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多源干扰下谐波齿轮传动强抗扰控制

控制理论与应用 2024年

作者：夏鹏飞李文硕朱玉凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学杭州创新研究院北京航空航天大学宇航学院

谐波齿轮传动系统能调节转速和扭矩,但因具有传动误差、挠性刚度、摩擦和迟滞等多源干扰,理想地将其等效为比例环节,难以在精密运动控制中达到期望精度.针对多源干扰下谐波齿轮传动系统精细角位置控制问题,设计了一种将干扰观测器(Distu... 详细信息

谐波齿轮传动系统能调节转速和扭矩,但因具有传动误差、挠性刚度、摩擦和迟滞等多源干扰,理想地将其等效为比例环节,难以在精密运动控制中达到期望精度.针对多源干扰下谐波齿轮传动系统精细角位置控制问题,设计了一种将干扰观测器(Disturbance observer,DO)和扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)相结合的强抗扰控制(Enhanced anti-disturbance control,EADC)策略,其中DO用于估计已知部分动态特性的迟滞干扰,ESO用于估计除迟滞之外的总扰动.通过“前馈+反馈”的复合控制结构实现了多源干扰的同时补偿和抑制,从而保证谐波齿轮传动系统精度.本文分析了DO和ESO的收敛性、闭环系统的稳定性,对比了摩擦前馈补偿控制、自抗扰控制、基于干扰观测器控制和EADC方法的跟随和抗扰性能,数值仿真结果表明EADC优于其他三种控制,验证了算法的有效性.

关键词：谐波齿轮传动多源干扰干扰观测器扩张状态观测器迟滞

近10年中国青年研究的现实脉络与热点演进——基于CiteSpace的可视化图谱分析

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中国青年研究 2024年第3期 104-111页

作者：庄岩刘洋北京航空航天大学科学技术研究院北京航空航天大学校团委

本文借助引文可视化分析软件CiteSpace,使用关键词共现分析、前沿知识图谱分析、文献共被引分析等方法考察近10年来中国青年研究领域的关键话题、前沿演进与引证关系。研究发现,近10年来中国青年研究领域的关键话题主要包括青年价值观... 详细信息

本文借助引文可视化分析软件CiteSpace,使用关键词共现分析、前沿知识图谱分析、文献共被引分析等方法考察近10年来中国青年研究领域的关键话题、前沿演进与引证关系。研究发现,近10年来中国青年研究领域的关键话题主要包括青年价值观、青年国家认同、共青团等;重点研究对象包括大学生、青年女性、农村青年等。我国青年研究的主流话题的持续性与时代性共存,研究领域不断拓展,研究话题多有增加,理论建构逐步深化。未来的中国青年研究应立足时代发展,创新研究方法,重视理论思维,筑实理论根基,统筹学术资源,构建青年研究领域学术共同体,以推动我国青年研究水平持续提高。

关键词：青年研究青年研究热点知识图谱可视化分析

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大型民机操纵系统容错控制技术综述

机械工程学报 2024年第4期60卷 50-65页

作者：王兴坚杨新宇王少萍北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

大型民机操纵系统是飞机姿态调整与保持的关键系统,在飞行过程中,操纵系统故障会使飞机控制性能下降,严重时甚至导致飞机响应发散,造成严重后果。深入研究飞行过程中操纵系统的容错控制技术对于提升飞行控制性能、保障系统稳定运行具有... 详细信息

大型民机操纵系统是飞机姿态调整与保持的关键系统,在飞行过程中,操纵系统故障会使飞机控制性能下降,严重时甚至导致飞机响应发散,造成严重后果。深入研究飞行过程中操纵系统的容错控制技术对于提升飞行控制性能、保障系统稳定运行具有重要意义。从控制的角度出发,对目前大型民机操纵系统的容错控制方法进行归纳和总结。首先,介绍飞机操纵系统组成并分析系统的主要故障类型,包括舵面故障、作动器故障、传感器故障及过程故障等;其次,深入讨论飞机操纵系统的容错控制技术进展,比较并归纳各种容错控制方法的优缺点;再次,阐述飞机操纵系统的冗余资源配置及其在容错控制中的作用;最后,总结操纵系统容错控制技术在实际工程中的应用,并对飞机操纵系统容错控制领域目前面临的主要技术挑战和机遇进行展望。

关键词：飞行操纵系统容错控制作动器故障余度资源

基于贝叶斯网络强化学习的复杂装备维修排故策略生成

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1354-1364页

作者：刘宝鼎于劲松韩丹阳唐荻音李鑫北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 中国运载火箭技术研究院北京100076

为解决传统启发式维修排故决策方法决策时间长、生成策略总成本高的问题,提出一种基于贝叶斯网络(BN)结合强化学习(RL)进行复杂装备维修排故策略生成方法。为更好地利用复杂装备模型知识,使用BN进行维修排故知识表述,并且为更加贴近复... 详细信息

为解决传统启发式维修排故决策方法决策时间长、生成策略总成本高的问题,提出一种基于贝叶斯网络(BN)结合强化学习(RL)进行复杂装备维修排故策略生成方法。为更好地利用复杂装备模型知识,使用BN进行维修排故知识表述,并且为更加贴近复杂装备实际情况,依据故障模式、影响和危害性分析(FMECA)的故障概率,经合理转化后作为BN的先验概率;为使用RL的决策过程生成维修排故策略,提出一种维修排故决策问题转化为RL问题的方法;为更好地求解转化得到的强化学习问题,引入观测-修复动作对(O-A)以减小问题规模,并设置动作掩码处理动态动作空间。仿真结果表明:在统一的性能指标下,所提BN-RL方法较传统方法获得更高的指标值,证明该方法的有效性和优越性。

关键词：强化学习贝叶斯网络维修排故策略生成复杂装备动态动作空间

一种基于安全多方计算的快速Transformer安全推理方案

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计算机研究与发展 2024年第5期61卷 1218-1229页

作者：刘伟欣管晔玮霍嘉荣丁元朝郭华李博北京航空航天大学网络空间安全学院北京100191 复杂关键软件环境全国重点实验室(北京航空航天大学) 北京100878

Transformer模型在自然语言处理、计算机视觉等众多领域得到了广泛应用,并且有着突出的表现.在Transformer的推理应用中用户的数据会被泄露给模型提供方.随着数据隐私问题愈发得到公众的关注,上述数据泄露问题引发了学者们对Transforme... 详细信息

Transformer模型在自然语言处理、计算机视觉等众多领域得到了广泛应用,并且有着突出的表现.在Transformer的推理应用中用户的数据会被泄露给模型提供方.随着数据隐私问题愈发得到公众的关注,上述数据泄露问题引发了学者们对Transformer安全推理的研究,使用安全多方计算(secure multi-party computation,MPC)实现Transformer模型的安全推理是当前的一个研究热点.由于Transformer模型中存在大量非线性函数,因此使用MPC技术实现Transformer安全推理会造成巨大的计算和通信开销.针对Transformer安全推理过程中开销较大的Softmax注意力机制,提出了2种MPC友好的注意力机制Softmax freeDiv Attention和2Quad freeDiv Attention.通过将Transformer模型中的Softmax注意力机制替换为新的MPC友好的注意力机制,同时结合激活函数GeLU的替换以及知识蒸馏技术,提出了一个MPC友好的Transformer转换框架,通过将Transformer模型转化为MPC友好的Transformer模型,提高Transformer安全推理的效率.在局域网环境下使用安全处理器(secure processing unit,SPU)提供的隐私计算协议,基于所提出的MPC友好的Transformer转换框架,在SST-2上使用Bert-Base进行安全推理.测试结果表明,在保持推理准确率与无近似模型一致的情况下,安全推理计算效率提高2.26倍.

关键词：安全推理 Transformer 安全多方计算安全处理器知识蒸馏

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土的统一硬化本构理论及其工程应用

中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 179-195页

作者：姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

塑性力学奠基人Drucker首次构建了可统一考虑土的变形和强度的塑性本构理论框架,在此基础上, Roscoe结合土的基本力学特性,建立了剑桥模型,实现了对正常固结黏土的变形和强度特性的统一定量描述.针对剑桥模型无法合理描述超固结黏土和... 详细信息

塑性力学奠基人Drucker首次构建了可统一考虑土的变形和强度的塑性本构理论框架,在此基础上, Roscoe结合土的基本力学特性,建立了剑桥模型,实现了对正常固结黏土的变形和强度特性的统一定量描述.针对剑桥模型无法合理描述超固结黏土和砂土的应力应变特性的缺陷,主要做出以下贡献:(1)构建统一硬化(unified hardening, UH)方程,建立了UH模型,该模型能够合理描述正常固结黏土、超固结黏土和砂土的应力应变特性,回答了剑桥学者Wroth-Houlsby之问(一),并进一步扩展为能够考虑各种复杂因素影响的特色鲜明的UH本构体系;(2)提出了广义非线性强度准则及变换应力的三维化方法,实现了本构模型和三维强度准则的合理结合,回答了剑桥学者Wroth-Houlsby之问(二);(3) UH本构体系、广义非线性强度准则和三维变换应力方法共同形成了UH本构理论,由于UH本构理论概念清晰、参数较少、实用性强,已服务于多个重大工程,并分别结合机场“锅盖效应”“智能预警”和“智能压实”等三类特殊问题开展应用.

关键词：本构模型强度准则统一硬化方程三维化方法机场工程锅盖效应智能压实

基于预训练模型的中心分级燃烧室燃烧振荡预报方法

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推进技术 2024年第4期45卷 182-189页

作者：覃子宇王欣尧韩啸林宇震北京航空航天大学航空发动机研究院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 北京航空航天大学先进航空发动机协同创新中心北京100191

为促进实现燃气轮机燃烧室中的燃烧振荡预报,提出一种结合预训练和迁移学习的研究思路。在预训练阶段,开展短火焰筒和长火焰筒下两类火焰图像的对比学习以完成编码器的自监督预训练。在迁移阶段,除了对特征编码构建线性分类器的直接迁移... 详细信息

为促进实现燃气轮机燃烧室中的燃烧振荡预报,提出一种结合预训练和迁移学习的研究思路。在预训练阶段,开展短火焰筒和长火焰筒下两类火焰图像的对比学习以完成编码器的自监督预训练。在迁移阶段,除了对特征编码构建线性分类器的直接迁移,本文还提出将工况参数作为先验条件的贝叶斯迁移学习。结果表明,在两种迁移学习方式下预训练模型相比传统监督学习模型具有4.6%左右的性能提升。同时基于贝叶斯推断的迁移学习相比直接迁移鲁棒性更好。通过主成分分析和分层聚类,验证预训练模型能够提取火焰图像更为通用的热声特征。

关键词：燃气轮机燃烧室燃烧振荡预训练模型迁移学习主成分分析分层聚类

一种Birkhoff形式下结构动响应问题的保辛中点格式

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计算力学学报 2024年第1期41卷 124-128页

作者：邱志平邱宇北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学沈元学院北京100191

结构动响应预测是结构设计的基础,是结构振动控制、载荷识别的前提。本文在辛体系下针对结构动响应问题,提出了一种Birkhoff形式下的保辛中点格式。首先引入状态变量,并基于摄动方法将结构动响应方程转化为线性自治Birkhoff方程的形式,... 详细信息

结构动响应预测是结构设计的基础,是结构振动控制、载荷识别的前提。本文在辛体系下针对结构动响应问题,提出了一种Birkhoff形式下的保辛中点格式。首先引入状态变量,并基于摄动方法将结构动响应方程转化为线性自治Birkhoff方程的形式,进一步利用中心差分推导出线性自治Birkhoff方程的中点格式,其证明是保辛的。该格式不要求Birkhoff方程系数矩阵非奇异,因此适用于奇数维系统。两个不同数值算例的结果充分验证了本文方法的卓越性,也凸显了相对于传统算法在计算精确度和稳定性方面的明显优势。

关键词：结构动响应问题 Birkhoff方程中点格式保辛算法摄动法

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球面坐标下基于语义分层的知识图谱补全方法

应用科学学报 2024年第1期42卷 119-133页

作者：郭子溢朱桐林广艳谭火彬北京航空航天大学软件学院北京100191

大多现有知识图谱补全方法普遍忽略了实体间客观存在的语义层次差异,为解决该问题,提出一种在球面坐标系下基于语义分层信息的知识图谱补全(knowledge graph completion on semantic hierarchy in spherical coordinates, SpHKC)模型。... 详细信息

大多现有知识图谱补全方法普遍忽略了实体间客观存在的语义层次差异,为解决该问题,提出一种在球面坐标系下基于语义分层信息的知识图谱补全(knowledge graph completion on semantic hierarchy in spherical coordinates, SpHKC)模型。该方法将实体映射到球面坐标,位于不同球面的实体处于不同语义层级,球的半径越大,该球面上的实体所位于的语义层级越低。而关系则被建模为一个球面的实体向另一实体(位于相同球面或不同球面)的移动,包含旋转与定位操作,以处理实体语义层级异同的两种情况。球面坐标的极角和方位角也给予实体更丰富的表达形式。实验表明,SpHKC与当前主流方法在FB15k-237和WN18RR数据集上的效果基本持平,并且它在YAGO3-10数据集的平均倒数排名(mean reciprocal ranking, MRR)、Hits@10等重要指标上比相关研究的最新算法稳定提升约1%,证明了语义分层信息的有效性。

关键词：知识图谱知识图谱补全知识图谱嵌入语义层级信息语义分层结构球坐标