摘要：载人潜水器在深海复杂恶劣的环境中运行,容易受到外部环境干扰和推进器故障的困扰,本文将干扰特性指标与基于推力分配的主动容错控制方法相结合,提出了一种新的主动容错控制方法.首先,建立了载人潜水器系统的数学模型;其次,设计非线性干扰观测器估计系统所受的集总干扰,并设计无推进器故障时的控制器;然后,针对推进器故障问题,引入权重矩阵进行推力分配以保护故障推进器,并设计了干扰特性指标表示干扰的性质对跟踪误差和推力损失的影响;在此基础上,给出了一种基于干扰特性指标与推力分配的新型容错控制方法,李雅普诺夫方法保证了该控制算法的理论稳定性;最后,通过数值仿真,验证所设计的控制方法的优越性.其优越性主要体现在:能够利用可用干扰与补偿有害干扰,并将可用的干扰能量用于补偿故障推进器的推力缺失.

摘要：拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计,从而大幅提高其计算效率。该文基于两种不同的生成对抗网络,构建了可实现跨分辨率预测的拓扑优化方法,并将其扩展至三维结构的优化预测。首先,以柔顺度最小化为目标函数,利用各向同性材料惩罚法生成不同载荷条件、初始位移和体积分数下的优化结构数据集;然后,分别利用Pix2pix和Esrgan网络解决其跨分辨率预测问题,其中对于Pix2pix网络,使用了残差模块代替其生成器内部的卷积模块,以增强网络对低层信息的复用;最后,通过二维和三维算例验证了所提方法的有效性,并与现有基于CGAN(conditional generative adversarial network)网络的方法进行了比较研究。结果表明,综合考虑计算精度和计算效率,基于Esrgan网络的方法表现更优,最适合应用于跨分辨率拓扑优化设计。

摘要：为实现气缸运动轨迹的高精度鲁棒控制,建立了比例阀控缸系统的数学模型,并基于反步法设计了一种能够有效抑制系统模型参数不确定性、未建模动态和外界扰动等因素影响的非线性确定性鲁棒控制器。利用MATLAB中的Simulink模块构建气缸运动轨迹跟踪控制系统仿真模型。采用MATLAB/Simulink中的xPC-Target开发了基于非线性确定性鲁棒控制器的气缸运动轨迹实时控制系统。仿真结果表明所设计控制器是可行的。试验结果表明该控制器能够有效地跟踪参考轨迹,跟踪0.3 Hz正弦轨迹时的最大跟踪误差为0.89 mm,约为幅值的2.97%;跟踪0.4 Hz正弦轨迹时的最大跟踪误差为1.02 mm,为幅值的3.4%。

摘要：巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法。该方法结合掘进工作面实际截割情况,采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络,使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作,分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制,使浅层特征图中的低级表征信息加权,从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型。同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面,研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法,并以实际矿井的掘进工作面为工程背景,验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性。研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为97.15%和98.51%,相较于其他模型具有更优的分割性能。将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证,平均误差为0.7%,每秒传输帧数为43 fps,满足井下现场应用部署条件。

摘要：为解决现有室内老化模拟方法与实际沥青路面老化梯度和服役温度存在差异的问题,设计了一种基于纯氧加速老化的新型室内长期老化方法,以模拟服役温度范围内沥青混合料的老化行为。通过傅里叶变换红外光谱和动态剪切流变仪研究了沥青混合料老化性能随时间和空间的演变规律。研究结果表明,新方法能有效模拟服役温度范围内压实沥青混合料的老化行为,老化程度接近标准长期老化试验水平。随老化时间和温度的增加,沥青混合料AC‒13和SMA‒13老化程度加重,其中SMA‒13的老化程度仅为AC‒13的1/5。同时,两种混合料的高温性能随之改善,而疲劳寿命下降。随着老化深度的增加,两种混合料的老化指数和高温性能逐渐降低,而疲劳寿命显著增加。在不同老化条件下,SMA‒13表现出更优异的抗老化和抗疲劳性能,尤其在低应变水平下。方差分析表明,老化时间对亚砜基和高温性能的影响显著,但对羰基和疲劳寿命无显著影响;老化温度对老化指数、高温性能和疲劳寿命均无显著影响,而老化深度仅对0.1 kPa下不可恢复蠕变柔量有显著影响,对其余指标无显著影响。

摘要：从超构表面调控电磁波研究的发展历史出发,详细介绍了基于复合相位超构表面实现高效多功能调控圆偏振电磁波的原理、设计思路和实验模拟表征,对近期国内外在这一领域的研究进展进行简要的论述,着力以此引导相关研究性实验教学,并为相关领域研究人员提供指引。

摘要：巷道顶板岩层裂隙分布特征是影响安全开采的重要因素,目前钻孔成像法是裂隙探测的主要方法,但钻孔成像法缺乏裂隙智能识别系统,传统人工观察法速度慢,只能定性分析裂隙特征。针对上述问题,在多个矿区进行钻孔成像,形成丰富的岩层裂隙识别数据库,并将数据库分为训练集和测试集。基于卷积神经网络搭建结构面识别网络,网络(1)训练时的像素类别分为背景像素、结构面像素和干扰像素;网络(2)训练时的像素类型分为背景像素和结构面像素。提出裂隙区划分方法,设计裂隙区内结构面数量自动计算程序,优化传统的霍夫变换算法,可实现裂隙区内多个结构面准确识别,并开发结构面参数自动输出程序。研究结果表明:将干扰像素划分为一种类别可以有效改善结构面识别效果。网络(1)对结构面的识别率为76.70%,通过开发的程序使得识别率达到90.20%。对于结构面的起点和终点位置预测误差主要集中在5 mm内,倾向预测误差主要集中于20°范围内,倾角预测误差主要集中于10°范围内,裂隙宽度的平均误差为5.07 mm。该研究工作促使钻孔成像技术由人工观察的定性分析向智能化的定量分析转变,为煤矿智能化发展提供了重要的地质保障技术。

摘要：研究了信号相关杂波背景下机载多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达发射波束形成和接收滤波器的联合设计问题,建立了机载MIMO雷达发射波束域空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)信号模型。为了提升杂波环境下目标的检测性能,通过最大化输出信干噪比构建了发射波束形成和接收滤波器的联合设计问题;然后,设计了一种新的基于优化最小化(majorization-minimization,MM)框架的迭代优化算法来解决联合设计问题。该算法通过合理寻找目标函数的下界可以有效提升算法的收敛速度并降低算法的运行时间。此外,与传统的相控阵雷达和MIMO雷达相比,优化后的发射波束形成和接收滤波器可以显著提升输出信干噪比,仿真实验验证了所提方法的有效性。

摘要：城市交通流量预测是构建绿色低碳、安全高效的智能交通系统的重要组成部分.时空图神经网络由于具有强大的时空数据表征能力,被广泛应用于城市交通流量预测.当前,时空图神经网络在城市交通流量预测中仍存在以下两方面局限性:1)直接构建静态路网拓扑图对城市空间相关性进行表示,忽略了节点的动态交通模式,难以表达节点流量之间的时序相似性,无法捕获路网节点之间在时序上的动态关联;2)只考虑路网节点的局部空间相关性,忽略节点的全局空间相关性,无法建模交通路网中局部区域和全局空间之间的依赖关系.为打破上述局限性,提出了一种多视角融合的时空动态图卷积模型用于预测交通流量:首先,从静态空间拓扑和动态流量模式视角出发,构建路网空间结构图和动态流量关联图,并使用动态图卷积学习节点在两种视角下的特征,全面捕获城市路网中多元的空间相关性;其次,从局部视角和全局视角出发,计算路网的全局表示,将全局特征与局部特征融合,增强路网节点特征的表现力,发掘城市交通流量的整体结构特征;接下来,设计了局部卷积多头自注意力机制来获取交通数据的动态时间相关性,实现在多种时间窗口下的准确流量预测;最后,在4种真实交通数据上的实验结果,证明了该模型的有效性和准确性.

摘要：现实生活中的网络通常存在社区结构,社区查询是图数据挖掘的基本任务.现有研究工作提出了多种模型来识别网络中的社区,如基于k-核的模型和基于k-truss的模型.然而,这些模型通常只限制社区内节点或边的邻居数量,忽略了邻居之间的关系,即节点的邻域结构,从而导致社区内节点的局部稠密性较低.针对这一问题,将节点的邻域结构信息融入k-核稠密子图中,提出一种基于邻域连通k-核的社区模型,并定义了社区的稠密度.基于这一新模型,研究了最稠密单社区查询问题,即返回包含查询节点集且具有最高稠密度的社区.在现实生活图数据中,一组查询节点可能会分布在多个不相交的社区中.为此,进一步研究了基于稠密度阈值的多社区查询问题,即返回包含查询节点集的多个社区,且每个社区的稠密度不低于用户指定的阈值.针对最稠密单社区查询和基于稠密度阈值的多社区查询问题,首先定义了边稠密度的概念,并提出了基于边稠密度的基线算法.为了提高查询效率,设计了索引树和改进索引树结构,能够支持在多项式时间内输出结果.通过与基线算法在多组数据集上的对比,验证了基于邻域连通k-核的社区模型的有效性和所提出查询算法的效率.