仪器仪表学报杂志

仪器仪表学报杂志2022年第6期

• 台式显微仪器的“人仪一体化”作业空间设计 原则与评估方法

  王 勇，谭久彬

  针对生物显微镜的使用需求,提出一种台式显微仪器的“人仪一体化”作业空间设计原则。“人仪一体化”的作业空间以操作者为中心,最大程度地提高操作者的作业效率和舒适度,减轻作业疲劳;针对生物显微镜的作业特点及工作路径,设计了3种作业空间布局方案;利用Jack软件对不同方案进行了任务用时和能耗评价;完成了作业姿态的操作舒适性对比实验,并对颈肩部主要肌肉的表面肌电均方根(RMS)值进行了配对T检验。结果表明转向一侧的头夹肌及对应一侧的胸锁乳突肌最为敏感、载荷变化较大,其RMS的平均变化率分别为56.4%和8.4%,并结合操作者主观评价最终确定了重叠型为最优布局形式。此评估方法验证了“人仪一体化”作业空间设计原则的有效性,可为相关显微仪器设备的作业空间设计起到一定指导作用。

• 时栅位移传感器误差动态采样与补偿模型研究

  杨继森，张 迪，卢 渝，吴 灼，周 润

  针对现有时栅位移传感器误差补偿模型补偿效果受标定实验台速度影响的问题,提出了一种基于三次样条插值-傅里叶谐波合成的误差补偿模型。首先,根据时栅位移传感器多测头信号感应原理与整周误差曲线等间距周期性分布特性,分析短周期误差受标定实验台速度影响,引入传感器等间距采样的“错位”误差,该误差将直接影响构建的短周期误差补偿模型的补偿效果;其次,利用三次样条插值法准确定位误差采样位置,精确重构短周期误差曲线;最后,通过重构的短周期误差曲线与傅里叶谐波补偿法建立了短周期误差补偿模型,提高了时栅位移传感器误差补偿效果。实验结果表明,采用本补偿模型后传感器短周期误差峰峰值降至1.7″;本补偿模型短周期误差补偿效果优于传统基于傅里叶谐波补偿法构建的补偿模型,标定实验台速度为3r/min时补偿效果可提高56.0%,既能满足传感器动态标定的工作效率,也能满足传感器的高精度误差标定需求。

• 旋转导向钻井工具近垂直姿态校正矩阵 误差的等角距均衡校正

  程为彬，胡少兵，张夷非，陈雪菲，李 刚

  旋转导向钻井工具中姿态校正方法的校正点本身包含各种系统误差,会引入校正矩阵误差,是近垂直姿态下姿态角解算精度低的原因之一.平均均衡校正方法(ABC)可补偿校正矩阵误差,但整体误差并不均匀.以等分角度间距设计校正点,建立一种等角距均衡校正(EABC)模型,推导校正矩阵误差表达式,研究其引起的姿态角误差特征.对多组近垂直姿态的测试数据分别进行传统校正、平均均衡校正和等角距均衡校正,结果表明:等角距均衡校正后,井斜角误差平均值均小于0.012°,井斜角误差峰峰值均小于0.027°;工具面角误差平均值均小于0.008°,工具面角误差的峰峰值和标准差分别降低到平均均衡校正的54%~95%和40%~63%,进一步提高垂直小井斜井段的姿态解算整体精度。

• 基于最小 PV 值的非球面测量 Z 轴定位方法

  兰梦辉，李 兵，魏 翔，吴修远，刘 晓

  在基于Zygo干涉仪的非球面检测中,沿光轴(Z轴)方向的定位精度直接影响测量结果的准确性。本文提出了一种基于最小PV值的非球面测量Z轴定位方法,分析了非球面与参考球面波的理论模型,推导出了对应的最佳参考球面波半径、顶点偏离量以及理论测量位置,并在此基础上完成了沿Z轴方向0.001mm精度范围内的定位过程。该方法可将被测非球面定位至理论测量位置,有效地降低由于定位误差造成的测量误差;准确找到参考球面波半径,对基于Zygo干涉仪的点云重构和拼接方法也具有重要意义。对一直径为108mm的非球面镜进行了实验验证,定位后的结果与最佳参考球面波的点云数据计算结果对比,结果接近,证明了定位方法的正确性;并与零位检测结果相比,PV值残差为0.047λ,RMS残差为0.019λ,进一步证明了该定位方法的准确性。

• 基于 HHT 的转动惯量测量技术研究

  张晓琳，冯晓媛，于 航，王文宁

  为提高扭摆法测量大型回转体转动惯量的测量精度,克服线性转动惯量测量模型及周期法转动惯量计算的弊端,开展了基于希尔伯特-黄变换(HHT)的转动惯量测量技术研究。建立了考虑摩擦阻力矩的非线性转动惯量测量模型,在此基础上,通过经验模态分解提取了角位移主分量,利用希尔伯特变换识别了扭摆系统的瞬时阻尼系数和瞬时无阻尼固有频率,最后利用最小二乘法拟合得到非线性模型参数,精确求解了转动惯量。研制了一套大型回转体转动惯量测量系统,对不同组合的标准件进行转动惯量测量试验,验证了基于HHT的转动惯量计算方法的可行性。大量试验测量结果表明,本系统转动惯量测量相对误差小于0.2%,测量精度显著优于传统的周期法测量结果。

• 高分辨率连续可调的直流电流比例变换装置

  周力任，朱 力，耿 骥

  基于测差原理的直流电流比例量值溯源通常是满足测量不确定度要求的有效途径。然而,电流比例可调分辨率的短板限制了实际溯源的应用范围。提出“等效分数匝”的概念,建立比例深度调节的数学模型,突破现有理论下比例最小步进值的束缚,实现多盘联动、分辨率达到1×10-9、误差优于±2×10-7的直流电流比例变换装置。级联两台电流比例标准器,调节组合后的比例与被校比例名义值一致,解决量程内全步进值溯源的难题。针对该变换装置,提出一种基于参考绕组的自校准方法,逐盘测量一次绕组与参考绕组和二次绕组的差值,关联各盘间误差,得到任意盘任意置位下的比例实际值,具备不依赖上一级标准器、实时复现量值的特点。

• 单光束 SERF 磁强计三轴磁场解耦磁补偿校准方法

  宋欣达，任 雯，索宇辰，贾 乐，龙腾跃

  针对单光束SERF原子磁强计磁补偿过程中的三轴磁场耦合问题,提出了一种对磁强计三轴顺序补偿值进行反向校准的方法,用于减小三轴补偿过程中产生的耦合磁场。首先,构建了三轴磁场耦合数学模型,即一个3×3的耦合系数矩阵,来描述三轴之间的磁场耦合关系,并对实验室磁强计样机进行了三轴耦合系数测试。然后,提出了一种应用三轴耦合系数对三轴顺序补偿值进行反向校准的方法;最后,对比了校准前后的磁补偿效果。实验表明,经三轴顺序补偿反向校准后,磁强计的响应线宽平均变窄2~10Hz,灵敏度提高3~5fTHz1/2,验证了该方法的有效性,为进一步优化磁补偿技术奠定了基础。

• 气侵对井下环空流量电磁测量系统的影响研究

  葛 亮，白 洋，肖小汀，曾 文，阳彩霞

  井下环空流量电磁测量系统可以实时获取井下环空流量信息,但环空流道侵入的气体会对其测量结果产生影响,导致测量系统无法准确对钻井过程中出现的溢流和井喷问题进行预警。针对环空流量电磁测量系统受气侵影响的问题,研究首先通过建立气侵对环空流量电磁测量系统影响的理论模型,获得了环空流量电磁测量系统虚电流密度函数;其次,采用有限元仿真软件对侵入气体的不同存在状态进行动态模拟,分析环空流量电磁测量系统的虚电流分布规律;最后,搭建模拟实验平台进行不同两相混合流量下的含气率影响实验。实验结果表明,随着环空流道内两相混合流体含气率在0%~5%范围内增加,不同两相混合流量下的环空流量电磁测量系统输出电压均呈现下降趋势,采用二次函数拟合不同两相混合流量下环空流量电磁测量系统输出电压与含气率关系,可决系数R2在0.98以上,拟合残差e小于0.011;最终通过归一化的输出电压与含气率关系式校正环空测量流量。研究成果可用于降低气侵对测量结果的影响,提高井下环空流量电磁测量系统的测量精度。

• 光纤光栅传感器阵列在撞击定位监测中的应用

  王 威，陶传义，朱悦青，高晓凤，成俊桦

  本文提出基于半导体环形激光器的光纤传感阵列系统,用于在铝板上撞击定位监测。采用光纤法布里-珀罗(F-P)标准具对光纤布拉格光栅(FBG)传感器信号进行解调。施加在FBG传感器的应变被编码为FBG反射光的波长位移,然后由自由光谱范围为50GHz的光纤F-P标准具转换为强度调制。通过波分复用技术,光纤F-P标准具可同时解调多个FBG信号,光纤传感阵列系统安装在厚度为1mm的铝板上,50g的小钢球在20cm的高度自由下落撞击铝板产生声发射信号。利用时频小波分析,从测量的FBG传感器瞬态响应中获得的Lamb波的群速度频散曲线,并根据三角定位算法,确定撞击点的坐标。经过撞击试验,通过本系统和定位算法的平均定位精度误差在30.89mm,达到了较好的精度。

• 基于传感阵列的动态足底压力分布测量系统

  孙东杰，宋爱国

  足底压力分布与人体健康具有很大关联性,足底压力分布异常变化是某些足病的早期症状。为帮助患者预防足病,实时监测足底压力分布,研制了一种基于触觉传感阵列的动态足底压力分布测量系统。系统共有48个传感单元,测量误差小于2.4%,可对足底各区域压力进行精确采集,并采用可穿戴式设计,将数据采集系统固定于脚踝,通过蓝牙与上位机连接。此外,针对传统压力分析方法无法对运动过程中压力分布变化进行分析的缺陷,提出了一种动态足底压力分布分析方法,通过支持向量机对人体足底压力数据进行分类,达到了98.6%的分类正确率;并在此基础上引入步态相典型压力分布指标,与传统分析指标相结合,实现对人体健康状态的分析与评价。实验证明,该系统可以准确测量运动状态下的足底压力分布、分析异常状态下的压力分布变化并对压力异常区域进行预警。

• 基于多阶通道响应对称双线性卷积神经网络的 分布式压力识别

  褚 洁，蔡觉平，李 龙，王帅利

  目前基于传感阵列的分布式压力识别方法,通常先将压力信息表征为图像,然后再进行特征的提取与分类,但存在两个问题:传感阵列密度有限,压力图像分辨率低;柔性传感阵列存在弹性耦合,压力图像边缘模糊。本文提出了一种多阶通道响应对称双线性卷积神经网络(HoSB-CNN)。首先,构建通道注意力响应CNN,通过给不同特征依照显著性赋权值以提升一阶特征的描述能力。其次提出对称双线性特征,引入二阶特性提高CNN对边缘和纹理的敏感度,并利用其结构对称性降低网络复杂度。最后,提出多阶特征混合策略提升网络的非线性拟合能力。此外,通过自制数据采集平台和8×8传感阵列,建立压力字母数据集用于HoSB-CNN的验证。结果表明,该算法获得了98.11%的准确率。

• 少模光纤倾斜光栅制备及扭转传感研究

  余海湖，刘 芳，高文静，王 鑫，郑 羽

  设计了一种基于少模光纤倾斜布拉格光栅的反射型扭转传感器,小角度倾斜光栅中的纤芯基模与二阶模在光栅处发生互耦,通过测量该过程形成的反射峰强度变化实现扭转测量。分析了光栅倾斜角度对模式耦合效率的影响,采用相位掩模板法在线刻写光栅技术,在少模光纤上刻写了不同的小角度倾斜光栅;在此基础上选择倾斜角度为1°的光栅进行了单点、双点扭转传感实验,实验表明其反射光谱中基模与二阶模的互耦合峰(LP01-LP11)对光纤扭转敏感,可以实现对扭转角度大小的测量。在-50°~-150°逆时针扭转过程中,扭转灵敏度为0.52dB/(rad·m-1),而在40°~190°顺时针扭转的角度范围内,扭转灵敏度为0.34dB/(rad·m-1)。这种传感器具有在单根光纤上实现多点扭转传感的潜力,在多点扭转监测方面具有应用前景。

• 基于滑动聚类的多传感器异步信息融合方法

  梅武军，郑 军，金 杰，岳高峰

  传感器是智能检测和自动化装置中重要的部件组成,为了解决多传感器异步数据下的融合难题,提出了一种创新的基于滑动聚类的多传感器异步信息融合方法。首先引入了K-means聚类方法去容忍异步问题,主要利用曲线拟合给出一种简易的快速的判定法则以便实现实时聚类方法中的k值计算;其次设计了聚类滤波核从而在时空域上形成融合滑动管道,让数据的变化一直维持在一个能接受的误差之内,完整实现了实时多传感器信息融合方法。最后实验验证了设计的聚类融合方法的正确性以及合理性,实验证明了SC-MSIF方法是正确可行的,且在实时性方面具有较好的表现,相比较EKF和MEAN方法,SCMSIF方法的RMSE误差减少了47.8%、36.3%,同时无人机中多传感器融合实际测试结果也较为优异。

• 飞机机电系统部件数据驱动健康状态 在线估计方法综述

  张玉杰，彭 宇，刘大同

  飞机机电系统的机电部件(飞机机电系统部件)处于良好的健康状态是飞机机电系统安全运行重要前提,对于保障飞机正常飞行和成员安全具有重要意义。飞机机电系统部件健康状态在线估计可以实现部件健康状态的在线估计,有效支撑部件的视情维修,进而为飞行任务保障提供决策参考。本文以代表性飞机机电系统部件机电作动器和辅助动力装置为具体研究对象,在对该领域健康状态估计方法进行充分调研基础上,阐述飞机机电系统部件健康状态估计基本概念及内涵,并针对飞机机电系统部件数据驱动健康状态在线估计方法体系进行系统地分析,进而归纳总体发展动态并展望未来发展方向,以此为相关研究者提供参考。

• 基于动态因果图的智能仪表一体化失效分析

  刘 璐，杜 鑫，周纯杰

  工业互联网在推动制造业升级换代的同时,也引入了信息安全问题,智能仪表等现场设备面临信息安全风险。为明确和分析在功能安全危险和信息安全威胁下智能仪表的失效原因和危害,本文提出了一体化因果失效分析方法框架,通过对功能安全和信息安全的融合失效分析,实现一体化因果失效路径推理。此外,对失效路径重要度通过结构、概率以及关键程度等属性量化评估,重要度表征失效路径发生的可能性大小,由此实现仪表安全失效场景精确分析。最后,通过智能变送器实践验证所提方法的有效性和可行性。本文通过动态因果图失效路径推理方法,首次揭示了智能仪表内部功能模块间安全失效渗透影响机理,实现仪表功能安全与信息安全一体化失效分析。

• 广域行波信息与图注意力网络相结合的 输电网故障定位

  张 翼，刘富州，朱永利，肖建平

  融合电网中诸多的行波测点信息能够提高故障定位的精度和可靠性,但目前尚缺乏一种能够结合网络拓扑、自适应地确定不同故障位置下各测点重要度的多源行波融合定位方法。因此,提出了广域行波信息与图注意力网络(GAT)相结合的输电网故障定位方法。首先,将全网行波测点及测点间的架空线作为节点和边构建广域行波图数据,行波信号的变分量模态分解(VMD)分量作为节点特征。GAT根据各测点的拓扑关联挖掘广域行波特征,并选定故障线路、输出表征测点重要度的自适应权重。进一步地,利用该自适应权重融合多源行波信息以测算精确的故障位置。结果表明,本文方法能够定位多种类型的线路故障,诸多故障位置下的测距误差均在100m以内;相较于传统方法,减少测点时优势更加显著,不同故障位置下的定位精度提高了20~400m不等。

• 提升高温应变计寿命及精度的结构优化方法研究

  艾延廷，刘 明，张凤玲，张 旭，赵亚芝

  高温应变电测技术广泛应用于航空发动机热端部件应力状态测量,如何将高温应变计的各部分结构参数进行合理搭配,以提高应变计灵敏度及使用寿命,在工程中具有十分重要的价值。首先,针对影响高温应变计测量误差与疲劳寿命这两个目标,分别建立简支梁-测量误差模型与悬臂梁-疲劳寿命模型;然后,经有限元分析得到各个参数变化对应变计测量误差以及疲劳寿命的影响规律,进而筛选出待优化的参数;接着,采用遗传算法与响应面法相结合对高温应变计进行优化;最后,通过试验对最终优化结果进行验证。结果表明,单参数分析法能直观反映各个参数对应变计灵敏度与寿命的影响规律,基于响应面模型和多目标遗传算法的优化,可得出高温应变计栅丝直径、栅丝长度、栅丝间距、栅丝弯数、基底厚度5个参数的最佳参数组合;优化后的测量误差为0.255%,疲劳寿命达到2.3846×107次循环;试验验证结果表明,多目标优化后测量误差降低了89.2%,疲劳寿命提升了10.14%。

• 基于连续小波变换和 MTL-SEResNet 的 断路器故障程度评估

  孙曙光，张婷婷，王景芹，魏 硕，邵 旭

  考虑到万能式断路器触头系统机械故障是一个从轻微到重度的演变过程,准确识别其运行状态可以大大提高断路器的可靠性。提出一种单信号输入和多任务输出的MTL-SEResNet网络模型以兼顾故障诊断和程度评估。首先采用连续小波变换对触头系统振动信号进行时频分析,得到相应的二维时频图像;其次将SENet结构引入到改进的ResNet18中,利用多任务学习共享机制构建MTL-SEResNet网络模型;并通过调整故障分类和程度评估两个任务损失函数的权重比例,对模型进行优化;最后,通过模拟的触头系统的故障数据对所提方法进行实验验证。结果表明,模型的性能更佳,类型及程度准确率分别为99.78%和99.36%,可以有效地实现万能式断路器故障程度评估。

• 考虑共因失效的新型连续时间动态 贝叶斯网络可靠性分析方法

  姚成玉，韩丁丁，陈东宁，刘一鸣

  现代系统失效行为复杂,动态性与相关性并存。首先为直观准确地刻画分析系统中的动态失效行为,提出新型连续时间动态贝叶斯网络分析方法,利用节点时序条件概率表刻画事件关系,进而提出基于节点时序条件概率表规则执行度与冲激函数抽样性质的子节点故障概率、根节点后验概率及重要度的计算方法;进一步,针对共因失效引起的系统相关性失效行为,提出考虑共因失效的新型连续时间动态贝叶斯网络分析方法,解决系统失效逻辑动态性和相关性的重叠问题。通过与贝叶斯网络、离散时间动态贝叶斯网络分析方法、Markov链、MonteCarlo法对比,验证所提方法的可行性与优越性。最后,对动态失效相关系统进行可靠性分析,结果表明,本文方法能够直观有效地刻画动态性与相关性失效行为,得到准确的系统可靠性指标,考虑共因失效相比于忽略共因失效,在任务时间为5×106h时能够提高系统29%的可靠性分析精度,更加符合实际。

• 基于时空相似性的即时学习在线建模

  施锦涛，陈 磊，秦 凯，李振兴，郝矿荣

  流程工业数据具有较大的时变性以及非线性,传统的离线模型难以应对实际生产过程中的工况变化,而即时学习是在线建模的有效方法。已有研究对即时学习的相似度度量方法大多只侧重于样本的空间距离,忽略了工业数据时序性的特点。为此,提出基于时空相似性的即时学习建模方法。首先,将样本点延拓成样本序列,结合动态时间规整计算样本间的时序距离。其次,提出时空相似性度量准则,通过对时序距离和空间距离进行非线性加权,构建时空相似性度量指标。最后,提出基于时空相似性的即时学习在线建模方法。将所提算法应用于公共数据集及聚酯纤维聚合过程,拟合优度分别达到了91.6%和98.6%,实验结果验证了算法的有效性和优越性。

• 基于时间串流的 OSEM 图像重建算法研究

  徐 蕾，赵 敏，郭瑞鹏，姚 敏，单 尧

  利用γ光子探测腔体内部动态流场需要快速的图像重建算法,传统处理方式是先采集所有事件、再进行OSEM等算法处理。本文提出了一种按时间流对响应事件进行子集划分的图像重建(T-OSEM)算法。在连续采样数据的同时,按时间段将采样到的数据划分为子采样数据集,对子集进行OSEM迭代实现图像重建。并将上一帧图像作为迭代输入,利用帧间图像相关性,以加快收敛速度。该算法中数据流的采样与上一帧图像的处理同时进行,并通过多线程并行运算加速图像重建过程。研究了最优子集事件数量及相对应采样时间的关系,以实现在尽可能短的采样时间下达到最优的重建效果。实验表明,当采样时间段达到1s时,T-OSEM算法仍有很好的粒子跟踪效果,粒子轨迹图像结构相似比为0.92,表明T-OSEM算法对于动态图像重建是一个比较好的解决方案。

• 基于 RANSAC 的视觉里程计优化方法研究

  任 彬，宋海丽，赵增旭，谢厚正

  针对图像特征产生误匹配影响基础矩阵计算,导致同步定位与地图构建(SLAM)视觉里程计估计精度差的问题,提出一种基于随机抽样一致(RANSAC)的视觉里程计优化方法。该方法首先通过最小距离阈值法对初始匹配集粗滤除,再采用RANSAC计算图像间相对变换关系,若符合变换关系为内点,内点数最多的迭代结果为正确匹配结果;然后计算图像间单应变换并利用其计算基础矩阵,采用对极几何约束确定内点,得到具有最多内点的基础矩阵;最后采用TUM数据集从特征匹配与基础矩阵计算两方面进行优化算法效果验证。结果表明,该算法可提高运行效率且有效去除误匹配特征点,使匹配正确率提高7.7%,基础矩阵估计算法在提高基础矩阵计算精度的同时,内点率也提高了3%,算法为提高视觉里程计精度估计精度提供了理论基础。

• 基于方向发射率校正的红外测温补偿方法

  潘 冬，蒋朝辉，桂卫华

  红外热成像仪具有实时在线、非接触获取被测对象二维温度分布等优点,在钢铁、农业、电力电子等众多领域应用广泛。但是,红外测温结果容易受到干扰因素的影响。针对方向发射率变化引起的红外测温误差,本文提出了基于方向发射率校正的红外测温补偿方法。首先,基于红外测温原理,构建了针对方向发射率变化的红外测温补偿模型。其次,为确定补偿模型中的方向发射率,利用红外热像仪和激光扫描仪构建的三维热成像系统,提出了基于参考体的方向发射率校正方法。然后,通过多项式拟合确定方向发射率随视角变化的规律。实验结果表明所提红外测温补偿方法可以有效降低方向发射率变化造成的红外测温误差,经过补偿温度后,红外测温最大误差由9.64℃降低为2.97℃,标准差由3.57℃降低为0.71℃。

• 基于行人组运动信息表达的人群异常检测

  周生运，张旭光，方银锋

  人群异常检测是智能化人群监控技术下的一个重要研究方向,在现有的方法中,异常检测的首要步骤就是获取运动信息,传统通过对视频帧均匀分块的方式并不能保证行人的完整性,提取的特征也不能准确反映行人的运动状态。本文提出了递进式人群分组的方法,先将人群运动场与帧差法结合分割图像获取人群前景,然后依据人群运动方向获取方向组,结合时空信息对方向组再聚类,得到更细致的行人组。对于每个行人组,利用人群能量特征去表征行人整体运动信息,并依据能量场构造了环块能量直方图特征来削弱行人四肢摆动的影响,最后与图像外观特征相结合用于人群异常检测。实验结果表明,本文方法在两个不同场景下帧级准确率达到83%和92%,像素级准确率达到64%和83%,与传统方法相比有较大提升。

• 融合五自由度位姿信息的单目内窥镜目标尺寸测量

  李 睿，代 煜，张建勋，夏光明

  针对低分辨率、弱纹理、缺少参照物的小场景下内窥镜图像目标测量困难问题,提出了融合5自由度电磁传感器的单目内窥镜下目标尺寸测量方法。首先,分析了基于5自由度传感器的内窥镜定位原理,得到内窥镜沿主光轴方向的位移。接着,以结石目标为例分析了图像目标关键信息的导航采集方法,即通过语义分割网络获得图像目标的轮廓信息,进而与内窥镜主光轴进行重合度判定,记录符合重合条件关键帧的图像目标长度信息与对应的位姿信息。最后,基于针孔相机成像模型,将目标成像比例关系与内窥镜沿主光轴的位移结合,建立了目标尺寸测量方法。实验结果表明:所提方法的测量误差控制在10%以内;对长度1~9mm目标的平均测量误差为0.33mm。能够满足单目内窥镜检查中对目标尺寸测量的稳定可靠、精度高、省时省力等需求。

• 冰勺表面缺陷检测方法研究

  苑玮琦，齐健婷

  冰勺表面缺陷包括严重缺陷和轻度缺陷。严重缺陷检测技术比较成熟,而轻度缺陷检测存在漏检和误检的博弈。严重缺陷属于不能出售的废品,轻度缺陷中劈裂和污染也是废品,而节子、矿物线、腐朽和色差属于合格品,售价低于无缺陷的优良品。针对轻度缺陷检测提出一套解决方案:首先提取冰勺轮廓,定位冰勺表面区域,然后对冰勺表面进行预处理,利用最小二乘法拟合的直线方程与预处理后灰度值数据相减,计算偏差。通过最小二乘法迭代拟合求取正常表面偏差值,从而计算其标准差,最后基于3σ准则提取迭代前的异常数据即缺陷。以上算法可检测出小面积轻度缺陷,针对大面积腐朽、色差等缺陷通过基于灰度峰值水平直线方程计算偏差来提取缺陷。两种方法相结合检测冰勺表面缺陷。所研究的冰勺表面缺陷涵盖了冰勺生产工业中主要的表面缺陷类型,包括节子、矿物线、劈裂、污染、腐朽和色差等。在自建的图像数据库上做算法测试。结果表明,本文方法漏检率仅为1.27%,误检率降低至3.85%,具有实际应用价值。

• 基于 Bagging 半监督深度森林回归的 二噁英排放浓度软测量

  徐 雯，汤 健，夏 恒，乔俊飞

  城市固废焚烧(MSWI)过程产生的副产品之一是被称为“世纪之毒”的二噁英(DXN),受限于其排放浓度检测技术难度以及时间与经济成本等因素,难以获得足量的有标记样本用于构建DXN排放浓度软测量模型。为有效利用现场控制系统采集的大量无标记样本,同时解决传统浅层学习模型泛化性能较差的问题,提出了基于Bagging半监督深度森林回归(DFR)的DXN排放浓度软测量方法。首先,基于Bagging机制以重采样原始标记数据集的方式获得多个训练子集,并构建具有差异性的多个随机森林(RF)模型;接着,将RF模型迭代更新、近邻集合选择和性能评估策略相结合用于获得高置信度伪标记样本;最后,基于伪标记和原始标记样本集构建DFR模型。采用北京某MSWI电厂的实际DXN检测数据验证了所提方法的有效性,结果表明,该方法的预测稳定性较好,其训练、验证和测试集的均方根误差分别为0.01550、0.02023和0.01973。

• 多参数变化下基于参数辨识的永磁同步 电机偏差解耦控制方法

  邓聪颖，舒 杰，陈 翔，王 頲，禄 盛

  针对矢量控制下永磁同步电机d-q轴电流无法动态解耦,导致电机参数的动态变化影响其控制系统稳定性问题,提出一种基于参数辨识的永磁同步电机偏差解耦控制(PI-DDC)方法。以d-q轴电流控制器耦合系数为零推导完全解耦下偏差解耦项的传递函数,由此考虑电阻、电感和永磁体磁链等电机参数的动态变化对偏差解耦效果的影响,引入带遗忘因子递推最小二乘法在线辨识电机各参数,通过实时修正偏差解耦控制模型中的电机参数实现d-q轴电流解耦。以一台永磁同步电机为例,不同工况下的仿真和实验结果表明,所提的PI-DDC方法相比于传统偏差解耦控制方法,d-q轴电流响应时间缩短约50%,超调量分别减小约60%和70%,最大波动幅值分别减小约30%和37%,具有更好的控制精度和动态性能。

• 基于滑模和扩张状态观测器的双绕组无轴承磁通 切换电机转子悬浮控制策略研究

  崔征山，周扬忠，张 竞，周祎豪

  双绕组无轴承磁通切换电机是非线性多变量的复杂对象,传统的转速PI与径向位移PI控制存在超调大,系统易受外界扰动影响等缺点。基于滑模变结构控制思想,提出一种转子径向位移滑模控制策略。针对滑模控制中存在建模不准确,以及转子动力学模型中存在陀螺效应等问题,通过建立一种扩张状态观测器对系统扰动进行观测,并在滑模控制基础上加入扰动前馈补偿,设计出一种径向位移滑模控制与扩张状态观测器的复合控制策略。实验结果表明,所提径向位移滑模控制相比传统PI控制具有响应速度快、径向位移脉动小、抗负载扰动性强等优点。所提径向位移滑模与扩张状态观测器的复合控制策略,相比于径向位移滑模控制可有效减小转子径向位移脉动约30%,进一步增强了系统的鲁棒性。

• 数据与机理驱动的检定系统建模与参数辨识

  乔景慧，潘 忠，熊宁康，陈宇曦，李洪达

  正压音速喷嘴气体流量检定系统对气源压力稳定性要求高,滞止舱压力难以控制在设定值范围内,很难采用基于机理模型的动态特性分析。为了解决上述难题,提出了基于数据与机理驱动的正压气体流量检定系统建模与参数辨识方法。针对机理建模过程中出现的非线性动态参数,采用随机配置网络进行动态参数辨识,经过辨识后所得的滞止舱内压力及温度与实际数据的RMSE分别为1.26×104和2.64×10-4。针对实际运行中调节阀死区或更换调节阀等工况,对模型进行了扰动实验分析。实际应用结果表明,该动态数学模型很好的反映了压力调节环节中压力的变化趋势,具有一定的实际应用价值。