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基于非线性激活函数的零化神经网络及其在动态问题求解中的应用

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系统科学与数学 2024年第7期44卷 1870-1884页

作者：刘万太练红海王芳李谟发邓鹏湖南电气职业技术学院风能工程学院湘潭411101 湖南科技大学信息与电气工程学院湘潭411201

零化神经网络(zeroing neural network,ZNN)因其具有快速的收敛速度和较为出色的抗外界噪声干扰的能力,自被提出以来就有大量研究且广泛地应用于时变问题的求解.然而,目前所存在的零化神经网络模型的收敛速度和抗干扰能力仍然不尽如人意... 详细信息

零化神经网络(zeroing neural network,ZNN)因其具有快速的收敛速度和较为出色的抗外界噪声干扰的能力,自被提出以来就有大量研究且广泛地应用于时变问题的求解.然而,目前所存在的零化神经网络模型的收敛速度和抗干扰能力仍然不尽如人意.因此,为进一步提高零化神经网络的性能,文章提出了一种固定时间收敛激活函数(fixed-time convergent activation function,FTCAF),然后,基于该激活函数建立了固定时间收敛的零化神经网络(fixed-time convergent zeroing neural network,FTCZNN)模型,并应用该模型对动态Sylvester方程(dynamic Sylvester equation,DSE)进行求解.理论分析证明了FTCZNN模型拥有固定的时间收敛上界和较为出色的抗外界噪声干扰的能力.此外,DSE数值仿真实验也证明了FTCZNN模型的优越性能.最后,FTCZNN模型被用于机械臂的轨迹跟踪实验,且实验结果再次证明了FTCZNN模型相较于传统ZNN模型拥有快速的收敛速度和较为出色的抗干扰能力,因此其实际应用能力也得到了验证.

关键词：零化神经网络激活函数动态Sylvester方程机械臂轨迹跟踪

重载铁路基床级配碎石动弹性模量及颗粒破碎试验研究

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自然灾害学报 2024年第3期33卷 226-234页

作者：龙尧张同文肖源杰张家生湖南高速铁路职业技术学院铁道工程学院湖南衡阳421002 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

针对级配碎石的动力特性以及颗粒破碎性质,采用室内动三轴试验,研究其在循环荷载作用下循环应力比(cyclic stress ratio,CSR)、围压以及加载次数对累积动应变、动弹性模量、颗粒形状系数和颗粒破碎的影响。研究结果表明,不同CSR条件下,... 详细信息

针对级配碎石的动力特性以及颗粒破碎性质,采用室内动三轴试验,研究其在循环荷载作用下循环应力比(cyclic stress ratio,CSR)、围压以及加载次数对累积动应变、动弹性模量、颗粒形状系数和颗粒破碎的影响。研究结果表明,不同CSR条件下,加载次数达到10000次时,累积动应变基本完成。随着加载次数的增加,不同CSR下的动弹性模量逐渐减小,滞回圈面积逐渐增加后保持稳定。低围压下,CSR对动弹性模量影响不显著,动弹性模量增加幅度较少;高围压下,动弹性模量随着CSR的增加而增长较大。循环荷载作用下,颗粒破碎方式主要为研磨;颗粒粒径越大,试验后的颗粒形状系数球度越大,颗粒越靠近球形,其轮廓线越圆滑。当CSR小于0.3时,影响颗粒破碎的主要因素为动应力大小,而围压影响不显著;当CSR大于0.3时,颗粒破碎主要因素受动应力和围压共同影响。

关键词：级配碎石动弹性模量循环应力比颗粒破碎形状系数

非均衡数据下基于注意力网络和代价敏感学习的轨面状态识别

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科学技术与工程 2024年第5期24卷 1972-1979页

作者：于惠钧张锦圣刘建华彭慈兵刘丽丽龚事引湖南工业大学轨道交通学院株洲412007 湖南铁道职业技术学院智能控制学院株洲412012 湖南铁路科技职业技术学院铁道供电与电气学院株洲412000

准确识别轨面状态,可为列车牵引/制动性能提升提供关键依据。重点针对传统代价敏感学习应用在非均衡轨面状态识别中存在的同类别样本重要性不同和多数类精度下降等问题,提出一种基于注意力网络和代价敏感学习的轨面状态识别方法。该法... 详细信息

准确识别轨面状态,可为列车牵引/制动性能提升提供关键依据。重点针对传统代价敏感学习应用在非均衡轨面状态识别中存在的同类别样本重要性不同和多数类精度下降等问题,提出一种基于注意力网络和代价敏感学习的轨面状态识别方法。该法首先利用迁移学习思想将均衡数据集的特征迁移到非均衡轨面状态数据集,减轻少数类样本误分类影响;其次在骨干网络ResNet18中引入卷积注意力机制模块,增强网络对目标区域的特征学习能力和全局特征信息的感知性能,调整优化网络权重参数;最后构造依据轨面状态样本重要性大小的自适应加权平衡损失函数,降低决策边界对困难样本中多数类的过拟合,获得更加平滑的决策边界。非均衡数据下的实验结果表明,在3种非均衡比下,所提方法的准确率和召回率分别达到96.00%、90.67%、86.33%,与目前常用的方法Focal相比,分别提升了7.00%、2.34%、3.00%。此外,该方法在提高少数类召回率的同时可有效维持多数类的召回率,并且降低了网络训练时间成本。

关键词：轨面状态识别非均衡数据代价敏感学习注意力机制

基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略研究

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中国电力 2024年

作者：夏向阳蒋戴宇曾小勇龚芬廖一丁湖南工程职业技术学院长沙理工大学电气与信息工程学院

针对传统储能变流器控制方法存在的同步速度较慢、有功功率跟踪效果欠佳的问题，本文提出了一种基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略。该策略基于虚拟振荡器控制，采用优化惯性权重和学习因子的改进粒子群算法整定控制器参数，避免... 详细信息

针对传统储能变流器控制方法存在的同步速度较慢、有功功率跟踪效果欠佳的问题，本文提出了一种基于虚拟振荡器控制的储能变流器控制策略。该策略基于虚拟振荡器控制，采用优化惯性权重和学习因子的改进粒子群算法整定控制器参数，避免了有功和无功功率的测量，具有比传统下垂控制更好的动态响应，最后，针对储能系统中两台并联储能变流器在负荷突变情况下进行了相应控制，仿真结果表明，本文提出的新型控制方法具有更快的同步速度和更好的有功功率跟踪性能。

关键词：虚拟振荡器控制虚拟同步机下垂控制粒子群优化储能变流器

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一种变电站蓄电池组开路续流装置的研制

电气技术与经济 2024年第4期 135-137页

作者：罗璐罗海云昆明铁道职业技术学院电气工程学院

为了更安全的管理变电站内蓄电池组,当蓄电池出现开路故障时,影响整组蓄电池稳定运行,甚至威胁整个变电站内直流系统的安全,本文研制一种可有效对开路蓄电池进行跨接的装置,当出现蓄电池组的某一只或多只蓄电池发生开路故障时可采用该... 详细信息

为了更安全的管理变电站内蓄电池组,当蓄电池出现开路故障时,影响整组蓄电池稳定运行,甚至威胁整个变电站内直流系统的安全,本文研制一种可有效对开路蓄电池进行跨接的装置,当出现蓄电池组的某一只或多只蓄电池发生开路故障时可采用该装置进行故障隔离,以促进变电站内直流系统的稳定运行。

关键词：蓄电池组开路故障故障隔离变电站

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考虑温度和剪切变形的改进型波形钢腹板组合箱梁动力特性研究

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振动工程学报 2024年第4期37卷 601-611页

作者：陈雪松罗奎冀伟张经伟吴智博刘明辽宁铁道职业技术学院铁道工程学院辽宁锦州121000 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 甘肃恒路交通勘察设计院有限公司甘肃兰州730070

为了精确分析温度效应和剪切变形效应对改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性的影响,提出一种考虑温度效应和剪切变形效应的改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性分析方法。综合考虑温度、剪切变形和波形钢腹板刚度修正的影响,运用应力等效原... 详细信息

为了精确分析温度效应和剪切变形效应对改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性的影响,提出一种考虑温度效应和剪切变形效应的改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性分析方法。综合考虑温度、剪切变形和波形钢腹板刚度修正的影响,运用应力等效原则推导出改进型波形钢腹板组合箱梁的自振频率解析公式;利用实桥ANSYS有限元分析结果和试验实测结果对自振频率解析公式的正确性进行了验证;分析了温度等效轴向偏心力变化、弹性模量变化、剪切变形效应、不同高跨比和不同宽跨比下温度效应对该桥型自振频率的影响。结果表明:温度效应对改进型波形钢腹板组合箱梁的基频影响较大,计算该桥型的基频时需要考虑温度效应的影响;波形钢腹板的剪切变形效应对该桥型自振频率的影响较为显著,从第4阶自振频率开始剪切变形的影响已超过50%;不同高跨比下温度效应对基频的影响较大,且随着高跨比的增大呈线性急剧增大;不同宽跨比下温度效应对自振频率的影响较小,可以忽略不计。研究成果可为改进型波形钢腹板组合箱梁的自振频率计算和分析提供参考依据。

关键词：组合箱梁波形钢腹板温度效应剪切变形模态试验自振频率

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稻壳填充聚苯乙烯复合包装材料重复回收再加工过程性能研究

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包装工程 2024年第15期45卷 52-58页

作者：许霞张彦粉邱赞业李小东江太君东莞职业技术学院广东东莞523808 广东省包装印刷防伪工程技术研究中心广东东莞523817 湖南铁道职业技术学院湖南株洲412001

目的随着全球“双碳”目标的持续推进,塑料回收再利用越来越深入,研究塑料在回收过程中性能的衰减规律,对提升塑料回收效果具有重要的实践指导作用。方法采用多次反复混炼挤出加工方法对聚苯乙烯及其稻壳填充复合材料进行处理,重点研究... 详细信息

目的随着全球“双碳”目标的持续推进,塑料回收再利用越来越深入,研究塑料在回收过程中性能的衰减规律,对提升塑料回收效果具有重要的实践指导作用。方法采用多次反复混炼挤出加工方法对聚苯乙烯及其稻壳填充复合材料进行处理,重点研究热加工次数对复合材料力学性能及加工性能的影响,并对复合材料性能衰减的机理进行分析探讨。结果回收过程中重复热加工会显著降低聚苯乙烯及稻壳填充聚苯乙烯复合材料的拉伸强度、冲击强度、维卡软化温度与模塑收缩率,其中纯聚苯乙烯的性能保持率与热加工次数呈显著线性关系。经历4次热加工后聚苯乙烯的拉伸强度与冲击强度分别下降了14.35%与14.55%,复合材料的拉伸强度与冲击强度的下降幅度最大,分别达到14.55%与20.01%。稻壳的加入可以减缓热加工次数对复合材料性能衰减速率的影响,多次热加工会提升复合材料的熔融指数。结论多次重复热加工对聚苯乙烯及其稻壳填充复合材料力学性能保持率的影响较大,呈近线性关系。抗氧剂的使用可以显著降低复合材料力学性能的衰减速率,本研究可以为该类复合材料的配方与加工工艺优化提供理论指导。

关键词：稻壳聚苯乙烯成型热加工性能衰减

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重载机车无模型黏着预测控制研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：程翔何静张昌凡贾林湖南工业大学轨道交通学院湖南铁道职业技术学院人工智能学院

重载机车牵引动力的有效发挥依赖于轮对和钢轨接触时形成的黏着力。然而，由于重载机车黏着过程动力学非线性强、变量耦合多、最优蠕滑速度检测难，导致传统控制方法难以对黏着进行高效控制。针对该问题，提出一种无模型黏着集成预测控... 详细信息

重载机车牵引动力的有效发挥依赖于轮对和钢轨接触时形成的黏着力。然而，由于重载机车黏着过程动力学非线性强、变量耦合多、最优蠕滑速度检测难，导致传统控制方法难以对黏着进行高效控制。针对该问题，提出一种无模型黏着集成预测控制方法。具体地，首先分析了传统无模型方法存在的问题，建立了重载机车蠕滑速度新型扩张超局部模型。其次，设计扩展滑模观测器估计超局部模型中的不确定部分，与传统的观测方法不同的是，本文提出的观测器还能够“一步式”估算机车当前的黏着系数和蠕滑速度；同时引入一种改进的后调制无稳态振荡极值搜索方法并进行了收敛性分析，在有效黏着系数观测的基础上实时寻优期望蠕滑速度。再次，基于最优蠕滑速度极值搜索设计了一种离散蠕滑速度预测控制器，避免了传统的控制律设计中引入蠕滑速度微分导致的噪声放大问题，并证明了闭环控制下的系统稳定性。最终，与传统滑模黏着控制策略进行了仿真对比，印证了本文所提控制框架能有效降低黏着控制策略设计的复杂度，提升控制转矩的平滑度。在轨面条件突变的情况下，本文提出的改进无稳态极值搜索方法能够准确搜索适合的最优蠕滑速度，在三种预设工况下都能够准确锁定最优值；本文提出的离散黏着控制律能够更为精确地控制驱动转矩，与传统的带有蠕滑速度微分的黏着控制律相比极大地降低了转矩抖振。由此可知，本文提出的重载机车无模型黏着预测控制方法，能够充分发挥黏着系统效能，实现多工况瞬变下的高效黏着控制。

关键词：重载机车黏着控制无模型控制极值搜索扩张观测器

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动态障碍物状态空间重构的无人车路径规划

机械设计与制造 2024年第3期 243-248页

作者：雷芳华袁小芳湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 郴州职业技术学院现代装备制造学院湖南郴州423000

为了保证无人驾驶汽车在动态障碍物的环境下,实现安全的避障路径规划,提出了一种基于动态障碍物状态空间重构的避障路径规划方法。该避障路径规划方法,以前轮偏角为控制量,运用模型预测控制(MPC)方法,忽略车身尺寸信息建立点质量模型,... 详细信息

为了保证无人驾驶汽车在动态障碍物的环境下,实现安全的避障路径规划,提出了一种基于动态障碍物状态空间重构的避障路径规划方法。该避障路径规划方法,以前轮偏角为控制量,运用模型预测控制(MPC)方法,忽略车身尺寸信息建立点质量模型,主要在规划层中利用车载传感器的采集信息,对动态障碍物状态空间信息进行重构,研究不同重构构型对避障效果以及“穿越”现象的影响问题。在特定行驶工况中,采用CarSim和Simulink进行联合仿真,以低中高三种速度进行动态障碍物避障稳定性分析,仿真结果表明,所提出的避障路径规划方法对于存在动态障碍物环境下是有效的,避免了由于忽略车身尺寸所导致的“穿越”现象,通过与传统人工势场法比较,验证了本方法规划的路径更短,避障曲率更优。基于动态障碍物状态空间重构的避障路径规划具有安全性和稳定性。

关键词：无人车动态障碍物状态空间重构路径规划