摘要:钢轨焊前检测是保障铁路车辆安全行驶的重要环节,其中钢轨平直度是衡量钢轨质量优劣的重要指标。 针对传统钢轨 平直度检测步骤繁琐、单次测量长度有限和测量效率低等问题,依据三角法测量原理,利用激光轮廓仪交叠获取钢轨轮廓数据, 使用改进的 ICP 算法快速配准点云数据,完成钢轨三维重建。 然后利用自适应中值滤波对平直度参数曲线进行优化,采用模拟 平尺法求解钢轨平直度。 实验结果表明,基于轨型重建的平直度提取算法速度快,精度高,稳定性好,与人工检测的最大测量误 差为 0. 021 mm,与高精度电子平尺最大误差为 0. 011 mm,最大标准差为 0. 006 mm,符合钢轨焊前的平直度检测要求。

摘要:针对高速列车运行过程中受外界干扰而导致的各车厢速度不同步问题,提出了一种基于改进扰动观测器的高速列车分 布式速度协同跟踪控制一致性算法。 首先,建立高速列车分布式模型,其次,将高速列车与多智能体系统相结合,设计分布式速 度协同跟踪控制算法;同时利用改进的扰动观测器估计系统的复合未知扰动,并将其观测值反馈补偿给控制器,以消除复合未 知扰动对高速列车运行的影响;通过 Lyapunov 稳定性理论分别证明了控制器和观测器的稳定性。 最后,通过仿真对所提方法 进行验证,所提方法的速度跟踪精确度达到了 99. 9%。

摘要:高精度的定位是实现列车自动驾驶的重要前提。 针对现有机器学习用于列车定位时,存在特征选取理论依据不足、难 以确定恰当的模型结构,从而导致列车定位数据不稳定、不精确等问题,提出了一种基于集成深度置信网络( deep belief network,DBN)的城轨列车定位新方法。 该方法首先对原始数据集进行预处理,其次利用皮尔逊系数对特征进行筛选,然后基于 Stacking 集成模型,利用量子粒子群算法(quantum particle swarm optimization,QPSO)优化集成模型中 DBN 基学习器的结构。 将 所提出的 QPSO-DBN 集成模型与经典机器学习方法、传统算法优化的集成模型相比,进一步提高了列车的定位精度。 最后,通 过仿真实验验证了所提出模型的优越性。

摘要:当前国内在焊接钢轨之前需要通过塞尺与角度尺等接触式工具测量钢轨垂直度与端面坡度,由于人工测量步骤复杂, 测量效率低,故研究了一种基于激光轮廓仪非接触式钢轨测量系统。 系统由 4 个激光轮廓仪采集钢轨整个端面及侧面信息,然 后运用二面角原理完成钢轨端面与侧面、端面与底面夹角的计算,最后再通过直角尺模型测得端面坡度。 经现场测试,钢轨垂 直度的重复测量误差小于 0. 2°,测量精度最高可达 0. 3°,端面坡度极限误差达到 0. 04 mm。 实验结果证明所设计系统能够高效 而又稳定地完成钢轨垂直度的检测工作,满足实际测试要求。

摘要:针对区间无绝缘轨道电路故障类型复杂、诊断精度低等问题,从故障特征提取和特征分类两方面出发,提出了一种深度 置信网络(DBN)和海洋捕食者算法(MPA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的故障诊断方法。 首先,将集中监测数据和状态 标签输入到 DBN,以半监督的方式进行降维和特征提取,从而挖掘轨道电路不同故障特征信息;然后,采用 MPA 智能算法对 LSSVM 的惩罚因子和核函数参数进行寻优并建立最优 MPA-LSSVM 诊断模型;最后,将 DBN 提取的特征样本导入诊断模型进 行轨道电路的故障分类识别。 DBN-MPA-LSSVM 诊断模型充分利用了 DBN 在特征提取过程中的逐层提取优势以及 LSSVM 在 解决小样本情况下高维模式识别的优势。 实验验证与对比分析表明,DBN-MPA-LSSVM 模型测试集准确率为 98. 33%,MPA 优 化算法较 PSO、GWO、GA 算法模型诊断准确率分别提高了 6. 11%、3. 89%、3. 33%,平均准确率为 97. 98%,为基于数据驱动的轨 道电路故障诊断技术提供了一种新的方法。

摘要:针对开关磁阻电机传统不对称半桥功率变换器在电动汽车应用中的不足,提出了一种新型 DC/ DC 变换器级联在不对 称半桥功率变换器前端,以实现母线电压的调节以及制动能量的可控回馈。 首先,理论分析了变换器的工作模式;其次,分别建 立了励磁电压、退磁电压和关断角关于转速、负载的查找表,从而根据电机工况匹配合适的母线参考电压,并给出了系统整体的 闭环控制方案;最后,在一台三相 6 / 4 结构开关磁阻电机上进行了实验,实验结果验证了提出的新型功率变换器的有效性。

摘要:针对传统 3D 工业相机获取的点云数据进行工件检测时因工件粘连和噪声干扰导致边缘分割问题,考虑点云数据量大 影响检测实时性和 3D 特征点选取不准确导致测量误差大的因素,提出一种基于 2D 边缘检测的预处理方法,实现点云快速分 割和测量。 首先,采用改进的 Canny 算法对有序点云的纹理图像进行边缘检测,将检测后的图像进行数学形态学操作和轮廓检 测完成纹理图像分割,规避了在 3D 空间中进行分割处理,有效减少了点云数量;其次,结合工件的形状特征和放置方式,利用 掩膜操作提取出有序点云数据,使用基于 RANSAC 和条件滤波结合的方法对分割后的点云进行自适应阈值滤波处理,有效去 除了噪声点云;最后,对经过预处理后的目标点云基于 PCA 的包围盒去计算工件尺寸以及表面法向量。 实验结果表面,和传统 的 3D 分割算法相比,能够更准确的提取出目标点云,有效减少了待处理点云数量,整体分割效率提高了约 20%;工件尺寸的平 均相对误差约 1. 24%,可以满足测量的需求。

摘要:获得精确的载体姿态信息是提高载体导航定位的关键。 针对加速运动会产生非重力加速度干扰,而传统滤波算法无法 解决其导致的精度下降的问题,提出一种基于 Mahony 和改进 Kalman 融合的姿态解算方法。 首先采用惯性测量传感器所得数 据进行 Mahony 解算,将其结果作为改进 Kalman 的量测信息;其次通过陀螺仪解算,将其结果作为改进 Kalman 的状态信息实现 姿态解算。 实验结果表明,本文所提出的方法相较于传统方法,解算精度提高一个数量级以上,能有效地抑制漂移误差高频噪 声,大幅提升了载体姿态角解算精度,且具有良好的收敛性。

摘要:为实现应急救援车辆轨迹跟踪和横向稳定的优化协调,提出了一种基于哈密顿函数的车辆非线性并行控制方法。 分别 建立了车辆动力学模型和轨迹跟踪模型,通过模型变换将车辆动力学模型和轨迹跟踪模型表示为具有相同控制输入的状态方 程,从而将轨迹跟踪和横向稳定协调控制问题转化为一类非线性并行控制问题,分别设计了轨迹跟踪控制和横向稳定性控制的 哈密顿函数,讨论并证明了基于车辆特性的控制器设计存在条件,提出了一种兼顾应急救援车辆轨迹跟踪和横向稳定控制性能 的非线性并行控制方法,并证明了控制系统稳定性。 结果表明,并行控制下的轨迹跟踪精度和稳定性控制精度分别提升了 10. 13%和 13. 79%,从而验证所设计方法能够更好地实现应急救援车辆轨迹跟踪和横向稳定的协调控制。

摘要:针对旋叶式压缩机排气压力精准监测难问题,提出了基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)改进泄压阀的旋叶 式压缩机排气压力感知方法。 首先,依据旋叶式压缩机泄压阀结构特点,结合 FBG 传感理论,建立了膜片式压力传感器模型, 揭示了压力与中心波长的映射关系;其次,设计了基于泄压阀的三段式 FBG 压力温度复合传感器,理论分析表明该传感器灵敏 度为 304. 26 pm/ MPa;最后通过仿真实验分析,研究了膜片半径、厚度对传感器灵敏度的影响,得到了最优半径与厚度组合(R = 5 mm, h = 0. 6 mm),实验灵敏度为 330. 78 pm/ MPa,研究对旋叶式压缩机状态监测及功耗控制具有重要的理论和实际工程 价值。

摘要:沈阳工业大学电气工程学院

摘要:根据电磁阀工作原理和结构特征,剖析其性能响应特性,并基于 AMESim 软件构建其仿真模型,对其增压、泄压性能进 行仿真分析。 其次结合理论仿真数据及测试需求,制定其性能测试方法,并采用虚拟仪器技术,研发了一套电磁阀测试系统,实 现自动测试电磁阀响应特性功能。 针对开关型电磁阀及线性电磁阀开展了增压、泄压性能试验测试,测得开关阀增压速率为 835 bar/ s,泄压速率为 914 bar/ s;并通过测试验证了改变控制电流能调节线性阀阀口开度。 仿真和测试结果曲线均符合预期, 验证了所设计的电磁阀性能测试系统的可行性与可靠性。

摘要:针对现有的磁异目标差值匹配检测算法在低信噪比下效果较差的问题,提出了一种基于相似性度量的匹配检测算法, 通过构建衡量序列局部相似性的函数对实时磁异信号和背景场信号进行匹配处理,再利用小波包去噪进一步提高信噪比,最后 将处理后的信号输入到 OBF 检测器中完成目标实时检测。 研究结果表明在虚警率为 0. 42%下当输入信号信噪比为-9 dB 时, 该算法的检测率仍在 90%左右,其在低信噪比下的检测效果明显优于差值匹配检测。

摘要:点云携带丰富的几何信息,在计算机视觉领域具有独特优势。 现有基于深度学习的三维模型分类与分割方法能有效识 别固定视角下的物体,但在实际应用中,物体方向未知,使得点云描述存在旋转变换问题,极大影响网络的识别精度。 针对点云 的旋转性问题,提出一种轻量级的基于椭球拟合的旋转不变网络( point cloud rotation invariant network based on ellipsoid fitting, EFRI-N)。 设计前置网络模块提取点云的旋转不变特征,包括椭球拟合和特征编码两个部分。 通过椭球拟合算法标识原始点 云的方向得到旋转不变坐标系,再将原始特征映射到该坐标系中,利用空间信息和角度信息进行编码得到点云的旋转不变特 征;为了获取更丰富的几何信息,在分类分割网络中加入多层级的特征连接增强特征传播及复用,提高模型表征能力。 采用国 际知名公共数据集 ModelNet40 和 ShapeNet Parts 进行分类、分割实验,结果表明,该方法在处理旋转点云的任务中优于主流算 法,网络识别精度提升了 1% ~ 62. 63%不等,并且网络的计算量和参数量都有着数量级的优势。 满足单目标场景下对点云旋转 不变性的使用要求,具有良好的应用价值。

摘要:为进一步提高平板微热管(FMHP)的传热效率,采用模拟仿真和实验研究的方法,对比研究了不同横梁结构的气流通 道对平板微热管气体流动特性和传热性能的影响。 在仿真软件中,气流通道入口处压力为 50 Pa 的条件下,时间为 1 s 时 4 种 结构通过的气体流通量分别是 7. 451 6、21. 915 3、19. 239 2、23. 192 8 m 3 。 实验工质为甲醛,充液率为 80% ~ 100%,热量输入为 0. 5~ 2 W。 实验结果发现,弧形结构的气流通道更有利于降低平板微热管的热阻,提高传热能力。 充液率为 100%时,RSCFMHP、RMC-FMHP 、CSC-FMHP、CMC-FMHP 的热阻分别是 10. 137 5、9. 125、9. 575、8. 887 5 ℃ / W。 CMC-FMHP 的热阻相比较 于 RSC-FMHP、RMC-FMHP 、CSC-FMHP 的热阻,分别下降了 1. 25、0. 237 5、0. 687 5 ℃ / W。

摘要:相位敏感光时域反射仪(Ф-OTDR)的传感距离与空间分辨率相互制约,为进一步提升系统性能,提出了光脉冲随机数 编码方法,分析了基于编码的相干探测 Ф-OTDR 的线性化理论,阐述了随机数编码与解码原理并推导了随机数编码的增益数学 模型。 实验证明,在 1 kHz 脉冲重复频率,与 40 ns 脉冲宽度的条件下,与单脉冲调制的 Ф-OTDR 相比,使用 128 bit 40 ns 脉冲宽 度的随机数编码可将传感距离从 25 km 提升至 50. 26 km,且在接近尾端处还原的振动信号信噪比可达 17. 51 dB,能够较好还原 振动信号。 研究表明随机数编码方法为提升 Ф-OTDR 传感性能提供了有效的解决方案。

摘要:通过研究超声相控阵探头阵元间串扰机理及串扰隔离方法提高近表面检测能力。 基于数值仿真技术分析了安装楔块 前后阵元间超声波串扰对检测信号及检测声场的影响,分析探头楔块对于隔离阵元间超声波串扰与近表面缺陷检测信号的作 用。 提出楔块优化方案,并通过试验方法对其进行验证。 结果显示,数值模型可直观显示阵元间的超声波串扰,提出的楔块优 化方案可将时域上的阵元间串扰信号与近表面检测信号相互隔离。 优化楔块后的相控阵探头可对深度 2 mm、直径 0. 3 mm 平 底孔进行成像检测,近表面缺陷检测能力显著提高。

摘要:针对常见井喷流体流速测量方法存在危险性较高、准确性较差的问题,为安全、精确测量井喷流体流动速度,提出了一 种基于序列图像与针孔成像的井喷流体流速计算方法并进行了相应的实验。 该方法利用摄像机和自研井喷模拟装置,通过获 取大量模拟井喷的序列图像,从中选取前后两帧图像后,对这两幅图像分别用 SIFT 算法进行特征点提取,再用 FLANN 算法对 提取出来的特征点进行特征匹配,最后使用 RANSAC 算法进行误匹配特征点消除,得到两幅图之间的准确匹配特征点后,提取 这些像素点的坐标位置并计算出匹配特征点之间的位移距离,最后使用基于针孔成像的方法计算出井喷流体的流速,实验结果 表明,能获得较准确的井喷流体流速,从而更准确估计井喷的危害,保障了现场作业人员人身安全。

摘要:在天然气钢质管道腐蚀缺陷超声检测中,常规模式识别采用人工提取回波信号的方法,存在主观性强、普适性低的问 题。 基于此,本文提出用一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network,1D-CNN)提取回波信号的特征结合随 机森林(random forest RF) 分类的方法。 首先根据实验获取的回波信号的噪声情况,用小波包变换(wavelet packet transform WPT)对信号进行去噪;并用变分模态分解( variational model decomposition VMD)对去噪后的信号进行分解和重构以获得平滑 的信号;最后将处理好的回波信号进行 1D-CNN 网络特征提取和随机森林分类。 实验结果表明,基于 VMD-1D-CNN-RF 的天然 气钢质管道缺陷检测方法针对人造缺陷的识别准确率为 85. 71%,针对天然气站场的管道缺陷识别准确率为 71. 05%,表明无需 专家识别也可初步判别管道状况。

摘要:为了实现基于阵列波导光栅(arrayed waveguide grating, AWG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin, FBG)的连续解调, 提出了一种使用两个 AWG 联合解调的方法。 在一个 AWG 相邻两通道光谱中间插入另一个 AWG 对应通道的光谱,组成最小 的光谱周期;每次测量均从三通道中选择光强度最强的两个通道,利用相对光强解调算法,根据其波长—功率关系对 FBG 中心 波长进行精确测量。 使用两个 100 GHz 的 AWG 搭建了实验平台,并对温度传感器的解调进行研究。 实验表明,在 0. 8 nm 的系 统最小动态范围周期内,实现了对 FBG 的连续精确解调,系统的解调线性度达 0. 999 1,波长精度达±4 pm。 对数据和实验结果 进行数学分析,可以将 C 波段范围分成多个波长周期,系统可以实现在 C 波段 40 nm 全周期范围内对单个 FBG 的连续解调。 该方法不但可以实现在 C 波段范围内基于 AWG 对 FBG 的连续解调,使得运用 FBG 可以连续感测外界物理量变化,提高了系 统的实用性。 而且,该方法能够准确解调出波长信息,为实现对 FBG 的连续精确解调提供了借鉴信息,有利于进一步扩大 FBG 的应用领域。

摘要:为了满足碲锌镉(CZT)探测器前端读出系统对模数转换器(ADC)的特殊需求,设计实现了一款 12 bit 1. 6 MS / s 的前台 数字自校准逐次逼近型(SAR)ADC。 采用先校准后正常输出的工作方式以提高数据转换的实时性,校准模式下,SAR-ADC 核 心部分对差分斜坡输入电压注入低幅值扰动,再利用最小均方(LMS)自适应算法在数字域对亚二进制电容权重进行校准并固 定;正常工作模式下,按照已经校准的权重值正常输出数字码。 搭建数模混合仿真平台进行仿真验证,结果表明,当时钟信号频 率为 20 MHz,输入信号频率为 239. 1 kHz 时,校准后与校准前相比,SAR-ADC 的信噪失真比( signal-to-noise and distortion ratio, SNDR)由 45. 59 dB 提升到了 72. 35 dB,有效位数(effective number of bit, ENOB)由 7. 28 bit 提升到了 11. 73 bit,SAR-ADC 性能 明显提升,前端读出电路与 SAR-ADC 的联合线性度 δ 为-0. 29% ~ 0. 34%,能够满足 CZT 探测器前端读出系统的使用需求。

摘要:针对自动泊车系统需要对多工况下的停车位进行正确识别的问题,提出了一种基于摄像头和超声波传感器进行距离和 视觉信息融合的停车位识别方法。 该方法首先通过摄像头和超声波传感器对停车位进行识别,识别成功则输出停车位类型,否 则融合摄像头、超声波传感器和车轮速传感器的信息得出车辆的车身姿态特征参数,通过模糊推理方法输出相应的停车位类 型。 然后,多工况下停车位识别仿真模型在 MATLAB 上被搭建,并针对不同的停车位场景进行了仿真分析,仿真结果表明了该 方法的合理性和可靠性。 最后,在多工况下对该方法进行了实车实验,停车位识别正确率超过了 90%,表明了该方法具有实际 应用的可行性。

摘要:针对电磁流量计在强干扰条件下测量精度不高的问题,提出了基于残差的卡尔曼滤波方法提高电磁流量计的精度。 采 用滑动平均滤波器对实验数据进行预处理,降低测量时电磁流量计测量时受到强干扰噪声的影响。 分析电磁流量计在固井过 程中的受干扰情况,提出基于残差的卡尔曼滤波的方法,实现过程噪声协方差 Q 随流量变化快速切换,提高卡尔曼滤波的响应 速度。 实验结果表明,经过上述算法处理后定流量下的不确定度降低了 14. 6% ~ 22. 6%,流量发生变化时的响应时间减少 5 ~ 18 s,同时测量累积排量精度达到 0. 12%,满足固井工程施工要求。 本文所设计的滤波算法有效降低噪声影响,使测量结果更 加稳定可靠。

摘要:光学标记辅助加油锥套识别定位系统中,快速高精度提取光学标记质心坐标是锥套定位的重要基础。 实际应用场景 下,工作距离越远,光学标记点特征的成像越弱;且复杂的背景干扰使得质心提取的准确性大大降低。 通过分析光学标记点、圆 特征的成像特性,结合锥套结构特点,对光学标记圆特征进行提取,精确分割锥套有效特征区域以代替全局搜索,剔除大量背景 干扰;进而提出了一种由类 FAST 阈值粗定位法与二维高斯残差重心拟合法相结合的二级高效点特征质心提取算法,通过设置 亮度阈值快速识别光斑特征并获取粗略位置,在此基础上精确框选光斑像素分布邻域,拟合计算提取高精度亚像素质心坐标。 实验表明,本文算法满足实时提取要求,与其他经典算法相比,本文算法在保持较高精度的同时,稳定性也能达到较高水平。

摘要:针对现有参数测量方法难以对交联聚乙烯电缆接头各参数进行有效测量的问题,提出了一种基于三维点云分割的电 缆接头参数测量方法。 该方法先用半径滤波及随机采样一致性(random sample consensus, RANSAC)算法对复合式三维扫描仪 获取的电缆接头点云进行噪声点去除及坐标摆正预处理。 其次,使用 RANSAC 算法对电缆接头点云进行圆拟合,并根据区域 交界处相邻拟合圆半径方差之比的突变特性实现粗分割,得到多个包含区域交界点的局部点云。 然后,使用主成分分析法对局 部点云进行法向量估计,并根据小片点云轴线夹角在区域交界点处的跳变特性及自适应阈值算法,得出各条状点云上的区域交 界值。 接着,对多个条状点云所得同一区域交界值进行统计分析实现电缆接头点云的精分割,完成参数测量。 对多根电缆接头 进行的测量实验结果表明,所提方法的绝对误差小于 1. 0 mm,相对误差小于 4%,说明了该方法用于交联聚乙烯电缆接头参数 测量的有效性与准确性。

摘要:电子分析天平普遍采用脉宽调制电流的方法来精密调节电磁力,工程上原始数据较难达到百万分度级精度。 在分析了 传统方法对测量精度影响因素后,设计了一种双闭环控制的改进脉宽调制电流电路,将 PID 控制电路和电流测量混合电路解 耦,降低了 PID 参数整定难度,避免了求解机械传感器和平衡检测通道系统传输方程,提高了设备响应速度和测量精度。 实验 数据表明,在未进行非线性校正且只进行滑动平均滤波的情况下,31 g 量程的电子分析天平初始测量数据标准偏差为 2×10 -5 g,达到百万分度级精度,较同样电路和传感器的原始 220 g 量程电子分析天平精度提升 10 倍以上。

摘要:航空自耦变压整流器(auto-transformer rectifier unit, ATRU)是飞机高压直流电网关键电能变换装置,在运行过程中受高 温、机械应力、荷载波动等因素持续影响,其内部元件可能出现相应故障,进而威胁飞机可靠运行及持续适航。 针对 ATRU 整流 部分故障信号频谱难以区分、诊断准确率不高问题,提出一种遗传算法(genetic algorithm,GA)与贝叶斯正则化反向传播神经网 络(Bayesian regularisation back propagation neural network,BRBPNN)相结合的故障诊断识别方法。 首先,实现 ATRU 故障仿真, 以时频分析方式处理所得信号,从而挖掘不同故障状态的特征信息;随后采用 GA 算法优化 BRBPNN 初始权阈值并建立最优 GA-BRBNPNN 诊断模型,将特征样本输入诊断模型进行故障分类识别,测试模型性能;最后,搭建故障模拟实验平台对实测数 据进行模型验证。 实验结果分析可知,对于仿真故障,该模型诊断准确率可达 99. 46%,对于实测故障,该模型可全部诊断识别 待测样本;由此表明提出的 GA-BRBPNN 优化模型诊断效果好,具有较高实用价值。

摘要:针对云计算框架的机械装备状态监测系统存在数据传输时延长、预警和诊断的实时性差等问题,提出一种面向边缘计 算的机械装备状态监测系统,具有设备层、边缘层和云层 3 层架构。 高实时性的计算任务部署在多个边缘计算节点,在边缘层 进行数据的特征提取、降维处理、智能诊断、数据保存与上传。 所提方法在高速机床主轴试验台进行验证,实验结果表明,基于 边缘计算的状态监测系统比基于云计算的状态监测系统减少 29. 5%的输出时延,并节省了 81. 3%的云层储存空间,在保证较高 诊断率的情况下,显著提高了系统实时性。