山东大学学报 (工学版)

计及排放的动态经济调度免疫克隆演化算法

钱淑渠,武慧虹,徐国峰,金晶亮

2018, 48(4): 1-9. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.369

摘要 ( 3676 )

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结合免疫系统的克隆选择原理和遗传进化机制,提出一种免疫克隆演化算法(Immune clonal evolutionary algorithm, ICEA)。ICEA建立克隆选择机制与演化机制的动态结合,提出动态免疫选择和自适应非均匀突变算子,针对动态经济调度(dynamic emission economic dispatch, DEED)问题特性引入不同的等式和不等式的约束修补策略,使其适合大规模约束的DEED问题求解。数值试验将ICEA应用于10机系统进行测试,并与同类算法展开比较。仿真结果表明,ICEA具有较好的收敛性和全局优化效果,获得的Pareto前沿具有较好的均匀性和延展性,该结果能为电力系统调度人员提供较为有效的调度决策方案。

基于六维前馈神经网络模型的图像增强算法

张宪红,张春蕊

2018, 48(4): 10-19. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.063

摘要 ( 3227 )

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针对滤波去噪对边缘造成的弱化、部分采集图像不清晰以及对比度低的问题,在充分分析模型的动力学性质的基础上,提出一种基于六维前馈神经网络模型的图像增强算法。试验表明:基于六维前馈神经网络模型的图像增强算法可以更好地达到图像增强效果。与其它几种增强算法相比,增强效果清晰,且算法更优。

基于快速区域建议网络的图像多目标分割算法

黄劲潮

2018, 48(4): 20-26. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.592

摘要 ( 3896 )

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针对传统方法在语义分割中存在大量冗余、结果重叠,造成图像分割算法的结果正确率、鲁棒性较差等问题,提出一种基于快速区域建议网络的图像多目标分割算法。使用选择性搜索(selective search, SS)算法给出初始候选框;采用快速区域建议网络从初始候选框中分类出初始分割框;使用图割算法(GrabCut)从初始分割框中分割出多目标。为了验证本研究算法,采用ImageNet上预训练的VGG16模型,分别使用COCO数据集和CityScapes数据集的训练数据对VGG16模型微调,使用测试数据进行语义分割和多目标图像分割。与YOLO(you only look once,)算法相比,本算法在两个数据集上的平均正确率分别提高了2.16%和1.55%。GrabCut算法在快速区域建议网络的初始分割框上,对多目标的分割更精确,鲁棒性更强。本研究构建的算法通过区域建议网络的得分筛选多目标分割的候选框,保留高得分的候选框来提升图像多目标分割的精度,在多目标的模式识别场合中拥有广泛前景。

基于PDEs的图像特征提取方法

江珊珊,杨静,范丽亚

2018, 48(4): 27-36. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.072

摘要 ( 3084 )

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针对提取图像判别信息的基于偏微分方程(partial differential equations, PDEs)的方法做了进一步研究。研究进化次数对图像特征质量的影响和压缩函数的压缩速度对图像特征质量的影响。试验结果表明:PDEs的进化可以降低遮挡的影响以及对光暗具有鲁棒性,但PDEs的进化次数以及压缩函数和压缩速度严重影响图像特征质量。

基于现场总线兼容技术的除尘系统一体化改造

王琦,孙竹梅,刘少虹,白建云

2018, 48(4): 37-41. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.121

摘要 ( 3213 )

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借助网间协议变换器,实现了Profibus-DP与DeviceNet两种异构现场总线协议网络的通信,建成由西门子PCS7作为上位主控系统,由欧姆龙PLC作为下位现场控制子系统的双层监控系统。通过西门子PCS7系统配置,上位级监控程序连续功能图(continuous function chart, CFC)组态,远程监控画面组态,网关PD-100S设置和下位欧姆龙PLC系统配置,将除尘系统纳入电厂主控DCS管控范围。该一体化改造方案所需购置的新设备少,相关软硬件组态及参数设置量小,在现有除尘系统数据更新量下能可靠地实现远程监控。该方案可为异构现场总线系统集成提供参考。

四足机器人静-动步态平滑切换算法

辛亚先,李贻斌,李彬,荣学文

2018, 48(4): 42-49. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.364

摘要 ( 3767 )

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为提高四足机器人对不同地形的适应能力,给出间歇静步态向对角小跑步态切换(walk-to-trot)的不同情况以及最优(在保证稳定切换的前提下,实现速度的平滑变换和不同步态情况下的最短时间切换)切换方法。为保证步态切换过程中的平滑性,给出关于时间的速度公式,使机体重心保持恒定加速度;为保证切换阶段的稳定性,利用改进的泛稳定裕度判别法(wide stability margin method, MWSM),通过调整足端与质心相对位置,消除步态变换过程中由惯性力导致零力矩点后移对稳定性的影响。基于Webots仿真软件,建立四足机器人仿真模型,验证方法的可行性和有效性。该方法可应用于间歇静步态中的6个状态点并将其平滑、稳定的切换为对角小跑步态。

纠缠混沌系统的比例积分滑模同步

毛北行

2018, 48(4): 50-54. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.553

摘要 ( 3015 )

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基于滑模控制研究纠缠混沌系统的滑模同步与比例积分滑模同步,利用滑模及比例积分滑模方法设计滑模面和控制器,采用滑模等速趋近律,根据Lyapunov稳定性理论对系统轨线在滑模面及不在滑模面运动两种情形进行分析,在设计的滑模面和控制器的共同作用下可使误差系统在有限时间内趋近于坐标原点,得到系统取得滑模同步和积分滑模同步的两个充分条件。研究表明:选取适当的控制器与滑模面,纠缠混沌系统的主从系统取得滑模同步和积分滑模同步。

一类分数阶冠状动脉系统的混沌同步控制

孟晓玲,王建军

2018, 48(4): 55-60. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2016.463

摘要 ( 3152 )

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基于Lyapunov稳定性理论和分数阶微积分,研究一类分数阶冠状动脉系统的混沌同步问题,给出系统取得同步的三个充分性条件。研究表明:选取适当的控制器,系统能够取得混沌同步。

隧道衬砌检测探地雷达图像分析与工程应用

周陈婴

2018, 48(4): 61-68. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.015

摘要 ( 3304 )

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为了提高隧道病害检测人员对于隧道衬砌病害的识别准确度,基于探地雷达工作原理,结合实际工程应用经验,系统研究衬砌厚度、钢筋及钢拱架分布情况、保护层厚度、围岩破碎富水裂隙发育程度、脱空、不密实、雷达脱离等雷达图像特征及其解译原理,形成一种用于隧道衬砌病害检测的高效探地雷达信号解译方法,并结合实际工程案例进行了分析与验证。其中钢筋在图像上呈现月牙形,脱空在图像上呈弧形反射,不密实表现为杂乱波形,天线脱离呈条带状亮反射。解译方法为隧道衬砌检测提供了参考和依据,有利于隧道病害的及时处理及隧道衬砌质量的准确评价,对提高隧道的整体质量起到重要作用。

咸水区水泥土桩劣化及改性对道路复合地基的影响

王忠啸,崔新壮,崔社强,张磊,车华桥,苏俊伟

2018, 48(4): 69-77. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.580

摘要 ( 3131 )

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为了揭示咸水区水泥土桩劣化及改性对道路复合地基的影响,通过室内试验分析黄河三角洲土水的理化性质,研究含盐水泥土的力学特性。基于莫尔-库伦本构模型和强度折减法,利用FLAC^3D模拟水泥土桩劣化及改性对复合地基沉降和承载特性的影响。研究发现:地下水基本上为矿化度大于5 g/L的盐水,盐分以氯化物为主;盐的腐蚀作用会使水泥土发生劣化而强度降低;水泥土桩劣化会增大复合地基沉降,降低桩体承载能力;用矿渣微粉对水泥土桩改性可有效提高桩体承载能力、减小复合地基沉降。为此,在咸水区复合地基设计中,充分考虑水泥土桩的劣化效应是确保路基在全寿命周期内具有足够强度和稳定性的关键。

变质量弹性梁结构动力学特性

马驰骋, 郭宗和, 刘灿昌, 代祥俊, 张希农, 毛伯永

2018, 48(4): 78-87. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.373

摘要 ( 3036 )

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以变质量弹性梁结构为力学模型,利用模态叠加法推导系统的运动方程,分析质量变化引起的非结构阻尼对系统振动的影响,使用自适应Newmark法求解系统的振动响应。设计变质量-弹性梁结构动力学测试试验,通过控制液体的流入流出实现系统质量的变化。采用时频分析技术处理时变系统的非平稳响应信号,在时频域上更全面得到了系统的振动特性。数值仿真和试验结果一致,说明建模以及试验设计的有效性。研究表明:系统质量减小会引起一个非结构负阻尼,对系统的振动影响非常显著,在机械臂等高精度结构设计时,不能忽略该非结构阻尼对系统振动特性的影响。

磁悬浮作动器的串级PID控制设计与试验

吴华春, 谢思源, 陈昌皓

2018, 48(4): 88-93. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.616

摘要 ( 3120 )

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为提高主动隔振系统的稳定性和改善系统的控制质量,利用系统辨识得到磁悬浮作动器控制通道的数学模型并设计相应的串级比例-积分-微分(proportion-integral-derivative, PID)控制器:系统的内环为加速度环,主要控制隔振台的加速度;系统的外环为位移环,使隔振台回到中心位置并调节加速度控制器的参考值。利用一阶系统理论分析串级PID控制的动态性能,通过在Matlab中建立串级PID仿真控制模型验证理论结果,利用单自由度试验平台设计串级PID控制系统,对比试验和仿真加速度传递率,分析加速度控制效果。试验结果表明:采用串级PID控制方法,控制对象在1~25 Hz频段内的衰减幅度为-22.5~-2.2 dB,实现了有效的振动控制。

基于电流特性的主动磁轴承电磁线圈故障诊断

程鑫,张林,胡业发,陈强,梁典

2018, 48(4): 94-101. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.617

摘要 ( 3189 )

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磁悬浮轴承因其优异的性能得到了广泛应用,但电磁线圈的故障可能导致转子失控,从而造成严重后果。提出一种应用于磁悬浮轴承的在线电磁线圈故障诊断方法,通过建立数字开关功放输出电流的数学模型,获取其电流输出特性,从理论上分析线圈发生故障对输出电流变化率的影响;建立两态调制下的Matlab/Simulink模型,进行了仿真验证,证明了方法的理论可行性;设计基于电流过采样的故障诊断方案以及相关算法,搭建基于数字信号处理器(digital signal processor, DSP)的数字开关功放试验平台,进行了相关线圈故障的在线检测试验,结果证明了本研究方法的有效性。

基于ATP-EMTP的电弧建模及工程仿真

窦婷婷,姚元玺,陈鹏,芦灯

2018, 48(4): 102-108. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.129

摘要 ( 4051 )

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采用电磁暂态计算软件(ATP-EMTP)仿真分析直流线路与接地极线路同塔共架线路杆塔遭受雷击后的响应。验证改进Mayr电弧模型对研究的适用性,建立具有频率响应的输电线路仿真模型、多波阻抗的杆塔模型、基于先导法的空气间隙击穿模型,分析接地极线路对直流线路反击耐雷水平的影响,以及接地极线路招弧角的放电情况。研究表明:由于接地极线路差绝缘的保护作用,直流线路的反击耐雷水平提高约45.9%;单极大地运行情况下,雷击点处多基杆塔的招弧角间隙建立持续电弧,引发接地极线路多点接地故障。

基于反向解耦的PWM整流器分数阶内模控制

李翔宇,赵志诚,王文逾

2018, 48(4): 109-115. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2017.441

摘要 ( 3270 )

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针对三相电压型PWM整流器提出一种新型的双闭环控制策略。基于同步旋转坐标系下PWM整流器的数学模型,利用反向解耦方法实现电流环的完全解耦,且避免了复杂的矩阵求逆运算;根据内模控制(internal model control, IMC)原理,设计了电流环IMC-PI控制器,该控制器仅有一个可调参数;在电压外环控制器的设计中,将IMC与分数阶控制(fractional order control, FOC)相结合,给出一种分数阶内模控制器的设计方法,并利用系统截止频率和最大灵敏度指标,实现了控制器参数的鲁棒整定。仿真结果表明,所提方法可使系统具有更好的动态响应及抗扰性能。

氮形态对钝顶螺旋藻深度除氮性能的影响

刘婷,蒋丽,周维芝

2018, 48(4): 116-121. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.092

摘要 ( 3238 )

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PDF (974KB) ( 242 )

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研究合成二级出水中不同氮形态(氨氮、亚硝氮、硝氮、尿素)对钝顶螺旋藻生长及除氮性能的影响。结果表明,钝顶螺旋藻在氮形态不同的模拟二级出水中均可生长并有效去除其中的氮。当二级出水中的氮源分别为氨氮(质量浓度为29.3 mg/L)、硝氮(28.3 mg/L)、亚硝氮(28.6 mg/L)、尿素(29.1 mg/L)时,处理5 d后,总氮的质量浓度分别降至3.5、6.8、4.6、4.0 mg/L。二级出水中75%以上的氮被微藻同化积累在藻体内,仅4%~10%以气态氮形式被去除。为二级出水中氮的深度处理提供了理论依据,为微藻培养提供新方案。

铁载体在假交替单胞菌Cd²⁺去除中的作用

王振德,黄兆松,蒋丽,周维芝

2018, 48(4): 122-127. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.091

摘要 ( 3076 )

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为探索铁载体在微生物重金属去除过程中的作用,利用一株高效除镉菌——假交替单胞菌Pseudoaltermonas species. SCSE709-6(P. sp. SCSE709-6),研究镉(Cd²⁺)的添加对铁载体产量的影响以及铁载体的添加对菌体去除Cd²⁺的影响。结果表明:菌体代谢能够产生羟基羧酸盐型铁载体,其产量与细菌生物量相关。在Cd²⁺浓度为0~0.4 mmol/L时铁载体量呈先增后减的变化趋势,当为0.2 mmol/L时铁载体量最大。当向含镉培养液中加入铁载体时,细菌的适应期缩短,说明铁载体能够与Cd²⁺络合,从而降低镉的生物毒性,提高细菌对镉的去除效率。研究结果为P. sp. SCSE709-6高效除镉提供了一种科学解释,在微生物修复重金属镉污染中具有潜在的实际应用价值。

大气采样干燥技术除湿效果的测试与对比

赵亚楠,王新锋,李锐,陈天舒,薛丽坤,王文兴

2018, 48(4): 128-136. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.103

摘要 ( 3377 )

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高湿、云雾影响大气污染物的测量结果,甚至损坏测量设备,因此在大气采样中需采用干燥技术进行除湿。测试对比了旋风切割器、加热带、Nafion干燥管、硅胶干燥管4种干燥装置的除湿效果和影响因素。结果表明,旋风切割器能有效去除液态水,主要用于痕量气体和细颗粒物;加热带快速降低样品空气的相对湿度,但波动较大,平均除湿效率约为20%~40%,用于热稳定污染物;Nafion干燥管除湿效率通常小于20%,适用于各种痕量气体和颗粒物;硅胶干燥管除湿效率稳定,在50%左右,用于颗粒物。几种干燥装置的使用均会引起痕量气体的损失,其中加热带较大,约为10%,旋风切割器和Nafion干燥管不超过10%,甚至低于5%。不同干燥技术各有其适用性和优缺点,使用时应综合考虑。

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