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固定翼UAV路径跟踪的全局稳定积分滑模S面控制

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计算机工程与应用 2024年第13期60卷 353-360页

作者：陈鹏云张国兵李佳成关通石上瑶中北大学航空宇航学院太原030051 中北大学软件学院太原030051

针对固定翼无人机的三维路径跟踪控制问题,设计了一种基于全局稳定积分滑模S面模型的内外环控制器。控制器外环采用全局稳定积分滑模控制,内环采用S面控制。设计控制器外环的全局稳定积分滑模控制律,并采用Lyapunov理论证明所设计控制... 详细信息

针对固定翼无人机的三维路径跟踪控制问题,设计了一种基于全局稳定积分滑模S面模型的内外环控制器。控制器外环采用全局稳定积分滑模控制,内环采用S面控制。设计控制器外环的全局稳定积分滑模控制律,并采用Lyapunov理论证明所设计控制律的稳定性。对内环的指令信号设计S面控制器,考虑到S面控制器中求导的复杂性,引入二阶微分器,解决内环中导数存在积分爆炸的问题。半物理仿真试验结果表明,提出的控制器能精确跟踪期望路径,具有良好的控制性能和抗干扰性能。

关键词：无人机全局稳定路径跟踪运动控制滑模控制 S面控制

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基于等离激元涡旋场光学诱捕增强设计

光学学报 2024年第8期44卷 125-131页

作者：李香宇王艳红武京治张鹏中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

利用同轴结构实现纳米粒子光学捕获,研究不同偏振光对光势阱的影响,并通过优化结构参数实现圆偏振下的等离激元涡旋场模式。研究结果表明:该同轴结构在线偏振光750 nm处透射率最大,并且在入射光强为1μW/μm~2时势阱深度达到17k_(B)T;... 详细信息

利用同轴结构实现纳米粒子光学捕获,研究不同偏振光对光势阱的影响,并通过优化结构参数实现圆偏振下的等离激元涡旋场模式。研究结果表明:该同轴结构在线偏振光750 nm处透射率最大,并且在入射光强为1μW/μm~2时势阱深度达到17k_(B)T;圆偏振光在同轴结构上方形成涡旋场,能量流势阱深度为8k_(B)T。所设计的同轴结构扩大了光场作用范围,优化了光梯度力作用方向,提高了捕获低浓度小尺度粒子的效率。该研究结果对于低浓度生物分子光学捕获具有一定的参考意义。

关键词：激光光学表面等离激元光学捕获圆偏振光涡旋状光场

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带偏向性轮盘赌的多算子协同粒子群优化算法

控制与决策 2024年第4期39卷 1167-1176页

作者：于海波朱秦娜康丽乔钢柱曾建潮中北大学计算机科学与技术学院太原030051 中北大学大数据与视觉计算研究所太原030051 中北大学环境与安全工程学院太原030051

针对粒子群优化算法在处理高维、大规模、多变量耦合、多模态、多极值属性优化问题时易早熟收敛等性能和技术瓶颈,基于粒子群优化算法行为学习算子和3种不同学习偏好的差分变异算子,建立带偏向性轮盘赌的多算子选择与融合机制,提出一种... 详细信息

针对粒子群优化算法在处理高维、大规模、多变量耦合、多模态、多极值属性优化问题时易早熟收敛等性能和技术瓶颈,基于粒子群优化算法行为学习算子和3种不同学习偏好的差分变异算子,建立带偏向性轮盘赌的多算子选择与融合机制,提出一种带偏向性轮盘赌的多算子协同粒子群优化算法***针对迭代粒子群榜样粒子集,首先通过对迭代种群及其榜样粒子集优劣分组,同时采用轮盘赌分别为每组榜样粒子集选配不同学习偏好的变异算子,并为每组榜样粒子适配差分基向量和最优基向量,预学习并优化迭代种群及其榜样粒子,以权衡算法的全局探索和局部开发;然后通过合并所有子种群,并结合粒子群优化算法行为学习算子,指导迭代种群状态更新,以提高算法的全局收敛性;最后结合精英学习策略,对群体历史最优进行高斯扰动,以提高算法的局部逃生能力,保障算法收敛的多样性.实验结果表明,MOCPSO算法与5种先进的同类型群智能算法在求解CEC2014基准测试问题上具备竞争力,且有更强的优化特性.

关键词：粒子群优化差分演化多算子协同榜样竞争偏向性变异策略精英学习

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基于串并行双分支网络的冲击波信号重构方法

振动与冲击 2024年第6期43卷 38-49页

作者：孙传猛陈嘉欣原玥裴东兴马铁华中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051

通过有限测点数据重建冲击波场内压力分布、通过残缺数据重构完整的冲击波压力曲线,对武器威力以及目标毁伤评估具有重要价值。针对爆炸冲击波信号重构问题,建立Res-GRU分支以串行方式捕捉冲击波超压信号局部时序依赖关系;建立Transfor... 详细信息

通过有限测点数据重建冲击波场内压力分布、通过残缺数据重构完整的冲击波压力曲线,对武器威力以及目标毁伤评估具有重要价值。针对爆炸冲击波信号重构问题,建立Res-GRU分支以串行方式捕捉冲击波超压信号局部时序依赖关系;建立Transformer分支以并行方式分析信号全局潜在特征;建立特征融合单元进行高阶特征融合,实现不同阶段信息逐层互补;进而构建了基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)和Transformer模型的串并行双分支网络(G-TNet)。试验研究表明:G-TNet综合考量了信号的时序关系、数据变化规律等特征信息;在基于有限测点数据的冲击波场压力分布重构试验中,重建的模拟、实测超压数据与原始值之间均方误差(mean square error,MSE)分别为5.0×10^(-6)、1.2×10-3,平均峰值误差分别为0.49%、27.01%,平均正压时间误差分别为15.62%、15.91%,平均比冲量误差分别为17.66%、19.33%;在基于残缺数据的冲击波压力曲线重构试验中,重构的模拟、实测信号的缺失值与原始值之间MSE分别为5.0×10^(-6)和5.0×10^(-4),平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.0010和0.0171;G-TNet重构结果优于主流方法,满足爆炸冲击波压力重构指标要求。

关键词：动态测试冲击波超压信号重构深度学习特征融合

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选区激光熔化成形铜合金研究进展

材料导报 2024年第7期38卷 151-161页

作者：刘斌索超李忠华蒯泽宙陈彦磊唐秀中北大学材料科学与工程学院太原030051 中北大学机械工程学院太原030051

铜合金具有良好的导电导热性,是众多行业的基础材料,随着高新技术的迅速发展,许多行业对高性能、高精度、复杂结构铜合金零部件需求日益增大。传统工艺可制备常规铜合金零件,但对于一些复杂结构铜合金零部件的制备存在困难。首先,本文... 详细信息

铜合金具有良好的导电导热性,是众多行业的基础材料,随着高新技术的迅速发展,许多行业对高性能、高精度、复杂结构铜合金零部件需求日益增大。传统工艺可制备常规铜合金零件,但对于一些复杂结构铜合金零部件的制备存在困难。首先,本文综述了选区激光熔化成形铜及铜合金的研究进展,系统介绍了目前选区激光熔化成形纯铜所遇到的难点及解决方法;然后,综述了目前选区激光熔化成形不同系列铜合金的研究现状,重点介绍了不同系列铜合金成形件微观组织和力学性能及热处理后成形件微观组织和力学性能变化;最后总结了选区激光熔化成形铜及铜合金存在的问题及未来的研究方向。

关键词：选区激光熔化成形铜合金微观组织力学性能热处理

AlSi10Mg多孔结构在不同加载应变率下的损伤模式及响应机制

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金属学报 2024年第7期60卷 857-868页

作者：蔡宣明张伟范志强高玉波王俊元张柱军中北大学航空宇航学院太原030051 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150080 中北大学机械工程学院太原030051 65589部队91分队大庆163411

为探明AlSi10Mg多孔结构在不同加载应变率条件下的承载能力、破坏模式及破坏机理,展开了一系列实验研究、理论分析和数值模拟。通过实验研究明确了该AlSi10Mg多孔结构的损伤破坏模式主要表现为损伤断裂和剪切破坏,且其力学行为对加载应... 详细信息

为探明AlSi10Mg多孔结构在不同加载应变率条件下的承载能力、破坏模式及破坏机理,展开了一系列实验研究、理论分析和数值模拟。通过实验研究明确了该AlSi10Mg多孔结构的损伤破坏模式主要表现为损伤断裂和剪切破坏,且其力学行为对加载应变率不敏感。结合结构损伤分析和高精度数值模拟研究,发现AlSi10Mg多孔结构在轴向压缩载荷作用下沿斜截面相对错动而发生剪切破坏,这一失效模式是导致其结构发生断裂破坏的最直接原因。结合实验研究和理论分析表明,当AlSi10Mg多孔结构应变小于10%时,其在低应变率和中应变率下的吸能特性十分接近;当结构应变大于10%时,其在中应变率下的吸能特性略高于低应变率加载时。在不同高应变率(378~1639 s^(-1))加载条件下,该AlSi10Mg多孔结构吸能特性十分接近。

关键词：多孔结构选区激光熔化力学行为能量吸收剪切失效

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基于深度学习的恶劣战场环境图像恢复方法

控制与决策 2024年第4期39卷 1297-1304页

作者：孙传猛陈嘉欣裴东兴马铁华祖静任一峰中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051

为实现恶劣战场环境下降质图像的有效恢复、降低环境因素对战场态势感知的干扰,构建一种全新的、端到端的图像恢复方法——门控采样网络(GSNet).该网络以编码块-解码块为基本架构,以CNNs与门控卷积为编码与解码机制,以压缩和激励网络为... 详细信息

为实现恶劣战场环境下降质图像的有效恢复、降低环境因素对战场态势感知的干扰,构建一种全新的、端到端的图像恢复方法——门控采样网络(GSNet).该网络以编码块-解码块为基本架构,以CNNs与门控卷积为编码与解码机制,以压缩和激励网络为编码块与解码块的连接机制,以高阶信息重要程度的重标定区分目标与背景特征,以通道粒度因子压缩方法为轻量化策略,实现对战场恶劣环境图像的快速恢复.相关实验结果表明,GSNet模型可使PSNR达到19.35 dB,并且SSIM达到0.724,无论是客观指标评价还是主观视觉效果,性能均优于对比的主流图像恢复算法;轻量级GSNet模型在较小提升PSNR、SSIM等指标的情况下,其参数量、FLOPs以及单张图像处理时间分别降低56.6%、54.6%和55.56%.

关键词：图像恢复恶劣战场环境深度学习门控卷积压缩和激励网络轻量化

激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟

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材料工程 2024年第2期52卷 50-59页

作者：牛玉玲李晓峰赵宇霞张利刘斌白培康中北大学材料科学与工程学院太原030051 中北大学机械工程学院太原030051

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度... 详细信息

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度)对温度场分布及熔池特征的影响。结果表明:WC-12Co硬质合金在LPBF过程成形时,利用有限元能够有效模拟其成形过程。位于热源前部的等温线比尾部更为密集,温度梯度更大;而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。随着激光功率的增大和扫描速度的减小,熔池宽度、深度和长度均相应增大。通过相关实验分析不同工艺参数对晶粒尺寸的影响,发现晶粒尺寸随扫描速度的增加而减小,随激光功率的增加而增大;但过高的激光功率会引起一定的热裂纹现象发生。

关键词：激光粉末床熔融 WC-12Co 有限元温度场熔池尺寸

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电致变色型智能可视化湿度系统

无机材料学报 2024年第4期39卷 432-440,I0013,I0014页

作者：甄明硕刘晓然范向前张文平严东东刘磊李晨中北大学动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学能源与动力工程学院太原030051

近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实... 详细信息

近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实时的可视化监测。将湿度信息直接转换为肉眼可观测的颜色信号为上述问题提供了一种理想解决方案。本研究将湿度传感器与电致变色器件集成一体来制备智能可视化湿度指示系统,通过将湿度信号转换为电压信号来驱动电致变色器件(Electrochromic devices,ECDs),从而实现系统稳定可逆的颜色变化。采用三氧化钨(WO3)作为负极、锌箔(Zn)作为正极制备的ECDs会根据湿度传感器的输出电压的变化来转变不同的工作状态,从而产生肉眼可观测的颜色信号。采用紫外-可见分光光度计与电化学工作站对ECDs的电化学性能以及电致变色性能进行研究和表征。随后,通过示波器和湿度发生平台对调理电路性能进行分析。结果表明:智能电致变色型湿度指示器具有良好的稳定性和快速的响应性能,其中,着色时间与褪色时间仅为7.5和4.5 s,并且在300个循环后,光学调制幅度(ΔT)与初始值相比基本保持不变(保持率可达95%以上)。因此,这种设计新颖、结构简单的可视化湿度系统在人工智能、智能农业等领域具有广阔的应用前景。

关键词：电致变色器件湿度传感器可视化监测人工智能