当期目录

2019年 第32卷 第7期 刊出日期：2019-07-15

  

基于滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制研究

吉升阳,汪旭东,许孝卓,孙伟翔,史凯宁

2019, 32(7):  1-5.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.001

摘要 ( 691 )   HTML ( 27 )   PDF (1128KB) ( 117 )  

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针对永磁同步电机直接转矩控制(DTC)存在较大的电磁转矩脉动、磁链脉动、低速性能不理想等问题,文中引入滑模控制策略对永磁同步电机进行直接转矩控制。通过建立PMSM的矢量数学模型,设计基于滑模控制的直接转矩控制器,利用MATLAB/Simulink进行建模仿真分析。结果表明,与传统DTC相比,基于滑模控制策略的永磁同步电机直接转矩控制系统中电磁转矩脉动幅值更低,且具有更好的动态性能和抗扰动能力,可以更加有效地改善系统特性,满足实际电机控制的需要。

六点法激光定位抓取的误差分析

孙园园,单鸿涛,刘方湖

2019, 32(7):  6-10.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.002

摘要 ( 312 )   HTML ( 2 )   PDF (1080KB) ( 93 )  

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针对传统方法进行定位抓取准确性差、分辨率低、操作不便捷等问题,提出使用六点法结合激光三角法的定位抓取技术。相关参数的选择是影响激光三角法的测量精度,以及被测物体上激光点坐标获取时的误差的主要因素。通过分析六点法和激光三角法的基本原理,基于布尔沙模型,推导得到测量误差与相关参数之间的关系。利用MATLAB仿真分析参数与激光三角法测量过程中传感器灵敏度和测量误差的关系,以及对被测物体上激光点具体坐标获取过程的影响,最终得出误差随相关参数变化的规律,对避免测量粗大误差具有一定的实际意义。

基于自适应模型更新的实时跟踪算法

滕硕,王润玲

2019, 32(7):  11-16.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.003

摘要 ( 265 )   HTML ( 4 )   PDF (1645KB) ( 26 )  

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为提高分层卷积特征目标跟踪算法的速度和精度,文中提出了一种基于自适应模型更新的单层卷积特征目标跟踪算法。首先提取Pool4层的多通道的卷积特征对训练样本的类标函数进行调整,在确保跟踪精确度的同时提高了算法的速度。该算法引入了平均峰值能量比,通过比值变化情况反馈目标跟踪的结果,与稀疏模型更新策略相结合,对跟踪器进行自适应更新,提高了算法对遮挡和相似物干扰的鲁棒性。对于目标快速尺度变化问题,文中采用尺度金字塔对尺度进行评估,提高了跟踪器的泛化能力。在OTB2013和OTB2015上测试新算法,实验结果表明,该算法的平均距离精度分别为91.0%和86.8%,平均速度约43 帧/s,局域良好的鲁棒性和实时性。

基于SEOA算法的抽水蓄能梯级水库调度研究

张雪映,吴小婷,Daniel Eliote Mbanze,周正威

2019, 32(7):  17-21.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.004

摘要 ( 232 )   HTML ( 2 )   PDF (984KB) ( 37 )  

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针对含混合式抽水蓄能电站的梯级水库发电调度的维数灾问题,在考虑历史径流序列随机性和非线性特点的基础上,建立含混合式抽水蓄能电站的梯级水库长期优化调度模型。文中以调度期内混合式抽水蓄能电站梯级水库发电量最大为目标函数,引入改进社会情态优化(SEOA)算法编程求解。仿真结果表明,新方法在混合式抽水蓄能电站梯级水库发电优化调度问题中既能减少传统算法的冗余计算,又可有效地结合决策者的主观偏好和利益倾向。对比动态规划算法,新方法在较短时间内得到年发电量为66.96×10 ⁸ kWh的高质量解。

Lamb波单一模态损伤散射波场的提取与成像研究

杨国英

2019, 32(7):  21-27.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.005

摘要 ( 391 )   HTML ( 10 )   PDF (1489KB) ( 40 )  

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在频散关系未知的前提下,基于自参考波数区间的滤波方法可显著区分Lamb波的不同模态,并获取单一模态损伤散射波场,对板状结构损伤检测具有较高的实用价值。文中根据Lamb波不同模态在同一频率下波数值的差异,以及沿不同方向传播的波与三维傅立叶变换后系数矩阵的对应关系,在MATLAB中设计出相应的弧形滤波窗,对采集的时空波场数据进行滤波处理。利用延时叠加成像算法,采用矩形阵列成像数据对铝板中通孔损伤进行成像。仿真和实验结果表明,基于自参考波数区间的滤波方法有效提取了双损伤的微弱散射波场,结合延时叠加成像算法更好地定位了损伤散射点的位置。阵元数目增加可改善成像精度,实现了对损伤的精确定位。

基于Zynq的麦克风阵列同步高速采集系统设计

金恒康,张一闻

2019, 32(7):  28-32.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.006

摘要 ( 488 )   HTML ( 10 )   PDF (1384KB) ( 130 )  

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高速同步采样处理是麦克风阵列系统的基础。针对传统音频采集系统采集速率低、成本高、体积大及便携性差的问题,文中基于Xilinx Zynq-7000系列可扩展平台,设计了一款麦克风阵列同步高速采集系统。该系统采用FPGA+ARM软硬件协同的工作方式,通过AXI总线实现数据互通。由FPGA中模拟音频传输接口协议与系统的操作控制;在ARM上移植Linux操作系统,用千兆网口和高速SD卡两种方式对数据进行传输保存;利用Xilinx-Vivado套件设计制作系统。实验结果表明,该系统最高支持采样率为96 kHz的16路同步采集,整体重量为1.67 kg,续航约5小时,填补了千元级小型音频阵列采集空白。

高稳双层恒温晶振的设计

牛占鲁,苏章站,陈萍萍

2019, 32(7):  33-37.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.007

摘要 ( 444 )   HTML ( 10 )   PDF (1277KB) ( 102 )  

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为了提高晶体振荡器的温频特性,设计了双层恒温高稳定度晶体振荡器。振荡器温控系统采用双层控温结构,通过多点加热和多点感温的方式,改进了恒温槽的设计,极大地改善了产品的频率温度稳定度。同时电路采用SC切晶体谐振器和Colpitts电容三点式振荡电路,提高了产品的短期频率稳定度。通过实际测试,该振荡器温度-频率特性和短期频率稳定度分别达到<±2E ^-10(-30~+70 ℃)和<1E ^-12/s的指标,均比同类产品提高1个量级以上,同时其老化率指标可达<5E ^-11/日。

基于自动反馈系统水泵自适应节能算法研究

张帆,刘瑾,杨海马

2019, 32(7):  38-42.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.008

摘要 ( 332 )   HTML ( 5 )   PDF (1112KB) ( 88 )  

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针对目前工业供水泵运行效率低、电能消耗大、运行成本高的问题,文中设计了一种变频器自适应调节算法。该算法实现了水泵压力-电流自反馈控制过程,充分发挥压力控制模式下供水泵实际的供水性能。实验结果证明,对100%容量的80CHTA/4型供水泵进行技术改造,在保证改造后原供水能力不变的情况下,供水泵节电效率达到了9.568%。该方法显著提高了供水系统的电能效率,为科学开展水泵节能改造工作提供了参考。

基于多特征融合的人脸识别算法

苏饶,李菲菲,陈虬

2019, 32(7):  43-48.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.009

摘要 ( 319 )   HTML ( 4 )   PDF (1342KB) ( 115 )  

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针对局部二值模式描述子提取的纹理信息以及梯度幅值量化算子提取的边缘特征无法有效且全面地描述人脸信息的问题,文中提出一种基于马尔可夫稳态特征模型的多特征融合算法。首先,将通过GMQ算子提取的边缘特征以及通过LBP描述子提取的纹理特征分别与马尔可夫稳态特征模型进行融合,然后再将两者进行有效地线性加权融合。最后,在ORL数据集上进行的实验显示,文中提出算法的识别精度可达到 95.83%。与单一的特征提取算法以及常见的人脸识别算法对比结果表明了该方法的有效性。

两轮自平衡车横向动力学建模与控制研究进展

熊宇聪,张猛,魏大忠

2019, 32(7):  49-55.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.010

摘要 ( 653 )   HTML ( 20 )   PDF (1220KB) ( 154 )  

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两轮自平衡车是一种在外力矩作用下可维持自身姿态平衡的类自行车交通工具。与常见的交通工具相比,具有安全性高、环境友好、造型轻巧、驾驶便捷等显著优点,是智能交通工具发展的重要方向之一。关于两轮车的平衡性研究始于十九世纪后期,如今从理论探索到机体开发取得了极大的进展。文中论述并总结了两轮自平衡车在横向动力学建模、执行机构、控制算法方面的发展现状,并对未来的研究方向做出了展望。

基于STL模型的模具型腔分割算法研究及应用

吴展翔,甘屹,孙福佳

2019, 32(7):  56-60.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.011

摘要 ( 291 )   HTML ( 1 )   PDF (1203KB) ( 31 )  

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文中以大型混凝土铸件为研究对象,针对人工设计多个模具部件时效率较低的问题,提出一种基于STL模型的型腔分割算法。通过改变STL模型三角面片的方向,将大型构件的STL模型转为模具型腔的STL模型。该算法将模具型腔STL模型数据分类,以三角形面片的法向矢量为判定条件,将同属一个型面的面片分类保存到同一个型面STL模型,从而将一个模具型腔的STL模型分为数个型面STL模型,实现了模具型腔的分割。最后通过两个典型案例中算法设计时间和人工设计时间的对比,证明该算法缩短了模具的设计时间,提高了效率,具有可行性。

一种面向交通标志识别系统的图像识别算法

张长青,杨楠

2019, 32(7):  60-64.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.012

摘要 ( 338 )   HTML ( 2 )   PDF (1038KB) ( 37 )  

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目前各类面向交通标志识别系统的机器算法大多存在计算复杂度高、实时性差等问题,文中基于ELM模型,加入改进的PCA方法,提出了一种面向交通标志识别系统的PCA-ELM图像识别算法。该算法依次通过HOG特征的提取、改进的PCA方法降维、ELM模型的特征训练,实现交通标志图像的识别。经过实验测试,发现该算法能够较好地兼顾识别率和计算复杂度,符合交通标志识别系统图像识别的准确性与实时性要求,具有一定的实用价值。

基于人工势场法的无人机路径规划避障算法

毛晨悦,吴鹏勇

2019, 32(7):  65-70.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.013

摘要 ( 573 )   HTML ( 9 )   PDF (1174KB) ( 130 )  

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随着无人机广泛应用于生产生活的各个方面,无人机的避障研究成为热点问题。为了提高无人机的避障性能,文中提出一种基于人工势场法的无人机路径规划避障算法。该算法通过生成预规划路径弱化了目标点对无人机的吸引作用,增加了路径的连贯性;在势场函数中加入了动态调节因子,可减少无人机轨迹不必要的转弯机动,减少机动能耗;该算法综合考虑无人机飞行中的安全性、平滑性和机动能耗,提出了一种新的代价函数,并通过使得代价函数最小化来选出最优路径。实验结果表明,该算法克服了传统人工势场的不足,在不同的飞行环境下均能够规划出安全、平滑、机动能耗小的路径,有效避开障碍物,且具有较好的适应性。

微型水声传感网水下传感器节点设计

陈源,蔡文郁,胡毕炜

2019, 32(7):  71-75.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.014

摘要 ( 287 )   HTML ( 3 )   PDF (1620KB) ( 36 )  

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针对在海洋环境监测系统中水声传感网高传输速率、高可靠性、长时间工作的要求,文中设计了一种低功耗的微型水下传感器节点。设计采用较高的能量转换率和接收灵敏度的换能器T235,并且在发送单元使用变压器进行阻抗匹配以使信号功率最大化传输。接收单元采用8阶巴特沃斯带通滤波器,可以更好地滤除噪声。软件上,移植并且优化了MAC协议,减少撞包和重发的概率。测试结果显示,在小规模范围内,传输速率在19 200 bit·s ^-1时,系统的总功耗低于20 W,能达到90%以上的通信传输成功率。

基于PID算法的音圈电机位置控制系统设计

汪月生,李伟

2019, 32(7):  76-81.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.015

摘要 ( 863 )   HTML ( 27 )   PDF (1099KB) ( 197 )  

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文中分析了音圈直线电机的数学模型,利用微处器结合模拟电路来设计驱动系统,并对PID控制算法及其噪声模型进行了分析。针对音圈电机在运行中存在的高频噪声干扰问题,提出了一种基于PID与Luenberger Observer观测器相结合的控制算法,该算法通过在电机负载增加一对反馈电阻来消除噪声,对比常规PID算法,该控制器算法不仅能够消除低频噪声,而且对高频噪声处理方面也有着明显的优势。在MATLAB/Simulink中建立了音圈电机仿真模型,仿真结果表明,对比常规PID算法,该算法在高频噪声方面具有更强的去噪能力,最后通过实验证明了该算法具有更好的位置定位效果。

基于线性和非线性算法的高效人脸识别系统

刘芬

2019, 32(7):  82-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2019.07.016

摘要 ( 220 )   HTML ( 3 )   PDF (1091KB) ( 89 )  

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文中提出了一种基于外观的线性和非线性人脸识别方法,所用的线性算法有主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)。两种非线性方法分别是核主成分分析(KPCA)及核费希尔分析(KFA),线性降维投影方法基于二阶相依性编码模式信息,非线性方法用于处理三个或更多像素之间的关系。首先通过Gabor对图片进行预处理,然后采用线性、非线性分析进行降维。通过马哈利诺比斯-余弦(Mahcos)度量用于定义两幅图像通过相应的降维技术后的相似性度量。实验表明,当与Gabor小波一同使用时,LDA和KFA的性能最高,分别为CMC和ROC结果的93.33%。通过对AT&T数据库400幅图像的综合分析,发现线性和非线性算法的性能受图像分类数目、图像预处理及识别测试集的人脸图像数目的影响。