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基于改进BP神经网络的烟草收获机械故障诊断研究

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农机化研究 2024年

作者：戴欧阳胡洪林桂林信息科技学院

烟草收获机械是烟草生产中的重要技术支撑,是提高收获效率的重要保证,但由于烟草收获机械内部结构较为复杂,在使用过程中极易造成机械运行故障。随着大数据及传感器技术的快速发展,基于人工神经网络模型实现机械故障的预测与诊断成为提... 详细信息

烟草收获机械是烟草生产中的重要技术支撑,是提高收获效率的重要保证,但由于烟草收获机械内部结构较为复杂,在使用过程中极易造成机械运行故障。随着大数据及传感器技术的快速发展,基于人工神经网络模型实现机械故障的预测与诊断成为提高烟草收获机械工作效率的重要技术。目前,主要以BP神经网络模型应用较为广泛,但在模型构建中预测效率低、鲁棒性强。针对以上问题,提出一种改进BP神经网络模型,以烟草收获机械中的齿轮故障诊断为研究对象,构建基于GA-BP神经网络模型的烟草收获机械齿轮故障诊断模型,并通过选取齿轮磨损、胶合、裂纹、断齿和正常齿轮的信号进行试验验证。结果表明:改进后的BP神经网络模型MAPE仅为0.87%,RMSE为1.12,MAE为0.92,MSE为1.19,满足烟草收获生产的实际需要,在模型算法与计算速度方面都得到了很大的提高。

关键词：烟草收获机械故障遗传算法 BP神经网络优化模型

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一种基于微环腔辅助干涉的Fano谐振器

光学学报 2024年第11期44卷 104-114页

作者：李柯陈佳豪魏潇陈露程培红王卓远周裕鸿喻平金婧练斌宁波工程学院电子与信息工程学院浙江宁波315211 浙大宁波理工学院信息科学与工程学院浙江宁波315100

本文提出并研究了一种基于微环腔辅助干涉的Fano谐振器。在该谐振干涉结构中,输入信号光经环形谐振腔后分成的下路光和直通路光以一定相位差合束,该合束光干涉形成了有别于传统对称Lorentz线型的非对称陡峭Fano光谱。在理论上使用传输... 详细信息

本文提出并研究了一种基于微环腔辅助干涉的Fano谐振器。在该谐振干涉结构中,输入信号光经环形谐振腔后分成的下路光和直通路光以一定相位差合束,该合束光干涉形成了有别于传统对称Lorentz线型的非对称陡峭Fano光谱。在理论上使用传输矩阵方法分析了非对称线型产生的相位条件,讨论了不同耦合系数、微环损耗对非对称谱线的消光比和斜率的影响,给出了理想条件下谷点波长漂移的计算公式和完全消光条件。分析表明,当两路光信号相位差为94°时,对于耦合系数为0.242、损耗系数为0.995的Fano谐振谱消光比可高达41.54 dB,斜率可高达2372 dB/nm。基于时域有限差分(FDTD)仿真和设计,采用电子束光刻(EBL)直写器件在绝缘层上硅(SOI)平台上进行了验证。实验中两路光的合束采用了多模干涉(MMI)结构,并设计了不同相位差以验证其对Fano谐振非对称线型的影响。实验表明,在本文工艺条件下,可以获得近-25 dB的消光比和1997 dB/nm的光谱斜率。本文提出的Fano谐振结构将为高分辨率光传感、低功耗光开关和高对比度光探测等领域高性能器件的设计开辟新途径。

关键词：谐振腔 Fano共振微环传感

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无人机集群联合拓扑控制的智能路由规划方法

通信学报 2024年第2期45卷 137-149页

作者：颜志易正伦欧阳博王耀南湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

针对现有无人机集群路由协议拓扑适变能力弱,易产生包重传、能量空洞和高时延,严重恶化了数据路由性能的问题,针对无人机集群中集群拓扑与路由的耦合特性,提出了一种联合拓扑控制的智能路由规划(IRPJTC)方法。该方法由基于虚拟力的自适... 详细信息

针对现有无人机集群路由协议拓扑适变能力弱,易产生包重传、能量空洞和高时延,严重恶化了数据路由性能的问题,针对无人机集群中集群拓扑与路由的耦合特性,提出了一种联合拓扑控制的智能路由规划(IRPJTC)方法。该方法由基于虚拟力的自适应拓扑控制(VFATC)和基于近端策略优化的地理路由规划(PPO-GRP)组成。其中,VFATC使各无人机根据邻居运动状态信息自适应调整与邻居的距离,保证集群中链路的稳定连接;进一步,PPO-GRP引入VFATC中的链路稳定性指标,并结合端到端时延与能耗指标,设计多目标奖励函数,采用深度强化学习中的近端策略优化算法训练路由策略。仿真实验结果表明,IRPJTC相比于现有路由方法,能在保证分组传输成功率的同时,使端到端时延降低12.11%,无人机集群能耗降低4.56%,且具备更强的能耗均衡能力。

关键词：无人机集群路由协议拓扑控制近端策略优化深度强化学习

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计及需求侧管理与碳排放的综合能源系统光-储设备优化配置方法

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电力自动化设备 2024年第7期44卷 189-197页

作者：张靖李勇曹一家林锦杰胡斯佳张志文湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

合理调整综合能源系统(IES)的配置结构能够有效提升其低碳经济运行水平,基于此,提出了一种计及需求侧管理与碳排放的IES光-储设备优化配置方法。基于IES典型拓扑及供能设备的工作机理,建立其冷-热-电-气能流模型;根据不同柔性负荷特点,... 详细信息

合理调整综合能源系统(IES)的配置结构能够有效提升其低碳经济运行水平,基于此,提出了一种计及需求侧管理与碳排放的IES光-储设备优化配置方法。基于IES典型拓扑及供能设备的工作机理,建立其冷-热-电-气能流模型;根据不同柔性负荷特点,从不同维度构建用能体验的评价指标,并提出一种考虑用户综合满意度的需求侧能量管理策略;在此基础上,为进一步提升系统的低碳性能,设计了一种计及全寿命周期碳排放的奖惩阶梯型碳交易机制;在同时考虑所提需求侧管理与碳交易机制的前提下,以设备全寿命周期内创造的总收益最大为优化目标,构建了从运行到规划层面的源-网-荷-储多环节协同的光-储设备优化配置模型及运行方案;基于某真实IES开展算例研究,结果验证了所提方法在避免设备冗余配置、减碳与提高经济运行水平方面的有效性。

关键词：综合能源系统光-储设备优化配置需求侧管理奖惩阶梯型碳交易机制低碳经济优化运行

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耦合腔磁力系统中多透明窗口现象

中国激光 2024年第6期51卷 231-238页

作者：廖庆洪彭坤宋梦林南昌大学信息工程学院电子信息工程系江西南昌330031

基于耦合腔磁力系统研究了多透明窗口现象以及快慢光效应。利用量子光学理论以及标准输入-输出关系,对该系统的输出特性进行了研究。结果表明,可以通过调节系统参数得到不同数目的透明窗口并得到较好的透明效果。同时,提出了一种通过测... 详细信息

基于耦合腔磁力系统研究了多透明窗口现象以及快慢光效应。利用量子光学理论以及标准输入-输出关系,对该系统的输出特性进行了研究。结果表明,可以通过调节系统参数得到不同数目的透明窗口并得到较好的透明效果。同时,提出了一种通过测量吸收峰高度和宽度来精密测量两腔之间的相互作用强度的方法。此外,通过对系统参数进行调控,可以实现快慢光转换。该方案在精密测量和量子信息处理等领域中具有重要的指导意义。

关键词：量子光学磁振子透明窗口腔磁力系统

考虑多能负荷波动实时平衡的综合能源系统多时间尺度优化调度

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电力自动化设备 2024年第5期44卷 120-126页

作者：胡国峰李勇曹一家钟俊杰湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114

综合能源系统内负荷的不确定性及多能源响应负荷波动的时间尺度不同为优化调度结果的可靠性及系统对负荷波动的响应带来了挑战。确定日前、日内、实时三阶段优化调度模式,在日内调度中对当日影响系统运行的随机事件进行分类并将其量化... 详细信息

综合能源系统内负荷的不确定性及多能源响应负荷波动的时间尺度不同为优化调度结果的可靠性及系统对负荷波动的响应带来了挑战。确定日前、日内、实时三阶段优化调度模式,在日内调度中对当日影响系统运行的随机事件进行分类并将其量化影响反馈至调度模块;对系统内热/冷负荷端口进行能流分析,通过监测供回水压、水温等数据,快速响应热/冷负荷波动,并在实时调度中调整机组出力;建立日前、日内、实时三阶段优化调度模型,提出基于多能负荷波动快速响应的综合能源系统多时间尺度优化调度方法。以中国南方某城市综合能源系统冬季运行模式为例进行数值分析。结果表明,所提方法对计划性负荷调整及突发小幅负荷波动均有良好效果,能有效提升系统供能收益和用户的用能舒适度。

关键词：综合能源系统多时间尺度优化调度多能负荷平衡负荷波动

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基于机器学习的负泊松比蜂窝的面内力学性能预测

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3803-3812页

作者：马佩张君华权铁汉北京信息科技大学机电工程学院北京100192

负泊松比蜂窝结构具有优良的力学性能,本文开发并对比了两种多输入多输出的人工神经网络模型(ANN),用于预测不同几何参数下负泊松比蜂窝结构的能量吸收特性。采用蜂窝胞元的胞角θ、直壁长度与胞元高度之比L/H和厚度t作为ANN的输入,输... 详细信息

负泊松比蜂窝结构具有优良的力学性能,本文开发并对比了两种多输入多输出的人工神经网络模型(ANN),用于预测不同几何参数下负泊松比蜂窝结构的能量吸收特性。采用蜂窝胞元的胞角θ、直壁长度与胞元高度之比L/H和厚度t作为ANN的输入,输出是蜂窝结构的初始峰值力、平台力和蜂窝结构的总能量吸收。验证集的误差全部在8%内,且验证集和测试集的平均相关系数R^(2)都大于98.2%,说明神经网络可以获得良好的预测效果,这表明ANN有能力学习和捕捉将蜂窝的拓扑结构及其力学性能联系起来的潜在物理机制。开发的两种神经网络中,与ANN1相比,ANN2的网络参数更多,网络结构更复杂,有更好地预测精度和训练速度。通过对给定几何参数的蜂窝结构的力学性能进行快速预测得到了吸能高的蜂窝结构。建立了反向设计网络对蜂窝结构进行反向设计,发现网络对蜂窝结构的胞角θ和壁厚t预测效果良好,对L/H的预测效果相对较差,由于L/H对初始峰值力、平台力和总能量吸收影响很小。此外进行了蜂窝几何参数的敏感度分析,结果表明蜂窝结构的几何参数对初始峰值力、平台力和总能量吸收的敏感度趋势一致,蜂窝胞元厚度t的敏感度最高,L/H对能量的敏感度最低。对于敏感度高的参数反向设计网络预测效果好,反之敏感度低的参数预测效果相对较差。总之,ANN为蜂窝结构吸能性能的研究提供了一种快速准确的方法,有望加快蜂窝结构的优化和设计进程。

关键词：负泊松比蜂窝吸能神经网络参数敏感度机器学习

双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却研究

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光学学报 2024年第3期44卷 271-279页

作者：廖庆洪邱海燕程绍平朱泓宇曾永强南昌大学信息工程学院电子信息工程系江西南昌330031

机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器(OPA)的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱... 详细信息

机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器(OPA)的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱,基于费米黄金法则的理论计算出稳态下的最终声子数的解析表达式。利用入射泵浦光驱动腔场内耦合的OPA,使腔场内形成强烈的非线性压缩效应,量子反作用加热过程得到有效抑制,系统净冷却率得到显著提高。此外,讨论了其他系统参数对机械振子冷却的影响。最后研究了系统的稳态声子数,声子数可以在较大参数范围内小于1。该方案能有效地降低机械振子的冷却极限。

关键词：量子光学双拉盖尔-高斯腔基态冷却腔内压缩光力噪声谱

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面向鱼眼摄像头目标检测的轻量级网络研究

激光与光电子学进展 2024年

作者：王新蕾廖晨旭王硕肖瑞林南京信息工程大学电子与信息工程学院无锡学院电子信息工程学院

鱼眼摄像头较普通摄像头检测相同场景时，部署成本更低，但要达到精准检测鱼眼图像中畸变目标的目的，就需要增加计算量。针对这种鱼眼图像检测精度和推理速度不能兼得的问题，提出一种改进的YOLOv8m鱼眼图像目标检测模型(Fisheye-YOLO... 详细信息

鱼眼摄像头较普通摄像头检测相同场景时，部署成本更低，但要达到精准检测鱼眼图像中畸变目标的目的，就需要增加计算量。针对这种鱼眼图像检测精度和推理速度不能兼得的问题，提出一种改进的YOLOv8m鱼眼图像目标检测模型(Fisheye-YOLOv8)。首先，提出Faster-EMA模块，通过融合轻量级卷积和多尺度注意力，减少特征提取中的延时和复杂度；其次，设计了RFA-BiFPN结构，基于参数共享机制，通过感受野注意力和加权双向金字塔结构，同时提高检测速度和精度；提出轻量级检测头G-LHead，减少了模型参数量和复杂度；最后，引入LAMP剪枝算法，在提高识别精度和推理速度间取得最优平衡。实验结果表明，Fisheye-YOLOv8在Fisheye8K和WoodScape数据集上mAP达到60.5%和59.7%，较YOLOv8m提升了2.2%和1.2%，参数量与计算量仅为YOLOv8m的20.5%和29.7%,FPS达到118，满足了实时性，相较于其他模型，更适合在鱼眼摄像头上部署。

关键词：鱼眼摄像头轻量级网络 YOLOv8m 参数共享机制剪枝