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数据驱动与机理耦合的冷轧电机功率智能预测方法

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哈尔滨工业大学学报 2024年第5期56卷 28-35页

作者：曹雷董梓硕李晓华李旭张殿华轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(东北大学) 沈阳110819

电机功率计算在保证生产安全、制定轧制规程以及发挥设备能力等方面起到了重要作用。为提高计算精度,本文提出一种机理模型与数据驱动方法相结合的电机功率预测模型。首先,机理模型部分采用上界法得到解析解,然后将部分功率解析解(塑性... 详细信息

电机功率计算在保证生产安全、制定轧制规程以及发挥设备能力等方面起到了重要作用。为提高计算精度,本文提出一种机理模型与数据驱动方法相结合的电机功率预测模型。首先,机理模型部分采用上界法得到解析解,然后将部分功率解析解(塑性变形功率、张力功率和剪切功率)与相关变量输入长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络中训练,以提取变量数据之间的深度特征和时序相关性。结果表明:本文提出的时序耦合预测模型相对误差不超过±3.9%,且在相邻卷带钢轧制规程变化较大时,预测效果明显优于上界法和人工神经网络(artificial neural networks,ANN);从残差分布直方图中可以看到,上界法由于遗漏了摩擦系数和损失功率与其他参数间的强耦合关系,导致残差集中在±50 kW附近且不符合正态分布,而ANN和本模型均基本遵循正态分布,但本模型拟合精度更高;对比更广泛的模型评估指标,本模型具有更好的综合预测性能。此外,通过模型输出结果分析了电机功率与轧制长度、轧制速度之间的关系,表明本模型除具有高预测精度外,还与已知的参数间物理规律有较强一致性。

关键词：冷轧电机功率长短时记忆网络工业大数据上界法数学模型

α-MnO_(2)作为先进的双功能ORR/IOR电催化剂构建可充电锌空电池

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燃料化学学报（中英文） 2024年第2期52卷 266-276页

作者：王振赵慧周菊红盛可发王涛江彬彬安庆师范大学化学化工学院光电磁材料安徽省重点实验室安徽安庆246011

析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)和氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)是可充电锌空电池(rechargeable Zn-air batteries,RZABs)重要的两个反应。其中,析氧反应具有较高的热力学平衡电位和复杂的反应路径,实际应用中需要高的充电电压驱动其发生,这将带来一系列问题并且限制了RZABs的商业化应用。基于此,本研究构造α-MnO_(2)并作为ORR/IOR双功能催化剂。在碱性体系中引入反应改性剂KI,α-MnO_(2)对碘离子氧化反应(iodide oxidation reaction,IOR)具有更低的阳极氧化电位和更快的催化动力学。当1.0 mol/L KOH电解液中添加0.5 mol/L KI时,相比于OER(1.709 V@10 mA/cm^(2)),α-MnO_(2)在IOR过程中电流密度达到10 mA/cm^(2)时阳极电位减小了398 mV(1.311 V ***),且表现出低至57.5 mV/dec塔菲尔斜率。相对于与Pt/C,在含有KI的KOH电解液中,α-MnO_(2)表现出与Pt/C相媲美的ORR活性。此外,以α-MnO_(2)为空气电极组装成RZAB后,该电池也表现出了优异的充电活性和良好的循环寿命,在5 mA/cm^(2)电流密度下,充放电电压间隙由0.97 V缩减为0.61 V,能量转换效率由54.9%提升至66.2%。

关键词：可充电锌空电池析氧反应碘离子氧化反应 α-MnO_(2)

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动态数据流驱动的再制造拆解工艺知识图谱构建方法

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 879-892页

作者：江志刚谢彬朱硕张华鄢威代明仁武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学绿色制造工程研究院湖北武汉430081 谷城万利铸造有限公司湖北襄阳441705

高效稳定的再制造拆解是实施规模化再制造的重要前提。然而,废旧零部件的内部结构、损伤特征等存在较大差异,需要对拆解工艺进行频繁调整,从而造成再制造拆解效率低、质量稳定性差,严重制约了再制造规模化效益。为此,提出一种从动态数... 详细信息

高效稳定的再制造拆解是实施规模化再制造的重要前提。然而,废旧零部件的内部结构、损伤特征等存在较大差异,需要对拆解工艺进行频繁调整,从而造成再制造拆解效率低、质量稳定性差,严重制约了再制造规模化效益。为此,提出一种从动态数据流中提取个性化拆解工艺知识的知识图谱构建方法,利用知识的高效更新与重用提升再制造拆解效率与质量。首先,分析再制造拆解工艺数据的动态时序性特点,以拆解工位为数据分析节点,建立动态数据流模型。其次,基于工位数据对拆解工艺知识进行分类,构建包含拆解过程知识、资源知识和特征知识的本体模型,并利用命名实体识别模型(ALBERT-BiLSTM-CRF)和自然语言处理方法自动抽取拆解工艺知识。进而,提出一种动态数据流驱动的图谱更新机制,实现知识图谱对拆解工艺调整的快速响应。最后,以某型号废旧动力电池包拆解为例,验证所提方法的有效性。

关键词：再制造拆解拆解工艺知识图谱图谱更新

GaN/SiC Cascode器件性能及其在LLC谐振变换器中的应用

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电源学报 2024年

作者：周郁明周伽慧刘航志安徽工业大学安徽省电力电子与运动控制高校重点实验室

氮化镓/碳化硅级联(GaN/SiC Cascode)器件是一种利用低压GaN器件作辅助开关，将高压耗尽型碳化硅(SiC)器件转变为增强型工作模式的组合结构。本文结合了氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)开关速度快、栅极驱动简单和碳化硅结型场效应... 详细信息

氮化镓/碳化硅级联(GaN/SiC Cascode)器件是一种利用低压GaN器件作辅助开关，将高压耗尽型碳化硅(SiC)器件转变为增强型工作模式的组合结构。本文结合了氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)开关速度快、栅极驱动简单和碳化硅结型场效应晶体管(SiC JFET)高耐压的特点，利用低压增强型GaN HEMT和高压耗尽型SiC JFET构建了常关型级联器件。详细分析了GaN/SiC Cascode器件的工作原理和开关过程，测试了GaN/SiC Cascode器件的静态特性，搭建了双脉冲测试平台，对比了GaN/SiC Cascode器件、Si/SiC Cascode器件和SiC JFET三种器件在不同电流等级下的开关损耗，结果表明，GaN/SiC Cascode器件具有更低的关断损耗。将三种器件应用到零电压(ZVS)开通的LLC谐振变换器，测试了变换器的转换效率，结果表明，基于GaN/SiC Cascode器件的LLC谐振变换器具有更高的转换效率。

关键词： GaN/SiC Cascode器件开关损耗双脉冲测试 LLC谐振变换器转换效率

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基于深度学习的单像素成像研究进展

激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 59-73页

作者：王琦米佳帅东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819 河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室河北秦皇岛066004

单像素成像通过调制光场测量场景对单个像素探测器的强度响应来还原场景图像,相比依赖阵列探测器捕捉图像信息的传统成像技术,在低成本、宽光谱及特定应用场景下具有出色表现。该技术是一种由物理域转为计算域的新型成像方式,因此众多... 详细信息

单像素成像通过调制光场测量场景对单个像素探测器的强度响应来还原场景图像,相比依赖阵列探测器捕捉图像信息的传统成像技术,在低成本、宽光谱及特定应用场景下具有出色表现。该技术是一种由物理域转为计算域的新型成像方式,因此众多研究在寻找高效的计算方式。由于神经网络在计算域中的强大学习能力,深度学习技术已经广泛应用于单像素成像中并取得了显著进展。将深度学习单像素成像分为数据驱动式、物理驱动式及混合驱动式,又在每个驱动模式下划分出神经网络用于“图像到图像”和神经网络用于“测量值到图像”两种成像方法。从6种角度综述基于深度学习的单像素成像方法的基本理论和典型案例,并讨论了各类方法的优势与不足。最后对基于深度学习的单像素成像方法进行总结与展望,有前景的应用包括高光谱成像、瞬态观测与目标检测。

关键词：单像素成像深度学习计算成像神经网络

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城市生态环境质量评价体系的构建及应用

绿色科技 2024年第4期26卷 214-220页

作者：辛尚珍崔爱宁连海峰福建农林大学计算机与信息学院福建福州350002 生态与资源统计福建省高校重点实验室福建福州350002

构建具有通用性的一个生态环境质量评价指标体系,用以评估区域生态环境质量水平,可为区域生态环境的有效管理与治理提供参考依据和决策支撑。在DPSIR模型框架下,基于2010-2020年福建省统计数据,分别从驱动力、压力、状态、影响和响应5... 详细信息

构建具有通用性的一个生态环境质量评价指标体系,用以评估区域生态环境质量水平,可为区域生态环境的有效管理与治理提供参考依据和决策支撑。在DPSIR模型框架下,基于2010-2020年福建省统计数据,分别从驱动力、压力、状态、影响和响应5个维度筛选26个评价指标,构建了城市生态环境质量评价指标体系,采用熵值法确定了福建省城市生态环境质量发展水平。结果表明:(1)福建省城市生态环境质量基本上呈逐年上升趋势,表征等级由较差、一般转变为较好、好。(2)各个子系统对生态环境质量的评价值存在不均衡现象,驱动力、压力与响应子系统的评价值较大,而状态与影响的评价值较小。提出了进一步提升城市生态环境质量,提高环境治理效率,优化生态环境空间等决策建议。

关键词：生态环境质量 DPSIR模型熵值法

基于改进的SURF算法的机械臂识别定位及抓取研究

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组合机床与自动化加工技术 2024年第1期 47-52页

作者：李鑫炎周敏张美洲陈燕军武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

针对采用传统SURF算法对机械臂工作区域内的目标进行识别时出现的运行速度较慢、匹配准确度较低等问题,提出一种基于改进的SURF算法的机械臂识别定位及抓取方法。首先,利用传统SURF算法提取目标的尺度不变性特征点;随后,通过rBRIEF描述... 详细信息

针对采用传统SURF算法对机械臂工作区域内的目标进行识别时出现的运行速度较慢、匹配准确度较低等问题,提出一种基于改进的SURF算法的机械臂识别定位及抓取方法。首先,利用传统SURF算法提取目标的尺度不变性特征点;随后,通过rBRIEF描述子与低方差过滤分别对提取特征实施描述及降维,再进行基于Hamming距离的2-NN特征点交叉匹配,并采用RANSAC算法剔除错误匹配对;最后,结合双目立体视觉三维重建获取目标的空间三维坐标,并将机械臂逆运动学求解得到的各个关节驱动角输入控制系统,驱使舵机带动机械臂末端执行器完成对目标的抓取作业。实验结果表明,采用改进的SURF算法,较SIFT、传统SURF算法提高了目标特征点的识别速度与匹配准确度,有效提升了机械臂抓取的实时性及精准性。

关键词： SURF算法双目立体视觉目标识别目标抓取

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基于LIR和GFNet的带钢表面缺陷识别

组合机床与自动化加工技术 2024年第1期 150-155页

作者：刘双辉易灿灿肖涵黄涛武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

针对深度学习(deep learning,DL)模型处理带钢表面缺陷图像存在计算成本大、实时性差的问题,提出了一种基于可学习的图像调整器(learnable image resizer,LIR)和扫视-聚焦网络(glance and focus network,GFNet)的带钢表面缺陷分类方法... 详细信息

针对深度学习(deep learning,DL)模型处理带钢表面缺陷图像存在计算成本大、实时性差的问题,提出了一种基于可学习的图像调整器(learnable image resizer,LIR)和扫视-聚焦网络(glance and focus network,GFNet)的带钢表面缺陷分类方法。首先,针对DL模型在处理带钢表面缺陷图像时存在空间冗余的问题,提出GFNet驱动的带钢表面缺陷识别模型,其可以根据不同样本自适应分配计算资源,在模型推理阶段显著减少计算量;其次,提出LIR和GFNet联合训练的方法,调整图像大小的同时实现针对识别模型的特征增强;最后,收集整理了某钢铁企业冷轧薄板厂带钢表面缺陷数据集,利用所提方法进行分析。将残差网络(residual networks,ResNet)的ResNet-50模型作为主干网络,与原始ResNet-50比较,所提方法在不牺牲准确率的情况下,将单张图像的推断时间减少约3.58倍,计算量降低约6.11倍,从而验证了提出方法的有效性。

关键词：带钢表面缺陷图像分类可学习的图像调整器动态神经网络扫视-聚焦网络

冲击式波浪能摩擦纳米发电机的设计与半物理实验

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集美大学学报（自然科学版） 2024年第1期29卷 54-63页

作者：潘磊范健宇杨绍辉柯江岩杜志昌李晖集美大学海洋装备与机械工程学院福建厦门361021 海洋可再生能源装备福建省高校重点实验室福建厦门361021 福建省能源清洁利用与开发重点实验室福建厦门361021

提出并设计了一种基于冲击式空气透平的波浪能摩擦纳米发电机,将其应用于振荡水柱波浪能转换装置中,能够将低频的海洋波浪能高效转换为电能。详细阐述了该发电机的结构与工作原理,搭建了两个实验平台,分别进行了电极参数优化实验和电学... 详细信息

提出并设计了一种基于冲击式空气透平的波浪能摩擦纳米发电机,将其应用于振荡水柱波浪能转换装置中,能够将低频的海洋波浪能高效转换为电能。详细阐述了该发电机的结构与工作原理,搭建了两个实验平台,分别进行了电极参数优化实验和电学输出性能实验。实验结果表明,利用聚四氟乙烯作为电极的介电材料,其电学输出性能最优,聚四氟乙烯的厚度越大,电学性能输出越好。当发电机电极角度逐渐减小时,短路电流呈上升趋势。设计并制造了冲击式波浪能摩擦纳米发电机,进行了单风向半物理仿真实验。研究了不同风速下的电学输出性能,并进行了电容充电实验。通过电路设计驱动点亮了33盏LED。验证了冲击式波浪能摩擦纳米发电机的可靠性以及对小型传感器供能的潜力。

关键词：波浪能空气透平摩擦纳米发电机(TENG) 振荡水柱