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基于边缘计算的温室传感器故障自识别系统设计与实现

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中国农机化学报 2024年第8期45卷 100-106页

作者：肖雪朋王明飞张馨王利春魏晓明郑文刚北京市农林科学院信息技术研究中心北京市100097 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京市100097

无线传感器数据为智能环境调控提供决策依据,合理准确的数据是正确决策的前提,实时检测异常数据至关重要。针对传统的静态数据异常检测算法检测精度和效率低下、将数据上传至云计算中心分析增加带宽的传输压力和控制决策反馈时间等问题... 详细信息

无线传感器数据为智能环境调控提供决策依据,合理准确的数据是正确决策的前提,实时检测异常数据至关重要。针对传统的静态数据异常检测算法检测精度和效率低下、将数据上传至云计算中心分析增加带宽的传输压力和控制决策反馈时间等问题,提出一种基于边缘计算和数据融合的新方法。采用多模态感知融合算法进行异常数据检测,对实际发生的湿度、温度、光照等农业温室异常数据集进行仿真分析,使用滑动窗口方式处理数据流无限问题,计算单传感器和多传感器数据方差、多传感器数据间相关性系数,优化关键结构参数。结果表明,该模型能够检测出传感器的异常数据,单节点多传感器故障识别率为82.5%,多节点多传感器故障识别率为72.5%,汇聚数据上传可减少传输频率,单次节约30%数据流量,减轻服务器压力与数据传输延迟。对于解决温室传感器数据异常问题及边缘计算在温室环境设备中的应用提供有益参考。

关键词：智能温室传感器故障边缘计算异常数据检测数据融合物联网

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难变形合金用轧辊感应加热温度控制策略及温辊轧制实验

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塑性工程学报 2024年第6期31卷 235-243页

作者：张帅帅李苒牛辉王昊卫俊鑫袁振豪贾燚韩建超太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024 海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院江苏海安226601

针对轧辊电磁感应加热温度控制方法展开研究,开发了轧辊温度控制策略,调控轧辊辊面工作区温度。通过DEFORM模拟轧辊感应加热过程辨识轧辊感应加热数学模型参数,结合自适应模糊PID控制算法使用Simulink进行控制器的搭建与仿真,并进行轧... 详细信息

针对轧辊电磁感应加热温度控制方法展开研究,开发了轧辊温度控制策略,调控轧辊辊面工作区温度。通过DEFORM模拟轧辊感应加热过程辨识轧辊感应加热数学模型参数,结合自适应模糊PID控制算法使用Simulink进行控制器的搭建与仿真,并进行轧辊静态局部感应加热温度调控实验验证。结果表明,辊面温度围绕目标温度值小幅振荡,温度控制过程无超调,预设温度550℃时最大误差小于25℃。最后与传统包套轧制工艺进行对比,分析温辊轧制Ti/Ti Al复合板的显微组织,结果表明温辊轧制工艺使Ti Al侧具有更细小的晶粒尺寸,界面区域宽度为75μm,通过轧辊加热和减小包套厚度使界面宽度减小25%。

关键词：轧辊感应加热温度闭环控制自适应模糊PID 温辊轧制

基于纹理图像和用户动作信息的纹理触觉再现方法研究

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 145-154页

作者：陈大鹏陈庚刘佳方映平张运杰南京信息工程大学自动化学院南京210044 江苏省智能气象探测机器人工程研究中心南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

近年来,对虚拟表面纹理进行工具介导的振动触觉再现已经成为触觉领域的一个研究热点。针对已有的纹理触觉渲染方法还存在适用范围窄、泛化能力弱、交互真实感低等问题,以改进后的MelGAN为基本网络,构建了一种新的纹理触觉渲染模型。该... 详细信息

近年来,对虚拟表面纹理进行工具介导的振动触觉再现已经成为触觉领域的一个研究热点。针对已有的纹理触觉渲染方法还存在适用范围窄、泛化能力弱、交互真实感低等问题,以改进后的MelGAN为基本网络,构建了一种新的纹理触觉渲染模型。该模型以纹理图像和用户的实时动作信息为输入,在能够高保真地生成振动触觉信号的同时,对常见纹理图像拥有更好的泛化能力。此外,设计了一款具有动作信息实时采集和振动触觉表达功能的笔式装置。在采集了数据库之外的真实纹理表面的振动触觉信号后,比较了提出的模型与已有方法在信号生成方面的性能差异。结果表明,模型实现了最低的均方根误差(0.173),验证了其对未建模纹理进行触觉渲染的能力。最后,使用笔式装置进行了两项用户实验。平均6.01的主观相似度评分说明,即使是数据库之外的新纹理,模型也能为用户提供较高的纹理交互真实感。

关键词：纹理触觉渲染深度学习动作信息笔式交互振动触觉反馈

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青贮机铁磁性金属异物智能检测报警系统

智慧农业（中英文） 2024年第1期6卷 111-122页

作者：张庆李洋尤泳王德成惠云婷中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学草业机械装备研究中心北京100083

[目的/意义]青贮机作业时,田间遗落的铁丝等铁磁性金属异物如果混入其喂入系统,将会对青贮机的关键零部件和牲畜脏器造成严重损伤。为了确保青贮机在田间作业时能准确、高效地检测出金属异物,本研究开发了一套性能优良的金属探测系统。... 详细信息

[目的/意义]青贮机作业时,田间遗落的铁丝等铁磁性金属异物如果混入其喂入系统,将会对青贮机的关键零部件和牲畜脏器造成严重损伤。为了确保青贮机在田间作业时能准确、高效地检测出金属异物,本研究开发了一套性能优良的金属探测系统。[方法]首先分析了青贮机金属检测原理,然后对平面螺旋线圈与圆柱线圈进行了仿真计算,选择平面螺旋线圈作为研究对象,通过使用非支配排序遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)结合有限元仿真分析的方式,确定了线圈的线径、内径、外径、层数以及频率,并对弯曲线圈与未弯曲线圈以及阵列线圈进行了仿真计算。最后进行了系统集成,搭建了青贮机模拟试验台进行了模拟试验。[结果和讨论]仿真分析结果显示,平面螺旋线圈磁通密度模变化范围明显大于圆柱线圈,且其电感灵敏度、电阻灵敏度和被测物涡流损耗要明显高于圆柱线圈;另一方面,平面线圈弯曲后电感灵敏度、电阻灵敏度大幅度提高,有利于增强探测线圈的响应度。通过模拟台架试验,验证了该金属探测系统在探测距离小于70mm,对直径0.6 mm、长度20 mm铁丝报警率达到100%,且经过计算,系统响应时间为0.105 0 s,小于安全运输时间,系统可以在金属物到达切碎系统前及时停止。[结论]本研究设计出了一套青贮机金属异物探测系统,提出了一套金属探测线圈的优化方法,并开发了相应的金属探测软硬件系统,通过试验验证了金属探测系统的功能,为青贮机安全运行提供了有力技术支撑。

关键词：青贮机金属探测系统电磁感应平面螺旋线圈非支配排序遗传算法有限元仿真

成形路径对Al/CFRTP/Al层板冲压成形特性的影响

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塑性工程学报 2024年第9期31卷 36-45页

作者：王健王重阳丁梓峻熊浪胥亮燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院江苏南通226600

为提升纤维金属层板成形质量和成形精度,研究了不同成形路径对Al/CFRTP/Al层板冲压成形特性的影响规律。通过回弹角度测量、微观形貌分析以及三点弯曲试验,研究了制板成形、成形固化和混合共冲3种不同成形路径对纤维金属层板U形件成形... 详细信息

为提升纤维金属层板成形质量和成形精度,研究了不同成形路径对Al/CFRTP/Al层板冲压成形特性的影响规律。通过回弹角度测量、微观形貌分析以及三点弯曲试验,研究了制板成形、成形固化和混合共冲3种不同成形路径对纤维金属层板U形件成形特性的影响。结果表明,混合共冲制备的试件回弹角度为1.34°,中间层内外侧0°方向碳纤维发生拉伸断裂,并形成了贫富树脂区和厚度不均匀等宏观缺陷。成形固化制备的试件回弹角度为2.84°,中间层内外侧0°方向碳纤维均发生拉伸断裂,厚度分布均匀,无宏观缺陷,综合性能较好,成形质量较为可控。

关键词： Al/CFRTP/Al层板冲压成形成形路径回弹角度成形质量

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桑园立式旋转动力耙优化设计与试验

农业机械学报 2024年

作者：杨庆璐律政文闫银发杨硕李法德宋占华陈玉军山东农业大学机械与电子工程学院山东省设施园艺智慧生产技术装备重点实验室(筹) 农业装备智能化山东省工程研究中心农业生产机械装备国家工程研究中心江西省农业技术推广中心潍坊海林机械有限公司

桑园耕整地作业是提高桑叶产量的重要基础，根据桑园种植模式和耕整地作业要求，设计了一种适用于桑园的立式旋转动力耙。根据桑园种植模式和耕整地农艺要求确定了动力耙整机结构，通过对耙刀作业过程理论计算和运动学分析，确定耙刀结... 详细信息

桑园耕整地作业是提高桑叶产量的重要基础，根据桑园种植模式和耕整地作业要求，设计了一种适用于桑园的立式旋转动力耙。根据桑园种植模式和耕整地农艺要求确定了动力耙整机结构，通过对耙刀作业过程理论计算和运动学分析，确定耙刀结构参数。利用离散元法对动力耙作业过程进行仿真，分析不同外倾角对耙刀所受扭矩和作业质量的影响以及耙刀作业过程中所受扭矩的变化规律。选取转子转速、前进速度、耙深为试验因素，以碎土率、耙后地表平整度、土壤容重为试验指标，进行了三因素三水平正交旋转组合田间试验。试验结果表明：转子转速和前进速度对碎土率、耙后地表平整度和土壤容重的影响极显著；耕深仅对碎土率的影响显著，对耙后地表平整度和土壤容重均无显著影响。优化计算得到作业参数最优组合：转子转速为350 r/min、前进速度为0.7 m/s、耕深为20 cm，此时碎土率为97.89%，耙后地表平整度为11.04 mm，土壤容重为1.11 g/cm3。以优化得到的作业参数组合进行验证试验，得到碎土率为97.29%，耙后地表平整度为11.53 mm，土壤容重为1.07 g/cm3，与优化得到的结果一致，满足作业要求。

关键词：桑园耕整地动力耙离散元仿真优化设计

基于GA-BP的联合收获机小麦含水率检测模型研究

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农业机械学报 2024年

作者：安晓飞代均益李立伟卢昊尹彦鑫孟志军新疆农业大学机电工程学院北京市农林科学院智能装备技术研究中心

为进一步提高基于介电特性的联合收获机小麦含水率检测装置模型的检测精度和适用范围，本研究以“京冬22号”、“蜀麦1958”、“涡麦33”3个品种的小麦为研究对象，测量含水率的范围为8.41%～21.6%，检测温度范围为5℃～40℃，容重范围... 详细信息

为进一步提高基于介电特性的联合收获机小麦含水率检测装置模型的检测精度和适用范围，本研究以“京冬22号”、“蜀麦1958”、“涡麦33”3个品种的小麦为研究对象，测量含水率的范围为8.41%～21.6%，检测温度范围为5℃～40℃，容重范围为714.44～777.58kg/m3的小麦相对介电常数。试验结果表明，同一温度条件下，容重越大，相对介电常数越大；在同一容重条件下，相对介电常数会随温度升高而增大，也随含水率升高而变大。采用校正集样本150个，预测集样本42个，以遗传算法优化BP神经网络（GA-BP）的方法建立了介电常数、温度、容重与小麦含水率的关系模型，模型采用3-5-1结构，最大迭代次数1000次，学习误差阈值1×10-6。校证集R2、RMSE、MAE分别为0.996，0.241%，0.189%；预测集R2、RMSE、MAE结果分别为0.993，0.295%，0.189%，该模型具有较高的检测精度和稳定性，为不同品种的小麦含水率在线检测提供了一种新的检测方法和手段。

关键词：联合收获机小麦含水率检测模型遗传算法 BP神经网络

基于复合多尺度等概率符号化样本熵的两相流动态特性分析

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大连理工大学学报 2024年第2期64卷 127-137页

作者：孙庆明巴頔钟林王成龙陈淑鑫齐齐哈尔大学机电工程学院黑龙江齐齐哈尔161006 黑龙江省精密制造装备及工业感知工程技术研究中心黑龙江齐齐哈尔161006 黑龙江省智能制造装备产业化协同创新中心黑龙江齐齐哈尔161006

多尺度样本熵(MSE)在两相流动态特性分析中存在两点不足:一是熵值无法单纯反映时间序列信息增长速率,在高尺度下稳定性较差;二是传统粗粒化过程中有部分数据信息丢失.针对上述问题,提出复合多尺度等概率符号化样本熵(CMESSE),并通过对... 详细信息

多尺度样本熵(MSE)在两相流动态特性分析中存在两点不足:一是熵值无法单纯反映时间序列信息增长速率,在高尺度下稳定性较差;二是传统粗粒化过程中有部分数据信息丢失.针对上述问题,提出复合多尺度等概率符号化样本熵(CMESSE),并通过对几种典型非线性时间序列进行分析验证了其有效性.与MSE相比,CMESSE不仅能够有效表征不同动力系统非线性时间序列复杂性,而且在时间序列较短时稳定性更好.在此基础上分析了123组流动条件下垂直上升管内空气-水两相流压差波动时间序列.研究结果表明,泡状流、塞状流及混状流的CMESSE变化趋势能够在不同尺度下定性表征不同流型的动态特性,CMESSE复杂性指数可跨多尺度定量描述不同流型的动力学复杂性.

关键词：复合多尺度符号化样本熵两相流动态特性

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固体颗粒撒施无人机槽轮结构优化设计与试验

农机化研究 2024年

作者：韩玉宝姬江涛张瑞瑞张林焕贺智涛陈立平伊铜川吴明齐高亮亮河南科技大学农业装备工程学院北京市农林科学院智能装备技术研究中心农芯(南京)智慧农业研究院有限公司

针对现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性强,难以满足无人机稳定变量施肥作业需求的问题,开展了排肥器关键部件参数的优化设计与研究,设计了9种不同凹槽形状和螺旋升角的排肥槽轮。同时,采用离散元方法仿真测试了各槽轮在低转速下排量... 详细信息

针对现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性强,难以满足无人机稳定变量施肥作业需求的问题,开展了排肥器关键部件参数的优化设计与研究,设计了9种不同凹槽形状和螺旋升角的排肥槽轮。同时,采用离散元方法仿真测试了各槽轮在低转速下排量范围和排肥时的稳定性,并开展了因素之间的交互作用判别试验和正交试验。试验结果显示:槽轮截面形状与螺旋升角之间存在交互作用,槽轮转速和螺旋升角对排肥脉动幅度的影响显著。最终,确定最佳槽轮结构参数组合:槽轮凹槽形状为偏心槽型,螺旋升角为60°。室内台架试验结果表明:槽轮转速和施肥速率具有较高的线性度,槽轮的截面形状和槽轮螺旋升角对不同转速下的排肥速率的影响均显著,相比台架试验和仿真试验测量的平均施肥速率,平均相对偏差为5.32%;在优化参数下,不同转速槽轮的排肥速率变异系数均小于1.20%,满足了无人机施肥的要求。

关键词：无人机追肥排肥器槽轮参数优化设计