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基于物理信息神经网络的电磁场计算方法

电工技术学报 2024年第17期39卷 5251-5261页

作者：张宇娇孙宏达赵志涛徐斌黄雄峰合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

物理信息神经网络(PINNs)将偏微分方程(PDEs)及其定解条件编码进网络中,使PDEs残差最小化的同时逼近定解条件,实现PDEs的求解。由于电磁场计算时存在局部高梯度问题、含源方程引发的训练困难问题和高对比系数界面识别问题等,PINNs在用... 详细信息

物理信息神经网络(PINNs)将偏微分方程(PDEs)及其定解条件编码进网络中,使PDEs残差最小化的同时逼近定解条件,实现PDEs的求解。由于电磁场计算时存在局部高梯度问题、含源方程引发的训练困难问题和高对比系数界面识别问题等,PINNs在用于电磁场方程求解时训练效率低、计算精度不高,因而目前应用较少。该文对于PINNs在电磁场中的训练困难问题进行理论分析,提出了针对电磁场PDEs形式和神经网络架构的修改方法,实现了基于PINNs的静电场和稳恒磁场求解,计算结果准确性较好。将该方法推广到方程更加复杂的频域涡流场求解中,求解结果表明PINNs可以在复杂的频域方程上保证良好的精度。该研究工作为实现电磁场快速计算提供了新思路。

关键词：物理信息神经网络电磁场数值计算深度学习

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_(2)族量子点制备与发光二极管器件

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化学进展 2024年第7期36卷 1046-1060页

作者：刘方海蒋徽杨书淇刘琦陈雷合肥工业大学材料科学与工程学院合肥2230009 合肥工业大学智能制造技术研究院合肥230051

量子点由于独特光电性质使其成为高色域、柔性、大面积显示以及医疗等领域的理想发光材料,与二元Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族量子点相比,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_(2)族量子点不含Cd、Pb元素,对生态环境友好,具有带隙可调、斯托克斯位移大和发光寿命长等显著优点... 详细信息

量子点由于独特光电性质使其成为高色域、柔性、大面积显示以及医疗等领域的理想发光材料,与二元Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族量子点相比,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_(2)族量子点不含Cd、Pb元素,对生态环境友好,具有带隙可调、斯托克斯位移大和发光寿命长等显著优点,并且通过改变化学元素组成可以在可见光到近红外光区连续调节其发射光谱。这使它们在发光二极管、太阳能电池、光电探测器、生物成像等领域具有广阔的应用前景。本文系统综述了量子点以及适于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_(2)族量子点合成方法和光学性能优化策略,根据电子能带结构特征阐述了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_(2)族量子点发光机制,概括了近些年量子点在照明显示器件领域的应用,并重点总结了Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_(2)量子点在光致与电致发光二极管的应用进展,最后对Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ_(2)族量子点的发展前景和面临的挑战进行了展望。

关键词：量子点合成方法发光机制光学性能优化有机发光二极管白光二极管

时变时延下喷涂机器人双边遥操作位姿控制策略

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机械工程学报 2024年第11期60卷 226-236页

作者：刘亚军訾斌潘敬锋钱森合肥工业大学机械工程学院合肥230009 智能互联系统安徽省实验室合肥230009

遥操作技术在喷涂示教任务中应用时需要保证主从端机器人位置与姿态的同步。然而,通信时延会带来遥操作系统的不稳定。为此,提出一种在工作空间中喷涂机器人双边遥操作位姿控制策略。分别建立主从端机器人的预测代理模型,通过预测代理... 详细信息

遥操作技术在喷涂示教任务中应用时需要保证主从端机器人位置与姿态的同步。然而,通信时延会带来遥操作系统的不稳定。为此,提出一种在工作空间中喷涂机器人双边遥操作位姿控制策略。分别建立主从端机器人的预测代理模型,通过预测代理模型互联降低时间延迟对系统跟踪性能的影响。将主从端受到的外力视为半自主反馈回路的外部激励,并配置了阻尼注入控制器,使遥操作系统实现鲁棒稳定。以PhantomOmni机器人和FrankaPanda机器人分别为主端和从端搭建了遥操作喷涂示教实验平台,并进行控制策略的验证。实验结果表明,该位姿控制策略能够在系统存在时变时延条件下实现自由空间运动时的主从端位置和姿态的同步,以及在从端与环境有接触时实现系统位置和姿态跟踪误差有界以及有效的力反馈。

关键词：喷涂机器人双边遥操作时变时延透明性

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基于深度学习的种子质量检测综述

河南工业大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 140-149页

作者：宁孝梅马慧敏王小申胡健威张帅男张宸曦胡宇豪安徽农业大学信息与人工智能学院安徽合肥230036

“种优则粮丰,粮安则民安”。我国是粮食大国,为保障粮食安全,需要紧抓种子质量,健康的种子和适宜的品种可以显著提高农作物的产量和质量。因此实现快速、无损地检测种子质量的技术对于粮食生产具有重要的意义。近年来,机器视觉作为一... 详细信息

“种优则粮丰,粮安则民安”。我国是粮食大国,为保障粮食安全,需要紧抓种子质量,健康的种子和适宜的品种可以显著提高农作物的产量和质量。因此实现快速、无损地检测种子质量的技术对于粮食生产具有重要的意义。近年来,机器视觉作为一种无损检测方法在粮食种子质检领域得到了广泛应用。通过对粮食种子图像数据进行训练,最终得到能够准确、快速识别种子外观品质的模型。重点从数据集角度出发,总结了基于深度学习算法在小麦、稻米、玉米等主要粮食种子的外观品质检测方面的研究进展,并根据这些研究存在的不足对该领域未来的研究方向进行了展望。

关键词：粮食种子深度学习外观品质无损检测机器视觉

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考虑源荷不确定性的能量枢纽负荷优化调度

系统工程理论与实践 2024年第7期44卷 2227-2246页

作者：李浩斌陆信辉周开乐杨善林合肥工业大学管理学院合肥230009 过程优化与智能决策教育部重点实验室合肥230009 能源环境智慧管理与绿色低碳发展安徽省哲学社会科学重点实验室合肥工业大学合肥230009

能源互联网的快速发展使得传统的能源系统向多种能源高度耦合的综合能源系统转型,综合能源系统有助于促进可再生能源消纳、提高能源利用效率、缓解环境污染.能量枢纽作为综合能源系统规划和运行的重要建模工具与分析框架,自提出以来一... 详细信息

能源互联网的快速发展使得传统的能源系统向多种能源高度耦合的综合能源系统转型,综合能源系统有助于促进可再生能源消纳、提高能源利用效率、缓解环境污染.能量枢纽作为综合能源系统规划和运行的重要建模工具与分析框架,自提出以来一直受到广泛的研究和关注.针对以风能和光热为代表的可再生能源渗透综合能源系统,本文构建由风力发电机组、热电联产设备、电转气设备和光热电站组成的能量枢纽结构,提出源荷不确定性环境下基于分布鲁棒优化的能量枢纽两阶段负荷优化调度模型.该模型考虑风电、光热、电负荷和热负荷的不确定性,建立基于Wasserstein距离的不确定性分布模糊集.模型分为日前和实时两个调度阶段,第一阶段基于日前预测数据进行日前调度,第二阶段为抑制预测误差的影响对灵活设备进行实时调度,以期获得最恶劣不确定性分布下的最小实时调度成本.模型采用仿射策略实现设备出力调整,通过强对偶理论转换为混合整数线性规划问题并求解.仿真结果表明,多能耦合设备可以提升系统灵活性并促进可再生能源消纳,同时所提分布鲁棒优化算法能在系统经济性和鲁棒性中取得平衡.

关键词：综合能源系统能源枢纽光热电站负荷优化调度分布鲁棒优化

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一种融合运动预测的三维点云目标跟踪算法

信号处理 2024年第3期40卷 516-523页

作者：张远刘昭娣杨大林王伯伦王彦平北方工业大学信息学院人工智能系北京100144

随着人工智能技术的发展以及对目标跟踪理论的研究深入,目标跟踪技术在实际生活中得到了广泛的应用,对于许多视觉应用,目标跟踪更是一项必不可少的技术。目前,针对二维图像的目标跟踪研究已取得了丰硕的成果,但基于三维点云的目标跟踪... 详细信息

随着人工智能技术的发展以及对目标跟踪理论的研究深入,目标跟踪技术在实际生活中得到了广泛的应用,对于许多视觉应用,目标跟踪更是一项必不可少的技术。目前,针对二维图像的目标跟踪研究已取得了丰硕的成果,但基于三维点云的目标跟踪技术还处于研究发展阶段。近年来,由于激光雷达的广泛应用以及深度学习技术在三维点云领域的研究,基于激光雷达点云的目标跟踪技术也取得了一些进展。现有的基于激光雷达点云目标的跟踪算法主要分为两大类:传统滤波算法和深度学习算法。虽然基于传统滤波的点云目标跟踪算法可以达到更好的效果,但是很难给这类算法赋予最优的参数,并且这类算法在一些剧烈变化的场景中很容易失效。而基于深度学习的激光雷达点云目标跟踪算法大多是“检测-跟踪”的架构,这种架构最大的问题是后端跟踪任务严重依赖于前端检测结果,当前端检测器失效时,后端跟踪模块就无法进行跟踪,这会造成大量的目标丢失问题。针对以上问题,本文使用了一种以运动预测为中心的深度学习架构。该架构将检测和运动预测相结合,主要分为两个阶段:第一阶段通过点云特征提取对目标进行检测,将目标从点云中分割出来,并将目标定位到连续帧中;第二阶段通过运动预测更新分支对目标框进行优化,以得到更准确的目标位置。实验结果表明,该方法有效,且跟传统滤波方法相比,能更好的应对一些剧烈变化的场景;跟深度学习方法中的“检测-跟踪”架构相比,减少了目标丢失的情况。针对激光雷达点云目标跟踪,能得到更精确的跟踪结果。

关键词：激光雷达点云目标跟踪深度学习运动预测

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多自由度机器人自适应滑模迭代学习跟踪控制

控制与决策 2024年第6期39卷 1819-1828页

作者：张程琳桑文闯孙宁邱泽昊吴庆祥方勇纯中国飞机强度研究所西安710065 南开大学人工智能学院天津300350 南开大学深圳研究院智能技术与机器人系统研究院广东深圳518083

机械臂可代替人工完成繁重工作、降低生产风险、提高生产效率,被广泛应用于制造业和生产业中.工业生产的高质量需求对机械臂的操作精度提出了较高要求,考虑有色金属工厂中铸锭打磨的应用场景,该任务的作业轨迹均具有较强重复性.此外,实... 详细信息

机械臂可代替人工完成繁重工作、降低生产风险、提高生产效率,被广泛应用于制造业和生产业中.工业生产的高质量需求对机械臂的操作精度提出了较高要求,考虑有色金属工厂中铸锭打磨的应用场景,该任务的作业轨迹均具有较强重复性.此外,实际应用环境复杂,存在如环境干扰及系统参数变化等多种不确定性,固定的控制参数难以保证系统持续稳定运行.基于上述考虑,针对多自由度机械臂系统,设计一种自适应滑模迭代学习跟踪控制方法,控制器包含参数自整定的比例-微分项、基于滑模的符号函数项和上一次迭代的控制输入,其中PD项的控制参数通过模糊逻辑系统实时调整,在保证控制系统正常运行的情况下提高系统的鲁棒性.同时,在理论上证明迭代域闭环系统的稳定性和跟踪误差的收敛性.最后通过仿真验证所提出控制方法的有效性和鲁棒性.

关键词：多自由度机械臂迭代学习控制滑模控制模糊自适应控制参数自整定轨迹跟踪控制

深度学习图像识别辅助原子力显微镜单细胞力学特性精准高效探测

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生物化学与生物物理进展 2024年第2期51卷 468-480页

作者：吕晓龙李密中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 沈阳工业大学人工智能学院沈阳110870

目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实... 详细信息

目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实验技术存在着依赖人工、效率低下等不足,严重制约了其在生命科学领域的实际应用。本文通过将光学显微成像自动目标识别技术与AFM压痕技术结合,建立了单个游离态细胞及聚团生长细胞的力学特性精准高效测量方法。方法利用YOLO深度学习算法识别出光学图像中细胞的中心部位,并通过嵌入视觉转换器(ViT)模块的双UNet神经网络模型对细胞边缘部位进行精确分割,同时采用模板匹配算法对光学图像中AFM微球探针进行定位,在此基础上自动确定AFM探针上的微球针尖与细胞不同部位之间的空间位置关系,进而对细胞中心部位和边缘部位的力学特性进行快速测量。选取HEK 293(人胚胎肾细胞)和HGC-27(人未分化胃癌细胞)两种细胞进行验证实验,并利用Hertz模型对获取的力曲线进行分析以得到细胞杨氏模量。结果在深度学习光学图像自动识别导引下可将AFM探针准确移动至细胞不同部位(中心和边缘)进行力学特性测量,同时实验结果表明,本文提出的方法不仅可对单个游离态细胞进行可靠测量,也适用于聚团生长的细胞。结论深度学习图像识别在辅助AFM单细胞力学特性精准高效探测方面具有巨大潜力,将深度学习图像识别与AFM结合有助于发展面向生物医学应用的高通量单细胞力学特性测量方法。

关键词：原子力显微镜细胞力学特性光学图像深度学习杨氏模量微球探针

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基于单目视觉的空中手写数据采集系统

信息与控制 2024年第3期53卷 339-352页

作者：屈喜文韩瑶妹胡冕军安徽工业大学计算机科学与技术学院合肥综合性国家科学中心人工智能研究院

针对基于视觉的空中手写系统使用的3维传感器体积庞大、价格昂贵的缺点，提出了一种新型的基于单目视觉的空中手写数据采集系统，该系统用体积小、价格便宜的单目摄像头代替Kinect、 Leap Motion等3维传感器，更适合于手机、空调、电视... 详细信息

针对基于视觉的空中手写系统使用的3维传感器体积庞大、价格昂贵的缺点，提出了一种新型的基于单目视觉的空中手写数据采集系统，该系统用体积小、价格便宜的单目摄像头代替Kinect、 Leap Motion等3维传感器，更适合于手机、空调、电视等家用设备集成和大规模推广使用。为了解决目前基于单目视觉的空中手写系统每次只能写入单个字符或短文本，用户书写文本长度受到限制的问题，提出了一种坐标系虚拟滑动技术。首先，该系统使用背景差分法和HSV(hue, saturation, value)颜色空间阴影消除法从2维视频帧中获取完整的手部轮廓；其次，利用手的结构特点将手掌和手指进行分割，利用构建的指尖模板从分割出的手指中进行匹配来确定指尖的位置；最后，连接连续视频帧中的指尖位置形成空中手写字符轨迹，通过提出的坐标系虚拟滑动技术使用户可以进行连续书写从而形成文本。实验结果表明，所提系统可以让用户自由地在空中连续书写，对指尖的检测准确率达到了96.8%。

关键词：空中手写单目摄像头数据采集背景差分法