化(NM)、一阶导数(FD)、标准化(SD)和小波变换(WT)对偏最小二乘回归(PLSR)模型检测性能的影响以选择光谱预处理方法;比较PLSR、最小绝对值收缩与选择算子(LASSO)回归、支持向量机回归(SVR)、人工神经网络(ANN)、决策树(DT)、随机森林(RF)、轻量级梯度提升机(LightGBM)模型对独立验证集的检测能力以确定最佳模型建立方法,并利用遗传算法(GA)筛选特征波长以优化模型。结果表明:采用FD预处理结合LASSO回归算法所建模型对整果SSC检测效果最优,验证集决定系数(R_(p)^(2))和验证集均方根误差(RMSEP)分别为0.9257和0.9765;SD预处理结合RF模型对半果SSC检测效果最好,其R_(p)^(2)和RMSEP分别为0.8963和1.0630;GA能够滤除53.85%和50.58%的整果和半果波长变量数,基于选择变量的整果和半果最优建模算法分别为SVR和RF,其模型R_(p)^(2)、RMSEP分别为0.9189、1.0173和0.8953、1.0843。研究结果为沃柑SSC高通量无损检测提供了一种可行方案。

关键词：沃柑高光谱可溶性固形物含量无损检测集成学习

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基于改进YOLOv8m的稻田害虫识别方法

农业工程学报 2025年第2期41卷 185-195页

作者：谭泗桥陈涵朱磊孙浩然张政兵尹丽黄婉婉湖南农业大学信息与智能科学技术学院长沙410128 湖南省农村农业信息化工程技术研究中心长沙410128 湖南省植保植检站长沙411229

为解决现有基于机器视觉的稻田害虫监测过程中存在的检测速度慢、小目标检测精度低、害虫堆积遮挡时检测精度低以及样本不平衡等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv8m模型的稻田害虫识别方法FieldSentinel-YOLOv8。该方法首先简化了YOL... 详细信息

为解决现有基于机器视觉的稻田害虫监测过程中存在的检测速度慢、小目标检测精度低、害虫堆积遮挡时检测精度低以及样本不平衡等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv8m模型的稻田害虫识别方法FieldSentinel-YOLOv8。该方法首先简化了YOLOv8m模型,并用双检测头代替三检测头,以减少小目标细粒度信息的丢失,降低模型的复杂度;其次将卷积注意力模块CBAM(convolutional block attention module)添加到YOLOv8m,使模型抑制背景等一般特征信息,更加关注害虫区域,从而提高被遮挡害虫的识别准确率;最后使用Focal-CIoU Loss来替换CIoU Loss(complete intersection over union),以减少样本类别不平衡对模型精度的影响。FieldSentinel-YOLOv8模型的平均精度均值(mean average precisoin)mAP_(0.5)为73.64%,精确率为65.43%,召回率为75.17%,检测帧率为199.88帧/s。与原模型YOLOv8m相比,FieldSentinel-YOLOv8的模型参数量从25.86 M(million)降到10.34 M,所需浮点运算数从79.10 G(1 G=109)降到62.80 G,召回率、平均精度均值和检测帧率分别提升7.05、2.72个百分点和52.73帧/s。该研究还采用Pest24数据集作为源域,自建数据集作为目标域的迁移学习方法训练FieldSentinel-YOLOv8模型,得到高精度FieldSentinelTransferYOLOv8模型,进一步提升模型检测性能,使用迁移学习方法后,m AP_(0.5)再次提升3.36个百分点,达到77.00%,精确率为69.90%,召回率为77.73%。在自建数据集上进行模型对比试验,结果表明,FieldSentinel-YOLOv8模型具有较高的识别准确率及较强的鲁棒性,该模型的轻量化方法可为农业害虫的精准且快速识别提供技术参考。高精度FieldSentinelTransfer-YOLOv8模型精度的大幅提升,也表明迁移学习在农业害虫检测上提供了技术支持。

关键词：虫害深度学习图像识别 YOLOv8m 卷积注意力模块 Focal-CIoU 迁移学习

用于可控电穿孔的分布式任意波形高压脉冲电源研制

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核技术 2025年第1期48卷 92-101页

作者：刘源浩李柳霞刘毅彭梓皇高毅凡林福昌华中科技大学电气与电子工程学院强电磁技术全国重点实验室武汉430074

针对电穿孔研究与应用对于特殊脉冲波形的需求,本文基于全桥逆变结构的双极性全固态Marx拓扑,提出了一种由多个标准脉冲功率模块组成的分布式任意波形高压脉冲电源。每个标准模块均包含完整的主电路、驱动电路以及控制电路,且内置了通... 详细信息

针对电穿孔研究与应用对于特殊脉冲波形的需求,本文基于全桥逆变结构的双极性全固态Marx拓扑,提出了一种由多个标准脉冲功率模块组成的分布式任意波形高压脉冲电源。每个标准模块均包含完整的主电路、驱动电路以及控制电路,且内置了通信协议,具有单模块独立工作与多模块组合协同工作等多种工作模式。通过对模块中不同开关的状态进行控制,可以实现任意高压脉冲波形的输出。基于电源-负载匹配分析了关键器件参数对输出的影响,搭建了电源的拓扑仿真模型,验证了其正确性与可行性。在此基础上研制了可输出±8 kV、33阶电平任意波形的实验样机,并搭建出微藻电穿孔实验平台。在控制脉冲电压幅值为8kV、能量为0.4 J条件下进行多种波形的微藻电穿孔实验充分论证了该分布式电源在可控电穿孔领域的适用性。

关键词：脉冲功率技术分布式脉冲发生器任意高压脉冲波形电穿孔

脂肪酸摄入形式对肠屏障的影响及食用油摄入模式探讨

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中国食品学报 2025年第2期25卷 451-462页

作者：叶展刘元法江南大学食品学院江苏无锡214122 食品科学与资源挖掘全国重点实验室江苏无锡214122

不同食用油脂脂肪酸组成不同,其营养特性存在差异,长期不平衡膳食油脂或脂肪酸摄入,已被证实与慢性代谢类疾病发生风险具有相关性,而肠道组织屏障在此过程中发挥着重要作用。本文介绍肠屏障和食用油脂摄入对肠屏障功能的影响,综述食用... 详细信息

不同食用油脂脂肪酸组成不同,其营养特性存在差异,长期不平衡膳食油脂或脂肪酸摄入,已被证实与慢性代谢类疾病发生风险具有相关性,而肠道组织屏障在此过程中发挥着重要作用。本文介绍肠屏障和食用油脂摄入对肠屏障功能的影响,综述食用油摄入水平和脂肪酸摄入类型[饱和脂肪酸(SFA)、单不饱和脂肪酸(MUFA)和多不饱和脂肪酸(PUFA)]对肠屏障影响的研究进展。鉴于脂肪酸的摄入比例对于维持机体代谢平衡的重要性,重点探讨ω6/ω3型PUFA摄入比例对肠屏障功能的影响。针对当前我国居民食用油摄入形式和脂肪酸平衡摄入的研究现状,提出基于优化脂肪酸摄入比例,调整食用油摄入模式的若干意见,旨在为改善肠道屏障功能,降低社会慢性代谢疾病风险提供参考。本文对于了解不同脂肪酸的营养特性,并从改善肠屏障功能的角度,提升食用油加工与营养品质,优化摄入模式,助力实现“健康中国”战略目标具有一定的意义。

关键词：食用油脂肪酸摄入比例肠道屏障油脂营养

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