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1. 基于多时间尺度相似性的涡扇发动机寿命预测
许昱晖,舒俊清,宋亚,郑宇,夏唐斌
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (10): 1937-1947.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.10.016
摘要   HTML PDF(pc) (1382KB)(556)   

针对传统相似性方法在提取健康指标和相似性匹配上存在的不足,提出结合自编码器神经网络的基于多时间尺度健康指标相似性的预测方法(AE MTS-HI). 采用自编码器从状态监测数据中提取表征发动机退化状态的健康指标,降低提取过程非线性信息的损失. 将测试退化轨迹长度的波动纳入考量,针对性地设计多时间尺度的健康指标进行相似性匹配. 这不仅可以克服单一时间尺度匹配导致的精度限制,而且可以提高预测的鲁棒性. 在涡扇发动机的公开数据集上验证所提方法的性能. 结果表明,利用该方法能够显著提升剩余使用寿命(RUL)的预测精度,为预知维护提供有力支撑.

2. 微型涡喷发动机燃烧室全覆盖气膜冷却
王子硕,唐豪,刘禹
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (10): 2002-2012.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.10.023
摘要   HTML PDF(pc) (2053KB)(338)   

为了延长微型涡喷发动机燃烧室的使用寿命,针对燃烧室壁面高温区进行全覆盖气膜冷却研究. 在KJ-66微型涡喷发动机试车实验的基础上,比较实际燃烧工况下,排布方式和燃烧室外环的扩张孔对气膜冷却效果及燃烧室整体性能的影响. 结果表明,在实际微型涡喷发动机模型中,顺排的平均综合冷却效率低于叉排,但对壁面的综合降温效果优于叉排. 随着扩张孔出口直径的增大,气膜冷却效果逐渐改善,但会影响燃烧室出口温度分布的均匀性. 由于燃烧室后排冷却孔的影响,二次流射入主流会发生偏转,提升了气膜的冷却效果. 整体而言,全覆盖气膜冷却在实际燃烧工况下对燃烧室壁面有着很好的冷却作用,扩张型气膜孔能够有效改善燃烧室外环的气膜冷却效果.

3. 道面单向约束作用对飞机振动响应的影响
凌道盛,盛文军,黄博,赵云
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1684-1693.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.010
摘要   HTML PDF(pc) (1802KB)(288)   

基于B737-800机型,建立道面单向约束的飞机六自由度模型,分别进行单个和随机不平整激励道面上飞机滑跑仿真计算. 结果表明:单个不平整激励输入下,机体振动响应与道面变形模式相关,不再随道面变形波长、幅值及飞机滑跑速度单调变化,与不考虑道面单向约束作用时有显著差异,且不同滑跑速度的敏感波段不相同. 在随机不平整激励输入下,机轮脱离道面时间随道面平整度劣化而增加. 当跑道国际平整指数为3 m/km时,飞机以超过70 m/s的速度滑跑,机轮可能脱离道面的滑跑距离占比超过1/4. 飞机振动响应主频变低、高频振动大幅衰减,振动能量向更低频集中. 在评价机场跑道平整度的2个指标中,机体质心竖向最大加速度相较于不考虑单向约束作用时有所增大,竖向加速度均方根因机轮脱离道面削弱负向加速度响应有所减小.

4. 多芯片小数分频锁相环输出信号相位同步设计
徐砚天,黄晓敏,李浩明,王志宇,郁发新
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1788-1794.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.021
摘要   HTML PDF(pc) (966KB)(285)   

为了在多通道射频(RF)通信系统中,实现多个收发器芯片或单个收发器芯片上的锁相环(PLL)相位同步,提出小数分频PLL输出信号相位同步算法. 设计相位累加采样点数选取算法,算法选取的采样点数用于累加参考时钟欠采样的PLL输出信号与数控振荡器(NCO)产生的参考信号经三角运算的结果,以消除高次谐波分量,并有效降低相位差计算结果的误差. 根据相位差的计算结果反馈调节PLL内 delta-sigma 调制器(DSM)输入的小数分频比,线性调整PLL输出信号的相位,实现多个PLL输出信号相位与参考信号相位同步. 通过仿真验证算法的正确性,且最终相位同步后的相位误差为0.35°,完成同步所需的时间为210 ms.

5. 仿生视角的数字孪生系统信息安全框架及技术
李琳利,顾复,李浩,顾新建,罗国富,武志强,刚轶金
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 419-435.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.001
摘要   HTML PDF(pc) (1417KB)(244)   

为了推动工业信息安全防御模式从静态的被动防御向主动防御转变,缓解安全专家严重不足与陡增的信息安全需求之间的矛盾,从仿生视角搭建数字孪生系统的信息安全主动防御体系框架,以数字孪生安全大脑为核心,提出以主动防御为目的的5类关键技术:基于云边协同的安全数据交互及协同防御技术、仿生的平行数字孪生系统主动防御技术、仿生的平行数字孪生系统安全态势感知技术、基于免疫系统的数字孪生系统主动防控技术、基于AI的数字孪生系统的反攻击智能识别技术. 给出数字孪生车间信息安全建设的应用案例,验证了数字孪生信息安全在智能制造中的适应性.

6. 考虑非线性模型不确定性的航天器自主交会控制
张科文,潘柏松
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (4): 833-842.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.04.024
摘要   HTML PDF(pc) (1412KB)(231)   

考虑航天器交会模型不确定性的问题,提出基于一般非线性相对运动方程的自适应控制策略. 针对复杂非线性系统中由外部扰动及目标星轨道参数引起的线性与非线性不确定性问题,通过自适应神经网络对模型结构进行参数化近似. 结合自适应反推技术和李雅普诺夫稳定方法进行自适应控制器设计,能够实现控制目标,保证所得闭环系统的渐近稳定性. 为了探究同时存在模型不确定性和输入约束的情况下航天器相对运动的自适应控制设计,提出辅助控制系统来分析和解决输入约束的影响. 针对相对运动提出的自适应控制策略保证了闭环系统的稳定性,使得模型未知参数的自适应估计满足最终一致有界性. 对不同案例分析比较的数值仿真结果验证了提出控制方法的有效性.

7. 重载智能堆垛装备刚度建模与结构优化
蒋君侠,廖海鹏
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (10): 1948-1959.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.10.017
摘要   HTML PDF(pc) (2245KB)(230)   

针对重载、高精度、高可靠性、长距离等货物搬运要求,提出重载智能堆垛装备的结构方案.通过对堆垛装备的工作原理及承载受力分析,提出基于V型滚轮接触力计算法的堆垛装备综合刚度求解方法,给出计算实例. 利用有限元方法求解V型导轨的接触刚度及堆垛装备的综合变形量,与理论计算结果进行对比,验证了理论方法的准确性. 通过建立基于刚度最大为优化目标的优化模型,对龙门立柱与三级货叉进行结构优化,得到立柱优化结构以及货叉最优的截面参数. 对堆垛装备进行实机运行及静态承载下的综合挠度检测. 结果表明,优化后的堆垛装备能够满足工程应用的要求.

8. 基于激光传感器的槽型轨轮廓匹配方法
伍川辉,廖家,熊仕勇,牛英杰,周博
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1607-1614.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.001
摘要   HTML PDF(pc) (1431KB)(223)   

为了实时掌握有轨电车线路的轨道状态,以期更有效地指导线路运营维护,针对有轨电车特殊的轨道结构和安装方式带来的轨道轮廓匹配困难问题,提出适用于槽型轨的轮廓匹配算法. 通过分析轨道的磨损规律及结构特征,定义槽型轨的匹配基准区域,给出区域的自动分割方法. 为了解决匹配区域定位困难的问题,设计两段式最近点迭代(ICP)匹配算法,实现轮廓的精确匹配;通过卡尔曼滤波器对匹配得到的旋转平移参数进行连续预测,解决在特殊情况下的异常匹配问题;通过实际线路实验,验证算法的可靠性. 实验结果表明:所提匹配算法具有快速、高精度和高鲁棒性的特点,能有效克服槽型轨的特殊结构和嵌入式安装方式带来的匹配困难问题.

9. 磁流体动力学动量轮的致动特性和影响因素
李吉冬,钟莹,李醒飞
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1676-1683.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.009
摘要   HTML PDF(pc) (1265KB)(221)   

结合不可压缩流体的纳维?斯托克斯方程和磁流体动力学基本方程,针对电流和电压控制模式下矩形截面环管内金属流体的哈脱曼流动问题建立完整的传递函数模型,深入分析流体中黏滞力项和边界层效应对动量轮输出性能的影响. 通过有限元仿真软件COMSOL对流体运动特性和流场分布进行仿真验证,分析电流、磁场和流体特征参数对动量轮输出指标的影响. 在电流控制模式下,动量轮的角动量输出标度因数约为9.68×10?5 N·m·s/A,可作为动量轮的设计与优化依据.

10. 区块链数据安全管理和隐私保护技术研究综述
梁秀波,吴俊涵,赵昱,尹可挺
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (1): 1-15.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.01.001
摘要   HTML PDF(pc) (790KB)(205)   

针对当前区块链安全方面存在数据管理模式不合理、数据共享方案不可靠、智能合约漏洞不易修复和多类型数据隐私保护不完善等问题,分析并总结了国内外关于数据安全管理和隐私保护技术的文献. 从数据存储安全、数据隐私安全、数据访问安全和数据共享安全4个方面来概括目前区块链系统存在的各类安全问题及合理的解决方案,讨论区块链实现数据安全面临的挑战及未来的研究方向,为区块链安全领域相关人员未来的研究工作提供了一定的参考.

11. 基于生成式对抗网络和多级小波包卷积网络的水下图像增强算法
温佩芝,陈君谋,肖雁南,温雅媛,黄文明
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (2): 213-224.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.02.001
摘要   HTML PDF(pc) (1464KB)(205)   

为了解决水下图像的雾模糊和偏色问题,针对水下图像成像模型提出基于生成式对抗网络(GAN)和改进卷积神经网络(CNN)的水下图像增强算法. 利用生成式对抗网络合成水下图像,以对配对式水下图像数据集进行有效扩充. 利用多级小波变换,以不丢失特征分辨率的方式对水下图像进行多尺度分解,然后结合卷积神经网络利用紧凑式学习方式对多尺度图像进行特征提取,并利用跳跃连接以防止梯度弥散,克服水下图像的雾模糊效应. 利用风格代价函数学习彩色图像各通道间的相关性,提高模型的色彩校正能力,克服水下图像色彩失真的问题. 实验结果表明,相较对比算法,在主观视觉和客观指标上,本研究所提算法拥有更优秀的综合性能及鲁棒性.

12. 基于半监督机器学习的滑坡易发性预测建模
黄发明,潘李含,姚池,周创兵,姜清辉,常志璐
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1705-1713.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.012
摘要   HTML PDF(pc) (947KB)(203)   

为了克服滑坡编录样本不足、扩充滑坡样本较困难、主观随机选择的非滑坡样本准确性较低等缺点,以江西省南康区为例,拟用半监督卡方自交互侦测决策树(SSCHAID)和半监督反向传播神经网络(SSBPNN)进行滑坡易发性预测(LSP), 在已知滑坡样本和随机选取的非滑坡样本基础上,用全监督机器学习将初始LSP划分成不同级别;将高分辨率遥感影像和初始滑坡易发性图中的极高易发区叠加,筛选一定数量的潜在滑坡栅格单元扩充滑坡样本;从极低易发区选取非滑坡栅格单元组合成新的输出变量;将新的输出变量导入全监督机器学习,获得最终LSP并评价其精度. 结果表明:半监督机器学习的LSP精度远高于全监督机器学习的LSP精度.

13. 基于图像的河流表面测速研究综述
杨聃,邵广俊,胡伟飞,刘国富,梁家铭,王瀚林,许超
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1752-1763.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.017
摘要   HTML PDF(pc) (1506KB)(192)   

为了解决洪涝灾害环境下设备难布设、流速难测量、河流难监控等问题,结合河流管控领域近10年研究情况,基于非侵入式、低成本、高效的测量手段,概述从粒子图像测速技术(PIV)到深度学习方法的一系列图像测速技术. 从图像采集、图像分析、图像后处理等方面探讨河流表面测速机理及存在的问题. 通过比对与总结各方法差异性,提出对现有方法的改进需求,旨在提升河流流速的测量效率.

14. 高铁接触网U型抱箍螺母故障检测算法
牛英杰,苏燕辰,程敦诚,廖家,赵海波,高永强
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (10): 1912-1921.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.10.013
摘要   HTML PDF(pc) (1496KB)(191)   

针对高速铁路接触网平腕臂结构中U型抱箍螺母故障的问题,提出结合抱箍螺母检测算法(HND-Net)与Mask_RCNN实例分割的故障检测方法. 提出HND-Net目标检测算法,实现对平腕臂U型抱箍所在区域的初定位,对于定位得到的U型抱箍区域图像进行像素级别的Mask_RCNN实例分割,快速得到平腕臂U型抱箍4颗螺母的精确定位及分类信息. 利用得到的定位信息,提出分割算法实现对U型抱箍螺母的可靠故障诊断. 经实验验证可知,利用该方法能够在复杂的悬挂图像中准确地定位检测U型抱箍的螺母故障,对于拍摄角度、拍摄距离有良好的适应性和较高的检测效率.

15. 横波钢板混凝土剪力墙震损修复及抗侧刚度分析
王威,宋鸿来,权超超,李昱,甄国凯,赵昊田
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1694-1704.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.011
摘要   HTML PDF(pc) (1583KB)(189)   

为了研究震损横波钢板剪力墙构件快速恢复功能的可行性,设计横波钢板混凝土组合剪力墙(CSPCW). 施加一定的初始损伤后,对墙趾受损部位进行修复改造使CSPCW成为带阻尼器钢板混凝土组合剪力墙(RCSPCW),并进行拟静力加载. 为了验证阻尼器的可更换性,在RCSPCW层间位移角达1.25%时,更换阻尼器后再次对试件进行拟静力加载. 试验结果表明:RCSPCW能够将损伤集中在阻尼器上,提升剪力墙延性及耗能能力. 第二次更换阻尼器试件的滞回曲线比第一次更换阻尼器的更饱满,证明罕遇地震下更换阻尼器的可行性. 采用ABAQUS对RCSPCW进行抗侧刚度数值拓展分析,发现剪跨比影响最大,体积含钢率影响最小.

16. 站间操作者不同的并行拆卸线平衡问题优化
张则强,许培玉,蒋晋,张裕
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (10): 1795-1805.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.10.001
摘要   HTML PDF(pc) (1087KB)(188)   

针对现有并行拆卸线对各拆卸线任务定义不明确且数学模型均为概念模型,考虑站间操作者不同,构建以最小化工作站数目、机器人数量、拆卸成本和空闲时间均衡指标为优化目标的并行拆卸线平衡问题的混合整数规划模型. 提出适应该问题的改进头脑风暴优化算法,该算法通过双层编码构造可行拆卸序列,离散化原始操作,设计单个个体和2个个体产生机制的变异交叉方式. 为了增加种群个体的多样性,设计四点交叉的操作策略. 针对优化目标的多重性,引入Pareto解集思想和拥挤距离筛选多目标非劣解. 应用CPLEX和LINGO求解小规模算例精确解,与算法求解结果对比,验证了该模型的正确性与算法的有效性. 应用该算法求解P25经典算例,与现有的多篇文献结果对比,验证了该算法求解性能的优越性. 将所建模型和所提算法应用于电视机与电冰箱的并行拆卸线实例中,通过不同的对比实验验证了所提算法的优越性.

17. 管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划
李琳,薛泽浩,蔡蒂,张铁
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (12): 2286-2297.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.12.008
摘要   HTML PDF(pc) (2298KB)(185)   

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关(GIS)内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明:机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.

18. 基于循环平稳分析的推进泵流致噪声特性研究
李倩,梁宁,童威棋,徐海平,曹琳琳,吴大转
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (9): 1660-1667.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.09.007
摘要   HTML PDF(pc) (1899KB)(181)   

为了深入理解推进泵流致噪声激励源机理,为推进泵低噪声设计提供支撑,以某双级推进泵为对象,基于其多工况下的辐射噪声实测结果,围绕推进泵流致噪声的调制机理及流致噪声源的提取方法展开研究. 在空泡水洞中测量该双级推进泵的辐射噪声,采用循环平稳分析方法,进行噪声解调分析与流致噪声源特征频率提取;开展该双级推进泵内流场的非定常数值模拟,分析其瞬态内流场分布特性与三向激振力特性. 联合信号处理结果与内流场模拟结果,研究推进泵流致噪声源的关键特性与形成原理. 结果表明,导叶是影响双级推进泵辐射噪声特性的关键因素,导叶调制线谱的强度与推进泵的来流条件、运行工况密切相关,叶轮与导叶的匹配性设计对推进泵振动噪声控制起关键作用.

19. 基于ShuffleNetv2-YOLOv3模型的静态手势实时识别方法
辛文斌,郝惠敏,卜明龙,兰媛,黄家海,熊晓燕
浙江大学学报(工学版)    2021, 55 (10): 1815-1824.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.10.003
摘要   HTML PDF(pc) (923KB)(180)   

针对移动端平台下计算资源有限、存储空间小的特点,提出高效的ShuffleNetv2及YOLOv3集成网络静态手势实时识别方法,以减小模型对硬件的计算能力需求. 通过将轻量化网络ShuffleNetv2代替Darknet-53作为主干网络,减小模型的计算复杂度. 引入CBAM注意力机制模块,加强网络对空间和通道的关注度. 采用K-means聚类算法,重新生成Anchors的长宽比和数量,使重新生成的Anchors尺寸对目标进行精确定位来提高模型的检测精度. 实验结果表明,提出算法在手势识别上的平均识别准确率为99.2%,识别速度为44帧/s,单张416×416图片在GPU上的推理时间为15 ms,CPU上的推理时间为58 ms,模型所占内存为15.1 MB. 该方法具有识别精度高、识别速度快、内存占用率低等优点,有利于模型在移动终端上部署.

20. 多角色多策略多目标粒子群优化算法
王万良,金雅文,陈嘉诚,李国庆,胡明志,董建杭
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 531-541.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.012
摘要   HTML PDF(pc) (1227KB)(180)   

针对粒子群算法在解决复杂多目标问题时存在过早收敛和多样性不足的问题,提出多角色多策略多目标粒子群优化算法(MOPSO_RS). 该算法根据粒子的角色划分指标,给不同性能的粒子赋予不同角色;提出多策略的学习参数调整方法和多策略的全局最优粒子选取方法,帮助种群执行各种搜索策略. 不同的学习参数使各角色粒子获得不同的搜索策略,以调整粒子的探索和开发能力. 不同的全局最优粒子使各角色粒子搜索不同区域,提高种群的搜索效率. 为了避免算法陷入局部最优,引入带有高斯函数的变异算子,使粒子根据其角色朝向不同的全局最优粒子变异,提高算法的求解精度. 实验结果表明,对比其他改进多目标算法,MOPSO_RS具有良好的收敛性和多样性,并验证了所提策略的有效性.