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具有可变真空结构的物镜优化设计及性能分析

光学学报 2024年第5期44卷 193-202页

作者：史丽娜王鹏飞刘俊标王岩殷伯华韩立中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

环境扫描电子显微镜(ESEM)能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差,采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率... 详细信息

环境扫描电子显微镜(ESEM)能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差,采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率增加等问题,最终影响成像分辨率和效率。针对这些问题,本文从电子光学理论出发,综合考虑了ESEM中物镜结构和真空差分结构,将两者结合在一起进行优化设计,提出了一种具有可变真空结构的物镜设计方法,并搭建了实验平台,开展了物镜磁场测试、真空压差测试和分辨率测试。测试结果表明,在目前实验条件和133 Pa的低真空环境模式下,工作距离为15 mm时,20μm×20μm的扫描场对应的成像分辨率优于50 nm。

关键词：电子光学物镜可变真空结构压差光阑节流管

基于ADMM的共享储能参与电网辅助服务的分布式优化模型

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电力自动化设备 2024年第2期44卷 1-8页

作者：彭大健肖浩裴玮孔力中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

提出了一种共享储能参与主动配电网辅助服务市场的互动博弈优化模型和基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式求解方法。设计了共享储能参与主动配电网辅助服务市场的框架与互动运行模式;考虑主动配电网的优化运行目标与共享储能设备的约束条... 详细信息

提出了一种共享储能参与主动配电网辅助服务市场的互动博弈优化模型和基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式求解方法。设计了共享储能参与主动配电网辅助服务市场的框架与互动运行模式;考虑主动配电网的优化运行目标与共享储能设备的约束条件,建立了主动配电网与共享储能的互动博弈优化模型;基于ADMM,将系统全局互动博弈问题分解为分布式优化问题,并进行分布式优化求解。以改进IEEE 33节点系统为算例进行仿真,结果验证了所提互动博弈优化模型和分布式求解方法的合理性与有效性,表明所提方法能在保护共享储能和主动配电网隐私的情形下,兼顾主动配电网的经济性与安全性需求,实现主动配电网与共享储能用户的互利共赢。

关键词：共享储能主动配电网辅助服务互动博弈分布式优化交替方向乘子法

AutoConfig:面向深度学习编译优化的自动配置机制

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软件学报 2024年第6期35卷 2668-2686页

作者：张洪滨周旭林邢明杰武延军赵琛中国科学院大学北京100049 中国科学院软件研究所北京100190

随着深度学习模型和硬件架构的快速发展,深度学习编译器已经被广泛应用.目前,深度学习模型的编译优化和调优的方法主要依赖基于高性能算子库的手动调优和基于搜索的自动调优策略.然而,面对多变的目标算子和多种硬件平台的适配需求,高性... 详细信息

随着深度学习模型和硬件架构的快速发展,深度学习编译器已经被广泛应用.目前,深度学习模型的编译优化和调优的方法主要依赖基于高性能算子库的手动调优和基于搜索的自动调优策略.然而,面对多变的目标算子和多种硬件平台的适配需求,高性能算子库往往需要为各种架构进行多次重复实现.此外,现有的自动调优方案也面临着搜索开销大和缺乏可解释性的挑战.为了解决上述问题,提出AutoConfig,一种面向深度学习编译优化的自动配置机制.针对不同的深度学习计算负载和特定的硬件平台,AutoConfig可以构建具备可解释性的优化算法分析模型,采用静态信息提取和动态开销测量的方法进行综合分析,并基于分析结果利用可配置的代码生成技术自动完成算法选择和调优.AutoConfig创新性地将优化分析模型与可配置的代码生成策略相结合,不仅能保证性能加速效果,还能减少重复开发的开销,同时可以简化调优过程.在此基础上,进一步将AutoConfig集成到深度学习编译器Buddy Compiler中,对矩阵乘法和卷积的多种优化算法建立分析模型,并将自动配置的代码生成策略应用在多种SIMD硬件平台上进行评估.实验结果可验证AutoConfig在代码生成策略中完成参数配置和算法选择的有效性.与经过手动或自动优化的代码相比,由AutoConfig生成的代码可达到相似的执行性能,并且无需承担手动调优的重复实现开销和自动调优的搜索开销.

关键词：深度学习编译器编译优化代码生成自动配置机制

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声表面驻波局部图案化微操控方法

声学学报 2024年第3期49卷 464-471页

作者：张宇翔刘久玲刘明华游然何世堂中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对目前声表面驻波微操控方法在微流道的完整宽度上形成驻波图案,缺乏实现区域化操控的可行性的问题,量化分析了短脉冲激发的声表面波在声学微操控结构中产生与控制局部微粒图案的方法。通过对单指对叉指换能器机械波形的加式合成,建... 详细信息

针对目前声表面驻波微操控方法在微流道的完整宽度上形成驻波图案,缺乏实现区域化操控的可行性的问题,量化分析了短脉冲激发的声表面波在声学微操控结构中产生与控制局部微粒图案的方法。通过对单指对叉指换能器机械波形的加式合成,建立了短脉冲激励下的波形传播解析模型,结合有限元方法建立立式声表面波微操控器件的全截面仿真模型,研究对激励信号施加脉冲延迟和频率调制时,微操控器件的时均基底位移以及微流道内声场分布的变化规律。为验证理论模型,制作微操控器件进行实验测试。结果表明,通过修改激励信号的相对时延和有效脉冲时间,可以有效地控制声场中生成驻波区域的位置及宽度,二者均呈线性正相关,与理论及仿真结果相符。

关键词：声表面驻波微操控调制短脉冲微粒图案化

喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿成矿地质特征和形成机制

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岩石学报 2024年第9期40卷 2664-2678页

作者：赵俊兴秦克章何畅通李俊瑜刘宇超施睿哲朱丽群赵永能林伟吴福元中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

西藏喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿是喜马拉雅稀有金属成矿带标志性的伟晶岩型矿床。其成矿地质特征、成矿机理-机制和含矿性评价的研究对喜马拉雅稀有金属成矿带的形成机制和找矿勘查工作研究具有重要意义。中国科学院地质与地球物理研... 详细信息

西藏喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿是喜马拉雅稀有金属成矿带标志性的伟晶岩型矿床。其成矿地质特征、成矿机理-机制和含矿性评价的研究对喜马拉雅稀有金属成矿带的形成机制和找矿勘查工作研究具有重要意义。中国科学院地质与地球物理研究所在2021~2023年期间对喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿形成机制研究中,获得如下认识:(1)琼嘉岗锂辉石伟晶岩的主矿体主要顺矽卡岩化大理岩和钙质千枚岩面理侵入,中部整体上呈板状近水平(10°~20°),主矿体两侧倾角相对较大(30°~50°);(2)琼嘉岗矿床的富锂矿物主要为锂辉石(包括3个期次),次为透锂长石、锂绿泥石、锂云母等,其他稀有金属矿物包括绿柱石、日光榴石、羟硅铍石、铌锰矿-铌铁矿、锡石等,围岩蚀变主要为矽卡岩化并含有少量锡矿化;(3)琼嘉岗锂矿中花岗岩-伟晶岩的演化和成矿受岩浆结晶分异过程控制,锂辉石伟晶岩矿体的形成与系统大量流体出溶有关,花岗质熔体演化的早期阶段稀有金属可能达到饱和;(4)钾长石Ti温度计和流体包裹体等容线相交法揭示出从电气石白云母花岗岩到锂辉石伟晶岩呈现降温趋势,锂辉石伟晶岩石英形成时流体的捕获温度为410~475℃,捕获压力为180~240MPa,结合含锂矿物相关系揭示出降压是锂辉石伟晶岩形成的重要机制;(5)建立了琼嘉岗锂矿的成矿模式,指出高度结晶分异、流体出溶和降压过程控制了琼嘉岗锂辉石伟晶岩的形成,流体交代作用形成了稀有金属矿化;(6)长石结构和化学成分(Rb、Cs、Sr、Ba、K/Rb和形成温度)、石榴子石组成(高水含量、高Mn/(Mn+Fe)的锰铝榴石)、副矿物组成及其包裹矿物类型是琼嘉岗及周边伟晶岩含矿性评价的有效指标。

关键词：琼嘉岗锂矿地质特征成矿机制成矿模型喜马拉雅稀有金属成矿带

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面向高机动飞行的旋翼气动模型构建方法

机器人 2024年第4期46卷 385-396页

作者：包一峰谷丰杜心田于利何玉庆中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

旋翼气动机理复杂、变量耦合严重,如何在线准确估计旋翼气动力是实现旋翼飞行机器人高机动安全自主飞行的关键问题之一。为此,本文提出了一种基于叶素动量理论的集成参数模型构建方法,结合参数集成的思想,将叶素动量模型中的叶素积分式... 详细信息

旋翼气动机理复杂、变量耦合严重,如何在线准确估计旋翼气动力是实现旋翼飞行机器人高机动安全自主飞行的关键问题之一。为此,本文提出了一种基于叶素动量理论的集成参数模型构建方法,结合参数集成的思想,将叶素动量模型中的叶素积分式简化为代数式,以提升计算效率并降低参数辨识的复杂度,同时保留旋翼诱导速度为状态变量,避免了近似悬停飞行状态假设,使模型能够适应高速高机动的飞行状态。基于实机机动飞行数据的仿真实验结果表明,该方法构建的模型相较于常见的集成参数模型和仅基于叶素动量理论的模型,整体旋翼气动合力预测误差分别同比降低20%和50%,且与仅基于叶素动量理论的模型相比计算效率提升显著。

关键词：旋翼无人机旋翼气动力叶素动量理论集成参数多旋翼无人机

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基于柔性光波导的水下本体感知软体执行器

机器人 2024年第2期46卷 129-138页

作者：莫礼燕张道辉傅昕赵新刚中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳100169 中国科学院大学北京100049

水下软体执行器在水下生物采样、文物打捞等作业任务中发挥着重要作用,但其本体感知能力不足。传统的水下感知模块存在易受环境温度影响、抗干扰能力弱、体积大和硬度大等缺点,不适用于软体执行器。为了解决这个问题,本文基于一种对温... 详细信息

水下软体执行器在水下生物采样、文物打捞等作业任务中发挥着重要作用,但其本体感知能力不足。传统的水下感知模块存在易受环境温度影响、抗干扰能力弱、体积大和硬度大等缺点,不适用于软体执行器。为了解决这个问题,本文基于一种对温度和电磁干扰不敏感、响应速度较快、线性度较高的柔性光波导传感器来实现一种波纹管结构软体执行器的本体感知功能。首先,在实验室浅水环境中测试了软体执行器检测物体基本物理属性(表面纹理和硬度)的能力;其次,在实验室模拟静水高压环境中(0~30MPa)初步验证该软体执行器在水下3000m典型作业场景应用的可行性。实验结果证明:在浅水环境中,软体执行器可在驱动压力40kPa下感知幅值为1mm的锯齿波纹表面;当驱动压力大于30kPa时,软体执行器可以明显辨别出本体弯曲状态以及3种不同硬度的物体;在静水压0~30MPa下,柔性光波导传感器可以很好地表征软体执行器的不同弯曲状态;当水压增大时,传感器的迟滞性增大,灵敏度降低。以上实验结果表明基于柔性光波导的本体感知软体执行器具备水下原位感知的功能,且在等效水下3000m作业范围内仍具有较好的感知性能。

关键词：柔性光波导传感器柔性传感器本体感知软体执行器水下软体机器人原位感知

面向空地协同的旋翼无人机动平台自主降落最优轨迹生成

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机器人 2024年第3期46卷 266-274,283页

作者：郑勇杰张广玉杨丽英黄朝雄中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

旋翼无人机在移动平台上快速自主降落能够提升空地机器人的任务适应性和作业灵活性,对提高任务响应速度和增强救援能力具有重要意义。为了使旋翼无人机在最短时间内安全降落到移动平台,本文提出了一种最优升力分解轨迹生成方法,旨在在... 详细信息

旋翼无人机在移动平台上快速自主降落能够提升空地机器人的任务适应性和作业灵活性,对提高任务响应速度和增强救援能力具有重要意义。为了使旋翼无人机在最短时间内安全降落到移动平台,本文提出了一种最优升力分解轨迹生成方法,旨在在升力有限的情况下,最大化旋翼无人机的飞行性能。该方法首先对旋翼无人机的有限升力进行分解,获得最优的3轴升力分配,然后将非线性加速度约束转化为动态线性约束,最后根据最优控制理论求解出最优飞行时间轨迹。仿真结果表明了本文提出的算法能够保证轨迹生成的准确性和稳定性,并且该算法的计算效率高,能够满足系统实际应用中的实时性要求。

关键词：旋翼无人机空地协同轨迹生成升力分解动平台降落

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磁性活性炭制备及其在水处理中的研究进展

过程工程学报 2024年第3期24卷 259-272页

作者：汪前雨张玉明崔彦斌中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点,是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高,难以高效地将吸附饱和的活性炭... 详细信息

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点,是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高,难以高效地将吸附饱和的活性炭从水中分离,在一定程度上限制了活性炭在水处理中的应用。通过对活性炭进行赋磁处理可制备得到吸附容量高、易于分离回收的磁性活性炭。同时,磁性活性炭具有良好的催化活性,可用于在高级氧化反应中高效降解水中有机污染物。因此,磁性活性炭在水处理领域具有广阔的应用前景。本工作主要介绍了磁性活性炭制备方法、微观结构和物化性质,综述了磁性活性炭在污水治理方面的研究进展,总结了磁性活性炭的吸附特性和再生方法,并对磁性活性炭在水处理中的发展趋势进行了展望。要点:(1)介绍了磁性活性炭的制备方法和物化性质。(2)综述了磁性活性炭在水处理中的应用。(3)简要讨论了磁性活性炭的再生方法。(4)磁性活性炭的发展趋势及前景展望。

关键词：磁性活性炭水处理吸附行为高级氧化再生方法