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具有内阻的旋转锥形复合材料刀杆铣削过程稳定性的仿真分析

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工程力学 2024年第1期41卷 229-248页

作者：任勇生张玉环张金峰山东科技大学机械电子工程学院青岛266590

研究考虑材料内阻的旋转圆锥形复合材料刀杆铣削系统的再生颤振稳定性。基于复合材料粘弹性本构关系、Hamilton原理和Rayleigh梁理论,结合再生时滞铣削力模型,分别导出旋转坐标以及惯性坐标表示的颤振偏微分方程。采用Galerkin法对颤振... 详细信息

研究考虑材料内阻的旋转圆锥形复合材料刀杆铣削系统的再生颤振稳定性。基于复合材料粘弹性本构关系、Hamilton原理和Rayleigh梁理论,结合再生时滞铣削力模型,分别导出旋转坐标以及惯性坐标表示的颤振偏微分方程。采用Galerkin法对颤振偏微分方程进行离散化。基于自由振动分析和能量法计算复合材料刀杆的模态损耗因子;基于特征值分析技术计算旋转复合材料刀杆的临界速度和失稳阈。采用时域半离散法和频域零阶近似解法,预测切削系统的稳定性。分析锥度比、长径比、铺层角、铺层方式,以及内、外阻对切削稳定性的影响。计算结果表明,轴对称旋转刀杆铣削过程在两种坐标系下的稳定性预测结果是一致的。研究发现,在高转速下,由于旋转复合材料刀杆内阻的作用,切削系统出现新的不稳定区域。这些新的不稳定区域的起始转速等于旋转复合材料刀杆的失稳阈。

关键词：旋转复合材料刀杆材料内阻铣削颤振对称刀杆固定和旋转坐标系

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基于改进COF-YOLO v8n的油茶果静态与动态检测计数方法

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农业机械学报 2024年第4期55卷 193-203页

作者：王金鹏何萌甄乾广周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037

针对自然环境下油茶果存在严重遮挡、近景色、小目标等现象,使用YOLO网络存在检测精度低、漏检现象严重等问题,提出对YOLO v8n网络进行改进。首先使用MPDIOU作为YOLO v8n的损失函数,有效解决因为果实重叠导致的漏检问题;其次调整网络,... 详细信息

针对自然环境下油茶果存在严重遮挡、近景色、小目标等现象,使用YOLO网络存在检测精度低、漏检现象严重等问题,提出对YOLO v8n网络进行改进。首先使用MPDIOU作为YOLO v8n的损失函数,有效解决因为果实重叠导致的漏检问题;其次调整网络,向其中加入小目标检测层,使网络能够关注小目标油茶以及被树叶遮挡的油茶;最后使用SCConv作为特征提取网络,既能兼顾检测精度又能兼顾检测速度。改进COF-YOLO v8n网络精确率、召回率、平均精度均值分别达到97.7%、97%、99%,比未改进的YOLO v8n分别提高3.2、4.8、2.4个百分点,其中严重遮挡情况下油茶检测精确率、召回率、平均精度均值分别达到95.9%、95%、98.5%,分别比YOLO v8n提高4.0、9.1、4.6个百分点。因此改进后COF-YOLO v8n网络能够明显提高油茶在严重遮挡、近景色、小目标均存在情况下的识别精度,减小油茶的漏检。此外,模型能够实现动、静态输入条件下油茶果计数。动态计数借鉴DeepSORT算法的多目标跟踪思想,将改进后COF-YOLO v8n的识别输出作为DeepSORT的输入,实现油茶果实的追踪计数。所得改进模型具有很好的鲁棒性,且模型简单可以嵌入到边缘设备中,不仅可用于指导自动化采收,还可用于果园产量估计,为果园物流分配提供可靠借鉴。

关键词：油茶果机器视觉 COF-YOLO v8n 计数产量估计

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基于柔性应变传感器的数据手套手势识别研究

农业机械学报 2024年第6期55卷 451-458页

作者：朱银龙沈宏骏吴杰王旭刘英南京林业大学机械电子工程学院南京210037

针对传统手势识别系统识别率不高、响应不稳定等问题,设计了一个包括柔性传感器、信号采集系统、手势识别算法的柔性应变传感器数据手套手势识别系统。该系统可准确捕捉每根手指关节运动信息,具有高自由度、低成本、高识别率等特点。在... 详细信息

针对传统手势识别系统识别率不高、响应不稳定等问题,设计了一个包括柔性传感器、信号采集系统、手势识别算法的柔性应变传感器数据手套手势识别系统。该系统可准确捕捉每根手指关节运动信息,具有高自由度、低成本、高识别率等特点。在软硅胶材料中掺杂特定配比的碳黑(CB)和碳纳米管(CNTs),通过转印技术设计出线性度好、灵敏度高的电阻式传感器。实验结果表明,传感器具有较好的静态、动态响应特性,并完成传感器标定;利用多个柔性传感器制备数据手套并搭建信号采集系统,进一步提出融合BP神经网络和模板匹配技术的手势识别方法,以提升相近手势字母识别率,算法识别率为98.5%;针对不同人群开展手势识别实验,结果表明,该手势识别系统准确率达到92.8%,响应时间约40ms,该数据手套具有较好的应用潜力。

关键词：柔性传感器模板匹配法 BP神经网络手势识别数据手套

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刮板输送机多永磁电机串联驱动新模式及关键技术

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 238-252页

作者：张强刘伟王聪苏金鹏刘峻铭顾颉颖张润鑫山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停... 详细信息

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停机率高、煤流分布不均且能耗大、跟踪性能差的问题,尤其长运距下链条张力波动大造成驱动电机电路涌动,已成为制约我国刮板输送机智能化发展的主要难题。根据刮板输送机面临的主要问题和发展需求,提出了刮板输送机多永磁电机串联“驱动-传动”输送新模式,并阐述了多永磁电机串联驱动刮板输送机这一研究领域涉及的关键技术研究现状,包括刮板输送机故障诊断与状态识别技术、多电机串联驱动“机-电”耦合动力学特性、多永磁电机同步控制技术、多智能体自适应协同控制,对于多驱动刮板输送机的设计研发具有一定的适应性和借鉴性;针对刮板输送机多永磁电机串联驱动系统研究面临的难题,将该系统分为4项关键科学技术:①多驱动刮板输送机新构型设计;②多驱动刮板输送机非线性机-电耦合动力学建模;③多驱动刮板输送机链条张力脉动与主动控制;④串联驱动刮板输送机主动容错与自适应协同控制;从结构设计与优化、整机运维控制实现刮板输送机多永磁电机串联驱动系统技术攻关,提高刮板输送机的智能化水平,促进煤机高端装备的水平和发展。

关键词：刮板输送机串联驱动机电耦合动力学模型主动容错控制智能调控

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融合熵聚类和增广变邻策略的蚁群优化算法

计算机集成制造系统 2024年第6期30卷 2115-2129页

作者：李晗珂游晓明刘升上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620 上海工程技术大学管理学院上海201620

针对蚁群算法求解大规模旅行商问题时存在收敛速度慢、易陷入局部最优的问题,提出一种融合熵聚类和增广变邻策略的蚁群优化算法。首先提出融合信息熵的聚类策略,利用熵确定最佳截断距离对数据集进行合理划分;通过求解每个子簇形成初始路... 详细信息

针对蚁群算法求解大规模旅行商问题时存在收敛速度慢、易陷入局部最优的问题,提出一种融合熵聚类和增广变邻策略的蚁群优化算法。首先提出融合信息熵的聚类策略,利用熵确定最佳截断距离对数据集进行合理划分;通过求解每个子簇形成初始路径,并为全局寻优提供导向信息素,从而提升收敛速度。其次提出增广变邻策略,将蚂蚁分为爬行蚁和滑翔蚁,滑翔蚁引入的增广变邻策略在迭代后更新节点和邻居信息素,而且通过邻居数量随最优解质量动态匹配,来强化邻居节点探索,以平衡收敛速度与解的质量。当算法陷入停滞时,利用路径相似性机制平滑非公共路径信息素,帮助算法跳出局部最优。通过对旅行商问题数据集进行实验仿真表明,所提算法有效平衡了收敛速度与解的精度,尤其对于大规模问题,显著提高了解的质量。

关键词：蚁群算法旅行商问题熵聚类增广变邻路径相似性

基于超声导波技术的双层粘接结构界面质量检测

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中国机械工程 2024年第5期35卷 916-927页

作者：吴慧李晓高沈国浪王兴国马成文景德镇陶瓷大学机械电子工程学院景德镇333403

针对粘接结构界面质量难以检测的问题,提出一种超声导波检测技术方法。基于弹簧模型和波动方程建立超声导波在双层粘接结构中传播的数学模型,获得不同粘接界面的频散方程,通过求解该方程获得不同粘接界面的频散特性。利用COMSOL软件模... 详细信息

针对粘接结构界面质量难以检测的问题,提出一种超声导波检测技术方法。基于弹簧模型和波动方程建立超声导波在双层粘接结构中传播的数学模型,获得不同粘接界面的频散方程,通过求解该方程获得不同粘接界面的频散特性。利用COMSOL软件模拟了声波在不同粘接界面的传播过程。仿真结果表明,在频率为1 MHz时刚性粘接条件下,数值求解的群速度为4.632 km/s,仿真平均群速度为4.505 km/s,误差为2.74%;在滑移粘接条件下,数值求解的群速度为4.855 km/s,仿真平均群速度为5.045 km/s,误差为3.91%;在完全脱粘条件下,双层粘接结构频散曲线为单层频散曲线的叠加。通过对双层介质超声导波实验检测结果的分析,发现实验结果与数值求解和有限元仿真结果吻合较好,验证了该理论模型的正确性。

关键词：粘接结构弹簧模型频散方程有限元仿真群速度

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混合调度协议下多智能体系统一致性滑模控制

控制与决策 2024年第9期39卷 3052-3058页

作者：胡志旭陈蓓上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

研究一类通信信道受限下“领导者-跟随者”结构的多智能体系统一致性跟踪问题.为了提升智能体的通信效率和降低能耗,引入事件触发机制与轮询协议相结合的混合调度策略,调节相邻智能体之间的信息传输,提高信道利用率.考虑到系统存在匹配... 详细信息

研究一类通信信道受限下“领导者-跟随者”结构的多智能体系统一致性跟踪问题.为了提升智能体的通信效率和降低能耗,引入事件触发机制与轮询协议相结合的混合调度策略,调节相邻智能体之间的信息传输,提高信道利用率.考虑到系统存在匹配的输入扰动,构建基于信道调度令牌的分布式滑模控制策略及协同设计方法,控制器仅依赖触发时刻的采样状态分量而不是实时状态信息,从而有效降低控制能耗,缓解数据冲突.所提出的协同控制策略不依赖于任何全局网络信息,因此,该控制策略的有效性不受网络规模的影响.通过Lyapunov稳定性理论,给出了系统一致性误差的跟踪分析来保证领导跟随一致性.同时,通过求解所提出的优化问题得到了调度协议参数和控制器增益.仿真实例验证了所提出协同控制策略的有效性.

关键词：多智能体系统一致性滑模控制事件触发机制信道调度协议分布式控制

基于实例分割的大场景下茶叶嫩芽轮廓提取与采摘点定位

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农业工程学报 2024年第15期40卷 135-142页

作者：李翰林高延峰熊根良李昀谦杨雅心上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

为了解决野外大场景下茶叶嫩芽识别与采摘点精确定位问题,提出了一种基于实例分割的Yolov5s-segment改进算法。该算法首先引入P2微小目标检测层,解决原始Yolov5s-segment网络P3、P4、P5检测层对于小目标检测能力不佳的问题。其次,在主... 详细信息

为了解决野外大场景下茶叶嫩芽识别与采摘点精确定位问题,提出了一种基于实例分割的Yolov5s-segment改进算法。该算法首先引入P2微小目标检测层,解决原始Yolov5s-segment网络P3、P4、P5检测层对于小目标检测能力不佳的问题。其次,在主干网络末端增加CBAM(convolutional block attention module)注意力机制模块,提升模型的抗干扰能力,实现野外自然光照环境下茶叶嫩芽轮廓特征提取。最后,根据嫩芽轮廓特征进行采摘点精确定位。研究结果表明,相较于原始Yolov5s-segment模型,改进模型的精确度、召回率、F1分数、平均精度均值mAP50和mAP50-95分别提升了7.0、8.9、8.1、8.3、7.3个百分点。使用该方法可以准确提取大场景下的单芽、一芽一叶、一芽两叶三种类型茶叶嫩芽轮廓,并且实现采摘点的精确定位。研究结果为名优茶智能化快速采摘提供了一定的理论基础。

关键词：图像处理图像识别茶叶嫩芽 Yolov5s-segment 轮廓提取采摘点定位

引入注意力机制的LSTM-FCN海上风电功率预测

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太阳能学报 2024年第6期45卷 444-450页

作者：张昊立张菁倪建辉陈龙高典上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

提出一种注意力机制与LSTM-FCN网络结合的海上风电预测模型,在数据中引入风切变物理量来更准确地预测海上风电发电功率。选用公共数据集网站Zenodo内某海上风电场数据中2组风力机数据进行分析和预测验证。对数据集进行标准化预处理后,用... 详细信息

提出一种注意力机制与LSTM-FCN网络结合的海上风电预测模型,在数据中引入风切变物理量来更准确地预测海上风电发电功率。选用公共数据集网站Zenodo内某海上风电场数据中2组风力机数据进行分析和预测验证。对数据集进行标准化预处理后,用AMLSTM-FCN网络和CNN网络、LSTM网络、LSTM-FCN网络进行对比实验,其中AMLSTM-FCN网络在2份风力机数据预测中,RMSE、MAPE、MAE分别为:5号风力机:6.9434、14.01%、48.6636,6号风力机:2.6933、7.12%、17.2536,在相同时段上采用去除风切变的数据训练网络,得到的预测结果从4个指标中看出预测准确度下降。实验表明AMLSTM-FCN网络在海上风电功率预测中有更高的预测精度,以及风切变也对海上风电功率有显著影响。

关键词：海上风电功率预测注意力机制人工神经网络风切变