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基于智能模糊推理的UUV艇型参数生成方法研究

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中国舰船研究 2024年

作者：龚俊斌王鹏九汪皓杨萌汉江国家实验室

[目的]旨在提出一种基于模糊推理的策略算法实现对无人水下航行器（UUV）艇型设计参数的快速优化。[方法]使用模糊推理手段，在模糊化阶段将遗传算法生成的UUV设计参数作为初始解进行模糊化处理。之后将这些初始解作为训练样本，利用等... 详细信息

[目的]旨在提出一种基于模糊推理的策略算法实现对无人水下航行器（UUV）艇型设计参数的快速优化。[方法]使用模糊推理手段，在模糊化阶段将遗传算法生成的UUV设计参数作为初始解进行模糊化处理。之后将这些初始解作为训练样本，利用等间距模糊划分策略求得模糊规则前件参数，并计算所有UUV解的隶属度值。然后借助最小学习机（LLM）求解模糊规则的后件参数。再基于生成的前件参数和后件参数生成新的UUV解，并分别计算其航速和航程的评价隶属度值。最后，结合约束条件对新生成的UUV解进行检验，得到优化后的符合条件的UUV设计参数。[结果]实验结果显示，智能模糊推理方法能够于20 s内基于遗传算法生成的UUV初始艇型参数，快速推理出多条航速和航程的评价隶属度之和在170分以上的UUV艇型参数方案。[结论]本研究提出的基于智能模糊推理的UUV艇型参数生成方法，有效提升了设计效率并平衡了航速与航程。研究成果可为智能化、快速化的UUV艇型参数的生成提供有益参考。

关键词：无人水下航行器多目标优化模糊推理

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2种低延迟服务的通用优化技术

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1306-1318页

作者：郭雅宁徐明伟清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村国家实验室北京100097

近年来,各种低延迟服务吸引了越来越多的用户关注,部署规模不断扩大。为提升低延迟服务性能,工业界和学术界提出多种优化方案并部署在网络传输路径的不同位置,其中部署在端侧的各种低延迟拥塞控制算法和部署在网络侧的主动队列管理算法... 详细信息

近年来,各种低延迟服务吸引了越来越多的用户关注,部署规模不断扩大。为提升低延迟服务性能,工业界和学术界提出多种优化方案并部署在网络传输路径的不同位置,其中部署在端侧的各种低延迟拥塞控制算法和部署在网络侧的主动队列管理算法应用较广泛,这2种算法的设计目标都是尽量避免数据包排队,减少端到端延迟,但是由于这2种算法是独立的,存在潜在的不适配问题,影响应用的性能表现。因此,有关这2种算法的协同优化也成为一个研究方向,基于机器学习的通用算法和端网联合优化是最具代表性的方案。该文总结了低延迟拥塞控制算法和主动队列管理算法的设计思路、组合使用时的性能测试结果以及协同优化的问题,认为跨层联合优化是解决现有不适配问题并进一步提高应用性能的可行思路,建议低延迟服务性能优化的研究应重视通用性和实际部署性。

关键词：拥塞控制算法主动队列管理低延迟服务跨层联合优化机器学习性能优化

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稳定密度梯度中球形界面流动失稳的研究进展

力学学报 2024年第6期56卷 1540-1551页

作者：李延深中国科学院大学工程科学学院北京100049 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190

当流体界面上存在温度梯度或者浓度梯度时,会产生稳定或不稳定的界面流动.由于界面流动在多种工业过程中有广泛应用,其已经得到了广泛的研究.通常认为,在考虑界面流动时,体积力比如重力可以忽略,在小尺度下尤其如此.因此,稳定密度梯度... 详细信息

当流体界面上存在温度梯度或者浓度梯度时,会产生稳定或不稳定的界面流动.由于界面流动在多种工业过程中有广泛应用,其已经得到了广泛的研究.通常认为,在考虑界面流动时,体积力比如重力可以忽略,在小尺度下尤其如此.因此,稳定密度梯度的重力效应对界面流动的影响一直是被忽略的.然而,近期的一些研究表明,即使是在小尺度下,稳定密度梯度重力效应的影响也不可忽略.文章综述了稳定密度梯度中球形界面的流动及其不稳定性研究进展,介绍了球形界面的两种失稳模式——扩散受限导致的失稳与黏性受限导致的失稳,并且分析了对流、密度梯度、扩散、黏性,以及容器大小对流动失稳的影响.现有研究表明,在小尺度下,当流体界面有竖直方向的分量时,稳定温度/浓度梯度对界面流动及其稳定性的影响可能需要重新评估.最后根据现有研究的不足与发展动态,对未来的研究方向进行了展望.

关键词：稳定密度梯度液滴马兰戈尼流动不稳定性

Bi_(2)O_(2)Se纳米线的生长及其超导量子干涉器件

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物理学报 2024年第4期73卷 285-290页

作者：刘怀远肖建飞吕昭征吕力屈凡明中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 合肥国家实验室合肥230088

Bi_(2)O_(2)Se是一种新型半导体材料,具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点,并且其合成方法多种多样,应用范围十分广泛.但已有研究大多集中在其二维薄膜,本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi_(2)O_(2... 详细信息

Bi_(2)O_(2)Se是一种新型半导体材料,具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点,并且其合成方法多种多样,应用范围十分广泛.但已有研究大多集中在其二维薄膜,本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi_(2)O_(2)Se一维纳米线的方法,研究了云母衬底处于水平方向不同位置以及竖直方向不同高度对Bi_(2)O_(2)Se纳米线生长的影响,并归纳出适于其生长的优化条件.之后,基于生长的Bi_(2)O_(2)Se纳米线构建了超导量子干涉器件,并观测到随磁场的超导量子干涉,为拓宽Bi_(2)O_(2)Se纳米线的应用提供了思路.

关键词： Bi_(2)O_(2)Se纳米线化学气相沉积超导量子干涉器

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球腔内低雷诺数流体中颗粒输运研究进展

力学学报 2024年第5期56卷 1284-1296页

作者：孙壮陈高峰胡安˙德˙巴勃罗蒋玺恺中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 芝加哥大学普利兹克分子工程学院美国芝加哥60637 阿贡国家实验室材料科学部美国莱蒙特60439

受限环境下低雷诺数流体中的颗粒输运与生物、医药、化工和能源等应用密切相关.近年来,球腔内低雷诺数流体中的颗粒输运引起了广泛关注,它在细胞内生命活动和微流控封装技术中发挥着关键作用.为了掌握颗粒输运规律、揭示微观力学机理,... 详细信息

受限环境下低雷诺数流体中的颗粒输运与生物、医药、化工和能源等应用密切相关.近年来,球腔内低雷诺数流体中的颗粒输运引起了广泛关注,它在细胞内生命活动和微流控封装技术中发挥着关键作用.为了掌握颗粒输运规律、揭示微观力学机理,各国学者进行了广泛的理论、数值和实验研究,取得了一系列成果.本文将梳理当前的研究进展,分别从理论模型、数值模拟和实验研究三方面,介绍关于球腔内低雷诺数流体中颗粒输运的重要工作.理论模型方面,主要工作包括刚性无滑移壁面、边界滑移和可变形壁面等情况下单个及多个颗粒输运的研究;数值模拟方面,重要工作包括模拟不同形状颗粒在静止与旋转球腔内的输运,研究颗粒的水动力迁移率与运动轨迹;实验研究方面,相关工作包含水液滴内颗粒三维轨迹、扩散系数的观测,以及利用球腔内颗粒布朗运动来计算受限环境性质的相关研究.通过总结相关成果,旨在为微纳尺度流动与颗粒输运领域的专家学者提供参考.

关键词：低雷诺数流体颗粒输运限域效应

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光纤多通道并行激光直写光刻系统(特邀)

中国激光 2024年第12期51卷 382-388页

作者：张娜罗昊邱毅伟詹刚垚温积森吕碧沪匡翠方朱大钊刘旭之江实验室高效能计算系统研究中心浙江杭州311121 浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027 之江实验室前沿基础研究中心浙江杭州311121 之江实验室新型计算传感与智能处理研究中心浙江杭州311121 之江实验室科研条件管理部浙江杭州311121

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量,单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此,提出并验证一种多通道激光直写技术,以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同,介绍的技术使用光纤器... 详细信息

激光直写是一项应用广泛的微纳加工技术。但受限于通量,单通道激光直写技术无法实现大面积应用。为此,提出并验证一种多通道激光直写技术,以提升激光直写技术的通量。与传统的以空间光光路为基础的多通道系统不同,介绍的技术使用光纤器件实现多通道并行刻写,且每个通道可独立调控。通过加工多种微纳结构进行测试,证明搭建的系统兼容多种光刻胶,在ps量级脉宽情况下可实现横向126 nm、纵向222 nm的加工精度。系统结构紧凑,具备加工大面积复杂图形、三维结构的能力,证明光纤器件应用在多通道系统中的可行性,为高通量激光直写技术发展提出新的技术途径。

关键词：激光直写多通道并行光刻光纤系统微纳加工

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密度泛函理论在光催化中的普遍应用

Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 1-36页

作者：杜仕文章福祥中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室洁净能源国家实验室能源材料化学协同创新中心辽宁大连116023

在低碳发展的背景下,开发利用清洁无污染的太阳能对满足未来日益增长的能源需求至关重要.半导体光催化技术可将太阳能转化为化学能,为可再生能源的发展提供了重要支持.因此,深入理解光催化剂与光催化活性之间的内在关联,对于优化和提升... 详细信息

在低碳发展的背景下,开发利用清洁无污染的太阳能对满足未来日益增长的能源需求至关重要.半导体光催化技术可将太阳能转化为化学能,为可再生能源的发展提供了重要支持.因此,深入理解光催化剂与光催化活性之间的内在关联,对于优化和提升光催化效率至关重要.尽管科研人员在设计开发用于光催化反应的新材料方面付出了巨大努力,但对半导体的内在性质、表面活性位点和催化反应机理之间的深层次联系,仍缺乏充分的理解和认识.基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算是揭示材料内禀电子结构性质和反应过程能量变化的重要工具,正逐渐获得研究者的广泛关注.并且,随着计算方法的不断优化,该领域也取得了显著的进步.本文通过系统梳理国内外代表性研究工作,深入探讨了DFT计算在光催化领域中的广泛应用.首先,总结了DFT计算在光催化领域中的六大优势:(1)预测光催化材料的电子结构,如能带结构、能带间隙和能级;(2)预测表面反应的吸附位点、吸附能等变化;(3)在原子水平上揭示电荷转移过程,包括电子和空穴的运动;(4)阐明光催化剂与底物之间的相互作用;(5)预测光催化材料中空位、间隙和掺杂等缺陷的形成及其影响;(6)阐明光催化反应的机理细节,包括中间物种、过渡态和反应途径等.接着,简要概述了常用于第一性原理计算的软件和计算方法,并特别关注了如何利用不同策略来纠正传统DFT方法对半导体电子结构特性的不适当估计.随后,分析了基于DFT计算的半导体电子和能量特性的典型研究案例,如能带结构、态密度、电荷分布、功函数、形成能和吸附自由能等.此外,还详细阐述了半导体催化剂在多种太阳能驱动反应中的基本应用,包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、CO_(2)还原反应和氮还原反应等.最后,指出了DFT计算在光催化研究中的机遇与挑战,并展望了未来可能的发展方向.综上,本文系统综述了DFT计算在光催化领域中的广泛应用,旨在深入理解光催化反应中“组成-结构-功能”之间的关系,并为未来开发设计用于太阳能到化学能催化转化的高效稳定催化剂提供参考.

关键词：光催化密度泛函理论第一性原理计算电子结构能量性质

共晶组织强化NbMoZrVSi_(x)难熔高熵合金的摩擦磨损性能及磨损机理

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金属学报 2024年第7期60卷 937-946页

作者：王瀚铭杜银裴旭辉王海丰西北工业大学凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心西安710072

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性... 详细信息

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性能的影响规律,分析了不同硅化物的析出形态对合金磨损机理的影响。结果表明:适量Si元素添加时,NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金的bcc基体晶界处会均匀析出由Zr-Zr3Si相组成的共晶组织结构,该共晶组织会显著提高合金的硬度和耐磨性。不同于NbMoZrV、NbMoZrVSi_(0.05)和NbMoZrVSi_(0.2)合金波动较大的摩擦学行为,在不同加载力下,含有共晶组织结构的NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在室温滑动干摩擦实验中表现出了稳定的摩擦系数和磨损率。磨损机理分析表明,Zr-Zr3Si共晶组织的形成会抑制NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在摩擦过程中的裂纹萌生扩展以及脆性剥落,并促进随后均匀氧化的发生,使得其仅表现出轻微磨粒磨损的特征,从而使其耐磨性得到显著提升。

关键词：难熔高熵合金共晶组织耐磨性磨粒磨损

用于圆周合成孔径声呐成像的无人船圆周运动精准控制方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：乔文超聂伟民杜选民刘本奇叶天明杨天霖汉江国家实验室上海船舶电子设备研究所

圆周合成孔径声呐通过对成像场景作360°圆周运动获得目标全方位观测信息，以实现水下目标三维高精度成像，其成像效果受无人搭载平台的圆周运动误差影响较大。针对这一问题，根据圆周路径推导设计了基于向心加速度的圆周运动非线性制... 详细信息

圆周合成孔径声呐通过对成像场景作360°圆周运动获得目标全方位观测信息，以实现水下目标三维高精度成像，其成像效果受无人搭载平台的圆周运动误差影响较大。针对这一问题，根据圆周路径推导设计了基于向心加速度的圆周运动非线性制导算法（Centripetal Acceleration based Nonlinear Guidance for Circular，CANGC），对圆周轨迹贴合度高，具有较高的控制精度。此外，还设计了基于模型预测控制算法的圆周运动控制律，具有较快的控制响应和较强的自适应能力。将两种算法较好地融合，可实现精准圆周轨迹跟踪。其中制导律的控制输出为偏航角速度，因此控制过程中不依赖于无人船磁力计测得的偏航角数据，可以在具有较强磁场影响的条件下使用。通过仿真实验验证了算法的优越性，本文所设计的算法跟踪精度比文献中的算法的跟踪精度高80.1%。通过湖上实验进一步验证算法效果，对于圆周运动有较高的控制精度。研究成果为圆周合成孔径声呐成像无人船平台研究提供了算法基础。

关键词：无人船圆周合成孔径声呐成像圆周运动控制模型预测控制