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引入ESO的永磁超环面电机无模型预测电流控制

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1085-1096页

作者：刘欣王正阳王晓远天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐... 详细信息

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐标系下建立该电机的时变数学模型;利用永磁超环面电机系统的输入与输出,建立该电机具有时变比例因子的超局部模型,同时引入ESO对超局部模型的干扰部分进行实时估计,并利用朱利稳定判据证明了ESO的稳定性;结合延时补偿的DPCC预测得到参考电压矢量,从而实现永磁超环面电机的MFPCC-ESO策略。对参数匹配和失配下永磁超环面电机MFPCC-ESO策略与DPCC策略进行对比分析,仿真结果表明:MFPCC-ESO策略下的永磁超环面电机具有优越的动态和稳态性能及强鲁棒性,同时该控制策略还能有效降低永磁超环面电机的输出波动。

关键词：超环面电机超局部模型无模型预测电流控制扩张状态观测器

基于多特征融合和改进级联森林的MSWI过程燃烧状态识别

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控制工程 2024年

作者：汤健潘晓彤夏恒李帷韬北京工业大学北京智慧环保实验室合肥工业大学电气与自动化工程学院北京工业大学信息学部

准确识别城市固废焚烧(MSWI)过程的燃烧状态是提高焚烧效率、降低污染排放的关键因素之一。提出了一种基于多特征融合和改进级联森林(ICF)的燃烧状态识别策略。首先，采用人工多曝光图像融合去雾算法、特征归一化、陷波滤波、中值滤波... 详细信息

准确识别城市固废焚烧(MSWI)过程的燃烧状态是提高焚烧效率、降低污染排放的关键因素之一。提出了一种基于多特征融合和改进级联森林(ICF)的燃烧状态识别策略。首先，采用人工多曝光图像融合去雾算法、特征归一化、陷波滤波、中值滤波等预处理手段对进行去雾和去噪处理，获得清晰图像；然后，提取图像的亮度、火焰、颜色和主成分等多特征以从多个视图进行图像表征，并基于互信息对多特征进行约简；最后，将约简特征输入ICF模型以建立MSWI过程燃烧状态识别模型。基于北京某焚烧发电厂的实际火焰进行验证实验，结果表明所构建模型可达到96.01%的识别准确率。

关键词：城市固废焚烧(MSWI) 燃烧状态识别特征提取互信息(MI) 级联森林

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面向工业过程的图像生成及其应用研究综述

自动化学报 2024年第2期50卷 211-240页

作者：汤健郭海涛夏恒王鼎乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 北京工业大学智慧环保北京实验室北京100124 北京工业大学智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

在面向工业过程的计算机视觉研究中,智能感知模型能否实际应用取决于其对复杂工业环境的适应能力.由于可利用的工业图像数据集存在分布不均、多样性不足和干扰严重等问题,如何生成符合多工况分布的期望训练集是提高感知模型性能的关键.... 详细信息

在面向工业过程的计算机视觉研究中,智能感知模型能否实际应用取决于其对复杂工业环境的适应能力.由于可利用的工业图像数据集存在分布不均、多样性不足和干扰严重等问题,如何生成符合多工况分布的期望训练集是提高感知模型性能的关键.为解决上述问题,以城市固废焚烧(Municipal solid wastes incineration, MSWI)过程为背景,综述目前面向工业过程的图像生成及其应用研究,为进行面向工业图像的感知建模提供支撑.首先,梳理面向工业过程的图像生成定义和流程以及其应用需求;随后,分析在工业领域中具有潜在应用价值的图像生成算法;接着,从工业过程图像生成、生成图像评估和应用等视角进行现状综述;然后,对下一步研究方向进行讨论与分析;最后,对全文进行总结并指出未来挑战.

关键词：工业过程视觉感知图像生成生成图像评估与应用城市固废焚烧

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面向复杂工业过程的虚拟样本生成综述

自动化学报 2024年第4期50卷 688-718页

作者：汤健崔璨麟夏恒乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 北京工业大学智慧环保北京实验室北京100124 北京工业大学智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

用于复杂工业过程难测运行指标和异常故障建模的样本具有量少稀缺、分布不平衡以及内涵机理知识匮乏等特性.虚拟样本生成(Virtual sample generation,VSG)作为扩充建模样本数量及其涵盖空间的技术,已成为解决上述问题的主要手段之一,但... 详细信息

用于复杂工业过程难测运行指标和异常故障建模的样本具有量少稀缺、分布不平衡以及内涵机理知识匮乏等特性.虚拟样本生成(Virtual sample generation,VSG)作为扩充建模样本数量及其涵盖空间的技术,已成为解决上述问题的主要手段之一,但已有研究还存在缺乏理论支撑、分类准则与应用边界模糊等问题.本文在描述复杂工业过程难测运行指标和异常故障建模所存在问题的基础上,梳理虚拟样本定义及其内涵,给出面向工业过程回归与分类问题的VSG实现流程;接着,从样本覆盖区域、实现流程与推广应用等方向进行综述;然后,分析讨论VSG的下一步研究方向;最后,对全文进行总结并给出未来挑战.

关键词：复杂工业过程虚拟样本生成数据驱动建模样本覆盖区域

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基于多目标PSO混合优化的虚拟样本生成

自动化学报 2024年第4期50卷 790-811页

作者：王丹丹汤健夏恒乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 北京工业大学智慧环保北京实验室北京100124 北京工业大学智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

受限于检测技术难度、高时间与经济成本等原因,难测参数的软测量模型建模样本存在数量少、分布稀疏与不平衡等问题,严重制约了数据驱动模型的泛化性能.针对以上问题,提出一种基于多目标粒子群优化(Multi-objective particle swarm optim... 详细信息

受限于检测技术难度、高时间与经济成本等原因,难测参数的软测量模型建模样本存在数量少、分布稀疏与不平衡等问题,严重制约了数据驱动模型的泛化性能.针对以上问题,提出一种基于多目标粒子群优化(Multi-objective particle swarm optimization, MOPSO)混合优化的虚拟样本生成(Virtual sample generation, VSG)方法.首先,设计综合学习粒子群优化算法的种群表征机制,使其能够同时编码用于连续变量和离散变量;然后,定义具有多阶段多目标特性的综合学习粒子群优化算法适应度函数,使其能够在确保模型泛化性能的同时最小化虚拟样本数量;最后,提出面向虚拟样本生成的多目标混合优化任务以改进综合学习粒子群优化算法,使其能够适应虚拟样本优选过程的变维特性并提高收敛速度.同时,首次借鉴度量学习提出用于评价虚拟样本质量的综合评价指标和分布相似指标.利用基准数据集和真实工业数据集验证了所提方法的有效性和优越性.

关键词：小样本建模虚拟样本生成混合优化多目标粒子群优化分布相似度

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大风区接触网线路参数对附加导线舞动的影响

哈尔滨工业大学学报 2024年第5期56卷 74-83页

作者：赵珊鹏陈智涛张友鹏王思华葛威张鹏飞兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室兰州730070

针对大风环境下兰新高速铁路接触网附加导线发生剧烈舞动以及线间放电的现象,依据接触网附加导线结构特点,建立了附加导线有限元计算模型,并对附加导线进行找形计算。采用谐波叠加法模拟接触网附加导线处的随机风场,并对导线模型施加风... 详细信息

针对大风环境下兰新高速铁路接触网附加导线发生剧烈舞动以及线间放电的现象,依据接触网附加导线结构特点,建立了附加导线有限元计算模型,并对附加导线进行找形计算。采用谐波叠加法模拟接触网附加导线处的随机风场,并对导线模型施加风荷载,利用无条件稳定Newmark法以及荷载增量法,分析接触网线路参数对附加导线舞动及线间距离的影响规律,并给出相应的舞动防治措施。结果表明:40 m及更小档距对导线在低风速及高风速下的舞动均有明显的抑制效果;将附加导线运行张力提高至6.5 kN,导线阻尼比提高至1.5%及以上能有效降低两条导线的舞动剧烈程度;接触网附加导线的档距过大,运行张力及阻尼比过小,将导致导线舞动时悬挂点张力过大,易引起导线掉线、断线等事故;随附加导线档距减小、运行张力及阻尼比增大,线间最小距离呈递增趋势;不同线路参数下(档距、运行张力及阻尼比)附加导线舞动时线间最小距离均随风速增大出现减小趋势。本研究可为兰新高铁大风区段接触网附加导线舞动及线间放电的防治提供有效的理论依据。

关键词：舞动特性线间最小距离附加导线接触网兰新高铁

基于数字孪生的建筑工程交付模型建立及应用研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 97-106页

作者：刘占省刘俊杰及炜煜刘亮北京工业大学城市建设学部北京100124 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

建筑生命周期数据包含建筑项目立项、设计、施工、运维等过程的有价值信息,是重要的数据资产。目前建筑业尚未有统一的数字化交付标准,建筑工程交付数据同时存在完整性不足、利用率低等问题。为了更好地利用建筑信息,并用于工程交付,综... 详细信息

建筑生命周期数据包含建筑项目立项、设计、施工、运维等过程的有价值信息,是重要的数据资产。目前建筑业尚未有统一的数字化交付标准,建筑工程交付数据同时存在完整性不足、利用率低等问题。为了更好地利用建筑信息,并用于工程交付,综合分析了目前数字化交付中的难点问题,总结了建筑项目各阶段所产生的数据特点以及交付对象,定义了需要交付的数据要素,在此基础上建立了建筑工程数字化交付模型。该模型以数字孪生框架为驱动,在数据模型构建过程中,引入了时空演化规律和虚实交互机制,以及对多维多尺度的建筑数据集成方式。基于交付模型开发了数字化交付平台,以实际工程案例为依托,以平台为载体,实现了交付模型的运行以及在工程中的功能应用。结果表明:数字化交付模型能较好地完成建筑数据从采集到传输到最后利用过程,简化相关方的交付步骤,保证了交付数据的完整性、及时性与真实性,对交付的数据能通过平台为参与方共享利用,提升数据利用率。

关键词：建筑工程竣工交付数字孪生数据管理交付模型

基于混合数据增强的MSWI过程燃烧状态识别

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自动化学报 2024年第3期50卷 560-575页

作者：郭海涛汤健丁海旭乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 智慧环保北京实验室北京100124

国内城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration, MSWI)过程通常依靠运行专家观察炉内火焰识别燃烧状态后再结合自身经验修正控制策略以维持稳定燃烧,存在智能化水平低、识别结果具有主观性与随意性等问题.由于MSWI过程的火焰图... 详细信息

国内城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration, MSWI)过程通常依靠运行专家观察炉内火焰识别燃烧状态后再结合自身经验修正控制策略以维持稳定燃烧,存在智能化水平低、识别结果具有主观性与随意性等问题.由于MSWI过程的火焰图像具有强污染、多噪声等特性,并且存在异常工况数据较为稀缺等问题,导致传统目标识别方法难以适用.对此,提出一种基于混合数据增强的MSWI过程燃烧状态识别方法.首先,结合领域专家经验与焚烧炉排结构对燃烧状态进行标定;接着,设计由粗调和精调两级组成的深度卷积生成对抗网络(Deep convolutional generative adversarial network, DCGAN)以获取多工况火焰图像;然后,采用弗雷歇距离(Fréchet inception distance, FID)对生成式样本进行自适应选择;最后,通过非生成式数据增强对样本进行再次扩充,获得混合增强数据构建卷积神经网络以识别燃烧状态.基于某MSWI电厂实际运行数据实验,表明该方法有效地提高了识别网络的泛化性与鲁棒性,具有良好的识别精度.

关键词：城市固废焚烧深度卷积生成对抗网络燃烧状态识别非生成式数据增强混合数据增强

新型并联谐振直流环节软开关逆变器改进调制策略

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电工技术学报 2024年第2期39卷 487-500页

作者：李思杨明马宇宋天佑徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 北京机械设备研究所北京100854

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作... 详细信息

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作频率最小化优点的基础上,不仅实现了全部开关管的软开关,而且将第二辅助开关管的电流应力降为谐振电流峰值。然后,通过合理的参数设计,进一步降低辅助电路电流应力,从而减少辅助电路损耗。然后,根据所提调制策略分析工作原理、对比不同文献、规划参数设计、进行损耗分析。最后,使用SiC MOSFET制作一台5 kW/40 kHz通用样机,通过实验验证所提调制策略对原拓扑效率提升与电流应力降低的有效性。

关键词：并联谐振直流环节辅助电路调制策略电流应力导通损耗