当期目录

2020年 第33卷 第5期 刊出日期：2020-05-15

  

基于压缩卷积神经网络的图像超分辨率算法

秦兴,高晓琪,陈滨

2020, 33(5):  1-8.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.001

摘要 ( 426 )   HTML ( 22 )   PDF (1495KB) ( 103 )  

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为了有效提高深度图像的分辨率,文中借鉴经典SqueezeNet网络结构,提出一种基于Fire Module的卷积神经网络模型。该算法实现了直接从低分辨率图像到高分辨率图像的映射和转化,其中Fire Module作为网络的非线性映射模块,在减少参数的同时可学习图像的深层特征。为了避免插值预处理,在网络的输出层引入反卷积层,实现3倍上采样和高分辨率图像的输出。实验表明,采用该基于Fire Module的卷积神经网络模型的反卷积算法得到的超分辨率图像细节更加丰富,客观指标PSNR值和SSIM值的评价也明显优于其他算法。

基于PCA与SVM的焊缝缺陷信号分类方法

万东燕,许桢英,杨卿,吴梦琪

2020, 33(5):  9-14.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.002

摘要 ( 260 )   HTML ( 9 )   PDF (1121KB) ( 34 )  

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为保证焊接结构处于安全工作状态,文中针对焊缝缺陷的分类问题提出一种结合主成分分析和支持向量机的焊缝特征导波缺陷信号的分类方法。该方法首先以缺陷回波的稀疏重构信号为基础提取了缺陷信号的特征参数矩阵,然后利用主成分分析法对参数矩阵进行降维优化以消除冗余信息。将优化的低维特征矩阵应用于支持向量机进行分类训练,并对比不同主成分的分类效果。最后选择核函数和相关参数来提高分类器的准确率。实验结果表明,该方法能够有效地对焊缝缺陷进行分类。

基于多场耦合的电机暂态温度场研究

宋贺,吴尧辉,吴昊珍

2020, 33(5):  15-20.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.003

摘要 ( 245 )   HTML ( 9 )   PDF (967KB) ( 36 )  

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针对复杂工况下电机不稳定发热引起的温度场暂态计算问题,根据不稳定发热的规律建立电磁场与温度场的二维耦合模型。文中依据小型式异步电机的结构特点,进行电磁场-热场二维模型的结构参数、边界条件参数、材料的电、热物理参数的计算、等效及配置;依据复杂工况下发热变化的规律,进行耦合频率、热源耦合方式的设计及相关参数计算配置,实现不稳定负载下电机的暂态温度场计算并考察电机各部分的实际最高温度分布状况。基于实验平台的方案设计和搭建,进行温升实验。通过对比分析电机暂态温度场的仿真和实验数据,验证了二维模型参数等效的合理性和多场耦合法能够准确地计算复杂工况下电机全暂态温度场。

基于光谱加权低秩矩阵分解的高光谱影像去噪方法

刘璐,张洪艳,张良培

2020, 33(5):  21-27.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.004

摘要 ( 362 )   HTML ( 7 )   PDF (1167KB) ( 33 )  

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高光谱遥感影像在获取和传输过程中会受到各种类型噪声的污染,不仅降低影像质量,也限制了其后续应用的精度。高光谱影像噪声类型复杂多样,且噪声在不同波段上的强度也并不相同。通过引入光谱域上的权重矩阵,文中提出了一种基于光谱加权低秩矩阵分解的高光谱遥感影像混合噪声去除方法,利用光谱权重矩阵均衡不同波段的噪声强度差异性。为进一步将噪声与纯净影像分离,利用加权核范数最小化来约束纯净高光谱影像的局部低秩结构,并利用交替方向乘子法对所提出的模型进行优化求解。通过对模拟与真实高光谱遥感数据的实验,验证了所提方法的有效性与优越性。

基于改进哈希算法的图像检索方法

陆超文,李菲菲,陈虬

2020, 33(5):  28-32.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.005

摘要 ( 271 )   HTML ( 8 )   PDF (870KB) ( 39 )  

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当前主流图像检索技术所采用的传统视觉特征编码缺少足够的学习能力,影响学习得到的特征表达能力。此外,由于视觉特征维数高,会消耗大量的内存,因此降低了图像检索的性能。文中基于深度卷积神经网络与改进的哈希算法,提出并设计了一种端到端训练方式的图像检索方法。该方法将卷积神经网络提取的高层特征和哈希函数相结合,学习到具有足够表达能力的哈希特征,从而在低维汉明空间中完成对图像数据的大规模检索。在两个常用数据集上的实验结果表明,所提出的哈希图像检索方法的检索性能优于当前的一些主流方法。

一种四足机器人对角步态仿真分析

陈久朋,伞红军,张道义,胡琼琼,张凯翔,熊彬州

2020, 33(5):  33-38.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.006

摘要 ( 462 )   HTML ( 17 )   PDF (1004KB) ( 60 )  

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仿生四足机器人因具有控制简单、多种路况适应性强、环境适应性强等优点而成为仿生学研究的焦点。文中针对四足机器人模型复杂性、对角步态难以控制等问题,搭建了四足机器人仿真平台。从SolidWorks中建立四足机器人模型,并获得其运动学方程。采用ADAMS和Simulink联合仿真的方法,实现了该机器人的对角行走。通过仿真可知机器人在7 s内前进距离约0.65 m,质心在垂直方向波动量较小,证明机器人能实现稳定运行,为机器人动力学和轨迹规划奠定了基础。

复杂平面多孔模型的等几何分析

陈宇,陈龙

2020, 33(5):  38-44.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.007

摘要 ( 276 )   HTML ( 8 )   PDF (1188KB) ( 41 )  

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基于NURBS的等几何分析法在模型设计和分析阶段使用相同的几何描述,具有诸多优点。但由于NURBS曲面的局限性,使得其无法有效对多孔模型进行建模和分析。为解决上述问题,文中采用一种模型分片-拼接的方法,在对多孔模型建模过程中采用手工划分和自动划分两种方式把模型分割成若干个容易用NURBS表达的曲面片;然后在分析过程中将上述曲面片进行拼接和控制点自动编号,在保证整体C₀连续的情况下,实现了多孔模型的建模和等几何分析。将分析结果与ANSYS所得结果对比可知两种方法的结果相近,证明了新方法的有效性。

基于FPGA的深空图像实时边缘检测算法与实现

史伟忠,曹卫卫,范彦铭,董佳筠,陈纾,肖昊

2020, 33(5):  45-49.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.008

摘要 ( 419 )   HTML ( 7 )   PDF (841KB) ( 54 )  

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航天器的导航控制是深空探索的重要关键技术之一。随着探索距离越来越远,传统地面站控制的局限性越发明显,因此航天器自主导航成为深空探索的发展方向。边缘检测是光学自主导航系统中定位天体目标的关键算法之一,为了满足星载计算机计算的实时性要求,文中提出了一种优化的Canny边缘检测算法和FPGA电路架构来优化Canny边缘检测算法中的非极大值抑制并采用动态单阈值,使其能够以较少的资源占用在FPGA上以流水线架构实现。该方法在保证边缘提取精度地前提下满足光学自主导航实时性的要求,对复杂的星体目标也具有较好的鲁棒性。

小容值单相H桥级联型STATCOM纹波电流分析

杜少通,段良玉,谢文娟,杨万里

2020, 33(5):  50-57.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.009

摘要 ( 250 )   HTML ( 1 )   PDF (1233KB) ( 47 )  

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采用薄膜电容的小容值单相H桥级联型STATCOM具有高可靠性的优点,但容值减小会造成直流侧波动电压随补偿容量增大而变大,而直流侧波动电压对STATCOM电流纹波又具有直接的影响。为明晰容值减小对H桥级联STATCOM纹波电流的影响,文中对单相小容值H桥级联型STATCOM系统电流纹波进行研究。基于单相小容值H桥级联型STATCOM控制系统,采用时序分析的方法建立载波相移脉宽调制的电流纹波表达式,通过数值分析定量研究容值对电流纹波的影响。研究结果表明,电容容值减小不会增大纹波电流。仿真实验验证了理论分析的正确性,为单相小容值H桥级联型STATCOM的设计提供理论参考。

CHMM和AR模型在轴承性能退化评估与预测中的应用

刘义民,刘韬,陈庆

2020, 33(5):  58-65.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.010

摘要 ( 309 )   HTML ( 2 )   PDF (1544KB) ( 50 )  

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经典的故障诊断技术可对系统运行状态进行实时评估,但在实际应用中更希望预知故障的发生以便对人身、经济安全做出保障。轴承作为机械设备的关键部件,其损坏会造成严重的工程事故,因此需对轴承进行故障诊断。文中引入连续隐马尔可夫模型以对数似然数作为评估指标来评估性能退化,即利用基于模型输出的对数似然率结合自回归模型对轴承进行性能退化预测。为了更好地验证方法有效性,文中使用了两组全寿命数据互为对比。结果显示,使用基于连续隐马尔可夫模型的轴承性能退化评估法对轴承性能的退化进行评估效果良好,自回归模型在寿命预测上得到了较为精准的结果。

基于自适应插值扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机状态估计

朱军,李紫豪,刘炳辰,孟祥斌,张哲

2020, 33(5):  66-71.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.011

摘要 ( 338 )   HTML ( 5 )   PDF (1025KB) ( 52 )  

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PMSM无传感控制的转速与转子位置估计对系统至关重要,扩展EKF算法作为无传感控制技术被广泛应用在工业领域。但是EKF算法在系统线性化过程中产生截断误差,对于高度非线性模型无法得到精确估计值。为减小EKF算法因非线性问题而造成的误差,文中提出了一种基于AIEKF状态估计法。该方法以量化状态方程的非线性程度为依据,通过添加伪状态值减小EKF算法线性化中产生的误差对估值精度的影响,从而降低系统在线性化过程引起的误差。仿真计算结果表明,AIEKF较EKF的截断误差平均降低了55.6%。

一种基于高斯拟合法的激光光束中心提取方法

章天昊,李郝林

2020, 33(5):  72-76.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.012

摘要 ( 412 )   HTML ( 7 )   PDF (775KB) ( 81 )  

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在激光辅助的视觉测量系统中,高斯拟合法的拟合数据选取影响激光光束中心提取精度。针对不均匀光照下激光图像难以确定高斯拟合数据数量的问题,文中提出一种基于随机抽样一致性算法的自适应高斯拟合方法。根据激光图像背景区域灰度分布的变化特性,采用随机抽样一致性算法估计背景区域灰度分布模型;将该模型的局外点作为拟合数据,从而利用高斯拟合法获得激光光束中心点的亚像素坐标。实验结果表明,该方法选取激光图像的高斯拟合数据平均拟合系数达到0.934,与固定拟合数据长度的高斯拟合法相比,提高了激光中心提取精度。

S7-1200 PLC在伺服电动机位置控制中的应用

范振瑞

2020, 33(5):  77-81.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.013

摘要 ( 1289 )   HTML ( 43 )   PDF (964KB) ( 141 )  

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随着生产技术的提升,工艺领域对伺服电动机的运动控制模块要求更加精确的位置控制,西门子公司的SIMATIC S7-1200PLC有着良好的工艺和性能,其通过脉冲接口的方式给电机的运行控制提供支持,满足当前工艺要求的水平,并且功能完善。文中对西门子S7-1200 PLC在松下伺服电动机位置控制中的应用进行研究,阐述了松下伺服电动机A5系列硬件和PLC系统的接线步骤,通过软件程序实现对伺服电动机的位移运动的控制。实验验证了程序的正确性,结果表明,位移的操作精准度可以达到0.1 mm,满足位置控制的性能要求。

基于ZYNQ的运动目标检测系统设计

王春江,李鹏

2020, 33(5):  82-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2020.05.014

摘要 ( 468 )   HTML ( 18 )   PDF (1072KB) ( 66 )  

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针对当前运动目标检测系统平台体积大、功耗高的问题,文中基于Xilinx的ZYNQ平台设计了一款运动目标检测系统。ViBe算法是一种前景检测算法,主要包括背景建模、前景检测、模型更新3个部分,具有较好的检测效果。使用Vivado HLS开发工具完成算法部分的开发,通过添加优化指令对算法进行优化,在通过仿真测试后封装成硬件IP核,显著缩短了开发流程。在ZYNQ平台上,采用软硬件协同的方式,PL部分作为算法实现单元,PS部分作为控制核心,通过OV5640进行视频图像的采集,使用VDMA IP核将数据存储到DDR中,在经过处理后将结果通过HDMI输出至显示器显示。实验结果表明,该系统能够实时检测出运动目标,并且该系统体积小,功耗低。