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热风洞温度系统的无模型自适应级联控制

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1713-1720页

作者：陈嘉诚杨旭马渝翔李栋董素君李运华北京航空航天大学大型飞机高级人才培训班北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

热风洞能够为高温热电偶动态标定和航空发动机叶片热强度测试等应用场景提供均匀且稳定的温度场,如何对热风洞所产生的热气流进行宽温范围的温度控制是一个难点。为此,建立了热风洞燃油流量和燃烧室温度的数学模型;设计了一种内环为增... 详细信息

热风洞能够为高温热电偶动态标定和航空发动机叶片热强度测试等应用场景提供均匀且稳定的温度场,如何对热风洞所产生的热气流进行宽温范围的温度控制是一个难点。为此,建立了热风洞燃油流量和燃烧室温度的数学模型;设计了一种内环为增量式比例积分微分(PID)和外环为无模型自适应控制(MFAC)的级联控制方法,增量式PID控制器控制燃油流量,MFAC控制器控制燃烧室温度,实现了对燃烧室温度的有效控制;进行了不同目标温度的数值模拟和试验研究,并与FuzzyPID-PID级联控制方案和传统的级联PID控制方案进行了对比测试。试验结果确认了所提控制方案的可行性与优越性。

关键词：热风洞温度控制无模型自适应控制增量式比例积分微分级联控制

TIG电弧增材制造AZ31镁合金成形尺寸控制研究

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金属加工（热加工） 2024年第7期 6-12页

作者：李子淇常子金姜自昊曹千卉曾才有从保强北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

镁合金作为航天装备结构件轻量化和一体化制造的关键轻质结构金属材料,电弧增材制造镁合金过程中成形尺寸精确控制一直是研究的重点。基于二次回归通用旋转组合试验设计法,建立了电弧增材关键工艺参数(基值电流、送丝速度、运动速度)与... 详细信息

镁合金作为航天装备结构件轻量化和一体化制造的关键轻质结构金属材料,电弧增材制造镁合金过程中成形尺寸精确控制一直是研究的重点。基于二次回归通用旋转组合试验设计法,建立了电弧增材关键工艺参数(基值电流、送丝速度、运动速度)与成形尺寸特征参数间的回归模型,采用响应面法深入分析了单一参数及耦合作用对增材成形尺寸的影响规律。结果表明:在试验设计参数范围内,基值电流的增大对成形高度起抑制作用,对成形宽度起促进作用;随着送丝速度的增大,成形宽度略微减小,层高呈现增大趋势;运动速度的增大使得沉积层的层高和层宽均减小。各工艺参数对成形高度影响最大的是送丝速度,其次是基值电流,影响最小的是运动速度;基值电流对成形宽度影响最大,其次是运动速度,对成形宽度影响最小的是送丝速度。

关键词：镁合金电弧增材制造工艺参数成形尺寸

2219中厚铝合金VPTIG深熔焊接熔池行为与组织性能

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航天制造技术 2024年第3期 34-40,78页

作者：姜自昊曾才有杨清福张权齐铂金从保强北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对2219-T87铝合金双频复合脉冲变极性TIG(DP-VPTIG)深熔焊接过程,采用高速图像采集和多物理场数值仿真技术对熔池传热传质行为进行研究,解耦了双频脉冲电流和方波变极性电流的作用机制,并探究了DP-VPTIG电弧对接头组织性能的影响。结... 详细信息

针对2219-T87铝合金双频复合脉冲变极性TIG(DP-VPTIG)深熔焊接过程,采用高速图像采集和多物理场数值仿真技术对熔池传热传质行为进行研究,解耦了双频脉冲电流和方波变极性电流的作用机制,并探究了DP-VPTIG电弧对接头组织性能的影响。结果表明:双频脉冲能有效激发熔池内小孔,方波变极性电流能保证焊接过程稳定,DP-VPTIG可实现中厚板铝合金的高效高质量深熔焊接。相比常规VPTIG接头,DP-VPTIG接头焊缝组织更加细小,接头抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了8%、17%和22%。

关键词：中厚铝合金变极性TIG焊数值模拟组织性能

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复杂系统测试性设计与故障诊断策略研究进展

系统工程与电子技术 2024年第7期46卷 2359-2373页

作者：陆宁云李洋姜斌黄守金马坤南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106 航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京211106 上海大学机电工程与自动化学院上海200444 中国计量科学研究院北京100029

测试性设计是提高系统可靠性、安全性、维修性、保障性的重要前沿技术,决定了系统故障检测率和隔离率,直接影响系统的维护(测试)成本。系统测试性设计包含结构化设计、模型化设计、数据驱动设计等多种设计策略。其中,数据驱动设计于近... 详细信息

测试性设计是提高系统可靠性、安全性、维修性、保障性的重要前沿技术,决定了系统故障检测率和隔离率,直接影响系统的维护(测试)成本。系统测试性设计包含结构化设计、模型化设计、数据驱动设计等多种设计策略。其中,数据驱动设计于近年逐渐兴起并成为重要发展方向之一,该类方法通过对系统测试与故障之间的关系进行建模,依据测试结果进行故障推理,形成故障诊断方案。首先,简要回顾了系统测试性设计的发展历程;其次,重点介绍了测试性设计的研究进展,分析总结了结构化、模型化、数据驱动3类测试方案;然后,介绍了测试性诊断策略构建,根据测试方案中的建模方法确定诊断策略的构建技术,并总结归纳了每类技术的研究特点和适用性;最后,探讨了当前复杂系统测试性设计面临的挑战性问题和可能的未来研究方向。

关键词：测试性设计模型化设计数据驱动测试性诊断策略

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多策略融合的改进黑猩猩搜索算法及其应用

北京航空航天大学学报 2024年

作者：张福兴高腾吴泓达大连工业大学机械工程与自动化学院

针对黑猩猩搜索算法存在迭代速度慢、精度不高以及初始化分布不均匀等问题，提出一种融合多策略的改进黑猩猩优化算法（SPWChoA）。首先采用改进的Sine混沌映射初始化种群，解决种群边界聚集分布问题，其次引入线性权重因子、自适应加... 详细信息

针对黑猩猩搜索算法存在迭代速度慢、精度不高以及初始化分布不均匀等问题，提出一种融合多策略的改进黑猩猩优化算法（SPWChoA）。首先采用改进的Sine混沌映射初始化种群，解决种群边界聚集分布问题，其次引入线性权重因子、自适应加速因子加持的粒子群思想，配合改进的非线性收敛因子平衡算法的全局搜索能力，加快算法收敛，提高收敛精度。最后引入自适应变化水波因子改进的麻雀精英突变和Bernoulli混沌映射策略，提高个体跳出局部最优的能力。利用23个基准函数迭代分析求解和Wilcoxon秩和统计检验，得出SPWChoA优化算法迭代速度更快、精度更高、跳出局部最优能力更强。最后将SPWChoA优化算法应用到工程实例中，进一步验证SPWChoA优化算法在处理现实优化问题的优越性。

关键词：改进的Sine混沌映射非线性衰减因子麻雀精英突变 Bernoulli混沌映射

航空电推进电机多层波浪形拓扑及散热设计方法

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1806-1818页

作者：徐金全林华鹏郭宏北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315800

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过... 详细信息

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过CFD仿真验证所建立电机等效热网络模型的准确性和有效性。以此为基础,对比分析传统散热翅和多层波浪形散热拓扑对电机功率密度的影响。基于多层波浪形散热拓扑的等效热网络模型,采用遗传学习粒子群优化(GL-PSO)算法,完成航空电推进电机高效散热优化设计。优化结果表明:相比于原始方案,优化方案的机壳质量减轻15.1%,整个电机的功率密度提升0.06 kW/kg。

关键词：航空电推进电机永磁同步电机散热结构热网络模型电机功率密度

面向安检X光图像的违禁物品语义分割与识别研究

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电子测量与仪器学报 2024年第2期38卷 1-9页

作者：李广睿刘琼张熠卿张馨瑶黄景煦傅健北京信息科技大学自动化学院北京100192 北京航空航天大学江西研究院南昌330200 西安电子科技大学人工智能学院西安710071 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315800

针对安检X光图像中违禁物品大小不一、物品摆放随意且存在重叠遮挡的技术难题,提出了一种改进的HRNet多尺度特征融合网络模型,实现图像中违禁物品的自动分割与识别。在编码阶段,利用HRNet网络中的多分辨率并行网络架构,提取多尺度特征,... 详细信息

针对安检X光图像中违禁物品大小不一、物品摆放随意且存在重叠遮挡的技术难题,提出了一种改进的HRNet多尺度特征融合网络模型,实现图像中违禁物品的自动分割与识别。在编码阶段,利用HRNet网络中的多分辨率并行网络架构,提取多尺度特征,解决安检X光图像违禁物品尺度多样化的问题。在解码阶段,提出一种多层级特征聚合模块,采用数据相关上采样方法减少信息丢失,并聚合编码阶段提取的特征,以对物品进行更完整表征。在网络整体架构中,嵌入基于注意力机制的去遮挡模块加强模型的边缘感知能力,缓解安检X光图像中物品重叠遮挡严重的问题,提高模型的分割识别精度。通过在PIDray安检图像公开数据集进行实验,结果表明,在Easy、Hard、Hidden 3个验证子集上分别取得了73.15%、69.47%、58.33%的平均交并比,相比原始HRNet模型,分别提升了0.49%、1.17%、5.69%,总体平均交并比提升约2.45%。

关键词：安检X光图像语义分割违禁品识别深度学习

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氮化铝陶瓷燃气舵仿真与试验

航空动力学报 2024年第6期39卷 50-61页

作者：白澔烔石仲仑薛海峰蔡红明南京航空航天大学航天学院南京211106 山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590 南京理工大学机械工程学院南京210094

针对弹箭燃气舵轻量化问题,设计了基于高热导率氮化铝(AlN)陶瓷材料的新型燃气舵。为考察其可行性,建立了基于流固热耦合的非定常数值模拟方法,研究了氮化铝陶瓷燃气舵在不同舵偏角下的工作过程,并基于高温下陶瓷强度预测模型分析了燃... 详细信息

针对弹箭燃气舵轻量化问题,设计了基于高热导率氮化铝(AlN)陶瓷材料的新型燃气舵。为考察其可行性,建立了基于流固热耦合的非定常数值模拟方法,研究了氮化铝陶瓷燃气舵在不同舵偏角下的工作过程,并基于高温下陶瓷强度预测模型分析了燃气舵的抗热震能力。加工了氮化铝陶瓷燃气舵,开展了固体火箭发动机地面静态射流试验,并通过扫描电镜分析了试验结果。研究结果表明:数值仿真与试验结果基本一致,验证了数值模拟方法的有效性;对燃烧室总温为2284 K的固体火箭发动机,氮化铝陶瓷燃气舵可承受其燃气1 s内造成的最大机械冲击和热冲击;氮化铝陶瓷由于较高的热导率(理论达320 W/(m∙K)),有远优于常规结构陶瓷的抗热震性能,是一种良好的小型燃气舵选材。

关键词：氮化铝陶瓷燃气舵热耦合热冲击固体火箭

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基于机器视觉的轴承跑合带检测方法研究

中国测试 2024年第S1期 15-22页

作者：李寒峥周城嘉张强周刚张梦花王玉亮北京航空航天大学机械工程及自动化学院机器人研究所北京控制工程研究所北京航空航天大学宁波创新研究院

针对轴承跑合带图像采集流程繁琐、人工检测任务重等问题，提出搭建一套基于机器视觉的轴承跑合带检测系统，以实现跑合带的批量自动化检测需求。该系统主要包括零件运输、图像采集模块，并配有图像处理算法。为适应不同类型轴承跑合带... 详细信息

针对轴承跑合带图像采集流程繁琐、人工检测任务重等问题，提出搭建一套基于机器视觉的轴承跑合带检测系统，以实现跑合带的批量自动化检测需求。该系统主要包括零件运输、图像采集模块，并配有图像处理算法。为适应不同类型轴承跑合带的检测需要，该系统将检测分为跑合带分割与评估和跑合带缺陷检测两方面。对于跑合带分割与评估，系统选用FCN8x网络作为识别算法，自动完成对轴承跑合带图像的识别与分割，并结合其深浅变化的均匀性及宽度变化的连续性因素对其进行评估；对于内部缺陷检测，系统使用基于边界跟踪的轮廓提取对缺陷进行判别与分类。通过对300组不同样式的轴承跑合带样本进行测试，验证该系统对多样式型号轴承均具有良好的检测效果。

关键词：轴承跑合带机器视觉缺陷检测