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基于多策略改进金豺算法优化LSTM的短期电力负荷预测

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电力系统保护与控制 2024年第14期52卷 95-102页

作者：王延峰曹育晗孙军伟郑州轻工业大学河南省信息化电器重点实验室河南郑州450002

针对长短期记忆(long short term memory,LSTM)神经网络存在短期负荷预测精度低和稳定性差的问题,提出一种基于多策略改进金豺(improved golden jackal optimization,IGJO)算法优化LSTM的短期电力负荷预测模型。首先融合凸透镜成像反向... 详细信息

针对长短期记忆(long short term memory,LSTM)神经网络存在短期负荷预测精度低和稳定性差的问题,提出一种基于多策略改进金豺(improved golden jackal optimization,IGJO)算法优化LSTM的短期电力负荷预测模型。首先融合凸透镜成像反向学习策略,探索更好的初始解位置;引入Sigmoid函数改变逃逸能量,平衡探索和开发阶段;融合鲸鱼优化算法的螺旋包围机制,增强探索能力,提高收敛精度。然后,引入LSTM神经网络,利用IGJO算法优化LSTM的超参数,并建立IGJO-LSTM短期电力负荷预测模型。最后,使用河南某地区的实际电力负荷数据验证IGJO-LSTM短期负荷预测模型。实验结果表明,所提预测模型在工作日和周末不同时刻的电力系统短期负荷预测结果与实际负荷较接近。相比于传统预测方法,所提预测模型具有更高的精确度和稳定性,并具有一定的实际应用潜力。

关键词：电力负荷预测长短时记忆网络凸透镜成像非线性逃逸能量螺旋包围机制

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复合频率刺激对后肢去负荷小鼠海马齿状回区颗粒神经元作用的电生理研究

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生物化学与生物物理进展 2024年第7期51卷 1670-1686页

作者：赵峻峤朱明强朱海军付蕊张泽王佳乐丁冲河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130 河北省生物电磁与神经工程重点实验室(河北工业大学) 天津300130 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省数字医疗工程重点实验室(河北大学) 保定071002

目的近年来,失重环境对航天员神经系统造成的负面影响受到广泛关注。重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技术对神经、精神类疾病的治疗效果有着显著积极影响。复合频率(不同频率刺激模式组成)的rTMS对... 详细信息

目的近年来,失重环境对航天员神经系统造成的负面影响受到广泛关注。重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)技术对神经、精神类疾病的治疗效果有着显著积极影响。复合频率(不同频率刺激模式组成)的rTMS对由失重环境引起的神经系统功能障碍的改善作用仍有待深入研究。探索复合频率刺激(combined frequency stimulation,CFS)对失重环境造成的多种神经系统疾病的治疗效果以及电生理机制,对于脑科学及磁刺激的临床应用具有重要意义。方法本研究采用40只C57BL/6小鼠,所有小鼠随机分为5组:假刺激组、后肢去负荷(HU)组、10 Hz组、20 Hz组和CFS(10 Hz+20 Hz,CFS)组。对除sham组以外的小鼠建立维持14 d的模拟失重效应并同期进行14 d的rTMS。通过蔗糖偏好实验和水迷宫实验验证CFS对负性情绪和空间认知能力的改善效果。最后,通过膜片钳技术记录海马齿状回(dentate gyrus,DG)颗粒神经元的动作电位、静息膜电位以及离子通道的动力学特性。结果行为学结果表明,CFS(10 Hz+20 Hz)显著改善了模拟失重小鼠的认知障碍和负性情绪;电生理实验结果显示,HU操作后小鼠海马DG区颗粒神经元的兴奋性降低,而CFS显著提高了神经元的兴奋性并改善了电压门控Na^(+)、K^(+)通道的动力学特性。结论复合频率的rTMS(10 Hz+20 Hz)能够有效地改善模拟失重小鼠的认知障碍和负面情绪,这种改善可能与CFS对神经元兴奋性以及Na^(+)、K^(+)通道动力学特性的影响有关。因此,本文有望为CFS改善失重环境下所产生的空间认知和负性情绪障碍提供理论依据。

关键词：复合频率刺激重复经颅磁刺激后肢去负荷空间认知障碍负性情绪神经元兴奋性离子通道

一种基于ESP32-CSI的粮食水分检测方法

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江苏大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 426-433页

作者：高向上杨卫东沈二波河南工业大学信息科学与工程学院河南郑州450001 河南工业大学河南省粮食光电探测与控制重点实验室河南郑州450001 河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室河南郑州450001

为实现粮食水分的低成本快速准确测量,将小型化的信道状态信息(channel state information,CSI)采集设备用于粮食水分检测,采用随机森林和主成分分析两种特征选择算法对CSI的振幅指标进行特征子载波提取,基于选择的特征子载波对10种粮... 详细信息

为实现粮食水分的低成本快速准确测量,将小型化的信道状态信息(channel state information,CSI)采集设备用于粮食水分检测,采用随机森林和主成分分析两种特征选择算法对CSI的振幅指标进行特征子载波提取,基于选择的特征子载波对10种粮食水分进行分类,考虑到之后其移动化场景中的应用受限于功耗以及算力,选取结构较为简洁、运算速度较快、算力要求不高的宽度学习系统(broad learning system,BLS)应用于CSI数据的处理,同时与传统的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在精确度和训练时间两个方面进行对比,最后动态地增加宽度学习系统的增强节点.试验结果表明:主成分分析(principal component analysis,PCA)算法最大限度地消除了CSI数据中的冗余信息,BLS相较于卷积神经网络不仅获得了更快的速度而且在准确率方面也优于CNN算法,因此PCA-BLS组合获得了最佳的分类效果;增加增强节点的数量后,训练时间虽然有所延长,但在一定程度上提高了识别准确率.

关键词：粮食水分信道状态信息小型化振幅宽度学习系统

基于激光模式调控的高强铝合金定向能量沉积成形工艺优化

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材料工程 2024年第7期52卷 44-56页

作者：史东来贾车旺孙刘铄赵宇凡杨海欧林鑫西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室西安710072

由于7075铝合金主要组成元素的沸点较低、熔体的表面张力梯度较大,加之定向能量沉积(DED)工艺中常用的圆形高斯分布(CG)激光束斑能量分布的不均匀性,导致7075铝合金DED试样的成形质量普遍不佳,这极大限制了7075铝合金DED的进一步应用。... 详细信息

由于7075铝合金主要组成元素的沸点较低、熔体的表面张力梯度较大,加之定向能量沉积(DED)工艺中常用的圆形高斯分布(CG)激光束斑能量分布的不均匀性,导致7075铝合金DED试样的成形质量普遍不佳,这极大限制了7075铝合金DED的进一步应用。通过激光光场模式调控,可以有效改变熔池的温度场、流场及其相应的凝固条件,从而提升激光增材制造试件的成形质量和微观组织的主动控制能力。采用离轴抛物积分镜将CG光场模式匀化为圆形平顶分布(CF)光场模式,并进一步将CF光场模式倾斜以获得横向椭圆平顶分布(TE)光场模式。利用这三种不同的光场模式激光分别制备了7075铝合金DED的单道熔覆、单壁墙及块体试样。结合数值模拟,揭示光场模式对成形质量及凝固组织的影响规律及其内在机理。模拟结果显示,将激光束斑从传统的CG光场模式调制为CF与TE光场模式后,激光在熔覆层表面的热通量均匀性得到显著改善,进而减小了熔体温度梯度,提高了凝固速率。与CG光场模式相比,成形质量方面,CF与TE光场模式下单壁墙和块体试样的表面成形质量得到显著提升,其中单壁墙的宽度变化大幅降低,块体试样水平方向的尺寸精度提高,此外块体试样的致密度分别从95.8%提升至97.2%与97.7%;凝固组织方面,织构得到显著弱化,并且晶粒尺寸减小约50%,同时晶粒内纳米析出相η相的数量也有所增加。

关键词：定向能量沉积高强铝合金光场模式调控成形质量微观组织

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经颅磁刺激对老年大鼠工作记忆相关跨脑区网络协同作用的影响

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1468-1478页

作者：郭苗苗翟昊迪吉利辉王田徐桂芝省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省生物电磁与神经工程重点实验室(河北工业大学) 天津300130 天津市生物电工与智能健康重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130

经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,... 详细信息

经颅磁刺激(TMS)因其可以非侵入性地探测和调制大脑皮层兴奋性和功能,已被广泛地应用于改善大脑认知功能等临床神经调控领域。工作记忆的功能实现需要多个脑区的同步活动,该文将行为学与电生理学相结合,通过建立跨脑区的因果网络连接,从记忆相关脑区间协同作用的角度探究不同模式的TMS对大脑认知功能的调控机制。首先对老年威斯塔大鼠分别实施重复经颅磁刺激(rTMS)及间歇性θ节律刺激(iTBS),并设置空白对照组,通过在体多通道微电极阵列采集大鼠工作记忆任务中的局部场电位信号(LFPs);之后基于定向传递函数构建LFPs脑因果网络;最后通过对比行为学结果差异、各脑区因果网络参数等,探索不同模式TMS对老年大鼠工作记忆行为学及脑区之间信息协同作用的影响规律。结果表明,rTMS组和iTBS组大鼠执行正确工作记忆任务的平均天数减少,平均正确率高于空白对照组。经过刺激后,rTMS组和iTBS组前额叶和海马双向网络连接明显增强,信息流强度和因果流向性得到显著提升(P<0.05)。因此,rTMS和iTBS模式均能促进老年大鼠海马和前额叶脑区间的信息交流,从而使老年大鼠的工作记忆能力得到改善。

关键词：重复经颅磁刺激间歇性θ节律刺激工作记忆脑因果网络

基于响应面与狼群算法的电火花线切割加工性能与放电能耗建模及优化

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计算机集成制造系统 2024年第4期30卷 1324-1334页

作者：马军叶红伟袁杰李晓科曹阳明五一郑州轻工业大学河南省机械装备智能制造重点实验室河南郑州450002

结合电火花线切割加工绿色、精密、高效的发展趋势,提出面向加工性能与放电能耗的电火花线切割加工工艺建模与多目标优化方法。针对电火花线切割加工GH4169高温合金材料开展正交试验设计,以脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速为输入,... 详细信息

结合电火花线切割加工绿色、精密、高效的发展趋势,提出面向加工性能与放电能耗的电火花线切割加工工艺建模与多目标优化方法。针对电火花线切割加工GH4169高温合金材料开展正交试验设计,以脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速为输入,以放电能耗EEV、表面粗糙度Ra和材料去除率MRR为输出,构建了电火花线切割加工性能与放电能耗多目标优化响应面模型,并采用改进的狼群算法对模型进行优化求解。优化结果与实验结果对比表明,Ra、EEV和MRR的平均误差均不高于10%,且随机优化实验结果优于75%以上的正交试验设计的实验结果,验证了优化模型及求解方法的有效性。

关键词：绿色制造电火花线切割加工放电能耗响应面法狼群算法

液态合金/二硫化钼自修复负极材料的制备及其电化学性能

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2024-2031页

作者：朱传晖郭磊胡涛龚兴厚吴崇刚郑譞湖北工业大学材料与化学工程学院绿色轻工材料湖北省重点实验室武汉430068 湖北隆中实验室湖北襄阳441002

二硫化钼在可充电电池等能源存储领域具有广阔的应用前景,然而其电子导电性较差、充放电过程中易粉化和团聚等问题限制了其发展。采用水热法一步合成了液态合金(LM)和二硫化钼(MoS_(2))的复合负极材料(LM@MoS_(2))。通过XRD、SEM等综合... 详细信息

二硫化钼在可充电电池等能源存储领域具有广阔的应用前景,然而其电子导电性较差、充放电过程中易粉化和团聚等问题限制了其发展。采用水热法一步合成了液态合金(LM)和二硫化钼(MoS_(2))的复合负极材料(LM@MoS_(2))。通过XRD、SEM等综合表征方法对复合材料的结构和形态特性进行了研究。结果表明,液态合金通过静电吸附和配位键等方式有效结合于MoS_(2),形成稳定的复合结构。此外,复合材料具有较高的可变形性和化学稳定性,促进了电极材料裂纹表面的修复,减少了内部氧化还原反应,提高了锂离子电池的循环稳定性。当LM与MoS_(2)质量比为2:1时,复合材料表现出最佳性能。在0.1 A·g^(−1)的电流密度下,经过100次循环,复合材料的比容量稳定在656.1 m A·h·g^(−1),容量保持率达74.3%,该研究为锂离子电池电极的裂纹自修复提供了新思路。

关键词：二硫化钼液态合金锂离子电池负极材料自修复

Ti、Zr和Hf元素协同优化Nb-Si基合金显微组织、相组成和室温断裂韧性

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 194-202页

作者：王琪赵天宇陈瑞润王晓伟徐琴王墅傅恒志哈尔滨工业大学材料科学与工程学院金属精密热加工国家重点实验室哈尔滨150001 河南工业大学机电工程学院郑州450001

采用真空电弧熔炼制备Nb-16Si-xTi-yZr-zHf (x=18, 22;y=0, 4;z=0, 4;摩尔分数,%)合金并研究Ti、Zr与Hf元素对Nb-Si合金物相组成、显微组织、断裂韧性以及裂纹扩展行为的影响。结果表明:单独添加4%Zr元素能促进(Nb,X)3Si向Nb固溶体(Nbs... 详细信息

采用真空电弧熔炼制备Nb-16Si-xTi-yZr-zHf (x=18, 22;y=0, 4;z=0, 4;摩尔分数,%)合金并研究Ti、Zr与Hf元素对Nb-Si合金物相组成、显微组织、断裂韧性以及裂纹扩展行为的影响。结果表明:单独添加4%Zr元素能促进(Nb,X)3Si向Nb固溶体(Nbss)/γ-(Nb,X)5Si3共析反应的发生;同时添加Ti、Zr、Hf元素能进一步促进共析反应的发生。裂纹倾向于在(Nb,X)3Si中扩展,当裂纹途径Nb固溶体时会发生偏转。细密的Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织以及层状Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织可以使裂纹产生桥接与分支,阻碍裂纹的扩展。Nb-16Si-22Ti-4Zr-4Hf的合金化元素含量最高,因此,其室温断裂韧性最好(11.62 MPa·m1/2),相较于Nb-16Si-18Ti提高87.7%,性能的提升主要归因于存在层状共晶组织。

关键词： Nb-Si合金合金化断裂韧性裂纹扩展

增益分布对GaN基蓝光微盘激光器模式分布和发光功率的影响

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红外与激光工程 2024年第1期53卷 136-143页

作者：许湘钰刘召强贾童楚春双张勇辉张紫辉河北工业大学电子信息工程学院天津300401 河北工业大学天津市电子材料与器件重点实验室天津300401 河北工业大学河北省先进激光技术与装备重点实验室天津300401

通过FDTD仿真模拟计算,文中系统地研究了电流阻挡作用对GaN基蓝光激光器增益分布和光学性能的影响,发现回音壁激光模式主要在靠近微盘边缘1.5个波长范围谐振,因此,如果电流阻挡层面积太小,无法最大化减小激光器电流阈值;如果面积太大,... 详细信息

通过FDTD仿真模拟计算,文中系统地研究了电流阻挡作用对GaN基蓝光激光器增益分布和光学性能的影响,发现回音壁激光模式主要在靠近微盘边缘1.5个波长范围谐振,因此,如果电流阻挡层面积太小,无法最大化减小激光器电流阈值;如果面积太大,回音壁激光模式与无增益区存在耦合效应,从而减少激光功率。另外,随着无增益区域向微盘边缘发生偏移,各个激光模式输出的峰值功率均下降,其中二阶模式峰值功率比一阶模式下降得更加显著,这主要是由于二阶模式分布范围更接近微盘中心区域。同时,进一步发现如果在微盘激光器的仿真模型中引入侧壁缺陷,则将导致边缘无法形成增益区,相比于二阶模式而言,一阶模式的发光功率随侧壁缺陷区域增加而下降的幅度更为显著,这主要是由于一阶模式分布范围更接近微盘边缘。

关键词：激光器微盘增益 FDTD