重庆理工大学学报（自然科学）

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刘军, 刘皓皓, 顾洪钢, 王菁菁

2023 (4): 1-9.

摘要 ( 270 )

PDF(2802KB) ( 279 )

为提高智能车辆在复杂道路条件下的路径跟踪能力与行驶稳定性，提出了一种基于ＡＦＳ（主动前轮转向）与ＤＹＣ（直接横摆力矩控制）协调控制的智能汽车路径跟踪控制方法。为保证车辆在复杂道路条件下的路径跟踪精度，在车辆２自由度模型及单点预瞄模型的基础上，控制预瞄时间使其自适应跟踪目标路径；在ＤＹＣ设计时，考虑到横摆角速度和质心侧偏角量纲不同，采用无量纲方法设计横摆力矩滑模控制器，并采用单轮制动的方式实现附加横摆力矩的分配；同时，为了使ＡＦＳ和ＤＹＣ的工作效果得到充分发挥，基于车辆失稳侧滑时的前轮临界转角，采用加权分配函数的方式保证协调控制的平顺性。基于ＣａｒｓｉｍＳｉｍｕｌｉｎｋ联合进行鱼钩工况及双移线工况下的试验仿真，并与独立控制对比。试验结果表明：协调控制在满足对复杂道路条件跟踪准确性的同时可有效改善智能车辆行驶时的操纵稳定性，具有更好的鲁棒性。

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面向切入场景的变权重自适应巡航控制策略

李旭, 谢宁, 王建春

2023 (4): 10-18.

摘要 ( 158 )

PDF(3325KB) ( 227 )

为了解决自适应巡航控制系统因旁车道车辆切入识别较晚，造成驾驶员舒适性降低甚至出现危险的问题，提出了一种基于支持向量机（ＳＶＭ）识别切入车辆并实时调整模型预测控制（ＭＰＣ）权重参数的控制策略。提取真实交通车辆换道特征，采用支持向量机算法训练出前车切入识别模型。基于模糊控制理论设计权重调整机制，优化ＭＰＣ控制器得到期望加速度。在Ｐｒｅｓｃａｎ、Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ及ＮＩ实时系统的环境下搭建硬件在环试验平台，对不同切入工况进行对比分析。结果表明：控制策略能够提前切换跟随目标，降低纵向加速度的波动，避免车辆强制动现象，提高系统的舒适性及安全性。

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纯电动汽车自适应巡航控制研究

杨铭菲, 田杰

2023 (4): 19-26.

摘要 ( 204 )

PDF(2163KB) ( 235 )

选择四轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象，运用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＣａｒＳｉｍ２０２０对自适应巡航控制系统进行研究。制定了纯电动汽车自适应巡航控制系统整体架构，并对纯电动汽车的纵向动力学进行了分析，随后选择了一种合适的安全距离模型以保证车辆行驶的安全性，运用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建了所必需的雷达和轮毂电机模型。采用ＣａｒＳｉｍ２０２０搭建自车与前车的车辆模型以及仿真环境。基于ＰＩＤ控制算法和线性二次型调节器（ｌｉｎｅａｒｑｕａｄｒａｔｉｃｒｅｇｕｌａｔｏｒ，ＬＱＲ）分别搭建出定速巡航和距离保持的上层控制器，再通过车辆纵向动力学搭建下层控制器。通过Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＣａｒＳｉｍ２０２０搭建联合仿真模型，在加减速工况下对定速巡航和距离保持控制器进行仿真研究。仿真结果表明：所设计的控制系统能够较好地实现定速巡航和距离保持功能，具有良好的实用性和有效性。

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基于蚁狮算法优化的ＬＱＲ横向跟踪控制策略

王柏林, 李云伍, 赵颖

2023 (4): 27-38.

摘要 ( 177 )

PDF(5513KB) ( 193 )

为解决线性二次型调节器（ＬＱＲ）在经典固定权重系数下对大曲率参考路径适应性不佳致使车辆跟踪精度与稳定性欠佳的问题，设计了一种基于蚁狮算法（ＡＬＯ）优化的带有预瞄前馈转角补偿的自适应权重系数ＬＱＲ控制器以进行路径横向跟踪。基于２自由度车辆动力学横向跟踪误差模型设计了经典ＬＱＲ控制器。采用预瞄前馈控制消除误差模型简化带来的稳态误差。提出以横向距离偏差、航向角偏差和输出前轮转角为评价函数，基于蚁狮算法优化的自适应ＬＱＲ权重系数修正策略。通过实车测验，验证了控制器在实车环境下的控制效果。结果表明：所设计的控制器能够适应大曲率参考路径，并兼顾路径跟踪精准性和行驶稳定性，同时针对不同车速鲁棒性表现优异。

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复杂交通环境下的智能汽车局部轨迹规划方法的研究

刘东, 聂枝根, 周贻

2023 (4): 39-49.

摘要 ( 187 )

PDF(4004KB) ( 282 )

对于复杂交通环境下智能汽车的实时轨迹动态规划的问题，提出了一种基于Ｆｒｅｎｅｔ坐标的智能车辆局部轨迹规划的算法。利用三次样条曲线拟合道路中心线，得到道路参考线。通过初始状态和目标状态，采样得到四次多项式和五次多项式候选轨迹的集合。综合考虑智能车辆行驶安全性、候选轨迹的横向与纵向加速度变化及全局轨迹追踪能力，设计了安全性代价函数、轨迹舒适性代价函数和轨迹偏移量代价函数，评价轨迹成本。最后通过仿真结果可知，该算法可以实时性得到既舒适又安全的轨迹。且设计了多种类型的道路，其中包括具有单个匀速和变速障碍物的双车道连续弯道，具有多个匀速和变速障碍物的三车道弯道，来测试该方法。测试结果表明：该算法能有效改善复杂动态环境下的避障能力。

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改进麻雀搜索算法的智能车路径规划研究

陈佳峻, 范英, 代晓文

2023 (4): 50-56.

摘要 ( 218 )

PDF(1401KB) ( 182 )

针对麻雀搜索算法存在的收敛速度慢和容易陷入局部最优等缺点，提出了一种改进的麻雀搜索算法。首先，使用ＩＣＭＩＣ混沌映射函数初始化种群，提高种群多样性，以此来增强麻雀种群在未知环境的探索能力。其次，对麻雀算法位置更新公式进行修改，对位置更新公式进行优化，提高算法的收敛速度。最后，设计３个不同的栅格地图，将改进后的麻雀搜索算法与原始算法在此地图中进行路径规划对比，验证改进麻雀搜索算法的性能。实验结果表明：改进后的麻雀搜索算法在智能车路径规划问题中有着更好的表现，具有更快的收敛速度和更好的寻优能力。

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智能网联汽车行驶的安全风险评价模型

张诗波, 查治涌, 胡文浩

2023 (4): 57-63.

摘要 ( 241 )

PDF(850KB) ( 319 )

随着智能网联汽车普及率的提高，智能网联汽车行驶的安全风险日益凸显。将ＳＨＥＬＬ模型应用于智能网联汽车领域，按照人车环境软件的架构系统梳理智能网联汽车行驶的风险因素２２项，引入风险矩阵法与Ｂｏｒｄａ序值法相结合对智能网联汽车行驶安全进行综合分析评估，通过实际案例分析得出了９个风险严重等级并给出针对性对策，可为车辆开发、运行和安全设计提供相关依据。

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制动与转向多模式下的智能车避撞系统

李根, 王晓佳, 张东光

2023 (4): 64-76.

摘要 ( 150 )

PDF(6326KB) ( 208 )

针对智能车安全距离模型和避撞策略过于单一等问题，提出了一种复杂工况下的车辆制动与转向协调避撞策略。根据前车的行驶情况，划分为４种驾驶模式，考虑避撞系统时滞、路面附着系数和车速的影响，建立了纵向安全距离模型；同时在转向避撞策略中，根据目标车道前后方车辆的驾驶状态，考虑前车宽度以及转向后安全间距的因素，建立了转向避撞的安全距离模型；对于较高车速、较短车距的工况，设计了先制动后转向的安全距离模型。通过不同临界安全距离，设计了一种制动与转向多模式下的车辆避撞决策逻辑。结果表明，车辆在３种不同的复杂工况下，都能选择合适的避撞策略，充分提高了车辆的避撞能力。

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智能汽车横向滑模变结构控制

谭伟, 郭志勇, 米林

2023 (4): 77-84.

摘要 ( 161 )

PDF(1965KB) ( 107 )

：车辆模型的非线性以及道路参数的不确定性在某些工况下严重影响智能汽车控制器的鲁棒性，导致智能汽车在行驶过程中偏离规划路径。根据车辆２自由度动力学模型与横向误差模型建立横向运动状态方程，设计横向滑模控制算法，并采用神经网络进一步优化系统及外部干扰控制误差，形成横向滑模变结构控制策略，应用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论验证了控制策略的稳定性。建立Ｍａｔｌａｂ／Ｃａｒｓｉｍ联合仿真模型，对滑模变结构的横向控制策略进行仿真验证。仿真结果表明：在高速小转角工况下，与单一滑模控制策略相比，滑模变结构控制策略的横向控制最大误差可减小３８％，同时该控制策略对载荷的变化具有较好的鲁棒性。

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改进支持向量机的车辆定位导航精度提升方法

岳钰隽, 邱娜, 金志扬

2023 (4): 85-94.

摘要 ( 182 )

PDF(2674KB) ( 160 )

车辆定位导航是实现智能车辆环境感知的基础，为解决智能车辆在ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航下误差问题，提出一种基于蚁群算法改进支持向量机的车辆定位导航精度提升方法。首先，使用状态变换扩展卡尔曼滤波对组合导航进行初步降噪；其次，运用支持向量机及神经网络辅助导航，解决组合导航中位置误差较大、对导航效果产生影响的问题；然后，通过蚁群算法改进支持向量机，对支持向量机核函数参数进行迭代优化；最后，在实车采集数据集下，与神经网络辅助进行对比。结果表明：在东北天３个方向上，神经网络降低误差均方根值的效果达到了７２．８８％、６８．６６％、６３．８７％，而改进支持向量机的效果达到了８２．０９％、７９．６２％、９０．１４％。改进支持向量机能够辅助优化组合导航位置误差，提升车辆定位导航精度。

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考虑侧倾稳定性的智能卡车动态变道轨迹规划

周贻, 聂枝根, 刘东

2023 (4): 95-104.

摘要 ( 119 )

PDF(5202KB) ( 94 )

为实现智能卡车在实际交通环境下自主变道操作，提出了考虑侧倾稳定性的动态变道轨迹规划策略。考虑车辆悬架的动刚度特性和轮胎的非线性特性，应用ＴｒｕｃｋＳｉｍ软件建立整车动力学模型，进行不同车速和路面附着系数与变道纵向长度的正交仿真实验，建立临界最小变道纵向长度的数学模型。根据周围车辆状态的动态变化，通过避障检测获得安全变道界限。设计智能卡车的变道效率、车辆稳定性等目标函数，获得最优变道轨迹。搭建Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍ ｕｌｉｎｋ与ＴｒｕｃｋＳｉｍ联合仿真平台，进行规划策略的仿真分析。仿真结果表明：所提规划策略，智能卡车能够有效避免与周围动态车辆发生碰撞，成功完成变道，并保证了智能卡车在变道过程中的侧倾稳定性。

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封闭式智能网联汽车测试场可靠性评价方法

宗晨宏, 马健霄, 陆涛

2023 (4): 105-114.

摘要 ( 148 )

PDF(2782KB) ( 211 )

为研究封闭式智能网联汽车测试场对智能网联汽车自动驾驶性能测试的可靠性，建立了符合封闭式智能网联环境下４种典型测试场景的１８种测试工况。采用层次分析法构建智能网联汽车测试场评价体系，通过专家问卷法标定了４种典型测试场景的１８种测试工况对应的权重系数，引入场地测试车辆饱和度、单次实验通过率、综合实验通过率与测试信度系数等评价指标，提出封闭式智能网联汽车测试场可靠性评价方法。以达安智能网联汽车测试场为研究对象，基于Ｐｒｅｓｃａｎ仿真软件、ＳｋｅｔｃｈＵｐ三维绘图软件以及Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模软件进行虚拟场景搭建及联合仿真，对所提出的评价方法进行验证。结果表明，该评价方法对于封闭式智能网联汽车测试场的设计改善与测试评价方面具有较好的适用性。根据评价结果可以指导测试车辆选择合适的场地道路，并对测试场的设计和建设提出改善措施和优化建议。

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热塑性纤维金属层板抗冲击性能研究与优化

亓昌, 付利荣, 刘海涛

2023 (4): 115-122.

摘要 ( 152 )

PDF(3823KB) ( 97 )

为研究热塑性纤维金属层板的抗冲击性能，通过拉伸实验测量所用复合材料力学性能，为有限元仿真建模提供材料参数。采用２０２４Ｔ３铝合金与玻璃纤维增强改性聚酰胺６复合材料预浸料制备正交铺层热塑性纤维金属层板，并对其进行落锤低速冲击实验。利用ＬＳＤＹＮＡ建立数值仿真模型并计算，仿真结果与实验结果误差在１０％以内，证明建模方法与材料参数的准确性。针对每层铝板厚度与复合材料铺层层数，选取碰撞峰值力ＰＣＦ、等厚度吸能量ＴＥＡ和层合板质量Ｍ为目标函数，对纤维金属层板进行多目标优化设计。结果表明：优化后纤维金属层板抗冲击性能与轻量化指标均得到有效提升，为工程实际应用提供参考。

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活塞环表面液相等离子体电解碳硼共渗研究

赵卫东, 朱昭君, 姚江微

2023 (4): 123-132.

摘要 ( 89 )

PDF(3705KB) ( 83 )

活塞环表面强化可减少活塞环缸套摩擦磨损，提高机械效率，是商用车低碳化战略实现的重要途径与保障。为提升活塞环性能，尝试采用液相等离子体电解碳硼共渗（ＰＥＣ／Ｂ）的技术方案，进行了活塞环表面改性的研究，系统探究了操作参数对工件表面形貌、硬度、相组成、截面形貌、元素分布和摩擦学性能的影响规律。研究结果表明，改性层主要由渗硼层和渗碳过渡层组成，渗硼层主要组成相为Ｆｅ２Ｂ，渗碳过渡层的主要组成相为Ｆｅ３Ｃ，渗碳处理可有效提升渗硼效率。改性层厚度最大可达１５μｍ以上，渗硼层硬度最大可达１４６０ＨＶ。经碳硼共渗处理后，工件的摩擦因数、磨损率约为未处理工件的１１％、７％，摩擦学性能显著提升。液相等离子体电解碳硼共渗为活塞环性能的提升提供了切实可行的技术途径。

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补锂粘结剂羧甲基纤维素锂（ＣＭＣＬｉ）的合成与应用研究

邱磊, 李富, 杨稳

2023 (4): 133-140.

摘要 ( 382 )

PDF(2361KB) ( 503 )

以纤维素粉和乙醇锂为原材料，通过ＩＲ分析显示成功合成得到羧甲基纤维素锂（ＣＭＣＬｉ）。分别以ＣＭＣＬｉ和羧甲基纤维素钠（ＣＭＣＮａ）作为锂离子电池负极粘结剂进行研究，发现ＣＭＣＬｉ表现出比较优秀的悬浮和分散性能，不与电解液发生反应，稳定性好。同时，在相同条件下，ＣＭＣＬｉ可以提高电极的压实密度、吸液速率和吸液量，减少极化现象，降低内阻１０％左右，减少物理反弹约１４．５％，使得充放电比容量提高约１％，剥离强度提高约９．８％，首效提高约２％，循环寿命延长约１２％，有着非常优秀的补锂效果。

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脉冲磁场去除钢中Ａｌ２Ｏ３夹杂物的研究

罗坤坤, 李涛, 李莉娟

2023 (4): 141-150.

摘要 ( 111 )

PDF(5075KB) ( 158 )

为了探究脉冲磁场对钢中Ａｌ２Ｏ３夹杂物的去除效果，使用中频感应炉进行了熔炼实验。利用ＣＯＭＳＯＬ多物理场软件对脉冲磁场作用下钢液流场和不同尺寸夹杂物的去除行为进行了数值模拟，将数值模拟与实验结果相结合，探讨了脉冲磁场作用对钢中Ａｌ２Ｏ３夹杂物的去除机制。实验发现，施加脉冲磁场处理后，钢中Ａｌ２Ｏ３夹杂物整体含量减少，小尺寸的Ａｌ２Ｏ３夹杂物数量百分比降低，大尺寸的Ａｌ２Ｏ３夹杂物数量百分比有所增加，表明施加脉冲磁场促进了Ａｌ２Ｏ３夹杂物的去除和碰撞长大。数值模拟结果表明，施加脉冲磁场处理时，钢液中形成上下双环流，促进了夹杂物的去除，且夹杂物尺寸越大，去除效率越高；同时，夹杂物大部分被分离至壁面，与实验观察结果一致。

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搅拌头结构对铝／钢搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

韩世伟, 周长征, 彭小洋

2023 (4): 151-156.

摘要 ( 122 )

PDF(2251KB) ( 126 )

为研究不同搅拌头结构对接头组织和力学性能的影响，对３ｍｍ厚的６０６１铝合金与３０４不锈钢进行了搅拌摩擦焊对接试验。结果表明：随着搅拌头由圆柱搅拌头改进至圆锥＋螺纹搅拌头，Ｃ型特征愈发明显；螺纹搅拌头促进了材料在水平方向和轴向的流动，得到的接头钢粒均匀且细小地分布在界面处；３种接头在焊缝区域的显微硬度变化规律相似，使用圆锥＋螺纹的搅拌头时，焊缝区域的硬度更高；圆锥＋螺纹搅拌头的接头平均抗拉强度为１９７．２ＭＰａ，高于无螺纹搅拌头，断裂于铝侧热影响区处，断口表现为典型的韧性断裂模式。

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采用特征变量选择和长短期记忆网络的高速公路交通事件检测研究

张兵, 张校梁, 屈永强

2023 (4): 157-165.

摘要 ( 133 )

PDF(2302KB) ( 146 )

为提升高速公路交通事件检测效果，依据交通事件发生时上、下游交通流参数的变化特性，构建一组相对全面的交通事件检测初始特征变量集，使用随机森林－交叉验证递归特征消除（ＲＦＲＦＥＣＶ）算法筛选出重要特征变量。利用重要特征变量作为输入训练长短期记忆网络（ＬＳＴＭ），通过贝叶斯优化算法（ＢＯＡ）优化ＬＳＴＭ网络的超参数。使用真实高速公路数据进行验证和对比分析，采用ＢｏｒｄｅｒｌｉｎｅＳＭＯＴＥ解决交通数据集的不平衡问题。实验结果表明：筛选出对交通事件检测更为敏感的重要特征变量，可以提高检测精度，ＬＳＴＭ的检测效果也明显优于随机森林（ＲＦ）和支持向量机（ＳＶＭ）。

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结合注意力机制的ＹＯＬＯｖ５红绿灯检测算法

邓天民, 王春霞, 刘金凤

2023 (4): 166-173.

摘要 ( 377 )

PDF(3497KB) ( 519 )

针对现有交通灯算法对小目标、遮挡目标检测识别效果不佳等问题，提出一种基于注意力与多尺度特征融合的ＹＯＬＯｖ５检测算法（ＹＯＬＯｖ５ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎａｔｔｅｎｔｉｏｎａｎｄｍｕｌｔｉｓｃａｌｅｆｅａｔｕｒｅｆｕｓｉｏｎ，ＡＭＹＯＬＯｖ５）。通过在残差结构中引入坐标注意力模块，提高对小目标的特征提取能力；设计四尺度检测层，通过引入更浅层特征改善对小尺度目标的检测性能，提高检测精度；针对引入注意力和检测层导致计算量增大、速度降低的问题，采用分布移位卷积替换部分主干卷积的方法，简化模型，提升速度。实验结果表明：该算法在Ｌａｒａ数据集上平均精度均值达到９０．８％，相较于经典ＹＯＬＯｖ５算法，精度提升２．７％，速度达到５９．９ＦＰＳ，在复杂恶劣环境下的ＢＤＤ１００Ｋ数据集上，精度提升３．６％，速度达到３４．８ＦＰＳ，具有良好的检测效果，能较好地满足交通灯的实时检测。

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中文慕课评论情感识别语料库的构建与应用

魏晓聪, 于澜

2023 (4): 174-181.

摘要 ( 152 )

PDF(1704KB) ( 189 )

中文在线教育评论情感识别在很大程度上受到有标注数据不足的限制，针对此问题，基于８０６门中国大学ＭＯＯＣ以自动和人工相结合的方式构建中文慕课情感识别语料库，共计１０３４０条评论，其中褒义５４１１条，贬义４９２９条，保证了语料库的平衡性和学科覆盖的广泛性。制定语料收集和预处理策略、标注规范、标注体系、一致性检测方法；提出了神经网络模型以及基于大规模预训练语言模型的情感识别方法；实现了情感识别结果面向教学管理部门、教师２种使用角色的应用。该语料库为面向在线教育评论的情感分析研究奠定数据基础，对赋能教学评价、助力智能教学系统具有重要意义。

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一种基于球邻域空间体素切分的特征描述方法

张健, 杨炯

2023 (4): 182-191.

摘要 ( 106 )

PDF(4448KB) ( 120 )

针对复杂干扰场景中３Ｄ特征描述子描述性和稳定性低的问题，提出了一种基于球邻域空间体素切分的特征描述方法。此方法由一种稳定的局部参考坐标系ＬＲＦ（ｌｏｃａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅ）和一种基于体素表达的特征描述子组成。对于ＬＲＦ，以加权的协方差矩阵计算Ｚ轴，以加权的点云投影向量之和作为Ｘ轴，Ｙ轴由二轴的叉乘得到。对于特征描述子，对球邻域进行空间切分，通过判断每个空间体素内是否含有点来确定体素标签值，最后按照体素索引编码得到该关键点的特征信息。实验证明：该方法相比于其他描述子，对噪声、点云表面分布不均、散乱遮挡等干扰具有优异的性能，并且具有良好的泛化性，配准实验进一步验证了该描述子的有效性。

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ＴＤ-ＬＳＴＭ-Ｓ模型在二氧化碳浓度预测中的应用

付子骏, 吴永明, 徐计

2023 (4): 192-199.

摘要 ( 167 )

PDF(2211KB) ( 179 )

针对传统预测模型无法利用多元数据变量间内在联系的问题，提出了基于张量分解和序列最小二乘规划（ＳＬＳＱＰ）优化的长短期记忆神经网络（ＬＳＴＭ）模型ＴＤＬＳＴＭＳ。在模型中将数据构建成张量并对其进行分解与优化，使数据能够保留变量间的内在联系，采用ＳＬＳＱＰ算法进行优化，使ＬＳＴＭ能够有效利用变量间的内在联系，提高模型的预测性能。实验结果表明：提出的ＴＤＬＳＴＭＳ模型较传统模型具有更高的预测性能。

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视觉定位检测中基于最大信息熵的特征优化方法

韩金彪, 赵津, 刘畅, 唐雄

2023 (4): 200-208.

摘要 ( 120 )

PDF(6399KB) ( 313 )

为了提高移动机器人在未知环境中执行复杂任务的能力，结合最大信息熵概念、同步定位与地图构建（ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍａｐｐｉｎｇ，ＳＬＡＭ），提出一种视觉定位与检测系统。以ＯＲＢＳＬＡＭ２检测算法为基础，在均匀分布的前提下，通过寻找单目视觉下具有最优先验信息的特征点，选择具有最大信息熵的前Ｎ个特征进行二次优化使其快速收敛，实现高精度定位。为了验证算法的有效性，结合ＹＯＬＯＶ４目标检测进行实物测试，证明在嵌入式移动设备中可实现实时定位、检测等功能。实验结果表明：所提出算法在ＴＵＭ和ＫＩＴＴＩ数据集上的定位精度均有提升，算法在多场景、多设备下均优于原始算法。

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面向家庭用电负荷分解的时间卷积注意力网络

刘政, 刘鑫, 刘伟

2023 (4): 209-216.

摘要 ( 103 )

PDF(2392KB) ( 113 )

针对传统深度神经网络分解模型准确度不能满足非侵入式负荷监测实际需求的现状，提出了一种基于时间卷积网络和注意力机制的负荷分解网络（ＴＣＮＡ）。采用序列到点的分解方法，使用改进的时间卷积网络为基础提取负荷数据特征，增加卷积核感受野，获取更多数据特征信息。模型结合注意力模块，提取到更加丰富和有价值的特征信息，提升了训练效率。在ＵＫｄａｌｅ数据集上的实验结果表明：该模型比现有的分解方法在分解性能和电器启停状态判断方面有明显提升。

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融合多重注意力机制残差网络的血细胞识别

倪锦园, 张建勋

2023 (4): 217-225.

摘要 ( 100 )

PDF(3999KB) ( 120 )

针对自然状态下血细胞识别精度不高、速度较慢等情况，提出一种融合多重注意力机制残差网络的血细胞分类方法。为提高网络运算速度，加强模型的非线性表达能力，提出了注意力混洗单元模块；为提高模型对血细胞特征的表示能力，嵌入了多重注意力机制；为了进一步减缓网络的过拟合现象，加强模型的泛化能力，优化了残差支路结构。实验结果表明，该模型在血细胞数据集上的准确率为９５．６７％，参数量为１３．２２Ｍ，与其他网络相比，所提出的模型具有更高的精确度，同时能保持较低的参数量。

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双馈风力发电系统双矢量模型预测电流控制

周有为, 刘述喜, 孙超俊

2023 (4): 226-234.

摘要 ( 111 )

PDF(5442KB) ( 273 )

针对双馈风力发电系统传统模型预测电流控制中电流波动和转矩脉动较大的问题，提出一种双矢量模型预测电流控制策略。在一个采样周期中进行两次电压矢量选择，将第一阶段的最优矢量作为第二阶段的初值，结合候选电压矢量作用时间，计算最小代价函数，使候选电压矢量范围扩大，电压矢量选择更加精确。仿真结果表明：所提出的策略可以实现对双馈风力发电系统的有效控制，与矢量控制和传统模型预测电流控制相比，该策略有效降低了电流波动和电磁转矩脉动。

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一种改进ＹＯＬＯｖ５ｓ的自爆绝缘子检测算法研究

王红君, 王金云, 赵辉

2023 (4): 235-244.

摘要 ( 186 )

PDF(3460KB) ( 205 )

针对绝缘子缺陷巡检过程中，传统算法因背景复杂难以同时兼顾检测精度与模型大小的问题，提出一种基于改进ＹＯＬＯｖ５ｓ的绝缘子缺陷检测模型。首先，采用ＢｏｔｔｌｅｎｅｃｋＣＳＰ结构，引入轻量型空间与通道卷积注意力机制，强化绝缘子特征并抑制复杂背景特征；然后，提出一种改进的ＢｉＦＰＮ结构，实现多尺度特征融合，提升小目标检测能力；最后，采用Ｋｍｅａｎｓ＋＋算法重新聚类先验框，并设计轻量型ＧｈｏｓｔＣ３和ＧｈｏｓｔＣｏｎｖ模块，保证网络精度的同时减小模型大小。实验结果表明：改进算法在Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ２０２２数据集上的ｍＡＰ值达到９２．３％，提升了３６％，参数量减少了２６．７３％，浮点运算量减少了２３．１７％，漏检率降低了５．４７％；在公开数据集上，缺陷绝缘子ｍＡＰ值达到９９．５％，各项评估指标值优于ＦａｓｔｅｒＲＣＮＮ、ＳＳＤ、ＹＯＬＯｖ３和ＹＯＬＯｖ３ｔｉｎｙ主流算法以及绝缘子检测相关算法。

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双定子无刷双馈风力发电机结构对比分析与实验研究

蒋晓东, 戴思锐

2023 (4): 245-252.

摘要 ( 193 )

PDF(5905KB) ( 246 )

无刷双馈发电机受转子结构影响，磁场调制能力有限，会导致效率和功率密度比较低。为改善电机性能，提出一种新型笼障转子双定子无刷双馈风力发电机，给出了２种不同拓扑结构设计思路和装配方案，设计了该电机的两种不同机械结构和装配方式，对结构中“动轴＋转子前支架”和“静轴＋机壳后端盖”建立了精确的物理模型，采用有限元方法对额定负载下的应力和形变进行仿真研究和对比分析。研制了额定功率和额定转速分别为５０ｋＷ和３６０ｒ／ｍｉｎ不同结构的２台样机，分别进行空载和负载实验。研究结果表明：“静轴双端支撑”和“动轴＋转子前支架一体化设计”的设计思想可以推广至其他双定子电机。

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高精度超声波液体测温系统

张兴红, 任丽汾

2023 (4): 253-259.

摘要 ( 123 )

PDF(2452KB) ( 271 )

设计了一种针对液体介质的超声波测温系统，实现对液体温度的快速、高精度的测量。提出了一种优化阈值比较法，在传统阈值比较法的基础上，对信号的脉冲宽度进行判定，以便更精准地确定超声波传播的终点时刻，同时采用基于抽头延迟链的ＴＤＣ结构设计提高时间测量的分辨率，通过建立超声波传播速度与液体温度之间的关系来实现温度的精准测量。实验结果表明：系统可以达到１０－１２ｓ的时间测量分辨率，平均测量误差为０．００８×１０－９ｓ，实现分辨率０．００１℃的温度测量，相比传统温度计具有更快的响应速度和更高的灵敏度。

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超曲面Ｃａｌａｂｉ几何的体积变分及稳定性

李明, 杨红

2023 (4): 260-269.

摘要 ( 122 )

PDF(996KB) ( 252 )

首先给出了参数化超曲面在Ｃａｌａｂｉ法化下的几何结构。证明了一般参数化超曲面的Ｃａｌａｂｉ几何均可局部描述为凸函数的图的典型Ｃａｌａｂｉ几何，并证明Ｈｅｓｓｉａｎ流形可局部表示为凸函数的图的典型Ｃａｌａｂｉ几何。对于参数化超曲面，建立了Ｃａｌａｂｉ几何的体积第一变分公式和第二变分公式。作为推论，证明了２维Ｇａｕｓｓ曲率非正的极值Ｃａｌａｂｉ曲面是稳定的，并且仿射面积泛函在这类曲面取得极大值。

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区域科技创新水平与制造业全要素生产率 ———基于空间面板模型的实证研究

盛付祥, 伏开宝, 许美玲

2023 (4): 270-276.

摘要 ( 128 )

PDF(956KB) ( 98 )

在对科技创新影响制造业全要素的机制进行分析的基础上，采用省级面板数据构建反映区域科技创新水平的指标体系，实证检验科技创新对制造业全要素生产的影响效应。研究发现：科技创新能够显著提升制造业全要素生产率；将区域分为东、中、西部分区域进行检验，得到科技创新对制造业全要素生产率影响具有区域异质性，科技创新对中部和西部地区的制造业全要素生产率促进作用大于东部地区；进一步，构建空间面板数据模型检验，得到科技创新不仅对本地区而且通过空间溢出效应对周边地区的制造业全要素生产率具有显著提升作用。最后，根据研究结论提出提高科技创新水平以提升制造业全要素生产率的对策建议。

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生境丧失模式对竞争系统入侵结果的影响

包莉萍, 杨颖惠, 张博中

2023 (4): 277-285.

摘要 ( 110 )

PDF(2549KB) ( 165 )

近年来，有关生境丧失和生物入侵对于物种多样性的影响研究大多数集中于单个影响因素，而生境丧失、生物入侵等因素也可能同时存在，并对物种共存产生耦合作用。以生物入侵后的３物种竞争系统为研究对象，探讨不同入侵方式下的物种续存条件，同时在入侵后引入生境丧失过程，阐明不同模式生境丧失对入侵结果的影响机制。采用空间显含的元胞自动机模型进行研究，充分考虑统计随机性、空间关联性，并对模拟结果进行详细分析。研究结果表明：当丧失过程倾向于人为因素引起的模式特征时，如有大片农田水塘、道路村庄分布的丧失模式，生境丧失将加剧外来物种的扩散入侵和竞争入侵；当丧失过程偏向于自然环境下的丧失特征时，比如随机丧失或梯度模式丧失，生境丧失对物种的扩散入侵和竞争入侵将起到抑制作用，从而在一定程度上缓解本地物种的入侵危害；最后，生境丧失对竞争扩散入侵结果的影响与扩散入侵、竞争入侵相反。该研究结果对生物入侵控制相关研究及政策实施具有一定的启发和理论指导作用。

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瞬态流固耦合作用下天然气发电内燃机排气歧管结构优化设计

杨汉乾, 马金浩, 胡志坚

2023 (4): 286-293.

摘要 ( 114 )

PDF(3956KB) ( 101 )

天然气发动机用于发电用途后，工作时间长，排气温度高。车用柴油机改制成燃气发电内燃机后，为了进一步改善燃油经济性和提高排气歧管的可靠性，通过一、三维仿真建模对排气歧管结构进行优化。研究认为原机排气歧管为了兼顾低转速的性能，管径设计较小，在１５００ｒ／ｍｉｎ时排气背压较大，不适宜应用在改制后的燃气发电内燃机。本研究经过一维数值计算，通过优化管径可以降低线工况下的燃气消耗，并且提高了工作功率。其次通过逆向建模方法和ＦｌｕｅｎｔＵＤＦ模块建立流固耦合瞬态仿真模型，耦合计算了５个工作循环中的３个时间点，并且提出了２种排气歧管的结构优化方法，进行了排温瞬变过程中的热负荷分析和对比。结果表明增加加强筋结构的方案在节省材料的基础上可进一步减少热变形量，有利于提高排气歧管的寿命，满足燃气发电内燃机的设计要求。建模和优化方法可为燃气发电内燃机排气管的设计提供参考。

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尖点突变理论在近邻交织区交通状态判别中的应用

马庆禄, 吴跃川, 袁新新

2023 (4): 294-303.

摘要 ( 86 )

PDF(5415KB) ( 154 )

为了提高近邻交织区的通行效率，探究近邻交织区交通流的运行状态及其变化规律，提出了一种结合尖点突变理论与高斯混合模型的自适应交通状态判别方法。该方法以快速路近邻交织区为研究对象，通过研究不同间距条件下平均速度和时间占有率的高斯混合分布，利用尖点突变理论剖析近邻交织区交通状态变化趋势，为交织区交通管控提供必要的理论与技术支撑。实验中选择重庆市海峡路与四公里互通处近邻交织区为例，以ＶＩＳＳＩＭ交通仿真软件对实际调查数据进行仿真效果验证。实验结果表明：近邻交织区交通流在不同状态间转变时，存在一种临界状态，随近邻交织区不同间距变化，当近邻交织区间距小于１５０ｍ时临界拥挤流速度变化显著，大于１５０ｍ时趋于稳定；当近邻交织区间距小于２００ｍ时临界拥挤流占有率变化显著，大于２００ｍ时趋于稳定。研究成果对于近邻交织区的交通管控以及交通流研究都奠定了很强的理论基础。

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基于天鹰优化算法的短期风电功率区间预测

陈申, 叶小岭, 熊雄

2023 (4): 304-314.

摘要 ( 112 )

PDF(3428KB) ( 236 )

为克服随机森林算法预置参数依赖经验设定和风电确定性预测难以描述其随机性的困难，提出一种基于天鹰优化算法（Ａｑｕｉｌａｏｐｔｉｍｉｚｅｒ，ＡＯ）、随机森林（ＲＦ）和非参数核密度估计（ＮＫＤＥ）相结合的区间预测方法。首先将ＡＯ与ＲＦ相结合进行功率单点值预测，在此基础上，为了能够给电网调度和优化配置提供更多信息，引入ＮＫＤＥ进行风电功率区间预测。根据所提出的方法，对如东某风场使用ＷＲＦ模式预报的风速数据进行对比实验。实验证明，ＡＯ ＲＦＮＫＤＥ区间预测模型能够给出综合性能更优的风电功率波动区间，对减少风电功率不确定性，弱化电网波动具有应用价值。

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微波强化焙烧铬铁矿液相氧化浸出研究

周彦阔, 全学军, 封承飞

2023 (4): 315-320.

摘要 ( 102 )

PDF(1837KB) ( 98 )

：为了缩短铬铁矿在高浓度氢氧化钠水溶液中高压氧化浸出时间，通过微波焙烧铬铁矿矿石进行预处理。研究了微波焙烧对铬铁矿结构和浸出行为的影响，结果表明：在８００℃ 下微波焙烧铬铁矿后，铬铁矿表面出现大量裂纹，结构不再致密，大大降低了铬铁矿粒径。在温度为２４０℃、氧分压为２．２ＭＰａ、碱矿比（质量比）为４∶１、搅拌速度７００ｒ／ｍｉｎ、ＮａＯＨ浓度为６０ｗｔ．％的条件下，反应１２０ｍｉｎ，铬浸出率达９７．８１％以上，表明采用微波焙烧铬铁矿进行压力氧化浸出可大大提高铬的浸出效率。

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一种子空间投影的天然气管网调度算法

董莎莎, 邓志刚, 何志强

2023 (4): 321-328.

摘要 ( 92 )

PDF(1821KB) ( 85 )

以重庆天然气管网系统的最大产量为目标函数，同时考虑了管道强度、增压站、脱水站、净化厂运行参数及硫化氢（Ｈ２Ｓ）含量等约束条件，建立了重庆天然气管网运行优化的数学模型。同时提出了一种子空间投影的天然气调度算法，对该天然气调度模型进行求解，该算法使用迭代方法在子空间中寻找一个近似解，大幅减少计算复杂度，从而快速对天然气管网进行调度。结合重庆天然气管网调度的实例进行计算验证，所提算法能满足重庆天然气管网的运行条件，保证产能最大化，更具有效性和实用性，能保障重庆天然气管网安全生产和自适应高效运行。

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一种被动式手臂助力外骨骼性能评估研究

张豪, 赵毅阳, 李俊邑

2023 (4): 329-338.

摘要 ( 267 )

PDF(3737KB) ( 256 )

提出一套针对被动式手臂助力外骨骼的测试方法，并对设计的被动式手臂外骨骼进行评估。构建了人体搬起运动的理论模型，分析了肘关节角度和力矩的特征。然后设计重复搬起和持重站立实验，分别测量手臂主要肌群的肌电信号和人体的代谢水平，验证被动式外骨骼对搬运的辅助效果。重复搬起实验中，穿戴外骨骼可显著降低屈肘时手臂肌肉的肌肉活动；持重站立实验中，搬起１０ｋｇ时平均降低人体能量消耗１８．８６％，搬起１５ｋｇ平均降低人体能量消耗２３．８７％，并且从变化的趋势可以看出，外骨骼在物资质量５～１５ｋｇ内的持重站立状态下助力效果与物资重量的变化趋势呈正相关。提出的方法能够有效评估被动式手臂外骨骼的性能，被动式手臂助力外骨骼能够有效减少在重复搬起屈肘时手臂肌肉的肌肉活动，并且整体上降低穿戴者在持重站立时的代谢成本。

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受二次流涡流影响的螺旋盘管内传热特性研究

华珍, 王效岳

2023 (4): 339-347.

摘要 ( 135 )

PDF(4136KB) ( 149 )

为改进传统螺旋盘管的换热效率，通过实验和数值模拟研究了湍流水流经均匀加热下螺旋盘管的流动和传热特性。研究重点为垂直于盘管轴向横截面内二次流的特性及其对工作流体水和加热盘管壁间传热的影响。结果表明，仅在实验结果中发现了盘管局部努塞尔特数振荡，但模拟结果的努塞尔特数的模拟结果绝对值与实验结果匹配良好。其原因可能是尽管二次流存在并沿盘管轴向不规则地演变，但与主流速度相比过小，对局部传热的影响可忽略不计。为进一步确认盘管中二次流特性，在每１８０°盘管转弯处，加接一个３６０°外部反向回路环。研究发现：额外的反向回路环加强了重新流入主盘管的二次流速度，使该横截面积内二次流涡流的数量增加。

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不同内齿结构的迷宫流道特性分析和结构优化

朱正, 袁锐波, 陈有锦

2023 (4): 348-358.

摘要 ( 132 )

PDF(5960KB) ( 112 )

通过分析对比在不同条件下、不同内齿结构的灌水器迷宫流道内流场的流动特性和堵塞成因，得出具有更优抗堵塞性能的流道结构，结合ＦＬＵＥＮＴ数值模拟，分析在３种不同内齿结构（矩形、三角形、弧形）以及不同内齿组合形式（单内齿、双内齿、组合内齿）迷宫流道中的流速特性和湍动能特性，同时研究在３种不同的压力条件下（０．０６、０．１１、０．１５ＭＰａ）以及３种不同粒径颗粒（０．０５、０．０８５、０．１３０ｍｍ）的运移状况等。分析结果表明：相较于其余８种流道结构，在抗堵塞性上组合型三角形内齿结构为最优流道结构。对比改进前的组合型三角形内齿流道，优化改进后，流道流速和湍动能均明显提升，不仅增大了流体在流道中保持和运行湍流状态的能力，而且提高了低速区的流速和湍动能在流道的范围和数值大小，更加便于颗粒运移，抗堵塞性能更好。结果表明：流道内各划分区域的流速、湍动能和颗粒运移速率都受流道的结构参数影响；加入内齿面积的大小影响内齿流道的抗堵塞性能，对比分析仿真模拟的各项数据得出最优流道内齿组合方式为组合型，最优内齿结构为三角形内齿。

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