当期目录

2023年 第36卷 第11期 刊出日期：2023-11-15

  

一种具有结构先验的贝叶斯网络结构学习算法

仝兆景,李金香,乔征瑞

2023, 36(11):  1-7.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.001

摘要 ( 157 )   HTML ( 9 )   PDF (947KB) ( 48 )  

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贝叶斯网络(Bayesian Network,BN)的计算复杂度随着节点数量的增加而增加,其最优结构仍是一个NP(Non-deterministic Polynomial Time)-hard问题。为优化贝叶斯网络结构,提高复杂BN结构的计算能力,通过约束和分数的混合学习方式进行BN结构优化。基于约束的学习采用PC(Peter-Clark)算法生成初始网络结构,以提高网络的初始评分。基于分数的学习采用麻雀搜索算法寻找BN的最优结构,以增强其在BN中的评分搜索能力。将麻雀搜索算法同PC算法应用于BN优化其结构,并采用标准BN进行实验,证明了所提算法在BN结构学习中的可行性与有效性。不同复杂度的网络实验表明,相比其他算法,文中所提方法获得了更好的贝叶斯信息准则评分,且在ASIA网络上的2 000个样本的测试中,与标准分数误差仅为0.2。

基于Super-Twisting无位置滑膜观测器的永磁同步电机控制

黄成成,金海,鲁文其

2023, 36(11):  8-13.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.002

摘要 ( 117 )   HTML ( 5 )   PDF (1217KB) ( 41 )  

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针对永磁同步电机在一些工作场合精度要求较高的情况,在永磁同步电机数学模型的基础上,文中提出了一种二阶Super-Twisting滑膜理论算法。该方法对电机的反电动势观测值进行运算处理,通过得到电机速度和位置信息来实现永磁同步电机无位置传感器控制。根据Lyapunov稳定性理论可知,该控制系统稳定。在MATLAB/Simulink工具中搭建系统仿真模型来验证该理论算法的有效性。仿真结果表明,相较于传统滑膜观测器,该算法有效削弱了滑膜抖振,提高了系统的估算精度和响应速度,使其能更好地跟踪转子的位置和速度信息。

基于定向耦合器的高动态范围矢量阻抗测量模块设计

王鹏,李翔宇

2023, 36(11):  14-18.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.003

摘要 ( 59 )   HTML ( 3 )   PDF (2081KB) ( 42 )  

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针对高动态范围矢量阻抗测量模块的设计难点,文中采用定向耦合器结合高动态范围射频(Radio Frequency,RF)对数放大器,设计了一种基于定向耦合器的矢量阻抗测量模块。设计给出了软硬件设计框架,推导了该模块的数学原理,完成了模块实验验证与测试。该设计充分利用了定向耦合器的特点,所实现的测试系统体积小且可扩展性好,测试速度快、效率高。该设计也可扩展为监控测量模块,应用于通信设备中,作为通信发射机的天线监测部件或功率强度控制部件。在实验验证后,利用此设计方案开发了多款实际应用。利用文中设计的高动态范围覆盖了从20~400 W的使用场景,取得了良好的应用效果,证明所提设计具有良好的应用与扩展性以及较高的实用价值。

基于深度迁移学习与多尺度特征融合的场景识别方法

王桥,胡春燕,李菲菲

2023, 36(11):  19-27.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.004

摘要 ( 176 )   HTML ( 4 )   PDF (2190KB) ( 59 )  

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卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)在场景识别领域取得了较好的研究成果,但该方法并未充分考虑到场景的特殊性。同类场景图像由于采样时的尺度、 视角以及背景的不同而具有类内差异性,存在于异类场景间的共有物体又使异类场景图像间具有一定的相似性。考虑到不同尺度大小的场景图像也会影响其中物体的大小,文中提出一种基于深度迁移学习与多尺度特征融合的场景识别方法。首先,使用迁移学习将在Places数据集上预训练出的网络参数迁移到CNN模型中,然后微调并再次训练网络,降低训练成本。随后,将从类激活图中获取的多尺度图像块送入CNN进行特征提取,并融合得到特征向量,使最终得到的场景图像特征更丰富。在SUN397数据集上的实验结果表明,与其它基于CNN算法相比,文中提出的算法提高了场景识别的准确度。

深度学习在脊柱质心定位与分割的应用进展

孙红,莫光萍,徐广辉,杨晨

2023, 36(11):  28-34.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.005

摘要 ( 107 )   HTML ( 3 )   PDF (972KB) ( 37 )  

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脊柱医学图像质心定位与椎骨分割在脊柱手术引导中具有重要意义,准确定位脊柱质心与分割椎骨已成为重要的研究课题。近年来,随着GPU算力的提高以及医学图像数据的累积,深度学习在脊柱图像中的应用取得突破。为研究深度学习在脊柱医学图像定位与分割任务中的应用现状与发展,文中对该领域近几年脊柱定位与分割模型进行整理与研究。收集脊柱常用数据集与评价指标并探讨深度学习模型在脊柱质心定位与分割的应用,分析模型实现过程及存在的不足之处。文中还针对目前深度学习在脊柱质心定位与分割应用面临的问题给出应对策略,并提出未来可行的发展方向。

基于BERT的汽车生产设备故障领域命名实体识别

倪骥,王宇嘉,赵博

2023, 36(11):  35-40.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.006

摘要 ( 76 )   HTML ( 4 )   PDF (872KB) ( 41 )  

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在汽车生产设备故障领域,中文命名实体识别时实体类别复杂,且传统词向量无法解决一词多义等问题。针对上述问题,文中提出一种基于BERT(Bidirectional Encoder Representations From Transformer)的汽车生产设备故障领域命名实体识别模型。首先,通过BERT预训练模型提取语义信息和句法特征,生成动态词向量。然后,将词向量输入到双向长短期记忆进行双向编码,获得长序列语义特征。最后,通过条件随机场进行序列解码,学习标签之间的依赖关系,得到最优的标签序列。在自建真实汽车生产设备故障领域数据集上进行实验,得到新方法的准确率、召回率和F1值分别为87.9%、89.6%和88.7%。

基于鲸鱼算法的变压器局放超声内部定位研究

钱定冬,宋柯,王伟

2023, 36(11):  41-46.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.007

摘要 ( 76 )   HTML ( 3 )   PDF (2809KB) ( 26 )  

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变压器绕组因绝缘缺陷引发的局部放电危害供电系统安全运行,目前针对局部放电的检测受电磁干扰、传感器布置方式等因素的影响较大。为此,文中提出了在变压器检修口处内置传感器的布置方式,并采用鲸鱼优化(Whale Optimization Algorithm,WOA)算法对局部放电点进行定位估计。通过COMSOL建立三相变压器绕组模型,仿真分析了超声波在变压器绕组内的传播规律,并得到了WOA算法定位所需的时延信息。仿真结果表明,对于B相高低压绕组的局放点,应用WOA算法的非对称四边形阵列的布置方式比对称四边形阵列的定位误差更小,平均误差为3.9 cm;对于A相,在变压器检修口处内置两个检测点可以有效定位局放点,平均误差为5.1 cm。文中结果可为现场变压器局部放电定位提供一定的参考。

基于Apriltag的室外抗干扰识别定位系统研究

代进洪,向振文,喻会福

2023, 36(11):  47-55.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.008

摘要 ( 120 )   HTML ( 2 )   PDF (2784KB) ( 36 )  

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图像识别定位技术是实现工业自动化、智能化的关键。实际应用中,在室外干扰环境下目标经常出现被部分遮挡等情况,导致图像识别定位失效。针对室外干扰环境下图像识别定位失效问题,文中提出一种基于Apriltag的室外抗干扰识别定位系统,用以替代常规图像识别定位系统。将Apriltag特性与单目视觉原理结合,构建基于Apriltag的图像识别定位系统。利用Apriltag检测算法和基于SURF特征检测的遮挡目标识别算法实现全天候、抗干扰的室外目标识别和定位。采用基于Apriltag的定位靶标、工业相机和工控机等搭建实验系统,实验结果表明该系统在室外干扰环境下XY平面的定位误差分别为1.44 mm和1.36 mm,识别时间为90 ms。在重复实验下误差波动幅度小于0.5 mm,表明该识别定位系统具有高精度、快速性和稳定性。

基于跳跃连接-CNN-BiLSTM的轴承故障诊断

于广增,张巧灵,周玉蓉

2023, 36(11):  56-65.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.009

摘要 ( 85 )   HTML ( 3 )   PDF (2435KB) ( 28 )  

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针对轴承故障数据含有噪声等无关成分及大部分轴承故障诊断方法不能充分利用故障数据的问题,文中提出一种基于跳跃连接-卷积神经网络-双向长短时记忆网络的故障诊断模型。利用短时傅里叶变换将原始振动信号转化为二维时频图像,用卷积神经网络和长短时记忆网络分别提取时频图像的空间和时间特征,并结合全连接层实现分类。添加软阈值注意力和跳跃连接结构,并滤除无关成分可充分利用不同网络层级的输出特征。采用MFPT(Machinery Failure Prevention Technology)轴承数据对所提诊断模型进行验证,实验结果表明该模型能够实现99.79%的故障识别准确率。

不对称电网电压下MMC-HVDC换流站环流抑制策略

王忠洋,姚磊,李天皓,高尚

2023, 36(11):  66-75.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.010

摘要 ( 62 )   HTML ( 2 )   PDF (1278KB) ( 27 )  

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应用模块化多电平换流器技术的柔性直流输电系统在运行时存在桥臂环流问题。文中通过分析不对称电网电压下桥臂相单元的瞬时能量,得出桥臂环流存在2倍频正、负和零序交流分量与直流分量,且直流分量分布不相等。针对交流分量的精确控制问题,文中提出了基于期望瞬态幅值响应的交流控制器,并通过系统的开环与闭环特性分析,在理论上证明了其具有控制精度高、稳定性好等优点。进一步提出了基于此控制器的新型环流抑制策略,此策略可直接在abc三相静止坐标下对每相桥臂独立控制,无需坐标变换和锁相环,控制结构简单且可以同时消除2倍频正、负和零序环流。在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建51电平背靠背输电系统模型,验证了该环流抑制策略的正确性与有效性。

含缺陷一维声子晶体斜入射声波的透射特性研究

沈佳敏,范哲滔,徐桂东,徐晨光

2023, 36(11):  76-82.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.011

摘要 ( 44 )   HTML ( 2 )   PDF (1832KB) ( 31 )  

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声波在声子晶体周期结构中的传播具有能带效应,含缺陷声子晶体可在原有禁带中形成新的缺陷模式。文中通过传递矩阵法分别计算声波斜入射含缺陷和无缺陷声子晶体的全向透射谱,经对比分析发现了由固体缺陷引起的缺陷模式。在此基础上,研究了缺陷层厚度、位置对缺陷态透射率的影响。通过水下声传输实验对固体缺陷引起的缺陷模式的存在及其随角度变化的特征进行验证。实验结果表明,在含缺陷结构的全向透射谱第一Bragg禁带中存在新的透射通带,且在一定范围内随入射角度的增大,该通带对应的频率向高频方向偏移。文中完善了含缺陷一维声子晶体中斜入射声波的传播特性,为缺陷态实际应用提供了理论和实验基础。

基于Maxwell软件的车用永磁有刷直流电机效率优化

陈凡凡,孙宁

2023, 36(11):  83-88.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.012

摘要 ( 195 )   HTML ( 1 )   PDF (1648KB) ( 36 )  

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永磁有刷直流电机被广泛应用于汽车领域,“碳汇计划”要求汽车能源消耗进一步降低,因此电机效率优化问题也日益突出。文中以车载冷却风扇用的永磁有刷直流电动机为研究对象,针对电机效率低下问题,采用Maxwell有限元分析软件,通过仿真参数化分析转子叠片长度、叠片槽形、绕组线径、绕组节距以及绕线匝数对电机性能的影响,结合仿真结果以及实际生产情况,确定可行的电机效率优化方案。依据优化方案制作样件进行实测,测试数据显示电机效率提升约4.8%,电机效率优化效果明显。

多自由度并联机器人控制技术研究进展

罗小青

2023, 36(11):  89-94.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2023.11.013

摘要 ( 221 )   HTML ( 11 )   PDF (665KB) ( 67 )  

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为提高多自由度并联机器人的控制精确度和稳定性,基于动力学与冗余驱动分支等技术的控制优化方法逐渐受到学术界的广泛关注及研究。近年来,随着动力学和驱动分支模型的数学表述逐渐清晰并细化,具有多自由度的并联机器人控制精确度与稳定性也得到了进一步提高。文中通过回顾并联机器人控制技术的研究历程,梳理了现阶段相关技术的研究思路及现状,且在此基础上深入挖掘该技术中存在的问题,提出了并联机器人控制技术的未来研究趋势及发展方向。