当期目录

2023年 第36卷 第3期 刊出日期：2023-03-15

  

基于FPGA的多功能阵列信号处理系统设计

罗欣,冯武,孙卫杰,刘马良

2023, 36(3):  1-6.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.001

摘要 ( 945 )   HTML ( 467 )   PDF (2270KB) ( 199 )  

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为了适应阵列信号处理数据量大、实时性高的特点,文中结合项目需求设计了一种基于FPGA的多功能阵列信号处理系统。通过采用先进的大规模高性能FPGA和多路高精度ADC芯片,可完成对40路中频信号的同步采集和数字下变频处理,并由数字波束合成运算得到36组波束数据。通过设置多种类型的对外接口,可实现与多个外联设备的网络数据交互、串口控制、波束控制及MGT高速数据传输。文中给出了系统的硬件和软件总体架构设计,并详细介绍了芯片选型、外设接口及各软件功能模块的具体实现方法。测试结果表明,本系统满足设计需求,具有较强的阵列信号处理能力以及良好的通用性和可扩展性。

基于BERT和LightGBM的文本关键词提取方法

何传鹏,尹玲,黄勃,王明胜,郭茹燕,张帅,巨家骥

2023, 36(3):  7-13.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.002

摘要 ( 829 )   HTML ( 18 )   PDF (1624KB) ( 87 )  

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传统的文本关键词提取方法忽略了上下文语义信息,不能解决一词多义问题,提取效果并不理想。基于LDA和BERT模型,文中提出LDA-BERT-LightGBM(LB-LightGBM)模型。该方法选择LDA主题模型获得每个评论的主题及其词分布,根据阈值筛选出候选关键词,将筛选出来的词和原评论文本拼接在一起输入到BERT模型中,进行词向量训练,得到包含文本主题词向量,从而将文本关键词提取问题通过LightGBM算法转化为二分类问题。通过实验对比了textrank算法、LDA算法、LightGBM算法及文中提出的LB-LightGBM模型对文本关键词提取的准确率P、召回率R以及F1。结果表明,当TopN取3~6时,F1的平均值比最优方法提升3.5%,该方法的抽取效果整体上优于实验中所选取的对比方法,能够更准确地发现文本关键词。

基于蚁群算法的无人船平滑路径规划

孙鹏娜,张忠民

2023, 36(3):  14-20.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.003

摘要 ( 526 )   HTML ( 16 )   PDF (910KB) ( 70 )  

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为解决无人驾驶船舶在复杂环境中规划路径时存在的转向角度大、路径拐点多、航行能耗高等问题,文中提出一种基于改进蚁群算法的平滑路径规划方法。该方法采用栅格法进行环境建模,通过在启发函数中引入路径平滑度、距离启发因子以及在路径转移概率中引入障碍物启发因素,提高路径寻优和静态避障能力。结合启发因素改进信息素更新标准,设置可调节信息素挥发因子增加算法的自适应性。提取输出的最优路径关键节点并对其进行平滑处理,进一步保证路径平滑度和安全性。根据不同栅格环境下的避障仿真结果可知,与传统算法相比,文中改进蚁群算法的路径寻优速度提高了45%~62%,转向次数减少了25%~44%,平滑处理后的路径安全性和可行性得到了提升,较好地实现了不同环境下无人船自主路径规划。

柔性接入微电网的小信号建模

卢红文,袁旭峰,陈瑞洁,李雨龙

2023, 36(3):  21-28.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.004

摘要 ( 368 )   HTML ( 11 )   PDF (3840KB) ( 54 )  

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针对传统并网硬开关无法主动调节潮流的问题,利用背靠背变流器取代传统并网硬开关,对配电网与微电网进行柔性互联,便于二者之间的协调控制。为对系统进行稳定性分析,并考虑到不同规模的微网内分布式电源数量的不同,文中建立一种经背靠背变流器接入的含N个分布式电源的微网小信号状态空间模型框架。利用MATLAB对其进行特征值分析,确定了影响微电网稳定性和动态性能的关键参数。在PSCAD/EMTDC平台上搭建出基于下垂控制的微电网柔性并网运行模型,将建立的小信号模型与搭建的仿真模型结合,在多个工况下进行仿真,验证了建模、分析与结论的正确性。

基于灰色预测容错时钟同步算法

陆禹,张力,张凤登

2023, 36(3):  29-35.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.005

摘要 ( 331 )   HTML ( 7 )   PDF (842KB) ( 55 )  

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针对分布式实时系统中无主式时钟同步存在时钟拜占庭故障和节点通信链路丢失故障的问题,文中提出一种基于灰色预测容错时钟同步算法。该算法基于广播式通信网络LL模型,使用GM(1,1)的灰色预测方法对前轮次的校正偏差值进行分析,从而预测出该节点在故障伦次中的校正偏差值,再通过计算得到修正值。实验结果表明,文中提出的灰色预测算法能够容忍拜占庭故障,同时可克服节点通信链路丢失故障带来的问题,提升了FTA算法的普适性。通过数据对比分析结果表明,该算法的时钟同步精密度相比于原始算法提高了24.3%;相较于其他算法,文中算法在复杂度上也有一定的优势。

基于MrsP协议的任务划分优化算法

张海涛,张通,张宇辉,管银凤,张凤登

2023, 36(3):  36-41.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.006

摘要 ( 325 )   HTML ( 4 )   PDF (785KB) ( 29 )  

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多处理器实时系统中,调度和资源共享是核心问题,与之相对应的调度算法和共享资源访问协议将直接影响系统的性能,这就要求调度算法和资源访问协议在保证实时性的基础上尽量发挥硬件平台的计算能力。然而,现有的调度算法多假设任务相互独立,没有考虑任务之间的资源共享,共享资源访问协议也多侧重于规则和最坏响应时间分析。对此,将P-RM算法和MrsP协议相结合,得出了多处理器实时系统的整体可调度性条件。文中根据MrsP协议的特性,提出了一种减小阻塞时间的任务划分算法,通过改进任务利用率的计算方式解决了关键区重复计算的问题,与之前的任务划分算法相比,也解决了关键区重复计算以及任务分类后拆分再分配的问题。实验表明,该算法所需要的处理器数目减少了15%~20%。

基于VMD和改进TCN的短期光伏发电功率预测

黄圆,魏云冰,童东兵,王维高

2023, 36(3):  42-49.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.007

摘要 ( 617 )   HTML ( 8 )   PDF (1971KB) ( 63 )  

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光伏发电功率存在波动性,且光伏出力易受各种气象特征影响,传统TCN网络容易过度强化空间特性而弱化个体特性。针对上述问题,文中提出一种基于VMD和改进TCN的短期光伏发电功率预测模型。通过VMD将原始光伏发电功率时间序列分解为若干不同频率的模态分量,将各个模态分量以及相对应的气象数据输入至改进TCN网络进行建模学习。利用中心频率法确定VMD的最优分解模态分解个数。在传统TCN预测模型的基础上,使用DropBlock正则化取代Dropout正则化以达到抑制卷积层中信息协同的效果,并引入注意力机制自主挖掘并突出关键气象输入特征的影响,量化各气象因素对光伏发电的影响,从而提高预测精度。以江苏省某光伏电站真实数据为例进行仿真实验,结果表明所提预测方法的RMSE为0.62 MW,MAPE为2.03%。

一种折叠式共源共栅运算放大器的准确设计方法

王嘉奇,吕高崇,郭裕顺

2023, 36(3):  50-54.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.008

摘要 ( 1289 )   HTML ( 29 )   PDF (663KB) ( 363 )  

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传统折叠式共源共栅放大器的人工设计流程只能得到近似的设计结果,优化方法获得的结果较好,但需耗费大量计算。文中针对这类放大器,给出了一种准确设计方法。通过SPICE仿真弥补传统设计流程各性能指标解析近似产生的误差,同时采用基于BSIM模型的器件尺寸计算,反复执行这一设计流程,消除了传统设计过程存在的误差,得到准确的设计结果。文中所提方法相较于传统人工方法更精确,避免了设计时的反复调试;与优化方法相比,虽仍要通过一个迭代过程,但因收敛较快,故计算量较小。文中以0.18 μm与90 nm实际工艺库下的电路设计为例,给出了仿真设计结果,证明了所提方法的正确性与有效性。

一种复杂噪声环境下的机电系统故障在线监测声学处理方法

白兴宇,苟宇涛,姜煜,刘明禹

2023, 36(3):  55-61.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.009

摘要 ( 364 )   HTML ( 6 )   PDF (2517KB) ( 40 )  

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针对复杂背景噪声环境下的机电系统故障检测问题,文中提出了一种基于宽带声学处理的噪声抑制和故障监测方法。该方法以声学信号拾取和处理为出发点,通过对机电设备正常运行状态下声学信号进行采集、数据跟踪和复杂背景噪声抑制,建立系统正常运行状态声纹库,并进一步通过基于宽带声学处理的声纹信号匹配和模式识别技术来实现故障信号的检测与分类,进而实现对机电系统运行状态的在线监测和隐形故障的自主预警。该处理方法将基于数据跟踪的自相关噪声抑制技术与基于宽带声学处理的故障信号检测以及分类判型技术有机结合,可对机电系统早期隐性故障进行监测,有效解决了复杂噪声环境下的机电系统故障检测问题。仿真实验也证明了该处理方法的有效性和良好的实用性。

基于dSPACE的单相并网逆变器控制策略研究

夏梓豪,李玉东

2023, 36(3):  62-68.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.010

摘要 ( 453 )   HTML ( 19 )   PDF (1907KB) ( 52 )  

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针对电压畸变导致并网电流谐波含量较高的问题,文中提出准比例谐振控制与电压前馈相结合的控制策略。结合准比例谐振控制器在谐振频率处增益无穷大的特点,减小并网电流稳态误差,并引入电压前馈消除电压对系统影响,达到了改善并网电流质量的目的。文中分析了单相并网逆变器数学模型,通过闭环控制来抑制因电压畸变产生的并网电流谐波分量,同时采用控制变量法设定准比例谐振控制器参数,分析准比例谐振控制器参数对系统性能的影响。最后建立MATLAB/Simulink仿真模型并搭建dSPACE-DS1104半实物仿真平台,通过不同策略下的仿真与实验验证了所提策略的有效性。

基于解析模型的永磁同步电机优化设计

朱托,李正,张凯,李孜

2023, 36(3):  69-75.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.011

摘要 ( 666 )   HTML ( 46 )   PDF (1917KB) ( 63 )  

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永磁同步电机的电磁转矩和涡流损耗是两个重要指标,在体积等限制条件下,有效提高电磁转矩并降低转子涡流损耗是电机设计的关键。针对这个问题,文中采用解析法,分别计算电磁转矩和涡流损耗,并采用粒子群优化算法,对电机尺寸参数进行优化设计。解析模型包括电枢反应磁场和空载磁场模型。在计算涡流损耗时考虑涡流反应、永磁体周向分段等,优化算法的目标函数并使用权值将多目标转换成单目标。通过解析解与时步有限元数值解的对比可看出,解析解的误差在2%左右。参数影响分析的响应面显示,在定子绕组节距为25°时,电磁转矩和涡流损耗相关性一致。优化迭代结果显示,优化设计降低了76%的平均涡流损耗、22%的平均电磁转矩和68%的电磁转矩波动。

基于物联网技术的智能电网数据安全问题研究进展

应杰耀

2023, 36(3):  76-80.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.012

摘要 ( 475 )   HTML ( 38 )   PDF (639KB) ( 55 )  

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为了保护智能电网设备中的核心数据与用户的个人隐私,分布式计算和同态加密等多项物联网安全技术逐渐受到了关注。近年来,物联网技术的发展推动了电网智能化的快速普及,而智能电网的应用又促进了物联网技术的更新。文中通过介绍智能电网所面临的多种攻击方法,回顾、梳理了智能电网数据安全问题的研究背景和现状。在此基础上,探讨与分析了虚假数据注入攻击及个人隐私保护问题的定义,展望了智能电网数据安全技术未来的研究方向和思路。

道路交通网络节点分配优化策略研究进展

卢东祥

2023, 36(3):  81-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.03.013

摘要 ( 429 )   HTML ( 15 )   PDF (734KB) ( 54 )  

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为了进一步提高城市道路交通网络的通行效率,粒子群优化和神经网络等多种智能优化算法受到越来越多的关注。近年来,深度学习技术的普及与应用大幅提升了城市交通网络的节点识别效率,而交通网络的节点调度又扩展了深度学习技术的应用。文中详细分析了交通节点调度所面临的关键问题,归纳并总结了相关网络节点分配的研究现状。在此基础上,深入研讨了城市交通网络节点调度与深度学习的应用前景,并对交通网络节点分配优化策略的未来研究方向进行了展望。