工科专业人工智能类课程思政的路径探索与实践

探讨工科专业中人工智能类课程的思政路径与实施思路。首先介绍课程思政的认识历程,然后以智能控制课程为例,详细介绍课程思政的设计思路、育人元素的提炼及具体实施,最后介绍课程思政的实施效果。实践表明,结合课程特点,选择合适的课程思政切入点及合理的实施方式,对提高学生学习自主性,激发学生内在学习驱动力,提高教学质量均具有积极作用。

基于三基色LED的线性调光混合照明

为提供高品质、智能健康的照明光源,基于三基色LED光源构建了线性调光混合照明系统,并提出一种调光调色的优化方法。混合光源的光色度和光强度分别用色温和明度等级来设定,使得混合照明效果更加符合“人因照明”的需求。在系统的智能优化配光过程中,将色温转化为CIE u′v′色度坐标,明度转化为亮度,使优化计算更加精确。该系统采用线性调光的方式,既能有效避免混合光源闪烁带来的健康安全问题,配合优化算法又有效解决了线性调光色度漂移大的问题。实验结果表明,在2000 K~8000 K的色温范围内,混合照明系统混合光的色度稳定性保持在1阶CIE u′v′圆内,在对应色温下的整个光强度调节范围内无可察觉的色差。采用线性调光方式在保持光色度稳定上比脉冲宽度调光方式效果更佳。理论探究和实验结果表明该混光照明系统简易可行,具有较高的实用价值。

多特征融合的在线板材表面缺陷检测方法研究

人造木质板材表面的划痕、油污、缺损和花色缺失是影响产品质量的关键因素,工业自动化生产线上需要在线筛查与分拣。基于高实时性需求及人造木质板材缺陷背景的复杂性,为了能够快速准确地识别人造木质板材的表面缺陷,提出了一种基于多特征融合的人造木质板材缺陷检测算法。该算法通过对样品进行预处理并获取人造木质板材的色彩特征和纹理特征,建立相应特征库;通过待检测板材所提取特征与特征库进行对比分析,达到缺陷检测的目的。针对特征匹配容易出现误判的问题,利用代价复杂度算法对多个特征建立特征库,实现多维度特征匹配。实验结果表明,该检测方法能够准确识别板材表面缺陷,准确率可达98%,可以满足人造木质板材工业生产中对缺陷自动化识别准确性的基本要求。研究结果可以为人造木质板材在线缺陷检测提供参考。

基于SSA-LSTM的膝关节置换术后步态机能评估方法研究

针对膝关节置换术患者的术后康复过程中需要由康复医师完成定量评估,但这种传统方法的诊疗效率低的问题,提出一种基于麻雀搜索算法-长短期记忆神经网络(Sparrow Search Algorithm-Long Short-Term Memory,SSA-LSTM)的步态机能评估方法。该方法旨在通过高效、精确的量化评估,辅助康复医师更好地指导患者术后恢复。首先,提取了正常人和患者之间的步态时空参数,设计了回归评价指标;其次,利用麻雀搜索算法优化长短期记忆神经网络,构建了步态机能模型用于分析和评估。结果表明,相比传统回归模型,优化后模型的决定系数有所提升,平均绝对误差降低了25%,为膝关节置换术患者术后康复的步态分析提供了一种科学有效的量化评估方法。

基于一致性的综合能源系统低碳经济调度

综合能源系统(integrated energy system,IES)是解决能源损耗和环境污染问题的有效途径。为提高IES的经济性和环保性,提出了一种基于一致性的IES低碳经济调度策略。首先,在IES中引入阶梯式碳交易机制,在碳交易成本函数构造中,提出一种随着碳排区间而递增的成本系数,通过成本的非线性递增来限制碳排放量。其次,综合考虑能量传输过程中的损耗问题,构建一种结合用能需求和传输损耗的供需平衡约束条件。然后,将电、热、气供能单元的增量成本作为一致性变量,利用领导一致性算法对IES进行分布式调度,进而实现各单元的供能最优输出。最后,结合不同的实验案例验证了所提低碳经济调度策略的有效性。

历史园林假山预防性保护研究及对策建议——以苏州园林为例

苏州园林是中国历史园林的典型代表,石质假山是苏州园林的构成要素。苏州园林中假山分布广、数量众多、类型丰富,在各构成要素中占据核心地位,历史、艺术与科学价值极高。假山结构工艺独特、复杂程度高、受影响因素多,极为脆弱,保护修复难度大。针对石质假山,通过跨学科、跨行业合作路径,协同开展假山系统性监测,以及勾缝材料工艺、树木与假山分类价值基础研究,分析假山受影响因素,提出保护对策和建议,有效提升园林假山预防性保护水平。

差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解研究

拱形门结构的裂纹应力强度因子是表征径向裂纹尖端应力场强弱的重要参数,但是差异沉降下拱形门结构的径向裂纹应力强度因子面临着难以模式化计算的问题。为此,本文推导了差异沉降作用下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解公式。首先,根据拱形门的对称性,将其分解为正、反对称状态的叠加形式,利用力法对拱形门内力分布进行分析;然后,依据内力情况采用截面法对拱形门径向裂纹截面上的应力分布沿厚度方向进行表达;最后,利用权函数法将权重函数和裂纹表面应力分布的乘积进行积分,得到差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子解析解。解析解推导结果与ANSYS数值仿真结果一致,即Ⅰ型、Ⅱ型应力强度因子对差异沉降值与径向裂纹倾角均有显著的线性响应趋势。实验结果表明,本文解析解可以准确有效地将差异沉降下的拱形门径向裂纹应力强度因子进行模式化计算,为裂纹的扩展延伸提供参考。

涤纶织物热定型降耗优化算法

为有效降低热定型过程的能量消耗,针对热定型过程缺乏有效的理论模型、定型机烘房温度设置不合理等问题,提出一种热定型过程参数优化的方法。利用Fluent软件模拟了烘房的温度、空气压力的分布情况,验证了织物加工位置温度、压力的均匀性。分析了织物加工过程的热力学特性,采用机制建模的方法建立了织物的实时温度估算模型框架,利用实验数据辨识了关键参数,在此模型的基础上以能量最小为优化目标,运用粒子群算法对烘房温度的设定值进行寻优。涤纶织物的热定型实验结果表明,所提出的实时温度估算模型可较好地匹配织物的实时温度数据,且在满足工艺约束的条件下,优化后的温度设定值可有效地降低能耗。

高精度矢量控制在乙酸乙酯生产中的应用

在乙酸乙酯生产过程中,原料输送、配比等环节要求驱动机构具备高精度速度和转矩控制能力,特别在低频情况下仍可提供连续稳定的转矩输出,并能向集散控制系统(DCS)等生产控制系统提供电机的电流、力矩等参数以及变频器其他信号状态,目前通用V/F变频器难以满足要求。本文在构建了交流异步电机的数学模型基础上,通过分析其非线性、强耦合的特点,采用Park、Clarke变换实现了定、转子变量的解耦,研制高精度矢量控制算法,提出包含电流磁链位置转换的电流、转速双闭环控制方案,编制了基于数字信号处理器(DSP)的软件,完成了矢量控制变频器的研制。所设计的高精度电机变频调速装置已应用于乙酸乙酯原料配比等生产过程,实际应用结果表明,该算法控制精度高、动态性能好,能够在较宽的频率下保证电机可靠的运行,各项性能指标优于普通的V/F控制策略,有一定的推广价值。

热定型过程织物无线温度记录仪研制

为准确记录定型机热定型过程中的织物的实际温度及其变化情况,设计了一种基于无线数据传输热定型过程织物温度检测记录仪;该记录仪以PT100为温度检测传感器,以铁电存储器FM24V05为存储芯片,以STM8L152为主控芯片,实现了温度数据的读取及存储,选用SI4463为无线收发芯片,实现了数据的传输,并设计了无线充电模块,主体电路部分采用密闭隔热材料封装;经实验测定,该装置可以准确的采集热定型过程中移动织物温度的数据,并进行无线导出;解决了定型过程布匹温度数据不准确的问题,该数据还可用于定型过程的建模、分析及优化,具有较高的工程应用价值。

湿度专家控制系统的设计与实现

针对湿度控制,设计了一套基于新型单片机AVR为主控制芯片,液晶屏为监控显示单元的自动控制系统,通过对湿度受控对象非线性、时滞性等的特性分析,研制基于专家控制的湿度控制算法,取得了良好的效果。实际应用结果表明:系统运行平稳,人机界面友好,算法通用性强,控制精度高,具有一定的推广价值。

基于视觉空间定向理论的虚拟现实空间重构

立体视觉中,虚拟的中央眼是立体空间定向的依据。中央眼存在个体差异,然而现有虚拟现实技术在立体影像呈现过程中尚未考虑到中央眼的个体差异。模拟的射击实验结果表明,人眼视觉系统对立体空间中,物体之间相对方向的判断极其敏感,实际中央眼位置与理想情况之间的微小偏移会带来显著性的感知差异。虚拟现实技术模拟真实场景的拟真性和交互性可以通过考虑个体中央眼位置的方式进行提升。本文通过对人眼双目定向理论的分析,提出了基于中央眼位置的虚拟空间重构方法,采用对立体相机系统反方向平移的方法补偿由于中央眼偏移带来的偏差。所提出的方法有望为虚拟现实技术拟真性和交互性的提升提供理论依据。

基于模糊逻辑的直驱式海浪发电系统最大功率跟踪控制

针对传统扰动观察法在海浪发电系统应用中存在响应速度慢和最大功率点附近振荡等问题,提出基于模糊逻辑控制的最大功率跟踪控制算法,实现海浪发电系统最大功率跟踪。以永磁同步直线电机作为海浪发电机,建立发电机数学模型;在规则海浪激励下,建立发电系统动力学模型,分析发电机输出功率与发电系统阻尼之间的相关特性。在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,并与传统扰动观察法在海浪发电中的应用进行仿真对比分析。结果表明,所提出的基于模糊逻辑控制算法具有更好的响应速度和鲁棒性。

无刷直流电机矢量控制策略与实现

针对无刷直流电机采用传统驱动控制方式存在的电能利用率低、转矩脉动大、噪声高等问题,分析了电机出现这些现象的原因,给出了一种基于矢量控制正弦波驱动无刷直流电机的控制方法,并研制了磁场定向控制无刷直流电机控制系统。该系统以STM32F103VE控制器为核心,设计了逆变驱动、过压过流检测与保护等硬件电路,并给出了软件控制策略。实验结果表明,与传统的方波换相方式相比,矢量控制可使换相电流波动下降52%,降低了电机的转矩脉动和运行噪声,适用于如空调、抽油烟机等对运行噪声比较敏感的设备,有较高的应用价值。

“电力电子技术”课程实验教学改革与探索

针对"电力电子技术"课程的实践教学方法和内容进行探索,引入EWB电路仿真软件和MATLAB系统仿真软件,构建电力电子仿真实验;同时增加开放性和设计性实验。实践结果表明该方法不仅可以提高学生设计电力电子电路的能力,还可以培养学生的动手能力和创新能力。

三维医用电子内窥镜可视化中的几何畸变

三维医用电子内窥镜已经广泛应用于各类医学诊断、微创手术以及医学培训。三维内窥镜可视化过程中的立体空间几何畸变将直接影响医护人员对于病灶相对大小和距离的视觉感知精确度,同时也可能成为三维内窥镜使用过程中影响视觉舒适度的重要因素之一。现有研究往往仅关注立体影像获取过程中平面图像的畸变及其矫正,而忽略了可视化过程中显示系统不匹配及人眼对三维影像的感知特性造成的立体空间几何畸变。本文通过对三维医用电子内窥镜影像获取、显示及感知过程的分析,建立了三维医用电子内窥镜可视化模型。理想的三维内窥镜影像感知是真实世界空间在各个维度等比例放大的虚拟空间立体感知,三维内窥镜的参数与可视化过程的参数必须匹配才能达到理想的无畸变各维度等放大率效果,最终实现精确的视觉感知以及良好的使用舒适度。研究内容有望为三维影像获取与可视化在医疗领域更为精确和舒适的应用提供理论参考。

基于77GHz毫米波雷达的非接触式精确心跳检测

基于多普勒雷达的非接触式心跳检测对于一些特殊场合有着重大的实用价值。然而,准确且快速的心率检测仍面临两大挑战:呼吸的强干扰以及心跳频谱分辨率不足。本文提出了一种基于77 GHz毫米波雷达的心跳检测方法,用于估计心率(HR)和心率奇异性(HRV)。首先,提出了一种基于自适应变分模态分解(AVMD)的方法,在呼吸强干扰下精确提取心跳信号。随后,引入了一种基于线性调频Z变换(CZT)的心跳频谱细化方法,显著提高了心率检测准确度。最后,通过测量6组模拟驾驶行为的实验数据来验证本文算法的有效性与鲁棒性。实验结果表明,10 s和3 s两种时间窗口大小下心率检测准确度(HRA)和连续心跳间隔(BBIs)的平均相对误差均取得了较好的效果。

机箱孔缝对电磁屏蔽效能的影响研究

近年来,随着电力电子技术与电气自动化技术的迅速发展,电磁环境日渐复杂,电子设备间的相互干扰日益严重,电磁兼容问题成为不容忽视的重要课题。为保证设备不受外界的电磁干扰,通常对设备外部加上金属屏蔽机箱,而由于需要散热、通风等因素的存在,不可避免需要在机箱上开孔开缝。外部的电磁干扰信号通过这些孔缝进入机箱内部,影响机箱正常工作。利用波导等效电路,计算了带有中心孔的矩形金属屏蔽体的屏蔽效能,并对孔的形状、矩形孔的长宽比以及入射波极化方向等参数对屏蔽效能的影响进行了讨论。另外,进一步研究了含有孔阵矩形金属机箱的屏蔽效能,并对电子机箱的电磁兼容性设计提出改进措施。最后利用Ansoft HFSS仿真软件验证模型的有效性和算法的正确性。

人工杨树林大气环境智能监测及数据分析

光照、温度、水分是植物生长的重要要素。为研究杨树人工林不同间伐密度下生长与环境的关系,在江苏宝应湖湿地公园选取100亩人工杨树林进行布点,将采集节点放置在不同的间伐区,通过构建无线传感网络,采集监测区内的环境数据,并汇聚到网关节点,再通过3G模块发送至数据服务器,实时监测树林内的生态环境参数。长期监测过程中发现低电池电压、温度变化等参数影响数据传送,造成丢包,影响日后数据分析,为此应用卡尔曼滤波算法对丢包数据进行预测修正,得到数据的最佳估计值。

基于专家控制的湿度测控系统

针对目前国内湿度控制设备测量精度差、控制算法简单、智能化程度低的不足,通过对被控对象的特性研究,提出了一种基于专家规则的湿度控制算法,并在带RTOS的AVR单片机上给予实现.系统选用新型湿度传感器,并设计了针对不同温度下湿度的自动补偿算法,无须手动标定,测量精度高.根据环境湿度和设备吸湿能力的不同,通过查询依据专家经验所构建的规则表,实现了对湿度的连续、动态、适时控制.引入RTOS(实时操作系统),按任务的重要程度规定优先级别,保证了系统的可靠运行.设计了基于C++Builder的上位机软件,实现了温、湿度曲线的绘制、数据的储存、报表打印等功能.实际应用结果表明:系统运行平稳,人机界面友好,闭环控制精度高,具有一定的推广价值.