仪器仪表学报杂志

仪器仪表学报杂志2023年第8期

• 基于视觉的汽车装配件缺陷检测研究进展

  张瀚丹，吴一全

  汽车装配件的缺陷检测是汽车制造流程中的重要环节,不仅可以提升产品质量,降低退货率,避免成本浪费,还可以为驾驶人员提供安全保障。最早的缺陷检测依靠专家经验,准确度低,人力成本大,而无损检测技术依靠介质,且效率不高。引入机器视觉不仅可以平衡检测精度和效率的问题,还能提高检测系统的鲁棒性,是最有发展潜力的缺陷检测技术之一。本文首先给出了视觉缺陷检测的定义和主要流程,简述了视觉缺陷检测系统中的图像采集硬件,然后从常用的缺陷分割方法、特征提取方法、卷积神经网络3个方面综述了近年来汽车装配件缺陷检测的研究进展,并对比分析了相关方法的优缺点。接着把汽车的装配件大致分为轮毂轮胎、车身漆面、零件、发动机等4类,总结了缺陷类型及其缺陷检测算法的研究现状。随后介绍了与汽车工业相关的10个数据集和缺陷检测性能评价指标。最后指出针对汽车装配件的缺陷检测目前面临着诸多方面的技术挑战,并对进一步的工作进行了展望。

• 基于多任务学习的视频异常检测方法

  常兴亚，武云鹤，陈东岳，邓诗卓

  针对异常事件位于图像前景的某个局部区域,且背景区域对于异常检测存在干扰的问题,提出了一种多任务异常检测双流模型,模型架构包含未来帧预测网络和光流重构网络。首先利用前景检测算法获取自然图像和光流图像的目标区域,再将选取的区域送入到编码-解码网络完成未来帧预测和运动重构,对运动特征和表观特征进行提取,最后,使用深度概率网络给出的概率值作为判断异常的决策,并与重构损失及预测损失相结合来判断视频的异常性。本文针对大型场景的3个视频监控数据集(UCSD行人数据集、Avenue、ShanghaiTech)对本文提出的模型进行了异常性评估,所提出的方法在3个数据集上的AUC值分别为97.4%,86.4%,73.4%。与现有工作相比,本文的模型架构简洁且易于训练,异常检测结果更加准确。

• 直升机桨叶摆振量的全场景视觉测量及分析

  黄昱钦，欧巧凤，张少杰，熊邦书，余 磊

  直升机旋翼桨叶在高速旋转时,进行全场景桨叶摆振测量和分析,对直升机桨叶载荷设计和旋翼结构设计具有重要意义。本文设计了桨叶摆振量立体视觉测量系统,并进行摆振模式拟合分析。首先,对课题组已有立体视觉测量系统进行改进,并在风洞试验中完成不同总距及周期变距下的旋转桨叶标记点三维坐标测量;其次,解算桨毂坐标系下的桨叶摆振量;最后,采用一阶多项式对桨叶在特定时刻下的摆振模式进行拟合分析,采用复合正弦函数对桨叶旋转过程中的摆振规律进行拟合分析。风洞测量实验结果表明,在4.6m×4.6m场景中测量的摆振量均方根误差小于1mm;桨叶摆振模式和规律模型拟合度好,其均方根误差小于1mm,为直升机桨叶设计提供了数据支撑。

• 基于改进 Blob 分析的机器人批量搬运纠偏研究

  陈 鹏，陈彦秋，彭 俊，马成龙，刘 禹

  为了解决工业机器人在快节拍搬运任务中因为机械定位误差导致无法正确放置产品的问题,提出了一种基于改进Blob分析的两点纠偏定位的两步法策略。第1步基于机器视觉与图像处理技术利用改进的Blob分析方法识别出定位点,第2步利用平面仿射变换原理快速定位大量产品的位置。其中改进的Blob分析方法基于图像灰度反转、直方图均衡化、图像滤波技术结合阈值分水岭分割算法实现了对有限光照条件下不易成像的黑色托盘图像中定位圆形特征的可靠分割与圆心坐标提取。从而第2步的两点定位的托盘定位策略根据可靠的托盘圆心位置结果来计算托盘偏移前后的平面仿射变换矩阵以完成托盘的纠偏功能。最后通过在实际生产线的搬运工站实验证明基于改进Blob分析的两点纠偏定位的两步法策略的托盘识别准确性和召回率分别为99.75%和99.75%,同时产品的搬运时间降低了20.52%,提高了机器人下料系统的可靠性和效率。

• 动态场景下基于实例分割和三维重建的多物体单目 SLAM

  冯 洲，续欣莹，郑宇轩，程 兰，李鹏越

  针对大多数SLAM系统在动态环境下相机位姿估计不准确与环境语义信息利用不充分的问题,提出一种基于实例分割的关键帧检测和贝叶斯动态特征概率传播的动态物体检测算法,并对环境中存在的静态物体三维重建,以此构建一个动态环境下的多物体单目SLAM系统。该系统对关键帧输入图像进行实例分割与特征提取,获取潜在运动物体特征点集合与静态物体特征点集合;利用非运动物体特征点集合获取帧间位姿变换,普通帧利用贝叶斯对动静态特征点进行概率传播,利用静态特征点集实现对相机位姿的精准估计;在关键帧中对静态物体进行联合数据关联,数据充足后进行多物体三维重建,构建多物体语义地图,最终实现多物体单目SLAM。本文在TUM与Boon公开数据集上的实验结果表明,在动态场景下,相较于ORB-SLAM2算法,绝对位姿误差的均方根误差平均降低54.1%和58.2%。

• 基于虚拟视野的结构光条纹投影像素精准映射方法

  李茂月，张明垒，吕虹毓，徐敬之

  针对像素尺寸差异、相位误差等导致相机与投影仪同名点像素坐标匹配错误、有效像素点缺失问题,提出一种基于虚拟视野的改进包裹相位-坐标映射方法。首先,对不同重叠视场下的条纹信息进行分析,确定较优投影模式;其次,设计两组高低频率的横纵条纹,提取低频相位极值计算虚拟投影视野、高频周期对真实和虚拟视野逐级编号,实现视野小范围匹配;最后,改进包裹相位坐标映射方法和相位差阈值判别准则,逐编号求解投影像素坐标,获得像素间的精准映射关系。实验结果表明,相位中相同像素区间的包裹相位均方根误差,相较于连续相位降低了78.6%。在平面和复杂表面实验中,有效像素数量相较于传统匹配增长了9.21倍和9.43倍,像素误匹配坐标比例由传统相位匹配的80.55%、59.4%降低至14.26%、12.56%,为自适应条纹测量技术中像素同名点匹配提供了可行的解决方案。

• 基于时域可区分特征的双飞秒激光多目标绝对距离测量

  胡新源，杨凌辉，宋有建，杨 朔，韩森淼

  伴随当前航空、航天、大型科学仪器智能制造场景下多环节、多过程、多装备制造工艺与制造信息不断融合优化,正推动长度测量需求从传统局部、单参数、离线、分时测量快速转变为全局、多目标的在线、实时、同步测量,现有激光测距方法受到原理限制,在精度、实时性与并行能力等方面面临瓶颈。本文提出了一种基于飞行时间法的双飞秒激光多目标绝对距离测量系统,设计特定的光纤分束方案,使飞秒激光光源同时到达多个目标,并构造时域可区分特征匹配多组脉冲,携带距离信息的脉冲经强度互相关模块后进入FPGA数据处理单元,实现多路绝对距离的实时解算,并完成系统的集成化设计。实验表明系统在2kHz的更新速度下阿伦偏差评定的测量精度优于10-5m,与干涉仪对比的测距偏差小于4μm,在此基础上,搭建平行光路结构实现多自由度的同时测量,测量偏差优于5″。

• 基于编码压缩的纤维缠绕气瓶贴附式电磁超声检测方法研究

  孟凌霄，石文泽，卢 超，黄 良，凌 建

  针对电磁超声换能器(EMAT)在纤维缠绕储氢气瓶在线监测中回波信噪比低、洛伦兹力机制失效等问题,提出了基于编码压缩的贴附式电磁超声水平剪切(SH)导波检测方法,通过有限元建模分析了Barker编码序列位数和码元载波周期、chirp信号脉宽和带宽、组合Barker码的组合方式对脉冲压缩信号的信噪比和分辨率的影响,并进行了实验验证,最后开展了纤维缠绕储氢气瓶中长20mm、宽0.5mm、深2mm裂纹检测实验。结果表明,采用金属贴膜方式能有效解决EMAT在非金属材料中难以检测的难题;增加Barker码的序列位数和载波周期、增大chirp脉宽以及减小chirp带宽、增加组合Barker码的序列长度均可以提高脉压信号信噪比;经优化设计后,相较于传统Tone-burst激励方式,脉冲压缩技术可以将缺陷波信噪比至少提高20.4dB,在不同编码算法中,chirp信号激励下的信噪比最高,达到了23.9dB,采用3×13位组合Barker码时,脉压信号的主瓣宽度为28.8μs,分辨率最高,但信噪比较低。

• 复合材料板的空耦超声 Lamb 波原位应力测量方法

  王丙泉，赵 勃

  为了实现大部件复合材料板的原位应力测量,提出了基于Lamb波的复合材料板空气耦合超声应力测量方法。目前,由于空耦超声换能器声阻抗的严重不匹配导致能量损失严重、空耦超声信号较为微弱,在声学特征准确提取上难度较大。与此同时,空耦超声Lamb波应力测量方法在复合材料中的应用仍处于理论与实验的探索阶段。通过实验方法探究碳纤维复合材料的Lamb波声弹性效应规律。根据复合材料板相速度与最佳入射角频散特性分析确定了空耦超声换能器的中心频率与相对纯净A0模态Lamb波的激励方式,使空耦超声Lamb波具有较好的信噪比,保证声时提取的准确度。为了验证所提出方法的有效性,分别沿着0°、15°、30°、45°、60°、75°以及90°纤维方向获得7个不同的拉伸试样进行应力测量。实验结果表明,在0~100MPa范围内测量误差小于±8.1MPa,测量重复性为7.5MPa。该方法在测量精度和测量重复性等方面具有显著优势,可为大部件复合材料板的原位应力测量提供一种先进可行的技术。

• 基于 CS-FastICA 的超导电磁数据消噪方法研究

  高全明，张瀚文，侯宇丹，张嘉宸，嵇艳鞠

  超导电磁探测极易受到环境电磁噪声的干扰,严重影响了数据的解释精度。针对这一问题,提出了一种基于信噪分离消噪原理的超导电磁噪声抑制方法。该方法首先利用FastICA算法从观测信号中分离提取二次磁场信号,然后针对信号分离后的幅值不确定性问题,基于最大化非高斯性和最小畸变准则构建优化约束模型,最后利用CS搜索算法迭代求解分离矩阵的最优参数值。仿真结果显示,本文方法在信噪比和均方误差指标上均优于PCA、WA和ICA方法,消噪后信号的信噪比提高了16.6dB。现场实验表明,本文方法对多种环境电磁噪声均具有良好的抑制效果,消噪后观测信有效时间提高了近4倍。观测信号质量得到了显著改善,视电阻率成像解释深度达1000m,充分验证了本文方法的有效性和实用性。

• 基于多尺度特征的管道环焊缝定位方法研究

  赵东升，杨理践，耿 浩，郑福印，田 野

  环焊缝是管道检测数据分析的重要参照物,可用于修正里程轮的累积误差,因此,标定环焊缝是管道漏磁内检测数据分析的必要环节。本文结合漏磁数据的特征和环焊缝在管壁上的空间分布特征,提出一种具有多尺度感受野的轻量化卷积神经网络模型。模型利用具有单传感器感受野的轴向一维卷积和具有周向全局感受野的周向环形卷积,使得环焊缝特征得到了有效提取。借鉴标签平滑的思想,对样本标签进行了增广设计。此外,对损失函数、激活函数也进行了优化设计,最终实现对环焊缝的智能定位。最后,从多种管径的在役管道检测数据中收集了5676个样本,对模型进行了训练和评估。实验结果显示,模型具有较好收敛稳定性,在测试集上的精度达到了93.90%,召回率达到了94.79%。此外,利用未参与模型训练的Φ610管道漏磁内检测数据,对模型进行了应用测试,模型同样表现出了较好的鲁棒性,其F1值达到了0.93,说明模型具有较好的泛化能力,具备一定的工程应用价值。

• 基于二维等效声速的频域全聚焦超声成像研究

  陈学宽，龙盛蓉，宋奕霖，邹越豪，李志农

  为了提高对碳纤维增强复合材料分层缺陷定位定量的精度,提出了一种基于二维等效声速映射的精准频域全聚焦方法三维成像技术。该技术首先将子矩阵的划分标准从激励点位置变为激励-接收间距,获得了一个新的全矩阵数据;然后将变换后的二维子矩阵变换至频域,根据深度和空间频率的变化推导出精准的二维等效声速映射,来匹配子矩阵数据中的收发分离信号,并结合角谱运算得到子矩阵频域重构图;运用快速傅里叶逆变换得到子矩阵聚焦图并将其融合得到全聚焦图像;最后运用多平面三维重构技术得到最终三维图像。结果表明,与传统F-TFM和F-SAFT算法相比,所提算法有效抑制了旁瓣效应的产生,双缺陷间距的定量误差缩减了20.31%,缺陷宽度定量误差分别缩减了5.43%和6.3%;当缺陷深度和双缺陷间距发生变化时仍可保证较高的检测灵敏度。

• 非线性超声导波钢轨裂纹检测模态选取研究

  杨文林，史红梅，牛笑川，许西宁，朱力强

  不同模态对不同位置裂纹的敏感程度不同,针对裂纹检测时模态选取不准的问题,研究50kHz激励下可累积二次谐波模态对、模态振型和裂纹位置的影响,提出了由3个指标评定的最优裂纹敏感模态选取方法(selectionofoptimalcrack-sensitivemode,SOCSM),通过相对非线性系数β随裂纹生长的变化趋势评价模态对裂纹的敏感度。为准确激励出所需模态提出了最优模态激励算法(optimalmodeexcitation,OME),为验证SOCSM法和OME法的有效性和准确性,以CHN60钢轨轨腰处裂纹为例进行了数值仿真分析以及实验验证。结果表明,采用OME法能准确激励出模态组合11和模态组合1;50kHz激励下模态组合11的β随裂纹生长单调增加,而模态组合1几乎没有变化,说明模态组合11更适合检测轨腰处的裂纹,对裂纹的微小变化非常敏感,两个模态组合均能产生可累积二次谐波,裂纹的存在会影响导波传播,即影响信号的幅值大小。

• 面向石质文物裂隙的超声定位系统及算法研究

  闫 蓓，李晓达

  面向石质文物多年风化、干裂,急需修复的场景,针对深度学习在文物裂隙检测应用中的不足,提出一种基于缺陷特征增强和卷积神经网络(CNN)的石质文物缺陷定位算法。算法通过小波包分解进行特征提取并选择包含丰富特征信息的有效频段,作为CNN网络的输入,通过模型训练和波形分类识别,缩小定位范围,提高缺陷定位算法的泛化能力和识别率。本文搭建了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的超声检测平台,并在边长为40cm的立方体试件上进行了实验验证,实验结果表明,波形识别准确率相较传统算法提高了11.3%,平均定位误差小于10%,为石质文物裂隙检测提供了可靠依据,有助于文物保护和修复。

• 基于最短路径规划的供热管网泄漏定位方法

  黄新敬，燕育培，裴连军，高 潮，封 皓

  针对供热管网泄漏检测、定位困难的问题,本文充分考虑了管网负压波传播的多径效应,提出了一种基于负压波传播最短路径规划的供热管网泄漏定位方法。本方法首先搜索出各潜在漏点到各压力变送器的最短路径,计算负压波在管网中传播的最短时延,构成时延标准库;然后将现场测得的负压波的实际到达时延与时延标准库进行比对,确定漏点位置。在区域面积为13km×5km的现场供热管网对本方法开展了泄漏定位实验验证;当有效压力监测点数为5时,本方法可实现对1000m半径比对范围内泄漏的零偏差定位。本方法采用了精确的非模糊型的原理,且避免了在现场大型管网所有支管上安装压力变送器,具有重要的应用价值。

• 基于正弦结构光激励的透明材质缺陷检测方法

  邱海超，刘 安，唐朝清

  透明材质广泛用于航空航天及光学设备等领域,但由于其镜面特性及透射、多重反射等光学性质,针对其微小缺陷的高效自动检测方法是领域难点,主要表现为缺陷成像对比度极低。为得到高缺陷对比度图像,现有方法需要采用复杂的系统结构或是反复的角度调试。本文基于缺陷形态对结构光的调制作用,提出结构简单的高缺陷对比度图像成像方法,且该方法对相机角度不敏感。在不同厚度缺陷试件中的实验结果表明,相较于当前的暗场照明方法,本文方法采集的图像对于冲击损伤、划痕、擦伤缺陷对比度有平均27.58%,最高37.41%的提升。本文方法从成像角度提高缺陷对比度,包含了更丰富的缺陷特征信息。在使用多种深度学习检测算法进行对比实验时,当前最佳的暗场照明方法的平均精度均值(mAP)最大仅为34%,而本文方法均接近80%,有显著的提升。

• 不平衡分布的数据驱动故障诊断的研究进展

  李 川，伍依凡，杨 帅

  故障诊断是工业系统健康监测的重要内容,现有的数据驱动故障诊断方法多是利用类别平衡的数据集进行建模的。但在实际应用中,工业系统往往产生大量类别不平衡的样本,给数据驱动故障诊断带来挑战。这一问题受到了学术界和工业界的广泛关注,围绕该方面的研究取得了丰硕的成果。但是,目前针对不平衡分布的数据驱动故障诊断的研究进展综述相对较少,因此无法明确现实的挑战以及未来的研究方向。本文针对不平衡分布的约束问题,从数据驱动诊断方法和诊断应用场景这两个方面综述了国内外的研究进展,并提出了面临的挑战及未来的展望,为故障诊断的研究与应用提供参考。

• 基于多尺度加权形态网络的燃气流量计健康状态评估

  胡 凡，张 永，谢林柏

  燃气流量计是天然气贸易计量的重要仪器,而其健康状态的改变会造成计量偏差。为了减少燃气企业的经济损失,本文提出了一种基于多模态数据扩充、形态学特征学习和多尺度自适应加权形态学网络的燃气流量计健康状态评估方法。首先,采用基于Wasserstein距离和谱归一化的ACGAN算法进行数据扩充。其次,针对燃气流量计振动信号数据的复杂性和噪声影响,提出了一种基于平均帽变换的形态学方法提取信号的正负脉冲信息。最后,针对非平稳、变工况的工业条件,引入多尺度自适应加权形态学网络,采用具有不同结构元素尺度的多个分量来分别提取脉冲信息,并利用自适应加权融合来增强提供强脉冲分量的尺度。通过实验结果表明,所提出的方法对燃气流量计健康状态评估的准确度超过94%。该方法对实际燃气贸易计量有重要的应用价值。

• 基于性能退化的智能脱扣器电源模块健康状态预测

  李 奎，赵伟焯，戴逸华，王 尧，王 阳

  一般情况下电子产品在失效前性能已经发生退化,而传统的寿命预测方法没有利用退化信息。以智能脱扣器电源模块为研究对象,分析MOSFET开关周期和电路薄弱环节储能电容退化之间的关联关系,提出将MOSFET开关周期作为电源模块性能退化的特征量,建立以MOSFET开关周期为特征参量的智能脱扣器电源模块性能退化模型;将电源模块划分为健康、注意和危险3种健康状态,确定健康状态转移图和转移时间的计算方法,建立其健康状态评估模型;对电源模块进行温度应力下的加速退化实验,验证性能退化模型和健康状态评估模型,并预测电源模块在40℃工作环境下由健康状态转移至注意状态的平均转移时间为3906天,转移至危险状态的平均转移时间为9296天。

• 基于动力学模型的滚动轴承磨损特性分析

  曹 正，康梓秦，樊中鼎，刘先增，刘永斌

  本文建立了考虑轴承游隙、摩擦力和打滑的非线性滚动轴承动力学模型,并将动力学模型与Archard磨损理论结合,对轴承滚道磨损特性进行研究。首先通过动力学方程,计算出滚动轴承运行过程中的非线性接触力与接触表面滑移速度;然后将计算结果带入磨损模型中,获得滚动轴承外滚道磨损分布;根据磨损后的滚动轴承径向游隙,更新动力学模型,研究轴承磨损特性以及轴承振动响应,并研究不同表面粗糙度下轴承磨损分布的变化趋势,结果表明:表面粗糙度对轴承磨损性能有较大影响,轴承表面粗糙度σ=0.42μm时外圈磨损速度是σ=0.2μm的6.9倍。本文研究成果为滚动轴承系统运行状态评估与寿命预测提供了理论基础。

• 基于分层分块堆叠状态相关降噪自编码器的流程工业过程运行状态评价

  刘 炎，马 喆，褚 菲，王福利

  本文针对不同运行状态数据差异度小、数据易受强噪声干扰而且具有多工序的流程工业过程,提出了一种基于分层分块堆叠状态相关降噪自编码器(HMSPDAE)的过程运行状态评价方法。首先,根据工艺特性对全流程进行层次结构划分。然后,提出一种堆叠状态相关降噪自编码器模型,用于提取各个子工序及全流程过程数据中与运行状态密切相关的深层特征,进而建立基于HMSPDAE的全流程评价模型。所提方法可以有效降低模型复杂度、增强模型的可解释性。最后,以湿法冶金过程为背景进行仿真验证,结果表明HMSPDAE在两个不同实验中的评价准确率分别达到99.5%和99.38%,均优于其他方法,验证了所提方法的有效性和优越性。

• 一种 MEMS 三维电场传感器抗电荷干扰方法研究

  张 巍，张洲威，彭春荣，夏善红

  三维电场传感器具有广泛的应用需求。在传感器应用环境中存在空间电荷的条件下,带电粒子有可能在电场传感器表面产生电荷积累,对电场检测造成干扰,这是影响测量准确性的一个关键因素。尤其对于MEMS三维电场传感器,尚缺乏相关的机理研究和解决方案。针对这个问题,作者探究了表面电荷积累对传感器感应待测电场的影响,分析了电荷积累产生的干扰与传感器结构尺度的关系,并通过有限元仿真和实验验证了理论分析的正确性。在此基础上,提出一种通过对传感单元感应信号的差分解算消除传感器表面电荷积累对电场测量影响的方法。本文研制出抗电荷干扰的三维电场传感器样机。实验表明,在0~30kV/m待测电场范围内,传感器测量误差在4.2%以内。

• GIS 局部放电光学传感器仿真设计与试验研究

  李 泽，钱 勇，赵九一，盛戈皞，江秀臣

  在气体绝缘开关设备(GIS)的光学局部放电检测中,光学传感器是检测系统的核心部件。该文针对导光柱光学局部放电传感器的设计开展了仿真和实验研究。首先,基于TracePro仿真软件,对导光柱的前置微结构和长度进行设计,提出了一种用于GIS局部放电检测的导光柱光学传感器。随后,搭建GIS光学局部放电实验平台,研究了不同前置微结构和长度的导光柱的实际检测效果。仿真与实验结果均表明:前置微结构为凹锥,长度与罐体内壁平齐的导光柱传感效果较好。仿真与实验结果一致,证明了设计的可行性和仿真模型的正确性。最后,在该仿真模型中设置了多个探测面和探测点,观察并分析了各探测面的总光辐射度分布图和各探测点的光辐射度值。不同探测点接收的光辐射度值与部件遮挡以及直射光强弱有关。以放电源y-115为例,P1探测面上的光斑集中在150°~210°附近,P2探测面上的最优探测点主要位于在30°和330°附近。研究成果将为GIS光学局部放电传感器的研制提供参考依据。

• 面向气象探空的微型热敏电阻设计及性能研究

  刘 熠，王军华，霍 鹏，常爱民，姚金城

  针对高空气象探测用温度传感器存在响应时间长、测温精度差以及辐射误差大等现状,研制了一种封装体积小、响应速度快、抗辐照能力强的温度传感器。采用固相法制备了Mn-Ni-Cu-Fe-O基片状热敏电阻,尺寸分别为0.4mm×0.4mm×0.25mm与0.6mm×0.6mm×0.25mm。在片状热敏电阻敏感元表面依次沉积绝缘膜和铝金属反射薄膜。结果表明,研制的热敏电阻在-80℃~60℃范围内,其阻值范围分别为1000kΩ~4.2kΩ与375kΩ~1.6kΩ;热耗散系数为1.034mW/℃,响应时间为0.63s。利用太阳光模拟器对热敏电阻进行太阳辐射测温误差研究,在100W/m2的辐照强度下测温误差最小为0.22℃。该热敏电阻有望应用在高空气象探测的探空仪中。

• 六相串联三相双 PMSM 驱动系统低速区转子位置角高精度解耦观测研究

  陈 涛，周扬忠

  静止坐标系下通过控制不同平面的电压矢量可以实现六相串联三相PMSM系统中两台电机的独立解耦控制。基于此,在静止坐标系下六相平面和三相平面同时注入旋转高频电压,通过解调对应平面高频电流的负序分量,解耦获得两台电机的转子位置角初步观测值。为了补偿定子电阻、转速和滤波器对观测带来的误差,利用高频电流正序分量中误差角信息与转速前馈相结合的补偿方法,对转子位置角观测值进行补偿。实验结果表明,六相和三相电机稳态转子位置角观测误差绝对值的平均值为0.146和0.106rad,动态下最大误差为0.2rad;基于观测的转子位置角构建的无位置传感器直接转矩控制系统低速各种运行工况性能优越。

• 基于模糊函数多维结构度量特征的雷达辐射源信号流在线分选

  普运伟，陈新杰，余永鹏，戴子瑜

  针对现有雷达辐射源信号(RES)特征信息易受噪声影响、分选时效性低等问题,提出一种基于模糊函数多维结构度量特征的信号数据流在线分选方法。首先,应用图像全局相似性思想,以积分加速后的非局部均值平滑方法对信号模糊函数进行去噪处理。其次,从处理后模糊函数的主、侧两个角度提取多维度结构分布特征,形成特征向量。最后,优化了一种半监督学习分选模型并在线作用于不断输入的信号特征向量流,得到实时分选结果。实验结果表明,在先验数据量较少的情况下,所提方法在8~18dB的信噪比环境中均可保持99%及以上的分选成功率,即使处于2dB环境下,准确率仍可达91.8%。同时,提取单个信号特征平均耗时仅需0.29s。结果验证了所提方法的有效性和实时性,具有一定工程价值。

• 模型和盲源分离融合的运动鲁棒视频心率检测

  成 娟，武梦影，宋仁成，刘 羽，陈 勋

  远程光电容积描记法(rPPG)是一种基于视频的非接触心率检测技术,由于其携带的血容量脉搏(BVP)信号幅值微弱易受运动噪声影响。本文提出一种融合色差模型和盲源分离的运动鲁棒视频心率检测技术。一方面,对每个感兴趣区域(ROIs)采用色差模型并时延构建多通道数据集,凸显准周期变量同时抑制无规律运动噪声;另一方面,采用联合盲源分离提取共同包含于两个数据集中的BVP源分量向量(SCVs),筛选合适的SCV确定为BVP信号,从而计算心率值。所提方法在数据库UBFC-RPPG和ECG-Fitness上验证并与其他方法对比,在剧烈运动场景下性能最佳,心率HRmae=9.93bpm,HRrmse=16.17bpm,相关系数r=0.75,为rPPG技术的实用化进程提供了解决思路。

• 基于信号特征分析和多小波变换的机械手滑动觉感知研究

  孙世政，秦鸿宇，何盛港，陈仁祥

  针对机械手抓取目标过程中滑移特征信号辨识困难问题,提出了多小波变换滑动觉特征检测方法。首先,研究基于FBG传感的柔性触滑觉感知机理,设计非对称梁式双层“十字”型分布传感单元结构,分析了搭载该触滑觉传感器的机械手多阶段动态抓握信号特征;其次,构建触滑觉感知实验平台,开展了动态抓握过程的触滑觉感知实验;然后,基于db10小波降噪方法对滑动觉感知信号降噪处理;最后,提出Mexicanhat连续小波和一阶Haar离散小波的滑动觉信号特征分离和感知方法,并进行了相关实验研究。实验结果表明,在小波细节系数检测阈值±2×10-4作用下,不同抓握力的滑动检测平均准确率可达98.88%,可以精确识别被机械手抓取目标的滑移状态。

• 基于共视法的电压源远程校准方法及一致性评价研究

  方立德，段思涵，唐 佐，李宜明，梁玉娇

  本文针对传统电压源校准方法存在的问题,提出了一种基于卫星共视法的电压源远程校准方法,该方法以非实物标准传递为基础,实现将标准器置于实验室而无需传递至现场进行远程校准,可解决引入附加误差的问题,通过设计基于共视法的电压源远程校准系统,建立校准模型,根据共视原理,实现标准端和被校端电压值远程比对,完成校准。本文对远程校准方法和传统校准方法在直流0~1V校准点校准结果进行了对比,结果显示两种方法的校准结果差距在5.2×10-5V以内。本文给出了两种方法在直流1V校准点的不确定度评定过程,并通过传递比较法对两种方法的校准结果进行了一致性评价,结果表明,远程法在1V校准点的扩展不确定度为9.18244×10-5V(k=2),且校准结果与传统法具有一致性。

• 基于 GA-模糊 RBF 的发电机组滑模自抗扰控制

  冯旭刚，黄鹏辉，张泽辰，王正兵，宋爱国

  针对燃煤发电机组风烟系统大惯性、大滞后、参数不稳定等特点,提出一种基于发电机组的滑模自抗扰控制策略。选择模糊径向基函数(RBF)算法辨识模型,以梯度下降法和遗传算法分别对神经网络权值进行粗调和细调,通过扩张状态观测器估计系统内外部扰动,将非线性状态误差反馈控制律与滑模控制策略相结合以克服系统惯性、滞后和扰动的问题,并设计Lyapunov函数验证控制系统稳定性。仿真结果表明,滑模自抗扰控制与串级比例-积分-微分(PID)控制、滑模控制和自抗扰控制相比,在模型适配的情况下,所设计的控制策略在38s达到设定值,无超调量;当向系统施加20%的反向阶跃干扰时,系统调节时间为39.5s,超调量为3.4%。在模型失配情况下的调节时间为43.2s,无超调量;当向系统施加20%的反向阶跃干扰时,系统调节时间为46.4s,超调量为3.87%。工程应用结果表明,一次风量控制偏差在±10000m3/h以内,相比串级PID控制策略波动范围降低21%,系统抗干扰能力和鲁棒性得到有效提升。