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基于迭代策略的自适应ADRC磁轴承控制仿真

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中北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 340-347页

作者：孙咏叶张艳兵刘鹏中北大学电气与控制工程学院太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

针对磁悬浮轴承位置控制过程中存在非线性耦合、内外部扰动不确定性的问题,提出了一种基于自抗扰控制的四自由度磁轴承迭代学习控制策略。首先依据四自由度磁悬浮轴承系统模型搭建自抗扰控制器,其次将估计的总扰动通过间接迭代控制在线... 详细信息

针对磁悬浮轴承位置控制过程中存在非线性耦合、内外部扰动不确定性的问题,提出了一种基于自抗扰控制的四自由度磁轴承迭代学习控制策略。首先依据四自由度磁悬浮轴承系统模型搭建自抗扰控制器,其次将估计的总扰动通过间接迭代控制在线调整扩张状态观测器的带宽,实现不同增益下观测器参数的自适应整定。Simulink仿真实验数据表明:系统约在0.14 s处达到稳定,加入干扰后约0.05 s恢复稳定;基于迭代控制的自适应ADRC四自由度磁悬浮轴承控制性能好,同时调节速度快,具有较强的抗干扰能力。经比例-微分型间接迭代学习控制律在线更新带宽后,超调量小且跟踪目标误差积分性能指标小。

关键词：四自由度磁悬浮轴承自抗扰控制间接迭代学习控制扩张状态观测器带宽

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基于改进YOLOv5s轻量化模型的红外场景目标检测方法研究

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兵器装备工程学报 2024年第3期45卷 323-330页

作者：刘芷汐周春桂崔俊杰段捷岳凯杰中北大学机电工程学院太原030051

红外技术在防备夜间作战和隐蔽作战中发挥的作用是至关重要的,针对如何平衡红外图像检测精度与轻量化的问题,提出一种基于红外场景下的轻量化目标检测模型M-YOLOv5。该网络模型采用改进的ShuffleBlock模块替换原有的CSP骨干网络。此外,... 详细信息

红外技术在防备夜间作战和隐蔽作战中发挥的作用是至关重要的,针对如何平衡红外图像检测精度与轻量化的问题,提出一种基于红外场景下的轻量化目标检测模型M-YOLOv5。该网络模型采用改进的ShuffleBlock模块替换原有的CSP骨干网络。此外,应用轻量级上采样算子CARAFE替换原有上采样模块,在C3模块中加入SE注意力机制,降低冗余信息,提高特征的区分性和表征能力,重新设计损失函数,E-IoU作为新的损失函数,加快模型收敛速度。在公开数据集FLIR上进行了实验,实验结果表明:改进之后网络模型的平均检测精度达到73.0%,仅降低2.9个百分点,而M-YOLOv5模型的网络参数数量、理论计算量分别减少40%、39%,模型的推理速度提高52%,满足部署于边缘设备的需求。

关键词：红外目标检测轻量化模型 YOLOv5s CARAFE 注意力机制损失函数

基于正交设计的柱锥结合药型罩多参数结构优化

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兵器装备工程学报 2024年第2期45卷 70-75页

作者：何卓朗王志军郝志伟中北大学机电工程学院太原030051

为了改善柱锥结合药型罩形成的射流稳定性较差,侵彻能力有待提高的问题,通过正交优化设计,改变柱型药型罩材料、柱型药型罩高度h以及柱型药型罩顶部厚度b,研究柱锥结合药型罩射流成型的断裂前头部速度、断裂时间、有效长度综合的最优方... 详细信息

为了改善柱锥结合药型罩形成的射流稳定性较差,侵彻能力有待提高的问题,通过正交优化设计,改变柱型药型罩材料、柱型药型罩高度h以及柱型药型罩顶部厚度b,研究柱锥结合药型罩射流成型的断裂前头部速度、断裂时间、有效长度综合的最优方案组合。选取L25(56)正交优化表,通过AUTODYN软件进行数值仿真,得到了3个因素对3个指标影响程度的主次顺序。结果表明:射流断裂前头部速度的影响因素依次为:柱型药型罩高度、材料、顶部厚度;射流断裂时间的影响因素:柱型药型罩的材料和高度相同,其次为顶部厚度;射流有效长度的影响因素依次为:柱型药型罩的材料、高度、顶部厚度;综合分析,得到方案A:NICKEL,h=10 mm,b=1.5 mm,方案B:NICKEL,h=10 mm,b=2 mm形成的射流整体效果较好。

关键词：柱-锥结合药型罩正交优化射流数值模拟

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正电子发射粒子示踪的关键技术与进展

过程工程学报 2024年第4期24卷 381-390页

作者：李坤吴利芸陈平韩焱中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室山西太原030051 中北大学教育部仪器科学与动态测试重点实验室山西太原030051 太原工业学院机械工程系山西太原030008

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要,但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解,在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像... 详细信息

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要,但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解,在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像方法,利用γ光子探测对放射性标记的示踪颗粒进行三维动力学成像。由于γ光子具有高穿透性、不受电磁场影响等特点,使得PEPT在非透明复杂多相流检测上具有独特优势。目前主要应用于化工、食品、制药等工业领域内多相流动现象的测量和系统物理参数提取。然而,小型化示踪颗粒制备困难、多个示踪颗粒同时定位效果差等问题严重阻碍了PEPT技术的进一步应用和推广。本工作首先介绍了PEPT技术的基本原理;然后重点从示踪颗粒、算法、硬件系统、数据处理及应用等方面讨论了PEPT关键技术及其研究进展,并指出其中存在的问题和潜在的发展方向;最后,对PEPT技术的发展和应用进行总结和展望。

关键词：多相流无损检测正电子发射粒子示踪示踪颗粒 γ光子探测定位算法

宽温度范围下多通道高精度模拟量输出板卡设计

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仪表技术与传感器 2024年第1期 25-30页

作者：高晨程洪应平党立志张会新中北大学微纳器件与系统教育部重点实验室

针对无人机综合测试领域对复杂温度环境下模拟量信号输出的精度以及通道数量的需求,设计了一种宽温度范围下多通道高精度模拟量输出板卡。系统采用FPGA作为主控单元,使用分辨率为16位的D/A转换器AD5372,利用DS18B20温度传感器实时监测... 详细信息

针对无人机综合测试领域对复杂温度环境下模拟量信号输出的精度以及通道数量的需求,设计了一种宽温度范围下多通道高精度模拟量输出板卡。系统采用FPGA作为主控单元,使用分辨率为16位的D/A转换器AD5372,利用DS18B20温度传感器实时监测系统工作温度,进行模拟量输出的温度校准,最终实现在0~85℃条件下精准输出64路模拟量信号,输出范围在-10~10 V。为提高通用性和标准性,系统支持千兆以太网、LVDS、RS4223种数据通讯接口,并配备上位机软件实现人机交互。经实际工程验证,在0~85℃条件下输出的模拟量信号误差均在±0.5 mV以内,符合系统设计指标,为无人机测试领域产生多通道高质量的模拟量信号提供了成熟可靠的工程化解决方案。

关键词：无人机测试系统温度校准高精度模拟量 FPGA

基于SPH方法的固体火箭发动机殉爆数值模拟研究

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兵器装备工程学报 2024年第7期45卷 97-104页

作者：周东谟惠步青魏钰文韩王申谢旭源中北大学机电工程学院太原030051

针对固体火箭发动机的殉爆现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法开展了固体火箭发动机殉爆过程的数值模拟研究,分析了主发发动机爆炸初期的爆轰产物膨胀过程,以及被发发动机在不同条件下受爆轰产物冲击的响应情况。结果表明:采用SPH方... 详细信息

针对固体火箭发动机的殉爆现象,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法开展了固体火箭发动机殉爆过程的数值模拟研究,分析了主发发动机爆炸初期的爆轰产物膨胀过程,以及被发发动机在不同条件下受爆轰产物冲击的响应情况。结果表明:采用SPH方法模拟爆炸冲击响应时,计算结果与传统的任意拉格朗日欧拉(ALE)方法吻合较好,在保证相同仿真精度时,计算效率可提高约37.5%;主、被发发动机排列方式相同时,间距越小,发动机尺寸越大,殉爆响应程度越剧烈;主、被发发动机间距一定时,平行排列方式较垂直排列方式更容易发生殉爆。平行排列时,150 mm直径发动机的临界殉爆距离在80~100 mm之间,大于100 mm直径发动机的临界殉爆距离60~70 mm;垂直排列时,100 mm直径发动机的临界殉爆距离在50~60 mm之间。研究结果提供了一种用于殉爆数值模拟的方法,对固体火箭发动机的安全贮存和使用具有一定参考价值。

关键词：固体火箭发动机殉爆 SPH方法数值模拟爆炸冲击

基于WLS-KF的UWB室内定位滤波算法研究

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电子测量与仪器学报 2024年第1期38卷 25-33页

作者：杨承志张晓明张鸽中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

针对室内超宽带(UWB)定位过程中受到非视距误差(NLOS)干扰而导致定位精度下降的问题,提出了基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法对测距信息解算得到定位坐标。在通视环境下进行测距,利用测得的数据计算新息向量... 详细信息

针对室内超宽带(UWB)定位过程中受到非视距误差(NLOS)干扰而导致定位精度下降的问题,提出了基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法对测距信息解算得到定位坐标。在通视环境下进行测距,利用测得的数据计算新息向量和协方差,并基于此构建阈值信息,对NLOS环境产生的量测异常值进行判别,在此基础上利用Sage-Husa滤波对系统噪声协方差进行估计。采用加权最小二乘法对测距信息进行处理,得到标签解算坐标的最优估计。通过MATLAB仿真验证算法的可行性和有效性并在室内环境下进行测距、定位试验验证。仿真和实验结果表明,基于抗差估计原理的自适应卡尔曼滤波方法,结合加权最小二乘法能有效识别NLOS误差,且对定位过程中发生的状态突变能有效进行跟踪,解算得到的标签坐标x方向误差1 cm左右,y方向误差2 cm左右,提高了UWB室内定位的精度。

关键词：抗差估计卡尔曼滤波 UWB NLOS误差加权最小二乘估计

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电容去离子脱盐电极材料的研究进展

化工新型材料 2024年

作者：张旭柳张悦吕明珠杜飞刘宁刘鹏霄中北大学环境与安全工程学院

电容去离子技术是一种新兴的海水淡化方法，其中电极材料对于提高脱盐效率至关重要。深入探讨了常用的电极材料，包括碳基材料、普鲁士蓝和MXenes等，归纳了这些材料在电容去离子过程中的表现。此外，分析了目前电容去离子电极材料面临... 详细信息

电容去离子技术是一种新兴的海水淡化方法，其中电极材料对于提高脱盐效率至关重要。深入探讨了常用的电极材料，包括碳基材料、普鲁士蓝和MXenes等，归纳了这些材料在电容去离子过程中的表现。此外，分析了目前电容去离子电极材料面临的主要挑战，并展望了它们在未来海水淡化技术中的应用前景。

关键词：电容去离子电极材料碳基材料赝电容材料

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基于火光辐射的射流速度测试技术研究

兵器装备工程学报 2024年第4期45卷 128-134页

作者：李东炳张斌褚文博赵冬娥中北大学信息与通信工程学院太原030051

为了满足超高速聚能射流的测速要求,采用狭缝光阑与高速光电探测器构成被动探测模块,探测射流的自身火光辐射。测速系统以多级光阑前后排列的方式限制探测幕面的视场与厚度。分别对两级、三级光阑2种滤光模式建立了光学模型,模拟射流过... 详细信息

为了满足超高速聚能射流的测速要求,采用狭缝光阑与高速光电探测器构成被动探测模块,探测射流的自身火光辐射。测速系统以多级光阑前后排列的方式限制探测幕面的视场与厚度。分别对两级、三级光阑2种滤光模式建立了光学模型,模拟射流过靶时各级光阑的滤光性能。仿真结果表明,三级光阑可以有效衰减射流自身的强辐射,并且可以滤除探测幕范围之外的爆炸火光以及设备内的反射光,滤光效果超过99.25%。采用三级光阑逐级滤光的方法,解决了射流辐射亮度强并且伴随有杂散光导致其速度不易测试的难题。最后在外场进行射流测速试验,得到的信号波形印证了仿真结果的正确性。对过靶信号进行相关性分析处理得到射流的精确过靶时间,计算得到的射流速度为6500 m/s左右。将测得数据结果与高速摄影测速结果进行对比验证,测速系统的不确定度低于1.9%,验证了系统的可行性。

关键词：速度测量聚能射流光衰减相关分析被动测速