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人工肾脏泵用磁悬浮轴承设计与磁力特性分析

西南交通大学学报 2024年第4期59卷 795-803页

作者：金俊杰王岩峰徐程程陆文轩张晓友孙凤徐方超沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 日本工业大学机械工学院日本埼玉345-8501

代替透析膜的持续离心分离新方法提高了依赖血液透析治疗的肾脏病患者生活质量,随之,人工肾脏泵的研究被很多学者关注.但传统人工肾脏泵采用滚动轴承进行支撑,存在溶血高、血栓率高等问题,为此,本文利用磁悬浮轴承的非接触、无润滑、高... 详细信息

代替透析膜的持续离心分离新方法提高了依赖血液透析治疗的肾脏病患者生活质量,随之,人工肾脏泵的研究被很多学者关注.但传统人工肾脏泵采用滚动轴承进行支撑,存在溶血高、血栓率高等问题,为此,本文利用磁悬浮轴承的非接触、无润滑、高转速等优点,研发了一种应用于人工肾脏泵的结构紧凑且节能的单自由度控制型磁悬浮轴承.利用有限元分析软件进行仿真,探索径向被动控制部分和轴向主动控制部分的设计参数,并对总体进行仿真验证,进而对磁悬浮轴承进行结构性能评估.结果表明:仿真与实验的径向位移刚度系数分别为47.432 N/mm和49.531 N/mm,轴向电流刚度系数分别为0.144 N/AT和0.135 N/AT,轴向位移刚度系数为223.071 N/mm,满足该磁悬浮轴承的五自由度稳定悬浮要求;所设计的磁悬浮轴承简化了系统结构,减小了控制难度以及降低了系统功耗.

关键词：人工肾脏泵单自由度磁悬浮轴承有限元分析

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电火花加工用磁悬浮驱动器控制系统

沈阳工业大学学报 2024年第1期46卷 82-90页

作者：赵芳张健孙凤徐方超栾博然刘洋张晓友沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 日本工业大学机械工学科日本琦玉345-8501

针对传统电火花加工时,主轴不能及时调整极间间隙导致加工效率低下的问题,提出了一种多自由度磁悬浮驱动器代替传统电火花主轴运动。分析了该磁悬浮驱动器的结构及原理并建立了磁悬浮驱动器的动力学模型,运用有限元仿真软件对该驱动器... 详细信息

针对传统电火花加工时,主轴不能及时调整极间间隙导致加工效率低下的问题,提出了一种多自由度磁悬浮驱动器代替传统电火花主轴运动。分析了该磁悬浮驱动器的结构及原理并建立了磁悬浮驱动器的动力学模型,运用有限元仿真软件对该驱动器所产生的电磁力进行仿真分析,通过设计传统PID控制系统及模糊PID控制系统对磁悬浮驱动器的控制效果进行仿真与实验验证。结果表明,该磁悬浮驱动器具有较好的跟随特性和快速的响应速度及符合要求的电磁力,满足微细电火花加工要求。

关键词：电火花加工磁悬浮驱动器动力学模型电磁力模糊PID控制有限元仿真响应速度跟随特性

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混合磁悬浮系统零功率抗偏载控制方法研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 360-369页

作者：赵川孙凤金俊杰徐方超张明 OKA Koichi 沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 高知工科大学系统工学部高知7828502日本

针对混合磁悬浮洁净传送装置无法兼顾零功率和抗偏载悬浮的问题,提出一种磁铁可动式混合磁悬浮系统,并设计了其零功率抗偏载控制策略。该系统中一个磁极固定,其他两个磁铁可绕悬浮圆盘中心轴线转动,通过调节气隙长度和磁铁转动角度克服... 详细信息

针对混合磁悬浮洁净传送装置无法兼顾零功率和抗偏载悬浮的问题,提出一种磁铁可动式混合磁悬浮系统,并设计了其零功率抗偏载控制策略。该系统中一个磁极固定,其他两个磁铁可绕悬浮圆盘中心轴线转动,通过调节气隙长度和磁铁转动角度克服偏载引起的扰动力和扰动力矩,从而实现零稳态电流和抗偏载悬浮。首先建立系统的线性变参数模型,分析该系统实现零功率水平悬浮需要满足的条件。零功率抗偏载控制策略在比例-微分控制器中引入电流和气隙偏差的积分反馈,并应用质心观测器反求磁体转动角度,求解方法分别采用雅可比逆变换解析求解和查表法内插取值两种方法。试验结果表明,该系统能够在偏载条件下保持零功率水平悬浮,应用雅可比的连续控制策略具有更好的纠偏特性,稳态时电流波动范围小。

关键词：混合磁悬浮零功率控制抗偏载特性离散控制

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耐腐蚀性能和拉伸性能提升的α型钛合金设计

稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 947-953页

作者：马喜龙松木一弘尚志丰苏宏基贾博文聂国权石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 广岛大学工学部日本广岛739-8527 石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

通过2个电子参数(结合次数Bo_(t)和d轨道能级Mdt)提出了新设计的α型钛(α-Ti)合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bo_(t)值(3.847)以及不同的Mdt值(2.430,2.426,2.422)。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度(σ_(UTS))、断裂应变(ɛ_(f))和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明,3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σ_(UTS)和ɛ_(f)值为801 MPa和16%,Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σ_(UTS)和ɛ_(f)值为708 MPa和15%,Ti-5Al-2.5Sn合金的σ_(UTS)和ɛ_(f)值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σ_(UTS)、ɛ_(f)和耐热盐腐蚀结果表明,新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。

关键词：合金设计 α型钛合金冷坩埚悬浮熔炼拉伸性能热盐腐蚀测试

基于通道权重和数据效用特征的医学图像分割数据增强方法

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 220-227,236页

作者：武星陶晨杰李智张健孙群韩先花陈延伟上海大学计算机工程与科学学院上海200444 上海大学上海先进通信与数据科学研究院上海200444 上海大学医学院上海200444 上海全景医学影像诊断中心上海200233 上海交通大学附属第六人民医院消化内科上海200233 山口大学理学部日本山口753-8511 立命馆大学情报理工学部日本滋贺525-8577

在计算机辅助医疗诊断领域,获取含标签的医学数据代价昂贵,同时对模型的可解释性要求较高,而目前大多数深度学习模型存在数据缺乏和可解释性差的局限。为此,本文提出一种新颖的用于医学图像分割的数据增强方法,其优势和新颖之处在于,通... 详细信息

在计算机辅助医疗诊断领域,获取含标签的医学数据代价昂贵,同时对模型的可解释性要求较高,而目前大多数深度学习模型存在数据缺乏和可解释性差的局限。为此,本文提出一种新颖的用于医学图像分割的数据增强方法,其优势和新颖之处在于,通过梯度类激活热力图提取数据效用特征并与原图像进行融合,然后构建新的通道权重特征提取器来学习不同通道间的权重,最终实现了不具有破坏性的数据增强效果,提升了模型的性能、数据效用和可解释性。将本文方法应用于超光谱-克瓦希尔(Hyper-Kvasir)数据集,U型网络(U-net)模型的交并比(IoU)和戴斯(Dice)系数分别有所提升;在国际皮肤成像合作组织(ISIC)档案文件(Archive)数据集(ISIC-Archive)上,深度研究实验室V3+网络(DeepLabV3+)模型的指标IoU和Dice系数也分别有所提升。此外,在仅使用70%的训练数据的情况下,依然取得了原模型在整个数据集上训练所得性能的95%,表现出良好的数据效用。而且,该方法所使用的数据效用特征具有内置的可解释信息,有助于提高模型的可解释性。本文所提方法普适性较好,可以即插即用,适用于不同的分割方法,且无需修改网络结构,因此易于集成到现有的医学图像分割工作中,可提高今后研究和应用的便利性。

关键词：医学图像分割数据增强数据效用深度学习可解释性

基于Hadamard product优化多层神经网络的胸部电阻抗成像研究

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生物医学工程学杂志 2024年第3期41卷 439-446,454页

作者：宋振忠李建平温建明万嫩马继杰张昱胡意立高增锋浙江师范大学工学院浙江省城市轨道交通智能运维技术与装备重点实验室精密机械与智能结构研究所浙江金华321004 千叶大学融合理工学府日本千叶263-8522

电阻抗成像(EIT)是一种无辐射、非侵入式的可视化诊断技术。为提高胸部电阻抗成像技术重建算法的成像分辨率和去伪影能力,本研究提出了一种利用Hadamard product优化多层神经网络(MANN)的HMANN算法。将HMANN算法的重建图像与广义矢量模... 详细信息

电阻抗成像(EIT)是一种无辐射、非侵入式的可视化诊断技术。为提高胸部电阻抗成像技术重建算法的成像分辨率和去伪影能力,本研究提出了一种利用Hadamard product优化多层神经网络(MANN)的HMANN算法。将HMANN算法的重建图像与广义矢量模式匹配(GVSPM)算法、截断奇异值分解(TSVD)算法、反向传播(BP)神经网络算法和传统MANN算法的重建图像进行对比,仿真结果表明:相对于MANN算法,HMANN算法重建图像的相关系数在圆截面模型中可以提高17.30%,在肺截面模型中可以提高13.98%。虽然肺截面模型中HMANN算法重建图像的部分相关系数会有所下降,但在所有模型中,HMANN算法保留了MANN算法的图像信息,同时HMANN算法重建图像的伪影更少,检测目标与背景的可识别度比传统MANN算法高。本研究可以提升重建图像的相关系数,有效去除重建图像的伪影,为EIT成像技术提供了一种有效提升重建图像质量的新思路。

关键词：电阻抗成像多层神经网络 Hadamardproduct 伪影

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采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

煤炭学报 2024年第1期49卷 16-35页

作者：宋振骐文志杰蒋宇静蒋金泉石永奎山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 长崎大学工学研究科日本长崎852-8521

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰... 详细信息

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

关键词：采动力学岩层控制岩体灾害 “3S”因素弱面判据试验系统研发

基于模型与数据混合驱动的重型燃气轮机全通流部件性能诊断方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：应雨龙李靖超武文杰秦浩张斌刘泽宇上海电力大学能源与机械工程学院上海电机学院电子信息学院中国联合重型燃气轮机技术有限公司日本神奈川大学工学部

重型燃气轮机作为能源高效转换与洁净利用的核心动力装备，是一种各部件强非线性耦合的复杂热力系统。重型燃气轮机本体通流部件是机组故障率最高的部件，其故障具有高度隐蔽性和破坏性。针对现有气路故障诊断方法存在的问题，结合基于... 详细信息

重型燃气轮机作为能源高效转换与洁净利用的核心动力装备，是一种各部件强非线性耦合的复杂热力系统。重型燃气轮机本体通流部件是机组故障率最高的部件，其故障具有高度隐蔽性和破坏性。针对现有气路故障诊断方法存在的问题，结合基于热力模型和基于人工智能的气路诊断方法的两者优点，首次提出基于模型与数据混合驱动的重型燃气轮机全通流部件性能诊断方法。基于已建立的高精度燃气轮机热力模型，通过故障模拟，全面建立了通流部件内在气路故障模式与外在气路可测参数故障征兆的关系规则库；通过重型燃气轮机全通流部件的故障模式与故障征兆的知识挖掘，从传统非线性气路故障诊断原理出发，建立了适用于机器学习框架的重型燃气轮机全通流部件气路故障诊断数学模型。所提出的方法可用于对机组并网后全工况（从最小IGV开度负荷至IGV全开基本负荷）全通流部件（进气系统、压气机、燃烧室、透平和排气系统）的不同故障类型和故障严重程度进行全面诊断。通过仿真测试案例表明，对不同故障类型的总体诊断成功率达100%，且当存在多部件性能恶化时，对不同故障类型不同故障严重程度的总体诊断成功率仍达97%以上，验证了所提出算法的可靠性和有效性。

关键词：燃气轮机通流部件热力模型智能分类器量化诊断

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考虑个体习惯的轮椅机器人人机共享避障方法

浙江大学学报（工学版） 2024年第11期58卷 2299-2308页

作者：王义娜曹晨杨佳琪俞彦军傅国强王硕玉沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870 高知工科大学智能机械系日本高知7820003

为了避免个体操作习惯对智能轮椅机器人(WR)人机共享运动控制的影响,引入动态强化学习策略,基于三重奖励系统建立个体操作习惯与碰撞风险的关联特性,提出能够自适应用户行为及保证安全性的模糊强化学习状态融合式共享控制策略.为了实现... 详细信息

为了避免个体操作习惯对智能轮椅机器人(WR)人机共享运动控制的影响,引入动态强化学习策略,基于三重奖励系统建立个体操作习惯与碰撞风险的关联特性,提出能够自适应用户行为及保证安全性的模糊强化学习状态融合式共享控制策略.为了实现机器人的智能操控,采用距离型模糊推理算法建立基于座椅压力的方向意图识别模型和机器人人机共享控制框架.面向用户意图方向与机器人实际方向的偏差度,分别基于高斯函数与偏差率建立当前奖励函数与预测奖励函数,以估计用户操作习惯.基于边界距离建立任务奖励函数,以估计人机安全性.基于模糊强化学习策略,利用三重奖励函数构建用户操作习惯与安全性的关联性,以动态调整共享控制中的用户控制权重,适应个体习惯,提高人机共享的操控精度和安全性.在实验室搭建试验环境,验证了所提算法的有效性.

关键词：智能轮椅机器人距离型模糊推理算法模糊强化学习个体习惯人机共享控制