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基于不同变系数和势场的分数系统中二次相位调控厄米-高斯光束动力学

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物理学报 2024年第13期73卷 148-163页

作者：谭超梁勇邹敏雷同陈龙唐平华刘明伟湖南科技大学信息与电气工程学院湘潭411201 湖南科技大学化学化工学院湘潭411201 湘潭大学物理与光电工程学院湘潭411105

本文基于带有不同变系数和势的分数薛定谔方程,研究了二次相位调制(QPM)下厄米-高斯光束的演化特性.在自由空间中,光束聚焦位置随着正QPM系数的增加或莱维指数的减小而变大.QPM为负时,光束聚焦消失.在余弦调制和QPM共同作用下,光束的传... 详细信息

本文基于带有不同变系数和势的分数薛定谔方程,研究了二次相位调制(QPM)下厄米-高斯光束的演化特性.在自由空间中,光束聚焦位置随着正QPM系数的增加或莱维指数的减小而变大.QPM为负时,光束聚焦消失.在余弦调制和QPM共同作用下,光束的传输不再遵循余弦规律振荡,而是表现出一大一小的呼吸结构,其演化周期会随调制频率的增加而降低.引入线性调制时,分裂光束的运动轨迹呈现抛物线状.在线性调制和QPM共同影响下,光束呈现出聚焦或聚焦消失的特性.当考虑幂函数调制和正QPM共同影响时,在莱维指数较小时,光束在一定传输距离内保持不失真的直线传输.当线性势作用时,光束的分裂随着线性系数的增加而逐渐消失,最终呈现周期性演化.在加入QPM后,光束会得到明显放大.另外,光束演化周期与线性系数成反比,横向振幅随着莱维指数的增加而变大.当抛物势和QPM共同作用时,光束会呈现出自动聚焦,散焦效应,聚焦频率会随着莱维指数和抛物系数的增加而变大.这些特性在光学操纵,光学聚焦等领域具有潜在的应用价值.

关键词：分数薛定谔方程厄米-高斯光束二次相位调制变系数和势

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多元纹理图像构造方法及应用

控制理论与应用 2024年第3期41卷 555-566页

作者：卢明王程谢永芳湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411100 中南大学自动化学院湖南长沙410083

多元图像分析方法在图像展开阶段会丢失像素间空间关联关系,导致其对图像纹理特征的分析能力不足.针对此问题,本文提出了一种基于图像纹理特征的多元图像构造方法,并应用于图像分割.首先,结合滑动窗口法和灰度共生矩阵求取图像各通道的... 详细信息

多元图像分析方法在图像展开阶段会丢失像素间空间关联关系,导致其对图像纹理特征的分析能力不足.针对此问题,本文提出了一种基于图像纹理特征的多元图像构造方法,并应用于图像分割.首先,结合滑动窗口法和灰度共生矩阵求取图像各通道的纹理特征影像,叠加纹理特征影像构造多元图像.然后,应用多元图像分析方法对所得多元图像进行分析,分割出感兴趣区域.最后,利用分割结果构造决策树模型,以完成对同类感兴趣区域的分割.在图像数据集上进行仿真实验,实验结果表明,本文所提方法的均交并比(MIoU)与同类方法相比有10%左右的提升.

关键词：纹理特征多元图像分析图像分割计算机视觉

快速刀具伺服系统位置域重复控制设计及其数字实现

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自动化学报 2024年第7期50卷 1432-1444页

作者：周兰杨秦潘昌忠肖文彬李美柳湖南科技大学信息与电气工程学院湘潭411201

在非圆零件车削过程中,快速刀具伺服(Fast tool servo,FTS)的运动精度直接影响零件的加工质量.主轴变速加工使得FTS的参考目标信号周期时变而不确定,这对实现其渐近跟踪提出了极大的挑战.本文利用FTS的位置域周期特性,提出一种基于位置... 详细信息

在非圆零件车削过程中,快速刀具伺服(Fast tool servo,FTS)的运动精度直接影响零件的加工质量.主轴变速加工使得FTS的参考目标信号周期时变而不确定,这对实现其渐近跟踪提出了极大的挑战.本文利用FTS的位置域周期特性,提出一种基于位置域重复控制和时域速度反馈镇定的FTS系统复合控制设计方法,并给出位置域改进型重复控制器(Spatial modified repetitive controller,SMRC)的数字实现算法,实现对时变周期参考目标信号的高精度跟踪.首先,建立包含位置相关时变周期参考目标信号内模的SMRC,并引入位置域相位超前装置对镇定补偿器引起的相位滞后进行补偿,在此基础上构建复合控制律.然后应用小增益定理和算子理论,推导出控制系统的稳定性条件,在保持系统采样频率不变的条件下,应用插值法建立SMRC的数字实现算法,确保位置域重复控制和时域镇定控制器的同步执行.最后,通过仿真验证所设计的FTS控制系统具有满意的时变周期跟踪性能和鲁棒性,并通过与其他位置域重复控制方法的比较,说明所提方法同时具有更好的暂态和稳态性能.

关键词：快速刀具伺服时变周期信号重复控制位置域数字实现

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碳纳米管杂化结构增强复合材料电学和力学性能研究进展

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功能材料 2024年第4期55卷 4037-4050页

作者：唐延洪龚俊刘愚李业军宋鹏李俊雄湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭411201 湖南博邦山河新材料有限公司长沙410119 清华大学化学工程系北京100084 中南大学粉末冶金研究院长沙410083

碳纳米管作为一维纳米材料,具有优异的电学、热学、力学等性能,被广泛地用作复合材料的增强剂。根据碳纳米管杂化结构类型,综述了碳纳米管/颗粒材料、碳纳米管/纤维材料、碳纳米管/片层材料、碳纳米管/轻质泡沫材料等结构在电学性能和... 详细信息

碳纳米管作为一维纳米材料,具有优异的电学、热学、力学等性能,被广泛地用作复合材料的增强剂。根据碳纳米管杂化结构类型,综述了碳纳米管/颗粒材料、碳纳米管/纤维材料、碳纳米管/片层材料、碳纳米管/轻质泡沫材料等结构在电学性能和力学性能方面的研究进展,阐述了各种杂化结构的电学性能和力学性能增强机理,分析了各种杂化结构的优势,为碳纳米管杂化材料的构建和设计提供了依据。

关键词：碳纳米管杂化材料力学性能电学性能

基于Retinex先验引导的低光照图像快速增强方法

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自动化学报 2024年第5期50卷 1035-1046页

作者：何磊易遵辉谢永芳陈超洋卢明湖南科技大学信息与电气工程学院湘潭411100 中南大学自动化学院长沙410000

低光照图像增强旨在提高在低光照环境下所采集图像的视觉质量.然而,现有的低光照图像增强方法难以在计算效率与增强性能之间达到很好的平衡,为此,提出一种基于Retinex先验引导的低光照图像快速增强方法,将Retinex模型与Gamma校正相结合... 详细信息

低光照图像增强旨在提高在低光照环境下所采集图像的视觉质量.然而,现有的低光照图像增强方法难以在计算效率与增强性能之间达到很好的平衡,为此,提出一种基于Retinex先验引导的低光照图像快速增强方法,将Retinex模型与Gamma校正相结合,快速输出具有对比度高、视觉效果好和低噪声的图像.为获取具有良好光照的图像以引导确定与输入图像尺寸大小一致的Gamma校正图,提出基于Retinex模型的先验图像生成方法.针对所提先验图像生成方法在极低光照区域中存在颜色失真的问题,提出一种基于融合的Gamma校正图估计方法,采用反正切变换恢复极低光照区域的颜色和对比度,以提升Gamma校正图在极低光照区域的增强性能.为抑制输出图像的噪声,考虑到完全平滑的Gamma校正图不会平滑细节纹理的特点,提出基于域变换递归滤波的Gamma校正图优化方法,降低输出图像噪声的同时保持颜色和对比度.实验结果表明,所提方法不仅在主客观图像质量评价上优于现有大多数主流算法,而且在计算效率上具有十分显著的优势.

关键词：低光照图像增强 Gamma校正图 Retinex模型噪声抑制

桂北中奥陶统升坪组黑色页岩沉积环境与有机质富集

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地球科学 2024年第7期49卷 2315-2329页

作者：余烨蔡灵慧王莉吴海东湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学页岩气资源利用湖南省重点实验室湖南湘潭411201

为了探讨桂北中奥陶统升坪组黑色页岩沉积环境与有机质富集的关系,利用有机碳、主量元素、微量元素及碳同位素等地球化学方法,分析了广西北部全州县文桥镇溪水源剖面中奥陶统升坪组黑色页岩的古氧化还原条件、古生产力、热水沉积作用、... 详细信息

为了探讨桂北中奥陶统升坪组黑色页岩沉积环境与有机质富集的关系,利用有机碳、主量元素、微量元素及碳同位素等地球化学方法,分析了广西北部全州县文桥镇溪水源剖面中奥陶统升坪组黑色页岩的古氧化还原条件、古生产力、热水沉积作用、碎屑注入及水体局限程度等古沉积环境.结果表明:升坪组下段以富泥硅质页岩为主,TOC含量为1.45%~3.04%;上段以硅质页岩为主,TOC含量为0.63%~2.69%.升坪组下段有机质来源为Ⅰ型干酪根,上段有机质来源除了Ⅰ型干酪根外,可能还有Ⅱ型干酪根的参与.升坪组沉积时期总体为贫氧-厌氧的深水陆棚-盆地相环境.下段富泥硅质页岩中有机质富集为“生产力”和“保存条件”的双控模式;上段硅质页岩中有机质富集为“保存条件”模式.

关键词：黑色页岩沉积环境有机质富集升坪组桂北地区石油地质

负载腐植酸生物炭对矿区土壤淋溶液中Mn^(2+)吸附性能的影响

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煤炭学报 2024年第9期49卷 4006-4018页

作者：代泽宇周剑林刘伟银秦平陈荣陈章李志贤陈国梁湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学化学化工学院湖南湘潭411201

利用玉米秸秆基生物炭(CSB)负载腐植酸制备腐植酸改性生物炭(CSB-HA),用于吸附矿区土壤淋溶液中Mn^(2+)并分析其吸附特性。借助SEM、BET、XRD、XPS和FT-IR等方法对制备得到的样品进行表征分析,CSB-HA比表面积为7.911 m^(2)/g,孔隙以介... 详细信息

利用玉米秸秆基生物炭(CSB)负载腐植酸制备腐植酸改性生物炭(CSB-HA),用于吸附矿区土壤淋溶液中Mn^(2+)并分析其吸附特性。借助SEM、BET、XRD、XPS和FT-IR等方法对制备得到的样品进行表征分析,CSB-HA比表面积为7.911 m^(2)/g,孔隙以介孔居多。优良的孔隙结构提供大量吸附点位,并促进与污染物的接触,使吸附性能提升。CSB-HA表面富含C=O、O=C—O和—COOH等含氧官能团,其中氧原子能与重金属离子进行络合配位形成配位键,从而去除Mn^(2+)。CSB-HA对Mn^(2+)的最大吸附量为21.493 mg/g,准一级动力学模型、准二级动力学模型、Langmuir等温式和Temkin等温式能较好拟合吸附过程,Temkin常数b化学吸附共同作用,且化学吸附占主导地位。因此含氧官能团种类和质量分数对CSB-HA吸附Mn^(2+)产生重要影响。由液膜扩散模型和颗粒内扩散模型分析扩散过程,液膜扩散模型拟合线与纵轴截距较小,因此该过程不是控速阶段。颗粒内扩散模型可拟合为膜扩散阶段(0~60 min)和颗粒内扩散阶段(60~240 min),后者吸附速率明显降低(k_(id1)=1.159>k_(id2)=0.287),且拟合线均不通过原点,故颗粒内扩散阶段是吸附过程的控速关键阶段。热力学模拟中,分离系数R_(L)均在0.4~0.6,ΔH=15.41 kJ/mol>0,且ΔG均为负数并随温度升高而减小,表明吸附过程是可逆且自发吸热的,升温能促进吸附反应进行。ΔS=49.90 J/(mol·K)>0,证明吸附过程中固液界面随机性增加。模拟淋溶液吸附实验表明CSB-HA吸附Mn^(2+)效果较好且对淋溶液pH有调节作用。

关键词：碳材料腐植酸尾矿土吸附模型扩散模型

改性稻壳生物炭对水中金霉素和土霉素的吸附特征

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地球与环境 2024年

作者：宋红柚许中坚梅华贤湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南科技大学化学化工学院

以稻壳生物炭(BC)为原料，采用KOH和KMnO4进行改性，得到改性生物炭K-BC、Mn-BC和共改性生物炭K-Mn-BC。采用BET、SEM和FTIR等手段对其微观结构和组成进行表征，通过初始浓度、pH和温度等单因素实验研究改性前后生物炭对盐酸金霉素(CTC... 详细信息

以稻壳生物炭(BC)为原料，采用KOH和KMnO4进行改性，得到改性生物炭K-BC、Mn-BC和共改性生物炭K-Mn-BC。采用BET、SEM和FTIR等手段对其微观结构和组成进行表征，通过初始浓度、pH和温度等单因素实验研究改性前后生物炭对盐酸金霉素(CTC)、盐酸土霉素(OTC)的吸附行为和去除率影响。结果表明，KOH活化会制造更多的炭结构缺陷，比表面积和孔体积可达685.99 m2/g和0.34 cm3/g，较原始生物炭提高了1倍以上。准二级动力学和Freundlich模型可以较好地拟合生物炭吸附CTC和OTC的过程。热力学分析表明，稻壳生物炭对CTC、OTC的吸附是一个自发的吸热过程。溶液pH、二价阳离子对吸附影响比较大；稻壳生物炭吸附水中CTC、OTC主要是通过氢键作用、静电作用及π-π堆积作用。K-BC吸附效果较BC显著提高，且环境适应性更强，对水中CTC、OTC的去除具有较大的应用潜力。

关键词：改性稻壳生物炭金霉素土霉素吸附机制

改进MADDPG算法的非凸环境下多智能体自组织协同围捕

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计算机科学与探索 2024年第8期18卷 2080-2090页

作者：张红强石佳航吴亮红王汐左词立陈祖国刘朝华陈磊湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411201

针对多智能体在非凸环境下的围捕效率问题,提出基于改进经验回放的多智能体强化学习算法。利用残差网络(ResNet)来改善网络退化问题,并与多智能体深度确定性策略梯度算法(MADDPG)相结合,提出了RW-MADDPG算法。为解决多智能体在训练过程... 详细信息

针对多智能体在非凸环境下的围捕效率问题,提出基于改进经验回放的多智能体强化学习算法。利用残差网络(ResNet)来改善网络退化问题,并与多智能体深度确定性策略梯度算法(MADDPG)相结合,提出了RW-MADDPG算法。为解决多智能体在训练过程中,经验池数据利用率低的问题,提出两种改善经验池数据利用率的方法;为解决多智能体在非凸障碍环境下陷入障碍物内部的情况(如陷入目标不可达等),通过设计合理的围捕奖励函数使得智能体在非凸障碍物环境下完成围捕任务。基于此算法设计仿真实验,实验结果表明,该算法在训练阶段奖励增加得更快,能更快地完成围捕任务,相比MADDPG算法静态围捕环境下训练时间缩短18.5%,动态环境下训练时间缩短49.5%,而且在非凸障碍环境下该算法训练的围捕智能体的全局平均奖励更高。

关键词：深度强化学习 RW-MADDPG 残差网络经验池围捕奖励函数