双目视觉下钻杆接口定位的实现

智能机器人技术的快速发展推动了石油钻机装备自动化和智能化的提升。针对目前石油钻机上卸扣作业中,传统的钻杆接口定位存在困难,无法实现完全自动化的问题,提出了一种基于改进YOLOv5x算法的智能钻杆接口检测方法,并在双目视觉下建立了钻杆接口定位模型。模型基于卷积神经网络提取钻杆接口的图像特征,从而实现自动识别;融合CBAM(Convolution Block Attention Module)注意力机制以提高模型的特征提取与表达能力,引入更大尺度特征图作为小目标检测层,减少了钻杆接口图像中小目标的误检和漏检情况;结合SGBM(Semi-Global Block Matching)算法,实现双目视觉下钻杆接口的精准定位;通过网络训练检验改进算法的性能,并在模拟试验环境下开展了钻杆接口的定位试验。试验结果表明:改进YOLOv5x算法平均精度达到98.6%,比原始YOLOv5x算法提高了3.0%;上下接口平均定位误差分别为7.64和6.56 mm,符合工程误差要求,具有一定的工程应用价值。所得结论可为钻杆接口的准确检测和精准定位提供技术参考。

内置式永磁同步电机无感复合控制策略研究

为了解决内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用单一控制算法无法实现全速度范围内理想控制效果的问题,提出了一种改进型复合控制策略。在低速运行时,采用脉振高频注入法,解决了转子初始位置检测问题。通过二阶广义积分器代替带通滤波器,提高了系统的速度响应。在高速运行时,采用龙伯格观测器。同时,为了解决两种控制算法的切换问题,提出了基于改进粒子群算法的线性加权平均切换方法。仿真结果表明:在初始角度θ=2.5 rad的情况下,该策略能使电机运行在全速度范围内、转速误差范围控制在[-8 r/min,+5 r/min],且转子角度波动较小。该研究对机械制造与航天、航空领域具有实际指导意义。

特征信号图像测速法在超声速多组分等离子体射流中的应用

高速稀薄等离子体流场在航空航天领域有重要的应用.等离子体射流不同于常规的气体或液体的流动,其内部的电离状态、丰富的反应活性、多样的特征尺度、热平衡与非平衡共存等特点导致传统测速方法难以应用.特征信号图像测速法(SSIV)通过将羽流光强波动作为示踪信号来测量流体速度,从而拥有更好的流体跟随性和测量精度.利用低气压(约为100 Pa)直流电弧等离子体实验平台,文章基于特征信号图像测速方法,通过跟踪发生器输入功率周期变化引起的光强波动来测量纯氩以及氩-氦多组分两种工况下的羽流轴向平均速度分布.将中心波长为696.5 nm的窄带滤光片安装到光学镜头上,进一步获取两种工况下氩原子(ArI)单一谱线所对应的射流速度.结果分析表明,相同工况(电功率、气体质量流量及背景气压)下,氩-氦多组分等离子体的射流平均速度显著高于纯氩等离子体射流的平均速度.并且在氩-氦多组分等离子体的射流中,基于整体光强波动得到的射流速度要明显高于基于Ar I特征谱线获得的速度,表明SSIV方法不仅能够测量可压缩等离子体射流的平均速度,还具有分辨不同组分速度场的能力.研究结果展示了特征信号图像测速方法在复杂流场测量中的适用性和优势.

组合弹性无缘轮半被动行走的混沌和同步分析

本文提出了组合弹性无缘轮模型,通过加入周期振荡的间接控制,实现了组合弹性无缘轮的半被动行走.通过观察组合弹性无缘轮半被动行走的步态,分析了混沌和同步化的非线性行为.首先,建立组合弹性无缘轮半被动行走的动力学模型,使其能够实现稳定的周期行走;其次,通过对组合弹性无缘轮半被动行走的典型步态分析,表明极限环的稳定性对初始条件敏感;最后,通过观察组合弹性无缘轮半被动行走的步态,分析振荡频率与系统行走频率关系,以及振荡频率与系统行走频率的相位差与行走步数之间是否存在同步化和混沌等非线性行为.仿真结果表明,对于振荡频率与系统行走频率之间的关系,较轻的摆动质量和较小的摆动振幅呈现出同步化现象,较重的摆动质量和较大的摆动振幅呈现出混沌现象;对于振荡频率与系统行走频率的相位差与行走步数的关系,较轻的摆动质量和较小的摆动振幅呈现出混沌现象.

基于欠驱动滑模控制的非线性无人自行车自平衡控制及抗扰分析

通过把无人驾驶自行车看作4个刚体,根据各个刚体的运动特性,采用拉格朗日方程法建立了欠驱动、非线性的动力学模型,研究了无人自行车自平衡运动的控制问题。针对系统的欠驱动特点,采用矩阵变换设计了一种欠驱动滑模控制器(underactuated sliding mode controller,USMC),通过车把转角和车体倾角的反馈信息来控制车把转角以实现无人驾驶自行车的平衡控制。根据李雅普诺夫稳定性理论和Hurwitz稳定判据确定欠驱动滑模控制器参数并进行仿真实验研究。仿真实验表明,欠驱动滑模控制算法能实现无人驾驶自行车在平面内的自平衡运动,在动态性能上优于比例微分(proportional-derivative,PD)控制算法,并具有较好的抗扰性能。

强噪声干扰下采煤机行星齿轮故障诊断方法

采煤机摇臂截割部行星齿轮的健康状态直接影响截割效率。针对采煤机截割煤岩过程中受多重冲击引起的强噪声干扰、齿轮结构复杂且传递路径多变导致故障特征难以提取等特点,提出了一种基于频谱平均降噪和相关谱的采煤机行星齿轮故障诊断方法。根据信号频谱分布特征及噪声随机特性,采用频谱平均降噪方法抑制噪声对信号频谱的干扰,获得信号降噪频谱。构建相关谱以建立少样本降噪频谱和多样本降噪频谱的内在联系,减少频谱平均降噪对样本数量的需求。采用一维卷积神经网络(1D CNN)建立相关谱与故障类别之间的精确映射关系,以相关谱为输入、故障类别为输出,实现行星齿轮故障分类识别。在DDS传动系统故障诊断实验台对基于频谱平均降噪和相关谱的采煤机行星齿轮故障诊断方法进行实验验证,结果表明该方法能够增强表征故障特征的关键频率,对正常、断齿、磨损、缺齿和裂纹5种行星齿轮健康状态信号的整体识别率达96%,在信噪比不低于15 dB时可有效、准确地实现齿轮故障诊断。

柔性腿无缘轮黏滞-滑动过程的被动动态行走运动特性分析

为了分析存在摩擦力情况下柔性腿无缘轮的运动步态,分析了柔性腿无缘轮黏滞与滑动两种运动状态相互转换的条件,通过拉格朗日第一类方程建立了系统的动力学模型,在建模时解除了单支撑阶段的切向约束条件,增加了摩擦力项以实现当摩擦力不足时的滑动状态建模.分析了不同摩擦因数下柔性腿无缘轮的运动步态情况,发现了最多可能产生4种运动行为.研究了不同步态对于系统能量的影响,并发现滑动的产生增加了系统在单支撑阶段的动能.利用Newton-Raphson迭代法和庞加莱映射发现了4种运动行为均存在不动点并且轨迹稳定,同时发现柔性腿无缘轮具有滑动的步态有着良好的鲁棒性.通过研究不同初始动能对系统滑动步态的影响,发现了系统动能或者角速度在一定的范围内存在一个极小的停滞区间,使得系统单支撑阶段在通过直立平衡面附近时会产生长时间的滑动,导致系统的不稳定.

石油化工领域自动化专业过程控制课程群交叉融合教学体系设计

设计一种适合于石油化工类学校自动化专业的过程控制方向课程教学体系。该体系以石油炼化实验平台为依托,将石油炼化这一过程复杂、工艺灵活、形态多样的工程实际问题作为案例贯穿于本科生全阶段学习过程中,使学生循序渐进地掌握系统的专业知识,并具备初步的工程分析与设计等实践能力。教学实践证明该体系效果提升明显,学生的学习能力、团队协作能力、实践能力等均得到显著提升。

基于红外热像仪的电控箱内电气元件温度监测系统设计

针对采煤机电控箱内电气元件检修依赖人力、需停机开盖检修等问题,提出基于红外热像仪的测温方案,根据采煤机主回路关键器件温度检测需求,结合电气元件红外辐射与温度对应的关系,研制了一套针对高压电气元件的红外测温装置,该装置可实现基于红外热力图的温度测量与分析,以及异常温度预警功能。

平面被动粘弹性腿无缘轮的动力学建模及步态分析

为研究被动动态行走问题,建立了一种平面被动粘弹性腿无缘轮模型,并进行了动力学建模与稳定性分析。首先,考虑系统约束,通过拉格朗日第一类方程建立了无缘轮的动力学方程。其次,通过调节模型参数进行对比实验,对所生成的被动动态步态的基本特性进行了分析。最后,在相平面上验证了无缘轮周期步态的稳定性。在理论分析的基础上,进行了仿真实验。仿真结果表明:在给定的斜坡角度和初始运动条件下,被动粘弹性腿无缘轮模型可实现稳定持续的周期行走,在相平面上形成极限环。

基于链路位置的SDN数据平面故障恢复方法

在软件定义网络中,为了实现链路故障的快速恢复,通常采用主动式恢复方法。现有主动式恢复方法的备份路径设计往往难以兼顾故障恢复的备份资源消耗和恢复时延。为了在节省备份资源的基础上减少恢复时延,文章提出了一种主动式单链路故障恢复方案(LBR),对主路径中的前半部分和后半部分链路采取分而治之的方式,不同故障位置的链路规划不同的备份路径,以实现快速故障恢复和对备份流表项资源的合理利用。最后,将LBR方案与基于最短路径重路由的方案(ST方案和FLR方案)、回溯方案(DT方案)进行对比实验。实验结果表明LBR方案实现了恢复时延和资源利用上的有效平衡:与基于最短路径重路由的方案相比,LBR方案能更有效地利用备份资源;与回溯方案相比,在主路径节点数为4~11时,LBR方案的恢复时延减少了34%~44%。

基于数据预处理的侧信道分析优化方法

电磁侧信道信息具有数据庞杂无序,信噪比低的特征,对侧信道分析的结果存在较大影响。针对电磁侧信道数据的特性,该文提出一种最小相关差值的对齐方法,通过参考信号的自相关函数与待对齐信号的互相关函数之间的相似度来估计延时差值。同时,提出一种K奇异值分解(KSVD)字典学习的降噪方法,交替迭代进行稀疏编码和字典更新来滤除高频噪声。为了验证数据预处理方法对侧信道分析结果的优化效果,设计并搭建了电磁侧信道测评系统,并基于实际芯片进行了近场电磁侧信道信息采集与分析。该文使用所提预处理方法对电磁数据进行对齐与降噪,通过t-test泄露评估与相关性电磁分析,对比最大相关系数对齐与小波降噪方法,能够将侧信道攻击的效率分别提高29.91%和55.23%。

基于遗传算法的抗网表逆向攻击逻辑混淆方法

随着集成电路(IC)产业进入后摩尔时代,芯片一次性工程成本愈发高昂,而以逆向工程技术为代表的知识产权窃取手段,越来越严重地威胁着芯片信息安全。为了抵抗逆向工程攻击,该文提出一种基于遗传算法的自动化逻辑混淆方法,通过分析网表寄存器的拓扑网络结构,筛选逻辑节点并创建冗余连接,从而混淆词级寄存器的相似性特征,在低开销下防止逆向攻击恢复寄存器传输级的词级变量、控制逻辑与数据通路。基于SM4国密算法基准电路开展验证实验,结果表明:经该文方法混淆后,逆向结果与设计真实情况的标准化互信息相关度下降了46%,拓扑复杂度提升61.46倍,面积额外开销为0.216%;同时相较于随机混淆,该混淆方法效率提升为2.718倍,面积额外开销降低70.8%。

褪黑素对泌乳中期奶牛瘤胃发酵参数及微生物区系的影响

本试验旨在研究褪黑素对泌乳中期奶牛瘤胃发酵参数及微生物区系的影响。选择泌乳日龄[(143±43)d]、胎次[(2.75±1.23)胎]、产奶量[(36.80±4.18)kg]相近的荷斯坦奶牛48头,随机分为4组,每组12头,每头为1个重复。在饲喂基础饲粮的基础上,3个试验组分别补饲80(试验Ⅰ组)、120(试验Ⅱ组)、160 mg/d(试验Ⅲ组)的褪黑素,投喂时预先将褪黑素分装于可食用的糯米胶囊中,而对照组则补饲空的糯米胶囊。褪黑素于每日晨饲时进行投喂,试验期37 d,其中预试期7 d,正试期30 d。结果显示:1)与对照组相比,试验Ⅱ、Ⅲ组奶牛瘤胃液中氨态氮浓度显著升高(P<0.05),试验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组奶牛瘤胃液中丙酸浓度均显著升高(P<0.05)。瘤胃液中总挥发性脂肪酸浓度随褪黑素补饲量的增加有所升高,但各试验组与对照组相比均无显著差异(P>0.05)。2)在门水平上,与对照组相比,试验Ⅱ组瘤胃菌群中厚壁菌门的相对丰度显著升高(P<0.05),试验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组瘤胃菌群中螺旋菌门的相对丰度均显著降低(P<0.05)。3)在属水平上,与对照组相比,试验Ⅱ、Ⅲ组瘤胃菌群中普雷沃氏菌属和瘤胃球菌属的相对丰度显著升高(P<0.05)。综上所述,补饲褪黑素可以提高泌乳中期奶牛瘤胃液中氨态氮和丙酸的浓度,提高瘤胃菌群中厚壁菌门、普雷沃氏菌属和瘤胃球菌属的相对丰度,降低螺旋菌门的相对丰度,推荐补饲量为120 mg/d。

层次聚类分析法在卫星效能评估体系上的应用

效能评估是通信卫星和导航卫星系统的重要组成部分,在系统的方案论证,战术指标论证等方面起着重要作用.据此基于经典层次分析方法,结合相关性分析和聚类分析的思想,针对评估指标的等价类提出了一个科学客观的效能评估模型.该模型克服了传统层次分析法在对有复杂的评价指标体系进行评价时,计算繁琐的不足.并且应用该模型给出了一个评价5个东方红系列卫星的效能的实例.

基于矿井监控的视频质量矫正算法

煤矿井下光照条件复杂、空间可见度低,导致采集到的监控视频质量差,不利于基于视觉的智能化功能展开。通过对数字图像处理技术的研究,提出了一种针对矿井监控视频的图像矫正算法。首先,对输入的视频帧使用直方图均衡化处理,提高图像的全局对比度。其次,将输入的图像转换至HSV频道,在亮度V频道下,借助伽马映射矫正图像的亮度值,并结合矫正后的亮度值转换至RGB频道。最终,将前两步处理后的结果在像素维度进行灰度值叠加。实验证明,算法平均灰度值相比对比算法最高,信息熵相比对比算法最大,在全局亮度和细节信息丰富度方面,优于其他图像矫正算法。

基于温差发电的采煤机摇臂传感器供电技术研究

为研究采煤机工作时,摇臂部位高功率密度机械传动系统之间存在温差,利用热电效应将该部分热能转换成电能为摇臂传感器供电的问题。基于能量收集技术与采煤机的实际工况和摇臂温度分布特点,设计了一种适应于采煤机的温差发电系统,改进了温差发电片结构和散热装置,采用LTC3108能量收集管理芯片管理收集到的能量,为传感器提供稳定的电能。最后通过实验研究了该温差发电系统在实际应用中的性能,证明了该系统的可行性,为解决采煤机传感器供电问题提供了新的思路。

西藏浦桑果铜多金属矿床中酸性岩石成因及动力学背景:年代学、地球化学及Sr-Nd-Pb-Hf同位素约束

浦桑果矿床位于拉萨地块冈底斯成矿带中段,为侵入岩体与钙质围岩接触带内形成的矽卡岩型高品位铜多金属矿床(Cu@1. 42%,Pb+Zn@2. 83%),是冈底斯成矿带目前唯一一个大型富铜铅锌(钴镍)矿床。本文以浦桑果矿床相关中酸性侵入岩体(黑云母花岗闪长岩和闪长玢岩)为主要研究对象,开展LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩主微量元素、全岩SrNd-Pb及锆石Lu-Hf同位素研究,旨在厘定侵入岩体的形成时代、岩石成因及成岩成矿的动力学背景。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,黑云母花岗闪长岩和闪长玢岩侵位年龄分别为13. 6～14. 4Ma和13. 6～14. 6Ma,岩体形成时代均属中新世。岩石地球化学特征表明,闪长玢岩和黑云母花岗闪长岩均属高钾钙碱性I型花岗质岩石;岩石普遍具高Sr含量(599×10^(-6)～1616×10^(-6))、高Sr/Y(48. 2～132. 3)和高(La/Yb)N(19. 6～25. 4)比值特征,具低Y(10. 38×10^(-6)～12. 70×10^(-6))和Yb含量(0. 79×10^(-6)～1. 17×10^(-6))特征,表现出埃达克质岩的地球化学属性。全岩稀土元素表现为明显富集轻稀土元素(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs),而相对亏损重稀土元素(HREEs)和高场强元素Nb、Ta、P、Ti等(HFSE)。全岩Sr-Nd-Pb及锆石Hf同位素分析结果表明,浦桑果矿床相关中酸性岩石与冈底斯成矿带中新世大多斑岩-矽卡岩矿床紧密相关的埃达克质侵入岩体具相似的同位素组成特征,指示岩石具同源岩浆特征且埃达克质岩浆主要起源于拉萨地块加厚新生下地壳。浦桑果矿床中酸性岩体主要形成于后碰撞伸展的构造背景,因碰撞挤压向后碰撞伸展背景的构造转换,引起印度大陆岩石圈发生拆沉(42～25Ma)及拉萨地块中富集岩石圈地幔发生部分熔融,从而形成富含Cu、Co等基性岩浆熔体底侵加厚新生下地壳(25～18Ma),导致拉萨地块加厚新生下地壳中部分石榴子石角闪岩相发生部分熔融,最终形成闪长质熔体于浦桑果矿区有利构造部位形成具埃达克质属性的中酸性侵入岩体(13～14Ma)和矽卡岩型铜多金属矿体。

基于电子齿轮的振动台研究及实现

针对机电产品运输过程中受到振动影响的问题,在研究电子齿轮原理基础上,开发跑马式振动台,验证结果表明该振动台达到预期要求,具有较好的实际应用效果,对提高产品性能和可靠性具有积极的意义。

基于惯性导航的工作面直线度检测系统验证装置的研制

针对综采工作面现场惯导系统精度测试难度大,地面搭建综采三机设备成本高、可操作性低等问题,通过搭建地面测试轨道及轨道小车来模拟采煤机的作业过程,研制了工作面惯性导航直线度检测系统的验证装置。试验表明:该验证装置具有轨道数据精度高、测试便捷等优点,能满足惯导定位精度的验证需要,本验证装置可为综采工作面惯性导航技术的深入研究提供支持。