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基于RIME-VMD的高速列车横向减振器故障诊断

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：秦永峰李刚齐金平王建帅兰州交通大学机电技术研究所甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心甘肃省物流与运输装备行业技术中心

为解决变分模态分解（VMD）在高速列车横向减振器故障诊断中特征提取较为困难的问题，提出一种基于霜冰算法（RIME）以最小包络熵作为适应度函数优化变分模态分解（VMD）的特征提取方法。首先，使用霜冰算法（RIME）优化VMD在不同故障... 详细信息

为解决变分模态分解（VMD）在高速列车横向减振器故障诊断中特征提取较为困难的问题，提出一种基于霜冰算法（RIME）以最小包络熵作为适应度函数优化变分模态分解（VMD）的特征提取方法。首先，使用霜冰算法（RIME）优化VMD在不同故障状态下模态（IMF）分量的个数和惩罚因子的最优参数组合。其次，计算各个IMFs分量的峭度值与相关性系数，再分别选取峭度值较大的前4阶IMF分量，并在峭度值较大的4个IMFs分量中选取相关性系数较高的前3阶IMFs进行信号重构降噪。最后，计算多尺度的奇异熵、样本熵、排列熵作为故障特征值，并结合t分布随机近邻嵌入（tSNE）算法降维去除冗余特征信息，将降维融合后的特征矩阵逐一输入到支持向量机（SVM）中，从而实现对高速列车横向减振器不同故障部位的识别。仿真实验结果表明：相较于灰狼算法（GWO）优化变分模态分解（VMD）的方法，RIME-VMD方法利用霜冰算法高效的搜索与开发能力，可以更快速寻得高速列车不同工况下，变分模态分解中分解层数和惩罚因子参数的全局最优组合，提高了VMD分解信号的鲁棒性，采用信号重构的方法可以有效提取故障特征，实现高速列车横向减振器故障的高效、准确识别。原始变分模态分解（VMD）方法虽然分解速度较快，但原始VMD参数的人工试错成本更高，不能满足高速列车故障诊断的要求。研究结果为高速列车横向减振器故障诊断和安全运营进一步优化提供参考。

关键词：转向架变分模态分解霜冰算法故障诊断多尺度奇异熵

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强风环境下高速列车横向振动控制方法研究

铁道标准设计 2024年

作者：李文昊李德仓赵传徽闫荣佳贾若谷甘肃省物流与运输装备行业技术中心甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州交通大学机电技术研究所

随着我国高速列车轻量化设计以及运行速度的逐渐提高，强风环境导致高速列车车体横向振动愈加严重。高速列车在强风作用下的横向振动控制是一个耦合性强且高度非线性的过程，对车辆悬架系统振动控制的要求也变得越来越高。据此建立在不... 详细信息

随着我国高速列车轻量化设计以及运行速度的逐渐提高，强风环境导致高速列车车体横向振动愈加严重。高速列车在强风作用下的横向振动控制是一个耦合性强且高度非线性的过程，对车辆悬架系统振动控制的要求也变得越来越高。据此建立在不稳态气动载荷和轨道激励作用下的车辆动力学模型，根据Cooper理论和叠加原理获得强风下的不稳态气动载荷，并分析在气动载荷作用下的高速列车横向振动特性；进一步建立基于二系主动悬挂系统的高速列车车体横向1/4车辆动力学模型，提出基于模型预测控制（MPC）的主动控制方法，以实现对轨道和气动载荷激励下的车体侧向振动的主动控制；针对模型预测控制(MPC)在解决高速列车横向控制过程中偏差过大、计算时间长的问题，提出一种基于粒子群（PSO）算法的高速列车横向振动模型预测控制方法，并利用粒子群算法对模型预测控制的控制步长n和预测步长p进行优化，提高MPC的控制精度，减少控制器的迭代次数；利用MATLAB/SIMLINK软件建立高速列车动力学模型进行仿真验证，仿真结果表明：相较于被动控制和MPC控制，基于PSO算法优化后的MPC控制器能将车体横向振动加速度的RMS降低大约13%，对抑制高速列车车体横向振动有显著效果，增强了列车在横风条件下的运行稳定性、行驶舒适性和安全性。

关键词：高速列车横风激励主动悬架横向振动模型预测控制粒子群算法优化

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基于涂层改性炮管寿命的研究进展

中国腐蚀与防护学报 2024年第2期44卷 295-302页

作者：李硕李希超赵经香戴作强徐斌孙明月郑莉莉青岛大学机电工程学院、动力集成及储能系统工程技术中心、电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程技术中心(青岛) 青岛266071 中国科学院金属研究所、沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学院金属研究所、中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

随着武器装备的各项指标不断提升,火炮的发展受到身管寿命的限制,目前身管寿命的延长已成为重要研究方向。本文综述了身管内膛涂层改性技术的发展历程及最新研究进展,从火炮身管的失效机理出发,指出对火炮身管内膛表面进行改造的困难。... 详细信息

随着武器装备的各项指标不断提升,火炮的发展受到身管寿命的限制,目前身管寿命的延长已成为重要研究方向。本文综述了身管内膛涂层改性技术的发展历程及最新研究进展,从火炮身管的失效机理出发,指出对火炮身管内膛表面进行改造的困难。重点对Cr涂层、Ta涂层、新陶瓷涂层等一系列涂层的性能以及研究进展进行了阐述。分析对比各种涂层改性中的优缺点,旨为继续进行身管延寿技术的研究提供参考。

关键词：火炮身管寿命内堂表面改性 Cr 涂层 Ta涂层陶瓷涂层

永磁同步电机非线性增益非奇异快速终端滑模控制

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电机与控制学报 2024年第5期28卷 73-81页

作者：康尔良于浩天韩康玮哈尔滨理工大学黑龙江省高校直驱系统工程技术研究中心黑龙江哈尔滨150080 上海海关机电产品检测技术中心上海200030

为了研究传统滑模控制中系统误差在有限时间内无法收敛至0以及传统滑模控制中系统抖振与收敛速度互不兼容的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器结合的速度控制器。通过将参数可变的非线性函数作为增益代替固定增益加入滑... 详细信息

为了研究传统滑模控制中系统误差在有限时间内无法收敛至0以及传统滑模控制中系统抖振与收敛速度互不兼容的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器结合的速度控制器。通过将参数可变的非线性函数作为增益代替固定增益加入滑模控制策略中从而改善系统响应速度同时减小系统的抖振。针对转矩扰动对系统的影响,加入负载转矩扰动观测器并补偿到q轴电流中以进一步提高控制器抗负载扰动能力。根据李雅普诺夫稳定性理论对提出的新型滑模控制器进行稳定性证明,经过仿真和实验证明,电机在启动时响应快、无超调且抖振较小,在突加转矩时转速波动小且恢复时间迅速,证明了改进后的变增益非奇异终端滑模控制与传统非奇异快速终端滑模控制策略相比可以提高动态性能的同时抑制系统抖振、增强系统的鲁棒性。

关键词：永磁同步电机速度控制器非奇异快速终端滑模趋近率扰动补偿

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五轴测量复杂曲面粗糙度及其无干涉方法

计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 469-481页

作者：陈鹏何金明袁圆姚宇峰常智勇万能西北工业大学机电学院陕西西安710072 陕西省“四主体一联合”航空发动机智能装配工程技术中心陕西西安710072 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412000

针对航空复杂零件粗糙度检测难题,利用五轴测量机灵活性高、可达域广的特点,搭载粗糙度传感器,研究复杂曲面粗糙度测量方法。首先分析粗糙度传感器与工件位置的关系;然后研究传感器和工件的干涉判断方法,求解粗糙度五轴测量中测杆无干... 详细信息

针对航空复杂零件粗糙度检测难题,利用五轴测量机灵活性高、可达域广的特点,搭载粗糙度传感器,研究复杂曲面粗糙度测量方法。首先分析粗糙度传感器与工件位置的关系;然后研究传感器和工件的干涉判断方法,求解粗糙度五轴测量中测杆无干涉方位,对粗糙度可测区域进行预测;最后通过离心叶轮关键部位粗糙度检测实验验证算法的可行性和准确性。实验表明,基于五轴测量机的复杂曲面粗糙度检测是一种可行的接触式粗糙度检测方法,无干涉算法能够精确预测可测区域,在实现复杂零件关键部位粗糙度量化表达的同时大幅提高检测效率。

关键词：五轴测量粗糙度检测干涉判断可测区域预测

5米光学02星高分辨率高灵敏度大幅宽热红外相机设计与实现

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遥感学报 2024年第3期28卷 601-609页

作者：童卫明李昊谦聂云松马军闫秀荣邢辉高长春王保华孙启扬蔡帅郝中洋李岩北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室北京100094

2021年12月26日,5米光学02星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的主要载荷之一热红外相机采用8192元长线阵长波红外探测器推扫成像,可以获取星下点地面像元分辨率优于16 m、噪声等效温差小于0.1 K@300 K、幅宽大于115 km的7.7—10.5... 详细信息

2021年12月26日,5米光学02星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的主要载荷之一热红外相机采用8192元长线阵长波红外探测器推扫成像,可以获取星下点地面像元分辨率优于16 m、噪声等效温差小于0.1 K@300 K、幅宽大于115 km的7.7—10.5μm谱段热红外影像。相比国内外在轨热红外遥感相机,该相机同时实现高分辨率、高灵敏度和大幅宽观测,能够实现空间和温度的高效率精细化探测,具有明显优势。文章介绍了该相机的组成、工作原理、相机关键技术及实现情况,给出地面测试与试验结果,并简要介绍在轨测试和应用情况。相机目前在轨稳定运行,性能优异,已获取大量高分辨率热红外影像,可为后续同类载荷研制提供参考。

关键词：遥感热红外相机推扫红外探测器 5米光学02星

横风作用下基于PSO寻优的高速列车PID主动悬挂控制器设计

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铁道标准设计 2024年

作者：程凯祁文哲李德仓兰州交通大学机电技术研究所兰州交通大学机电工程学院甘肃省物流与运输装备行业技术中心甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心

针对横风作用下高速列车车体横向和侧滚角振动加速度过大的问题，提出一种基于粒子群算法(PSO)寻优的高速列车PID主动悬挂控制器，以提升高速列车运行平稳性。首先，基于AR模型，利用平均风指数律和Kaimal脉动风速谱，结合风场空间相关... 详细信息

针对横风作用下高速列车车体横向和侧滚角振动加速度过大的问题，提出一种基于粒子群算法(PSO)寻优的高速列车PID主动悬挂控制器，以提升高速列车运行平稳性。首先，基于AR模型，利用平均风指数律和Kaimal脉动风速谱，结合风场空间相关性，模拟得到列车随机风模型；其次，运用多体动力学仿真软件SIMPACK建立50自由度列车多体动力学模型，考虑风荷载和轨道不平顺的影响，创建了较为完善的风-车系统模型；最后，以PID控制理论为基础，针对PID控制方法繁琐且主观性强的缺陷，设计了基于PSO算法寻优的PID主动悬挂控制器。该控制器以列车横向振动量为控制器输入变量，横向控制力为传感器输出变量。通过PSO算法对PID控制参数迭代优化，使主动悬挂处于最优状态。为验证控制器的优越性，将控制器与风-车系统模型进行联合仿真分析。结果表明，车体横向和侧滚角加速度振动能量集中在0～10Hz，与被动悬挂相比，基于PSO寻优的PID主动悬挂可使车体横向和侧滚角加速度最大值分别降低36.20%和9.82%，车体横向和侧滚角加速度均方根值分别降低40.40%和7.57%，横向平稳性指数减小12.07%。

关键词：高速列车横风作用风-车模型主动悬挂 PSO寻优 PID控制多体动力学

强风自然灾害致突发事件下高速列车动态调度方法

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灾害学 2024年第3期39卷 66-71页

作者：李德仓贾若谷李文昊雷斌陈晓强胥如迅兰州交通大学机电技术研究所甘肃兰州730070 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心甘肃兰州730070 甘肃省物流与运输装备行业技术中心甘肃兰州730070

针对强风自然灾害致突发事件发生时高速列车调度问题,该文以晚点列车在各站到发时刻与原时刻表误差之和为目标函数,建立以速度、时间和变量取值等为约束条件的高速列车非线性动态调度模型,提出采用非线性收敛因子及自适应权重改进的鲸... 详细信息

针对强风自然灾害致突发事件发生时高速列车调度问题,该文以晚点列车在各站到发时刻与原时刻表误差之和为目标函数,建立以速度、时间和变量取值等为约束条件的高速列车非线性动态调度模型,提出采用非线性收敛因子及自适应权重改进的鲸鱼优化算法(NAWOA)实现对目标函数的求解。以国内某铁路区段部分站点及运行的高速列车等数据为例,对模型的有效性进行检验。仿真结果表明:所提改进算法与传统鲸鱼优化算法、粒子群算法和遗传算法相比,对目标函数求解精度分别提升了16%,14%和36%,不但能够有效实现列车遭遇强风致突发事件时的动态调度,而且算法收敛速度较快,使得列车运行快速恢复正常,从而有效降低强风灾害致突发事件造成的列车大面积延误影响,提升高速列车的运行效率。

关键词：强风动态调度鲸鱼优化算法高速列车突发事件

基于双注意力和GSSN轻量化的钢轨扣件缺陷检测

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计算机工程 2024年

作者：张元吕德芳孟建军祁文哲兰州交通大学机电工程学院甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州交通大学机电技术研究所甘肃省物流与运输装备行业技术中心

铁路钢轨扣件的缺陷检测是铁道安全巡检中极为重要的工作之一，为提高钢轨扣件维护工作的效率，将实施基于深度学习的方式进行巡检。而使用当前主流的目标检测模型进行钢轨扣件缺陷的检测时，由于模型体积大、参数量多造成无法同时平衡... 详细信息

铁路钢轨扣件的缺陷检测是铁道安全巡检中极为重要的工作之一，为提高钢轨扣件维护工作的效率，将实施基于深度学习的方式进行巡检。而使用当前主流的目标检测模型进行钢轨扣件缺陷的检测时，由于模型体积大、参数量多造成无法同时平衡检测准确度和速度。本文对YOLO v5模型进行改进，采用SE和CA组成的双注意力机制；重新设计网络，选用MobileNet v3为主干网络，同时引入含有GSConv模块的Slim-Neck结构和轻量级上采样算子，降低计算成本；最后，将YOLO v5的坐标损失函数修改为SIoU，提升训练时的收敛速度，使得模型更加轻量化。使用改进后的模型在钢轨扣件数据集上进行测试，结果显示，单张扣件图片的检测时间为53.8ms，速度为17.9FPS，并且模型大小仅有8.3MB，符合模型体积小、检测效果佳的要求。

关键词：钢轨扣件目标检测 YOLO v5 注意力机制卷积网络轻量化