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垄耕模式的无人四驱四转移动作业平台路径跟踪控制

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农业工程学报 2024年第1期40卷 37-47页

作者：王阳朱孝勇徐磊杨天宇江苏大学电气信息工程学院镇江212013

为了提高垄耕模式的无人四驱四转(four-wheel independent driving and four-wheel independent steering,4WID-4WIS)移动作业平台路径跟踪控制精度和稳定性,该研究提出一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NOB)的路径跟踪控制策略。考虑到转弯区域跟踪误差较大,引入原地转向数学模型,设计基于原地转向的航向角PI控制与纯追踪控制的切换控制策略,以实现转弯路径精准跟踪。在此基础上,根据横向偏差和路径弯曲度,设计基于前视距离函数的纯追踪算法及模糊比例补偿器,构建基于NOB的前馈补偿器,以减小上线距离和位置超调。最后对所设计的跟踪控制策略进行仿真和试验验证,结果表明:与传统纯追踪控制相比,所设计的路径跟踪控制策略在3种初始横向偏差下,上线距离、超调、全线平均绝对误差分别减小了32.2%~43.4%、0~42.4%和27.7%~49.5%,且曲线区域平均绝对误差减小33.7%~39.5%;在颠簸硬石板、草地、农田翻耕路况下的稳态区平均绝对误差分别减小了6.25%、33.3%和41.7%。该路径跟踪控制策略有效提高了系统鲁棒性和作业路径跟踪精度,可为垄耕模式的无人四驱四转农业机械导航系统开发提供创新思路和技术参考。

关键词：无人驾驶路径跟踪干扰观测器前馈补偿垄耕种植前视距离

深度子领域自适应网络电机滚动轴承跨工况故障诊断

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电工技术学报 2024年第1期39卷 182-193页

作者：宋向金孙文举刘国海赵文祥王照伟江苏大学电气信息工程学院镇江212013

针对实际生产中旋转机械工况变化引起状态监测数据分布差异及获取待诊断样本标签困难问题,提出多尺度子领域自适应模型(MSDAM)的跨工况下滚动轴承故障诊断方法。首先,以原始振动信号作为输入,无需信号预处理及人工特征参数提取;其次,搭... 详细信息

针对实际生产中旋转机械工况变化引起状态监测数据分布差异及获取待诊断样本标签困难问题,提出多尺度子领域自适应模型(MSDAM)的跨工况下滚动轴承故障诊断方法。首先,以原始振动信号作为输入,无需信号预处理及人工特征参数提取;其次,搭建多尺度卷积神经网络将已知标签样本和待诊断样本特征迁移到同一子空间,捕获具有细粒度信息的多尺度公共特征;然后,以不同的故障类型来划分相关子域,并通过局部最大均值距离(LMMD)来完成子域的适配,有效削弱不同工况同类故障特征的分布差异;最后,在三个数据集的多个迁移任务上进行试验验证。结果证明,所提MSDAM的跨工况故障诊断性能优于关注全局领域适配的迁移学习方法。

关键词：轴承故障诊断子领域自适应迁移学习软标签学习

具有bcc结构的β型钛或锆系合金的低模量机制

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稀有金属 2024年第5期48卷 745-752页

作者：侯艳嫔吴亭慧郭顺刘海霞程晓农江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

低弹性模量的三元β型钛或锆系合金中的体心立方(bcc)结构多处于不稳定状态,因此难以通过制备单晶的方式来直接测定单晶弹性常数。利用原位同步辐射高能X射线衍射(SXRD)技术和Eshelby-Kroner-Kneer弹塑性自洽模型,获取了具有bcc结构的三... 详细信息

低弹性模量的三元β型钛或锆系合金中的体心立方(bcc)结构多处于不稳定状态,因此难以通过制备单晶的方式来直接测定单晶弹性常数。利用原位同步辐射高能X射线衍射(SXRD)技术和Eshelby-Kroner-Kneer弹塑性自洽模型,获取了具有bcc结构的三元Ti-33Nb-4Sn,Ti-35Nb-4Sn,Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn多晶合金的单晶弹性常数,成功解决了此类合金难以通过制备单晶来直接获得单晶弹性常数的技术瓶颈,揭示了具有bcc结构的多晶β型钛或锆系合金的低模量机制。结果表明,与二元β型TiV,TiCr和TiNb单晶合金相比,经冷轧退火处理的Ti-33Nb-4Sn和Ti-35Nb-4Sn合金和固溶处理的Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn合金具有较低的■剪切模量C′和超低的{001}剪切模量C_(44)。基于Hill近似理论进一步分析可知,三元β型Ti-33Nb-4Sn,Ti-35Nb-4Sn,Zr-12Nb-4Sn和Zr-4Mo-4Sn合金较低的剪切模量C′以及超低的剪切模量C_(44),是此类合金呈现较低杨氏模量E_(H)的原因。通过合理的成分设计及热机械处理降低合金的剪切模量C′和C_(44),可望获得与人骨模量相近的超低模量钛或锆合金。

关键词： β型钛或锆系合金低弹性模量同步辐射X射线衍射(SXRD) 弹性常数

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基于多掩膜技术的无监督深度与光流估计方法

上海理工大学学报 2024年第2期46卷 129-137页

作者：张旭东赵柏淦吴国庆姚建南南通大学信息科学技术学院南通226019 南通大学机械工程学院南通226019

针对自动驾驶领域现有方法在处理动态、遮挡等复杂实际场景时存在的估计不准确问题,提出了一种以多掩膜技术为基础的无监督深度与光流估计方法,通过无监督学习从单目视频序列中提取目标深度、相机运动位姿和光流信息。根据不同外点类型... 详细信息

针对自动驾驶领域现有方法在处理动态、遮挡等复杂实际场景时存在的估计不准确问题,提出了一种以多掩膜技术为基础的无监督深度与光流估计方法,通过无监督学习从单目视频序列中提取目标深度、相机运动位姿和光流信息。根据不同外点类型设计了多种特定掩膜,以有效抑制外点对光照一致性损失函数的干扰,并在位姿估计和光流估计任务中起到剔除外点的作用。引入预训练的光流估计网络,协助深度和位姿估计网络更好地利用三维场景的几何约束,从而增强联合训练性能。最后,借助训练得到的深度和位姿信息,以及计算得到的掩膜,对光流估计网络进行了优化训练。在KITTI数据集上的实验结果表明,该策略能够显著提升模型的性能,并优于其他同类型方法。

关键词：无监督学习深度估计位姿估计三维重建

基于FIA*-APF算法的蟹塘投饵船动态路径规划

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农业工程学报 2024年第9期40卷 137-145页

作者：孙月平方正袁必康孙杰孟祥汶汪彦彤赵德安江苏大学电气信息工程学院镇江212013 常州东风农机集团有限公司常州213200 江苏大学机械工业设施农业测控技术与装备重点实验室镇江212013

为了提高无人投饵船在含障碍物河蟹养殖池塘自主巡航的作业效率和安全性,该研究提出基于改进A*算法与人工势场法相融合(fusion of improved A*and artificial potential field,FIA*-APF)的蟹塘投饵船动态路径规划算法。首先引入动态加... 详细信息

为了提高无人投饵船在含障碍物河蟹养殖池塘自主巡航的作业效率和安全性,该研究提出基于改进A*算法与人工势场法相融合(fusion of improved A*and artificial potential field,FIA*-APF)的蟹塘投饵船动态路径规划算法。首先引入动态加权因子优化A*算法评价函数;其次加入转折惩罚函数并删除冗余点,接着利用B样条曲线对全局路径进行平滑处理;最后将改进A*算法得到的全局路径作为改进人工势场法中的引力路径,生成投饵船自主巡航高效路径。根据养殖池塘创建静态和动态2种仿真环境,分别对传统人工势场法(traditional artificial potential field,TAPF)、基于A*和人工势场法的融合算法(the A*and artificial potential field,TA*-APF)和FIA*-APF算法的性能进行20次测试。仿真试验结果表明:2种环境下,FIA*-APF算法的平均规划时间是TAPF算法的17.23%,是TA*-APF算法的51.96%,平均指令节点数量比TAPF算法减少50.64%,比TA*-APF算法减少65.03%,平均路径长度比TA*-APF算法减少2.82%。蟹塘试验结果表明:FIA*-APF算法的规划时间为TAPF算法的38.16%,为TA*-APF的62.42%,路径长度比TAPF算法减少29.13%,比TA*-APF减少10.15%;另外,TAPF和TA*-APF算法规划路径上大于60°的转角分别是FIA*-APF算法的3.28和2.62倍,大于100°的转角分别是FIA*-APF算法的3.73和1.67倍,该研究算法规划的路径更高效平滑。研究结果可为无人投饵船自主导航提供参考。

关键词：无人投饵船算法导航路径规划 A*算法人工势场法动态避障

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基于皮秒激光的石墨表面亚微结构加工方法

激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 312-320页

作者：何娟曹杰钱伟霍坤安春桥戴峰泽江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

低反射率和超亲水性是提高电子器件性能的理想条件,石墨烯作为一种新型超导材料在电子信息领域得到了广泛的应用。目前实现低反射和超亲水性多依赖飞秒激光对石墨表面进行微结构设计和加工,较高的加工成本限制了其进一步的发展。因此,... 详细信息

低反射率和超亲水性是提高电子器件性能的理想条件,石墨烯作为一种新型超导材料在电子信息领域得到了广泛的应用。目前实现低反射和超亲水性多依赖飞秒激光对石墨表面进行微结构设计和加工,较高的加工成本限制了其进一步的发展。因此,提出了一种基于皮秒激光的低成本、低反射率石墨表面微结构制备方法。通过实验系统地研究了激光加工参数对石墨表面微观形貌及其反射率和亲水性的影响。结果表明,经激光加工后,具有微结构表面的石墨样品反射率明显降低。此外还实现了样品接触角的有效调控,同时验证了加工后石墨样品表面氧化石墨烯的生成。利用紫外皮秒激光器在石墨表面制备微结构的方法具有高效可控、低成本等优点,为制备表面功能组件方面的潜在应用提供了技术支撑。

关键词：皮秒激光抗反射表面浸润性氧化石墨烯

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平板式永磁电动悬浮系统设计与实验研究

电工技术学报 2024年第5期39卷 1270-1283页

作者：石洪富邓自刚柯志昊向雨晴张卫华西南交通大学信息科学与技术学院成都610031 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031 西南交通大学机械工程学院成都610031

该文提出一种以汽车为载体的平板式永磁电动悬浮系统,并从结构设计、等效实验、原理样机测试三方面对电磁特性开展研究。首先,阐述系统的结构及原理,依托自主研制的最高时速600 km的动轨实验台,分析在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳... 详细信息

该文提出一种以汽车为载体的平板式永磁电动悬浮系统,并从结构设计、等效实验、原理样机测试三方面对电磁特性开展研究。首先,阐述系统的结构及原理,依托自主研制的最高时速600 km的动轨实验台,分析在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证有限元模型的准确性。其次,对悬浮磁体、导向磁体、导体板进行计算分析。最后,改装汽车,加装间隙调节机构、简易悬浮架、车载磁体及测试系统,并搭建长50 m的铜制导体板轨道,开展原理样机测试。整车约为1500 kg,最高实验速度为70 km/h,最大悬浮间隙约为35 mm。实验结果验证了导向磁体的有效性,展现出平板式永磁电动悬浮系统较强的载重能力。

关键词：永磁电动悬浮等效实验原理样机高速实验台导向磁体

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面向CPS时空规则验证制导的安全强化学习

计算机科学与探索 2024年

作者：印婵祝义王金永陈小颖郝国生江苏师范大学计算机科学与技术学院徐州工程学院信息工程学院南京大学计算机科学与技术系

深度强化学习是目前信息物理融合系统（Cyber Physical System， CPS）决策中常用的一种方法。然而，当面对未知环境和复杂任务时，基于黑盒的深度强化学习方法在系统的安全性和奖励函数设置的可解释性方面存在不足。针对上述问题，提... 详细信息

深度强化学习是目前信息物理融合系统（Cyber Physical System， CPS）决策中常用的一种方法。然而，当面对未知环境和复杂任务时，基于黑盒的深度强化学习方法在系统的安全性和奖励函数设置的可解释性方面存在不足。针对上述问题，提出了一种形式化时空规则验证制导的安全强化学习方法。首先，提出了时空规则通信顺序进程(Combination-Space Rule Timed Communicating Sequential Process， CSR-TCSP)对系统进行建模，并结合时空规约语言(Spatio-Temporal Speci?cation Language， STSL)和模型检测工具FDR(Failure Divergence Refinement)对进程代数模型进行验证。其次，利用系统环境模型形式化奖励状态机的结构，提出了时空规则奖励状态机(Spatio-Temporal Rule Reward Machine， STR-RM)以指导强化学习中奖励函数的设置。此外，为了监测系统的运行并确保输出决策的安全性，设计了一个监控器及安全动作决策算法以获得更安全的状态行为策略。最后，通过一个自动驾驶系统中的避障与变道超车实例，证明本文所提方法的有效性。

关键词：信息物理融合系统形式化方法进程代数安全强化学习自动驾驶

基于GF-1卫星影像数据融合的冬小麦田空间信息提取

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麦类作物学报 2024年第8期 1056-1062页

作者：韩振强毛星李卫国李伟马廷淮张宏刘力源江苏大学农业工程学院江苏省农业科学院农业信息研究所南京信息工程大学江苏大学流体机械工程技术研究中心

为给高标准农田建设规划和粮食安全生产措施的制定提供准确信息，在对国产GF-1/PMS卫星影像进行辐射定标、大气校正、几何校正和裁剪等预处理的基础上，经过影像融合提取了高标准麦田多地物的点像元光谱信息，通过分析不同地物光谱特征... 详细信息

为给高标准农田建设规划和粮食安全生产措施的制定提供准确信息，在对国产GF-1/PMS卫星影像进行辐射定标、大气校正、几何校正和裁剪等预处理的基础上，经过影像融合提取了高标准麦田多地物的点像元光谱信息，通过分析不同地物光谱特征，利用波段反射率、归一化差值植被指数（NDVI）和差值植被指数（DVI）构建植被光谱特征指标阈值，进而对冬小麦田及非麦田进行分类，以获取高标准麦田的空间分布信息。结果表明，光谱特征指标选择BR4>0.3、NDVI>0.619和DVI>0.317,可以较准确地从影像中识别出冬小麦田，并减少田间道路被误判为冬小麦田像元。在非麦田分类中，选择BR3>0.15和BR4>0.2,可将建筑用地与河流（沟渠）区分开。利用田间样方统计面积和遥感提取面积进行精度验证，总体精度可达97.33%,说明通过中、高空间分辨率遥感数据融合，结合多重光谱特征指标建立合理的分类阈值，可以准确提取冬小麦田及非麦田的分布信息。

关键词：冬小麦多光谱指标高标准麦田决策树分类空间信息提取