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基于矢量分类的NPC型三电平双三相PMSM的改进模型预测电压控制

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中国电机工程学报 2024年

作者：袁庆庆步凡谢晓彤夏鲲上海理工大学电气工程系

多电平多相电机驱动系统存在电压矢量数目多、冗余复杂及多目标非线性约束等问题。本文以二极管箝位型(neutral point clamped， NPC)三电平六相逆变器驱动双三相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor， PMSM)为研究对象，... 详细信息

多电平多相电机驱动系统存在电压矢量数目多、冗余复杂及多目标非线性约束等问题。本文以二极管箝位型(neutral point clamped， NPC)三电平六相逆变器驱动双三相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor， PMSM)为研究对象，以电机谐波电流抑制和逆变器直流侧中点电位平衡控制为目标，提出一种基于电压矢量三角区域分类的改进模型预测电压控制策略。首先，以基波子平面大投影幅值为原则，对729个电压矢量进行初筛；接着，基于三角区域分类方法对筛选后的电压矢量进行分类，并对期望电压进行所属三角区域定位、确定候选矢量。设计满足电机定子电流谐波抑制及逆变器中点电位平衡控制的目标函数；根据电机数学模型和逆变器特征研究多目标控制权重因子的理论设计方法。不同工况下的有效性及对比实验表明，本文所研究的控制策略不仅能改善多电平多相电机驱动系统的多目标控制性能，还能有效降低控制器计算负担。

关键词： NPC型三电平六相逆变器双三相PMSM 矢量分类谐波电流中点电位模型预测电压控制权重因子

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多阶段注意力胶囊网络的图像分类

自动化学报 2024年第9期50卷 1804-1817页

作者：宋燕王勇上海理工大学控制科学与工程系上海200093

针对传统的胶囊网络(Capsule network,CapsNet)特征提取不充分的问题,提出一种图像分类的多阶段注意力胶囊网络模型.首先,在卷积层对低层特征和高层特征分别采用注意力(Spatial attention,SA)和通道注意力(Channel attention,CA)来提取... 详细信息

针对传统的胶囊网络(Capsule network,CapsNet)特征提取不充分的问题,提出一种图像分类的多阶段注意力胶囊网络模型.首先,在卷积层对低层特征和高层特征分别采用注意力(Spatial attention,SA)和通道注意力(Channel attention,CA)来提取有效特征;然后,提出基于向量的注意力(Vector attention,VA)机制作用于动态路由层,增加对重要胶囊的关注,进而提高低层胶囊对高层胶囊预测的准确性;最后,在五个公共数据集上进行图像分类的对比实验.结果表明,所提出的CapsNet模型在分类精度和鲁棒性上优于其他胶囊网络模型,在仿射变换图像重构方面也表现良好.

关键词：图像分类胶囊网络注意力机制多阶段鲁棒性

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融合稀疏自表示和残差驱动的自适应模糊C均值聚类

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控制与决策 2024年第4期39卷 1333-1341页

作者：宋燕李元昊李明上海理工大学控制工程系上海200093

提出一种融合稀疏自表示和残差驱动的自适应模糊C均值聚类算法(R2AFCM).该算法的优点主要体现在以下两个方面:1)利用稀疏自表示技术求解样本数据的字典矩阵,并将其表征的全局信息考虑到目标函数中,充分考虑数据分布特点,改进传统模糊C... 详细信息

提出一种融合稀疏自表示和残差驱动的自适应模糊C均值聚类算法(R2AFCM).该算法的优点主要体现在以下两个方面:1)利用稀疏自表示技术求解样本数据的字典矩阵,并将其表征的全局信息考虑到目标函数中,充分考虑数据分布特点,改进传统模糊C均值聚类算法重点关注局部信息的不足;2)在目标函数中引入加权残差估计正则化项,与自适应模糊聚类算法的正则化项相结合,约束模型训练,有效降低混合噪声对分割结果的影响.在磁共振成像、VOC 2012数据集以及自然图像上进行对比实验,结果表明,所提出的聚类算法在添加了20%椒盐噪声和均值为0.4、方差为0.01的高斯噪声,以及50%椒盐噪声和均值为0、方差为0.1的混合噪声下与其他算法相比,具有更高的分割精度和更强的鲁棒性.

关键词：图像分割自适应模糊聚类混合噪声稀疏自表示加权残差估计

配电物联网边缘计算场景下基于改进ANFIS的电缆通道综合评估及智能预警方法研究

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电力系统保护与控制 2024年第12期52卷 94-103页

作者：李宏川赵宇李彬傅哲张琦张毅王海冰国网北京城区供电公司北京100034 上海理工大学电气工程系上海200093

针对配电网智能化运维需求和数智化坚强电网发展趋势,融合物联网和边缘计算技术,提出一种配电物联网边缘计算场景下基于改进自适应神经模糊推理系统(adaptive network-based fuzzy inference system,ANFIS)的电缆通道综合评估及智能预... 详细信息

针对配电网智能化运维需求和数智化坚强电网发展趋势,融合物联网和边缘计算技术,提出一种配电物联网边缘计算场景下基于改进自适应神经模糊推理系统(adaptive network-based fuzzy inference system,ANFIS)的电缆通道综合评估及智能预警方法。首先,借助边缘物联终端的数据采集和处理计算优势,基于设备感知层、物联网络层、数据平台层和应用展示层4层结构,对电缆通道综合监测系统进行设计。然后,为实现通信延时和计算延时最小,构造出分层边缘计算模型,并从实时价值密度、执行紧迫性、重要性量化分析三个方面,提出相应的任务卸载及调度方案,提升资源利用和任务执行效率。最后,利用相空间重构对ANFIS进行改进,迭代训练后用于电缆通道运行状态的综合评估。并通过层次聚类将电缆通道标记为不同的风险等级,为运维人员提供支持。算例部分结合工程实验,验证了该方法的可行性。

关键词：配电物联网边缘计算电缆通道综合评估

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信号交叉口右转交通安全的影响因素研究

应用基础与工程科学学报 2024年第3期32卷 627-642页

作者：赵靖侯超凡丰明洁陈勇上海理工大学交通系统工程系上海200093

为研究人、车、路、环境因素对信号控制交叉口右转车辆与行人交互的安全影响机理,收集了51名驾驶员在28组不同交叉口设计参数和交通运行场景下的右转行驶轨迹,以车辆平均穿行速度、最大减速度、后侵入时间为表征指标,采用CatBoost-SHAP... 详细信息

为研究人、车、路、环境因素对信号控制交叉口右转车辆与行人交互的安全影响机理,收集了51名驾驶员在28组不同交叉口设计参数和交通运行场景下的右转行驶轨迹,以车辆平均穿行速度、最大减速度、后侵入时间为表征指标,采用CatBoost-SHAP模型分析了交叉口设计、交通运行和驾驶人特征对右转车辆行驶稳定性和行人过街安全性的影响重要度,运用路径分析探索了各因素对交叉口右转运行安全的影响路径.研究结果表明:交叉口设计和交通运行特征既对行人过街安全有直接作用,又通过影响右转车辆的最大减速度对其产生间接作用.交叉口转弯半径的增加会降低右转车辆行驶稳定性,增大行人过街的安全风险;相比右转专用车道和直右混行车道,交通岛后右转车道上的行人面临更大的事故风险,驾驶员的平均穿行速度和最大减速度最高可分别增加2.182m·s^(-1)和1.034m·s^(-2);右转车辆在行人流量增大时运行更加平稳,在后方有直行车辆跟随且鸣笛时则表现得更为激进.

关键词：信号控制交叉口右转交通安全驾驶员行为 CatBoost-SHAP模型路径分析驾驶模拟器

脆性材料统一断裂相场方法及其裂缝宽度的确定

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工程力学 2024年第6期41卷 1-8页

作者：王飞阳上海理工大学理学院深海高端装备系统研究院上海200093 上海理工大学环境与建筑学院土木工程系上海200093

岩石、混凝土等脆性材料的开裂问题一直是国内外关注的热点和难点,裂缝的演化使得脆性材料的力学性能难以预测。针对脆性材料的拉、剪和拉剪复合开裂问题,将统一拉伸断裂准则引入到相场理论,进而基于谱分解技术提出了统一断裂相场方法,... 详细信息

岩石、混凝土等脆性材料的开裂问题一直是国内外关注的热点和难点,裂缝的演化使得脆性材料的力学性能难以预测。针对脆性材料的拉、剪和拉剪复合开裂问题,将统一拉伸断裂准则引入到相场理论,进而基于谱分解技术提出了统一断裂相场方法,并通过交错算法在商业有限元软件中实现了该方法。拉伸断裂试验和拉剪复合断裂试验数值模拟结果表明:统一断裂相场方法具有热力学一致性,该方法不仅能准确模拟裂缝演化过程中脆性材料的力学性能,还能精准预测拉剪复合裂缝的扩展路径。此外,运用水平集理论构建了一个相场函数,识别了相场裂缝的分界面,进而通过理论推导得出了相场裂缝宽度的计算公式,并对其进行了验证。该研究旨在提出精准预测脆性材料拉、剪和拉剪复合开裂的相场方法,以保障土木工程结构的安全。

关键词：断裂相场方法拉剪复合裂缝热力学一致性交错算法裂缝宽度

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眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

光学精密工程 2024年第5期32卷 704-713页

作者：李宏涛项华中郑泽希丁琦慧张欣王彭张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合... 详细信息

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。

关键词：光学加工数控系统非均匀有理B样条曲线拟合刀具路径

电场作用下锥翅表面强化池沸腾换热的介观数值方法

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物理学报 2024年第2期73卷 256-268页

作者：张森娄钦上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核... 详细信息

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核态沸腾阶段有更多的成核点,沸腾换热性能增强,临界热流密度(critical heat flux,CHF)提高.而在过渡沸腾阶段以及膜态沸腾阶段,由于锥翅结构增加了锥翅表面流体的流动阻力,阻碍了气液交换,换热性能低于平滑表面.基于以上发现,通过对锥翅表面池沸腾过程施加电场,进一步强化了锥翅表面沸腾换热.结果表明,在起始核态沸腾阶段,电场的存在稍微延后了气泡开始成核时间,气泡尺寸减小,沸腾轻微被抑制;充分核态沸腾阶段,由于电场力的作用以及电场与锥翅结构协同表现出的尖端效应,阻止了加热表面干斑的扩散和蔓延,促进沸腾换热;过渡沸腾以及膜态沸腾阶段,尖端效应更加明显,逐渐增大的电场强度使沸腾在更高过热度下处于核态沸腾状态,沸腾换热性能大幅度提高,且CHF逐渐提高.

关键词：锥翅结构电场格子Boltzmann方法池沸腾

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混合颗粒系蒙特卡罗消光模型及反演方法

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 956-962页

作者：黄茜苏格毅孙存金邓飞陈军杨荟楠苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,... 详细信息

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性。为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2%。进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合。根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演。结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5%以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3%以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10%以内。综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定。初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演。

关键词：混合颗粒系蒙特卡罗消光谱混合比反演