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基于深度强化学习算法的纯电动矿用汽车再生制动策略研究

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工程科学学报 2024年第3期46卷 503-513页

作者：杨威威罗登昊张文明北京科技大学机械工程学院车辆工程系北京100083

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度... 详细信息

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度算法(DDPG)的能量管理策略.其中车速、加速度、车辆质量与道路坡度、动力电池荷电状态(SOC)及充放电倍率作为状态变量;变速箱挡位作为动作变量;动力电池SOC及电池寿命作为奖励函数.仿真结果表明,基于动态规划的控制策略和所提出的基于SAC算法与基于DDPG算法的优化控制策略回馈效率分别提高了18.15%、17.18%和16.63%,电池寿命分别提升了57.31%、56.87%和57.38%.最后通过比较两种基于深度强化学习算法策略的奖励曲线,可以看出与基于DDPG算法的控制策略相比,所提出的基于SAC的能量管理控制策略的收敛速度提升了166.7%.

关键词：纯电动矿用汽车再生制动电池寿命控制策略强化学习

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二维声学黑洞应用于压电振动能量收集

振动与冲击 2024年第7期43卷 10-17页

作者：陈兵张杨坤任江尹忠俊北京科技大学机械工程学院北京100083

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维AB... 详细信息

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器试验测试平台,通过试验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比,环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响,得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围,并进行了正交试验设计,研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。

关键词：弹性波声学黑洞(ABH) 能量收集机电耦合

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无监督学习型凿岩钻臂逆运动学求解方法

工程科学学报 2024年第8期46卷 1479-1488页

作者：吴江许皓渊闫昊琪熊锋曹星宇高路路段京良马飞北京科技大学机械工程学院北京100083

凿岩台车钻臂智能寻孔控制对提升凿岩钻孔作业精度和效率具有重要意义,逆运动学求解是实现钻臂精确快速寻孔控制的核心.现有解析法或数值法无法满足复杂钻臂逆运动学求解精度或时间效率要求,而传统神经网络方法依赖于标签数据,求解结果... 详细信息

凿岩台车钻臂智能寻孔控制对提升凿岩钻孔作业精度和效率具有重要意义,逆运动学求解是实现钻臂精确快速寻孔控制的核心.现有解析法或数值法无法满足复杂钻臂逆运动学求解精度或时间效率要求,而传统神经网络方法依赖于标签数据,求解结果的可靠性较低.针对上述问题,本文提出一种考虑安全约束的无监督学习型神经网络逆运动学求解方法.区别于传统解法,该方法不依赖标签数据,直接将期望钻臂末端位姿作为网络输入,以实际末端位姿与期望末端位姿的差异作为优化目标,通过梯度下降驱动网络更新.同时,为确保关节位置的安全性,本文构造了安全碰撞惩罚,将罚项引入到求解目标函数中,促使网络输出的关节量满足特定环境的约束条件.上述的研究方法不仅提高了逆运动学求解的精度,而且显著降低了逆运动学解的碰撞率.实验结果表明,使用无监督学习型神经网络逆运动学求解方法所求得的寻孔误差均值在5~7 mm之间,相较于监督学习型方法,逆运动学求解精度提升约70.72%;引入约束后,该方法在不损失求解精度的前提下,逆运动学解的碰撞率降低了90.28%.

关键词：凿岩钻臂逆运动学求解无监督学习神经网络碰撞惩罚

改进迭代贪婪算法求解可重入流水车间调度问题

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计算机集成制造系统 2024年第7期30卷 2364-2380页

作者：吴秀丽李雨馨匡源崔建杰北京科技大学机械工程学院北京100083

可重入混合流水车间是在混合流水车间的基础上增加了可重入特性,具有更高的调度复杂性。为了求解可重入混合流水车间调度问题,首先建立了调度优化模型,优化目标为最小化最大完工时间,然后提出一种带精英调整的学习型迭代贪婪算法(LIG-EA... 详细信息

可重入混合流水车间是在混合流水车间的基础上增加了可重入特性,具有更高的调度复杂性。为了求解可重入混合流水车间调度问题,首先建立了调度优化模型,优化目标为最小化最大完工时间,然后提出一种带精英调整的学习型迭代贪婪算法(LIG-EA)。LIG-EA算法采用基于工件的编码方式,对重组后的染色体进行解码。种群分为精英个体和普通个体两部分,对精英个体进行精英破坏重建和基于关键工件的染色体调整,对普通个体进行学习机制的构建和普通个体的破坏重建。为提高初始种群质量,采用NEH启发式算法进行种群初始化,并针对可重入混合流水车间的重入特性,在重建操作中增加了插入有效性判断,提高了算法的运行速度。通过大量实验表明LIG-EA算法能够有效求解可重入混合流水车间调度问题。

关键词：可重入混合流水车间调度迭代贪婪算法精英解集构建关键工件调整学习机制构建

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工位数固定的U型拆卸线部分拆卸平衡问题

控制理论与应用 2024年第6期41卷 1079-1088页

作者：吴秀丽张兴宇北京科技大学机械工程学院北京100083

为提高工位数固定的U型拆卸线拆卸效率,减少有害部件对操作人员的潜在威胁,针对高价值零部件和有害零部件的拆卸需求,本文提出了工位数固定的U型拆卸线部分拆卸平衡问题,建立了以最小化节拍时间、高危工位数目和负载均衡为目标的优化模... 详细信息

为提高工位数固定的U型拆卸线拆卸效率,减少有害部件对操作人员的潜在威胁,针对高价值零部件和有害零部件的拆卸需求,本文提出了工位数固定的U型拆卸线部分拆卸平衡问题,建立了以最小化节拍时间、高危工位数目和负载均衡为目标的优化模型,并设计了改进的变邻域搜索算法进行求解.在编码过程中提出一种基于零部件释放位置的选择策略,以减少前继零部件拆卸顺序对编码的影响;提出最小偏差二分法,有效减少解码的迭代次数;提出瓶颈挤压局部搜索策略,用以优化节拍时间和均衡负载指标.通过与其他算法对比,结果表明改进的变邻域搜索算法求解具有优越性,并且可实现对工位数固定的U型拆卸线部分拆卸平衡问题的高效求解.

关键词：拆卸线平衡 U型拆卸线变邻域搜索算法工位数固定瓶颈挤压局部搜索策略

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自动驾驶车辆换道意图识别研究现状

工程科学学报 2024年第10期46卷 1845-1855页

作者：方华珍刘立顾青肖小凤孟宇北京科技大学机械工程学院北京100083

近年来基于数据驱动的自动驾驶车辆换道意图识别研究取得了显著进展,学者们发布了大量的研究成果.针对该领域面临的一些共性的技术挑战,如换道过程的认定、换道标签的缺失以及数据类别不均衡等问题,从不同的数据驱动方法进行分类,主要... 详细信息

近年来基于数据驱动的自动驾驶车辆换道意图识别研究取得了显著进展,学者们发布了大量的研究成果.针对该领域面临的一些共性的技术挑战,如换道过程的认定、换道标签的缺失以及数据类别不均衡等问题,从不同的数据驱动方法进行分类,主要包括基于传统机器学习、基于深度学习和基于集成学习的换道意图识别方法,对近年来这些方法的研究成果进行了回顾和总结.关于换道行为的认定,存在两种主流方案,即车辆穿越车道线和未穿越车道线.对于未穿越车道线的车辆,主要应用于驾驶者换道意图的早期识别方法;而当车辆穿越过车道线时,则通常被用于完整的换道过程的识别.在换道意图标注的研究中,研究者们针对固定时间窗口和航向角阈值对标注精度的影响进行了深入探讨.为了找到最优参数,如最佳的固定时间窗口和航向角阈值,研究者们采用了网格搜索进行寻优.虽然这种方法在固定的驾驶场景中表现良好,但在不同的驾驶场景中,如何实现参数的自适应调节仍然是一个挑战.针对换道数据类别不均衡的问题,研究者采用两种策略:一是调整数据采样方法,利用欠采样和过采样技术平衡各类别样本数量;二是采用对不均衡数据适应性强的分类模型,如集成学习算法或代价敏感学习,以维持较好的分类性能.

关键词：交通工程自动驾驶车辆数据驱动换道意图识别

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自抗扰控制在陀螺电机稳速控制中的应用

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 234-242页

作者：关伊哲冯明北京科技大学机械工程学院北京100083

陀螺电机的转速稳定性影响着陀螺仪性能,为提高永磁同步陀螺电机(PMSGM)的稳速控制精度,提出速度环采用自抗扰控制(ADRC),滤波环节采用基于模型自适应滤波算法的方法。将ADRC应用于陀螺电机矢量控制系统中,其速度环替代传统比例积分(PI... 详细信息

陀螺电机的转速稳定性影响着陀螺仪性能,为提高永磁同步陀螺电机(PMSGM)的稳速控制精度,提出速度环采用自抗扰控制(ADRC),滤波环节采用基于模型自适应滤波算法的方法。将ADRC应用于陀螺电机矢量控制系统中,其速度环替代传统比例积分(PI)控制,减小速度环输出波动,从而提高陀螺电机的稳速精度;采用基于模型自适应滤波算法代替传统低通滤波算法,无需相位延时补偿并使估计得到的反电动势波形更为平滑,提高转子位置角估计的准确性和稳速控制精度。因此,设计开发PMSGM矢量控制器,仿真及实验结果表明:所提方法相较于传统控制方法,有效地提高了陀螺电机的稳速控制精度。

关键词：永磁同步陀螺电机矢量控制自抗扰控制自适应滤波稳速精度

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多目标混合流水车间机器故障重调度问题研究

机械工程学报 2024年第4期60卷 438-448页

作者：苏建涛董绍华朱诗敏北京科技大学机械工程学院北京100083

在数字化转型过程中,如何解决好生产调度问题是研究者关注的问题。混合流水车间机器故障是在生产调度过程中常遇到的问题。为此,需要为快速解决机器故障的重调度问题找到方法。在解决机器故障重调度过程中,主要考虑的因素为加工时间不... 详细信息

在数字化转型过程中,如何解决好生产调度问题是研究者关注的问题。混合流水车间机器故障是在生产调度过程中常遇到的问题。为此,需要为快速解决机器故障的重调度问题找到方法。在解决机器故障重调度过程中,主要考虑的因素为加工时间不能确定、物流装卸时间以及生产设备布局限制,从而提出这种多种重调度组合的重调度方法。首先建立双目标数学模型,系统中植入NSGA-II算法求解初始调度方案,算法采用启发式规则和随机化的方式生成初始解,利用仿真的方法对调度方案进行评价。其次,将多种重调度方式融合在一起,通过设备故障仿真验证重调度方法,试验验证启发式规则作为初始解的一部分,可以非常好地提高算法的搜索效率,所研究的重调度方法能够有效解决混合流水车间机器故障问题,具有重要的意义。

关键词：智能制造机器故障多目标优化重调度混合流水车间

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侧喷射流的仿生鱼表面减阻优化研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 236-244页

作者：刘国勇宋中鑫朱冬梅北京科技大学机械工程学院北京100083

为了研究射流孔结构参数对水下射流减阻的影响,以金枪鱼为仿生对象建立仿生鱼模型,通过模拟鲨鱼鳃在仿生鱼模型侧面添加射流孔建立了射流模型.采用数值模拟方法,分析主流场速度及射流孔的形状、高度、位置、高宽比等单因素对仿生鱼表面... 详细信息

为了研究射流孔结构参数对水下射流减阻的影响,以金枪鱼为仿生对象建立仿生鱼模型,通过模拟鲨鱼鳃在仿生鱼模型侧面添加射流孔建立了射流模型.采用数值模拟方法,分析主流场速度及射流孔的形状、高度、位置、高宽比等单因素对仿生鱼表面减阻的影响规律.通过Design-expert软件对射流孔的结构参数进行响应面多目标参数优化,进一步分析了不同射流孔的结构参数在相互作用时对仿生鱼表面减阻的影响,最终确定了在距离鱼首5 mm处添加形状为后三角形,高度为6 mm,高宽比为4的射流孔时能够达到比较理想的减阻效果,此时模型的总阻力为2.51021 N,相应的减阻率为6.49%.本文通过深入分析射流孔结构参数的影响,为水下射流减阻技术提供了重要的理论基础和实验指导,为仿生技术在水下流体力学领域的应用拓展了新的可能性.

关键词：仿生鱼减阻数值模拟响应面法