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基于深度强化学习算法的纯电动矿用汽车再生制动策略研究

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工程科学学报 2024年第3期46卷 503-513页

作者：杨威威罗登昊张文明北京科技大学机械工程学院车辆工程系北京100083

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度... 详细信息

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度算法(DDPG)的能量管理策略.其中车速、加速度、车辆质量与道路坡度、动力电池荷电状态(SOC)及充放电倍率作为状态变量;变速箱挡位作为动作变量;动力电池SOC及电池寿命作为奖励函数.仿真结果表明,基于动态规划的控制策略和所提出的基于SAC算法与基于DDPG算法的优化控制策略回馈效率分别提高了18.15%、17.18%和16.63%,电池寿命分别提升了57.31%、56.87%和57.38%.最后通过比较两种基于深度强化学习算法策略的奖励曲线,可以看出与基于DDPG算法的控制策略相比,所提出的基于SAC的能量管理控制策略的收敛速度提升了166.7%.

关键词：纯电动矿用汽车再生制动电池寿命控制策略强化学习

Taq DNA聚合酶的分子改造及其在探针法qPCR直扩体系中的应用

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 8-16页

作者：胡松青袁家惠刘光毅侯轶华南理工大学食品科学与工程学院广东广州510640 广州英赞生物科技有限公司广东广州510555 华南理工大学轻工科学与工程学院广东广州510640

Taq DNA聚合酶作为实时荧光定量聚合酶链式反应(qPCR)技术的核心组分,其性能优劣直接影响qPCR技术的进一步发展。然而,野生型Taq DNA聚合酶的耐抑制剂性能差、延伸性能不足。为获得具有高性能的Taq DNA聚合酶,采用基因工程技术将双链DN... 详细信息

Taq DNA聚合酶作为实时荧光定量聚合酶链式反应(qPCR)技术的核心组分,其性能优劣直接影响qPCR技术的进一步发展。然而,野生型Taq DNA聚合酶的耐抑制剂性能差、延伸性能不足。为获得具有高性能的Taq DNA聚合酶,采用基因工程技术将双链DNA结合蛋白Sso7d或Sto7d融合在野生型Taq DNA聚合酶的N端或C端,构建了4个均可溶表达的改造体,再经过耐受性测试筛选较优的改造体,结果显示:改造体Taq-Sto的耐受性最高,其热稳定性不受影响,且在1 s/kbp的延伸条件下能成功扩增靶标,表明Taq-Sto具有增强的延伸性能,在TaqMan探针法qPCR体系中对腐殖酸、单宁酸、全血等抑制剂同样表现出良好的耐受性。EMSA实验发现:Taq-Sto对DNA模板的结合亲和力有所提高,有利于增强Taq-Sto对模板的竞争力;将Taq-Sto应用于非洲猪瘟病毒(ASFV)的TaqMan探针法qPCR检测,与商品化试剂相比,Taq-Sto具有更低的ASFV检出限,且在体积分数为2%~6%的猪粪便样本或猪肉样本中的检测灵敏度分别为100.0%和85.4%,说明Taq-Sto在直扩qPCR检测领域更具有优势。

关键词： Taq DNA聚合酶双链DNA结合蛋白耐受性聚合酶链式反应

基于多频带路径签名特征的癫痫脑电图信号分类方法

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 9-18页

作者：郭礼华杨辉吴倩仪茅海峰华南理工大学电子与信息学院广东广州510640 广州医科大学附属第二医院神经内科广东广州510260 广州医科大学附属第二医院急诊科广东广州510260

基于脑电图(EEG)信号的癫痫自动检测对癫痫的临床诊断和治疗有很大的帮助。由于大部分癫痫识别算法忽略了EEG信号的时序关系,为此,文中提出了一种基于多频带路径签名特征的癫痫EEG信号分类方法。此方法首先将EEG信号分解成5个不同频段... 详细信息

基于脑电图(EEG)信号的癫痫自动检测对癫痫的临床诊断和治疗有很大的帮助。由于大部分癫痫识别算法忽略了EEG信号的时序关系,为此,文中提出了一种基于多频带路径签名特征的癫痫EEG信号分类方法。此方法首先将EEG信号分解成5个不同频段的频带信号,再通过路径签名算法进行特征提取,然后采用局部主成分分析去除特征相关性并进行特征融合,最后将融合特征送入集成分类器中进行预测分类。由于路径签名可以更深入地挖掘EEG信号的相关关系,结合局部主成分分析后,文中方法可以获取更有鉴别性的癫痫分类特征。分别在时长超过2 000 s癫痫发作片段的本地医院私有数据集和开源的CHB-MIT癫痫数据集上,选用10折交叉进行实验验证,结果表明:在私有数据集上,文中方法的平均分类准确率达到97.25%,比经典的基于经验模态分解(EMD)的方法提高了3.44个百分点,比最新的基于长短期记忆网络(LSTM)+卷积神经网络(CNN)的方法提高了1.35个百分点;在CHB-MIT数据集上,文中方法的平均分类准确率达到98.11%,比经典的基于EMD的方法提高了5.20个百分点,比最新的基于LSTM+CNN的方法提高了2.64个百分点;在两个数据集上文中方法的分类准确率均优于其他对比方法。

关键词：脑电图分析癫痫发作分类路径签名信号分析

基于质点-弹簧-阻尼模型的人机接触运动皮肤三维形变仿真

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第10期64卷 1706-1716页

作者：翟敬梅章昊华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

人机接触运动中,在接触区域后方和前方皮肤表面分别产生拉伸和堆积形变。针对当前该领域研究的局限性,该文研究了黏滑摩擦下皮肤三维形变仿真模型,为人机作业参数优化、在线轨迹规划和控制提供参考。该文基于皮肤解剖结构,构建皮肤、肌... 详细信息

人机接触运动中,在接触区域后方和前方皮肤表面分别产生拉伸和堆积形变。针对当前该领域研究的局限性,该文研究了黏滑摩擦下皮肤三维形变仿真模型,为人机作业参数优化、在线轨迹规划和控制提供参考。该文基于皮肤解剖结构,构建皮肤、肌肉脂肪、骨骼3层质点-弹簧-阻尼模型,描述皮肤在拉伸、剪切和弯曲作用下的形变;基于皮肤黏滑摩擦机理,结合改进Kelvin-Voigt黏弹模型,构建皮肤质点-弹簧-阻尼动力学模型,模拟不同作业环境下皮肤的实时三维形变;验证了皮肤质点-弹簧-阻尼模型在Kwiatkowska、Franklin等皮肤拉伸测量试验中的有效性。同时,该文搭建了机器人手臂按摩试验平台和皮肤表面形变测量视觉系统。与试验测量结果对比,皮肤三维形变仿真模型拉伸形变在X和Z方向的平均误差分别为0.295、0.360 mm,标准差分别为0.164、0.085 mm;堆积形变在X、Y和Z方向的平均误差分别为0.317、0.248、0.471 mm,标准差分别为0.090、0、0.232 mm。试验结果表明:该文构建的皮肤三维形变仿真模型误差较小、稳定性较高。

关键词：皮肤三维形变质点-弹簧-阻尼模型黏滑摩擦质点动力学模型

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低真空管道磁浮列车交会激波流场特性分析

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1793-1805页

作者：黄尊地伊严严常宁梁习锋周镇斌刘夕语五邑大学轨道交通学院广东江门529020 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075

为了解决管道列车高速运行时产生的激波等气动效应问题,通过建立三维仿真模型,针对不同阻塞比、线间距和列车外形,基于DES湍流模型,开展非稳态数值模拟研究,分析列车在低真空管道内交会时的激波流场结构、管道壁面压力、列车表面压力。... 详细信息

为了解决管道列车高速运行时产生的激波等气动效应问题,通过建立三维仿真模型,针对不同阻塞比、线间距和列车外形,基于DES湍流模型,开展非稳态数值模拟研究,分析列车在低真空管道内交会时的激波流场结构、管道壁面压力、列车表面压力。研究结果表明:随阻塞比的增大,列车前端壅塞长度增加,且正压区域压力增大,激波反射更加剧烈,尾流激波反射强度增大,激波串长度加长;阻塞比增大有助于增大激波和膨胀波的入射角,从而增大激波和膨胀波的反射次数。随线间距的增大,管道内压力波动幅度相对增大,但改变线间距对管道内激波流场结构、管道壁面压力、列车表面压力的影响不大。列车头部压力和尾部激波强度与流线型长度存在一定的关系,随着列车流线型长度的增加,列车前端壅塞长度缩短,车头前端高压区壅塞强度和车尾末端尾流区域激波反射强度均减小。

关键词：低真空管道列车交会阻塞比线间距列车外形

基于FPGA的电力电子恒导纳开关模型修正算法及实时仿真架构

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电力系统自动化 2024年第1期48卷 150-159页

作者：王钦盛王灿潘学伟梁亮哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院广东省深圳市518055

电力电子实时仿真是目前电力电子系统研究过程中的重要工具。为设计一套经济、可靠的电力电子实时仿真系统,文中搭建了一个以现场可编程门阵列(FPGA)为计算核心的硬件平台,并提出了配套的电磁仿真算法和FPGA架构设计。首先,推导了一种... 详细信息

电力电子实时仿真是目前电力电子系统研究过程中的重要工具。为设计一套经济、可靠的电力电子实时仿真系统,文中搭建了一个以现场可编程门阵列(FPGA)为计算核心的硬件平台,并提出了配套的电磁仿真算法和FPGA架构设计。首先,推导了一种简洁电磁暂态程序(EMTP)算法,用于提高传统离线算法的并行度。其次,从数值算法的角度分析恒导纳开关模型的虚拟功率损耗问题,提出了一种初始误差修正算法,消除了功率损耗。再次,串联以上算法,设计了一种基于状态机框架的数字信号处理(DSP)硬核资源复用FPGA架构,以硬件资源复用的方式实现了资源的高效利用,在不损失速度的同时提高了FPGA的利用效率。最后,通过多个实时仿真算例验证了所提方法的有效性和正确性。

关键词：电磁暂态仿真实时仿真电力电子开关虚拟功率损耗现场可编程门阵列资源复用

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基于时空图注意力网络的超短期区域负荷预测

电力系统自动化 2024年第12期48卷 147-155页

作者：赵紫昱陈渊睿陈霆威刘俊峰曾君华南理工大学电力学院广东省广州市510640 华南理工大学自动化科学与工程学院广东省广州市510640

目前,空间负荷预测研究对复杂时空关系的考虑不足。为此,文中提出一种基于多维、多源特征的区域级负荷超短期时空预测模型。首先,根据已有的区域级负荷进行元胞划分,构建考虑元胞相关性的图拓扑。其次,分别通过图注意力网络、一维卷积... 详细信息

目前,空间负荷预测研究对复杂时空关系的考虑不足。为此,文中提出一种基于多维、多源特征的区域级负荷超短期时空预测模型。首先,根据已有的区域级负荷进行元胞划分,构建考虑元胞相关性的图拓扑。其次,分别通过图注意力网络、一维卷积神经网络和门控循环单元,从空间、特征和时间维度提取有效特征,连接全连接层输出结果。最后,基于美国新英格兰地区的真实电力负荷数据进行仿真验证,并提取模型注意力权重,分析元胞之间的空间依赖性。结果表明,所提模型相比传统模型在不同预测步长上均具有更高的预测精度和稳定性,有效挖掘了区域级负荷的空间依赖性。

关键词：负荷预测负荷空间分布卷积神经网络门控循环单元注意力机制可解释性

基于差动电流与分布电容电流比值的直流线路纵联保护方案

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电力系统自动化 2024年第9期48卷 162-170页

作者：褚倍钰李海锋彭光强梁远升王钢华南理工大学电力学院广东省广州市510641 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司电力科研院广东省广州市510663

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比... 详细信息

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比值作为判据,可以削弱过渡电阻对判据的影响,提高保护的灵敏性。基于此,提出了一种基于差动电流与分布电容电流比值的纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,所提保护判据整定简单且天然具有故障选极功能,能可靠识别区内外故障,耐过渡电阻能力强且具有较高的灵敏性和可靠性。

关键词：直流输电纵联保护电流差动保护分布电容电流

一维光学位置传感器融合的非接触多自由度位姿测量系统

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光学精密工程 2024年第3期32卷 344-356页

作者：莫嘉嗣陈健欢温远航梁杰俊陈秋烁闫国琦华南农业大学工程学院广东广州510642

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器(Position Sensitive Detector,PSD)建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特... 详细信息

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器(Position Sensitive Detector,PSD)建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统,并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路,通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理,结合单片机与A/DC采样电路,实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验,为消除环境光干扰,通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后,通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统,介绍了4-PSD的标定步骤(原点、转角、长度和二阶非线性标定),测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率(50 Hz)。标定实验结果表明:标定后的4-PSD测量系统在70 mm×70 mm内,测量精度平均为0.49 mm,比标定前降低了90%的误差,能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。

关键词：光学位置传感器位姿测量实时反馈测量标定