随着复杂系统诊断、预测和系统健康管理技术的不断发展,在新兴的工业信息系统和工业智能的推动下,数字孪生技术成为智能制造领域和复杂系统智能运行和维护领域的新兴研究热点。鉴于此,针对数字孪生技术在复杂工业系统和复杂装备领域的基本概念、应用前景、技术内涵以及发展趋势、已有初步研究规划和阶段性成果等进行梳理,归纳面向复杂工业系统和...
针对多金属离子极谱2阶导数信号易受外部环境和内部电路噪声干扰的问题,结合极谱2阶导数信号的峰形特点,提出一种基于改进经验模态分解(EMD)的极谱信号降噪方法。首先对信号进行EMD分解得到固有模态函数(IMF)分量,统计IMF分量中的局部极大值点数目,判断EMD分解是否停止;再根据IMF分量与原信号之间的关联度,将IMF分量分为3类,对不同类分量分别进...
近年来,谐波问题的出现对高压直流输电系统的高效运行提出了重大挑战。换流变压器作为其中的核心设备之一,准确计算其谐波激励下的损耗显得尤为重要。提出了一种新的铁心损耗计算模型,设计制作了产品级变压器铁心模型对新方法进行验证,并进一步对换流变压器在谐波激励下铁心损耗问题进行了分析。首先,利用爱波斯坦方圈测量得到变压器铁心材料的...
针对蠕动泵快速定容小流量、低流速、高粘性流体时出现气液共存导致精度低的问题,提出了一种基于电机频率曲线的蠕动泵的精确定容方法。首先对蠕动泵实验装置进行工作原理分析,建立了目标容量与电机驱动频率关系模型,并针对电机驱动频率曲线的不连续导致气泡产生的现象,提出了一种具有误差补偿的抛物线加减速曲线的电机驱动频率模型;然后对该模...
变压器油纸绝缘状态评估是一个具有多特征量的复杂问题,提出引入正、负参照点的改进层次分析-逼近理想解法(AHP-TOPSIS)绝缘状态评估模型。首先,应用回复电压(RVM)提取油纸绝缘状态的相关特征量,建立变压器油纸绝缘状态评估的层级结构;其次,应用层次分析法,以专家经验为指导依据确定特征量的权重系数;然后,分别将绝缘状态极为良好和老化极为严重...
为了准确定位声源所在空间位置,解决声源方位计算产生盲区问题,在分析方位估计算法基础上,建立四元传声器阵列模型,将各阵元间的相对位置关系转化为三维坐标,提出了一种声源全方位定位算法。将声源所在位置划分为4种情况进行研究,利用声源传播到各阵元时延值,对声源所在方位进行反演,得到声源坐标和角度。对定位性能进行分析,实验结果表明,该算...
为了揭示波长扫描方法中影响光纤光栅波长解调性能的因素,并为该方法的进一步发展提供必要的理论依据,开展了波长解调系统建模、仿真与实验研究工作。首先,根据信号的传输路径,建立了波长解调系统模型,并对波长解调原理进行了深入分析;接着,通过仿真计算详细研究了系统中光滤波器带宽、扫描范围与扫描范围内的有效采样点数、压电位移器的迟滞性...
为了实现电磁超声导波对管道中不同方向裂纹缺陷的有效检测,研究了超声导波螺旋向传播的机理,设计了用于管道斜向裂纹缺陷检测的电磁超声螺旋向导波换能器。基于毕奥萨伐尔定律,建立了螺旋向导波换能器等效闭合线圈的数学模型;推导分析了电磁超声螺旋向导波换能器的磁感应强度与螺旋向导波主声束传播方向的关系;实验验证了不同角度的螺旋向导波...
脉冲涡流检测广泛应用于工业设备的无损检测中,针对当前脉冲涡流无损检测中仍存在缺陷定量化难的问题,采用新一代磁阻传感器-隧道磁阻传感器设计阵列化脉冲涡流检测探头,对圆形缺陷开展了检测实验,并采用BP神经网络算法定量化评估圆形缺陷,最后验证了该定量化方法对非圆形缺陷的适用性。研究表明阵列化脉冲涡流检测探头差分信号峰值服从高斯分布...
齿轮故障振动信号具有多分量和调幅-调频等特点,导致振动信号耦合程度高、数据特征提取和识别难度大。提出了一种基于迭代经验小波变换(EWT)和稀疏滤波(SF)的振动信号故障特征提取和诊断方法。首先,利用尺度空间表示将齿轮振动信号的Fourier频谱自适应的划分为若干频带,并利用EWT将输入信号分解为若干本征模态函数(IMF);其次,利用互信息能量熵方...
提出基于Buck-Boost模块的高效的分层均衡电路拓扑结构,该均衡电路可实现用于储能以及电动汽车中串联电池组快速高效的均衡。根据均衡能量流向,分为两种不同的均衡过程:电池组能量从端侧向另一侧流动;电池组能量从中部向两侧流动。两种均衡过程可同时进行,且在不同层上的电流互不影响。该方案选取荷电状态(SOC)值在一定阈值范围之外的单体电池作...
高压直拉单晶炉的热场对磷化铟(InP)晶体生长过程有重要影响,存在缺陷的热场很难生长出合格的InP单晶,因此对InP晶体生长的热场进行优化设计与分析非常必要。提出了采用新型的碳/碳(C/C)复合材料加热器、复合固化硬毡为保温筒的热场结构,并通过仿真设计优化了InP单晶热场,解决了原有的以石墨加热器和碳纤维软毡为基础的InP单晶热场稳定性和对称...
为了消除环境温度变化等原因造成的多对极角度跳点问题,基于基因突变体筛选思想提出了一种多对极角度分辨率细分方法。首先针对磁电编码器结构进行磁、热场分析,研究磁、热场对磁电编码器角度分辨率的影响。在该研究基础上,依据基因对比筛选技术原理建立多对极磁电编码器参考基因组,将多对极角度极数以及多对极角度扇区数作为参考基因组成员。依...
工业机器人RV减速器重要零件行星架与摆线轮的圆周均布轴孔的位置度是一项关键制造参数。针对行星架与摆线轮类零件的圆周均布孔组,研制两台专用量仪,并提出一种处理算法,采用比较式测量的方法,利用多支传感器对孔组进行检测,获取各孔孔心的坐标,然后通过对旋转路径进行分段迭代与排序寻优,最终得到准确的位置度误差。整个测量过程操作方便,测量...
针对航姿系统误差随时间缓慢发散问题,提出基于零速的航姿误差补偿方法。以静基座或振动基座为环境条件,建立航姿系统的姿态误差和速度误差方程等,利用此时载体速度为零的特点,将航姿系统的速度输出作为观测量,设计航姿误差补偿滤波算法,并进行了计算机仿真与离线验证。仿真结果表明:补偿后航向精度优于±4.2′,水平姿态精度优于±0.5′,显著高于...
为了减少角度测量误差、提高含精密轴系的精密仪器的测量精度和精密机械的定位精度,回顾了古典阿贝原则及拓展理论,并将其推广到角度测量领域,定义了测角阿贝误差的概念,测角阿贝误差由阿贝角和阿贝臂共同作用产生。以关节类坐标测量机中精密轴系为例,使用光电自准直仪和平面镜对阿贝角进行测量,进而得到测角阿贝误差,实验结果表明测角阿贝误差...
基于多个矢量观测的姿态确定算法主要有三轴姿态测定(TRIAD)算法和基于Wahba问题的最优姿态确定算法,这些算法至少需要两个非共线矢量的完整观测信息,事实上,两个非共线矢量的完整观测信息对于确定姿态是信息冗余的。基于几何原理提出了在给定不完整双矢量观测信息时的最简姿态确定算法,它只需要包含两个非共线矢量的3个元素和剩下3个元素中的部...
无线传感节点的能量供给问题是影响物联网长时间准确测量的重要因素之一。将太阳能转化为电能,供无线传感节点使用,是解决无线传感节点长时间工作的途径。针对太阳能受环境因素影响较大的特点,提出一种基于长短时记忆递归神经网络(LSTM-RNN)的太阳能无线传感节点能量预测方法,通过预测的能量采集信息合理规划无线传感节点的能量使用,保障无线传...
针对兰姆波检测中的多模态现象对其缺陷检测效果的影响,进行了线形阵列单模态兰姆波选择方法研究。在对无限大板中线形阵列兰姆波传播问题理论分析的基础上,发展了一种基于遗传算法的线形阵列单模态兰姆波选择方法。在保持线形阵列激励幅值相同的情况下,通过将优化得到的时间延迟施加到线形阵列的各阵元,实现较单一模态兰姆波激励。同时,研究了...
针对金属氧化物气体传感器具有较长的响应和恢复时间与泄露气体源的及时报警或快速定位之间的矛盾,提出了一种气体信息快速感知的方法。所提方法首先将气体传感器近似为一阶线性惯性延时系统,然后使用双传感器重构了辨识模型,利用M序列构建模型输入,实现了对传感器时间常数的辨识;最后,根据辨识出的参数,使用传感器逆模型估计出气体浓度的真实输...
提出了一种基于微流体芯片的液压油多污染物检测方法,所设计的传感器由一个平面电感线圈以及插入平面电感线圈中心孔的金属导线组成,既能当作电感传感器,也能等效成一个圆柱极板电容传感器,从而可实现一个传感器检测多种参数变化量的目的。并且芯片采用竖直式流道有效防止了检测流道的堵塞现象。在搭建的检测系统上进行相关实验,实验结果证明了...
对航空发动机叶片三维叶尖间隙的动态检测可以间接拾取到叶片动态应变参数,获取更全面的叶片健康监测信息。双圈同轴光纤束由于其优良的抗电磁干扰、抗高温特性可以作为发动机叶片三维叶尖间隙动态检测的传感单元。依据双圈同轴光纤束三维位移输出特性模型,建立了3个双圈同轴光纤束基元组成结构的探头输出特性模型,分析了基元拓扑结构、基元间距...
虚拟现实技术给予了人们全新的人机交互体验,而可穿戴式力触觉反馈装置则可以增强这类交互过程中的沉浸感与真实感。提出了可穿戴式双通道指端力触觉反馈方法与系统,系统采用蓝牙的无线通信方式以减少对手部运动的干扰,由微型电机提供最大为2.91N的力觉反馈,由压电陶瓷振动器提供振动触觉刺激。装置重约110g,具有体积小、易穿戴、对手部运动约束...
情景交互式康复训练和效果评估需求患者主要关节的三维空间位置,已有的人体姿态估计方法需要患者佩戴多种传感器或光学标志,可能影响运动和导致心理不适。同时,Kinect自带的骨骼绑定算法在人体被部分遮挡时可能无法识别或误识别。为此,提出一种基于OpenPose和Kinect的三维人体姿态估计方法,并创新应用到康复训练中。首先描述了将OpenPose算法得...
鉴于现有双足机器人行走过程步态稳定性判据的不足和人类高效、稳定、协调的行走步态特征,提出一种基于人体行走运动特征及前庭平衡系统功能认知的步态稳定性判据,实现对步态稳定性的定量判别。根据人体行走运动特征和人体前庭平衡系统工作原理,将表征人体运动步态稳定性特征的矢状面质心角动量、质心前向加速度、零力矩点与中心力矩轴的前向距...
为了提升快速运动环境中移动机器人视觉里程计的精度,提出一种移动机器人混合的半稠密视觉里程计算法。首先,利用鲁棒性强且适用于相机快速运动的特征点法快速追踪相机位姿,并根据深度不确定性分别建立3D-2D的重投影误差以及3D-3D几何误差,提出改进的运动位姿求解方法,为半稠密直接法提供更准确的初始位姿;其次,采用Sobel卷积核获取图像中梯度明...
为准确、自动地进行高分辨率遥感图像地物目标对象分割,提出一种基于狄利克雷过程混合模型(DPMM)和马尔可夫随机场(MRF)的无监督对象分割方法(DPMM-OMRF)。首先,使用网格划分超像素为基本对象;其次,使用多维高斯分布构建DPMM先验,并使用相似性度量构建MRF先验,二者以自适应权重方式相结合作为DPMM-OMRF模型的先验分布;然后,在贝叶斯框架下,将基...
医学图像三维重构是一种重要的计算机辅助可视化技术,对医学诊断和辅助治疗具有重要影响。在胸腔CT图像中,肺部组织密度远小于胸腔壁、骨骼等组织。因此,在对肺组织进行三维建模的过程中,肺部易被组织遮挡,严重影响其三维观测和定量分析。提出了一种针对胸腔CT序列肺部组织的非遮挡三维重构方法。首先提出一种全局最优的混合活动轮廓模...
部分实性肺结节(PSPN)中实性成分的精确分割在肺结节的临床诊断中具有重要意义。针对PSPN中实性成分边界模糊、亮度不均匀且易发生血管黏连的问题,提出结合小波能量和汉森矩阵指数的PSPN实性成分分割算法。首先通过小波变换将图像的亮度转变成小波系数,结合低频小波系数和高频小波系数获取小波能量,构建基于小波能量的活动轮廓模型区域项,以便加...
为实现汽车刹车片外观质量机器视觉检测照明系统设计质量检验,设计了一种基于图像灰度特征指标的自动定量检验方法。采集不同照明系统工作条件下的刹车片图像及其照度均值和标准差;在图像分割的基础上,提取出灰度图像中汽车刹车片区域的7项灰度特征指标;基于7项图像灰度特征指标与照度均值、标准差的相关性分析,确定使用灰度分布程度V表征照度均...
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