Short-term wind speed forecasting bias correction in the Hangzhou area of China based on a machine learning model

准确的风速预报具有重要的社会意义.在本研究中,使用名为WSFBC-XGB的XGBoost机器学习模型对中国浙江省杭州市自动气象站的短期风速预报误差进行校正.WSFBC-XGB使用本地数值天气预报系统的产品作为输入.将WSFBC-XGB校正的结果与传统MOS(模型输出统计)方法校正的结果进行了比较.结果表明:WSFBC-XGB预报风速的均方根误差(RMSE)/准确率(ACC)分别比NWP和MOS降低/提高了26.1%和7.64%/35.6%和7.02%;对于90%的站点WSFBC-XGB的RMSE/ACC均小于/高于MOS.此外,采用平均杂质减少法对WSFBC-XGB的可解释性进行分析,以帮助用户增加对模型的信任.结果表明:10米风速(47.35%),10米风的经向分量(12.73%),日循环(9.97%)和1000百帕风的经向分量(7.45%)是前4个最重要的特征.WSFBC-XGB模型将有助于提高短期风速预报的准确性,为大型户外活动提供支持.

An Algorithm for the Optimal Matching Speeds of Pass enger and Freight Trains in Mixed Operations

This paper models the calculation of the optimal matching speeds of passenger and freight trains with various stage control methods for speed in mixed operations, presents a algorithm for the solution and justifies it with a practical example.

戴煦《外切密率》“降位迟速”问题探赜

“杜氏三术”传入后,从明安图开始的中算家在证明和推广割圆捷术的同时,也关注其中的“降位迟速”问题。他们对这一问题的认识不尽相同,均考虑到了计算效率的问题,但在具体实施计算的过程中,戴煦对“降位迟速”问题的见解独到、处理方式极具价值。通过分析《外切密率》中的具体算例,从“降位迟速”问题的认识、弧度的分限、尾数的处理、误差的判断等方面,阐明戴煦所设计的“降位迟速”算法及所含的算理,为比较各算家所用“降位迟速”算法及廓清算法改进的路径提供借鉴。

基于ASP-SAC算法的列车自动驾驶速度控制

随着经济建设的绿色转型以及人工智能的快速发展,城市轨道交通已成为居民日常出行的重要方式,在保障安全性、高效性和准点性的前提下,列车运行的节能性和舒适性需求也越来越被关注。合理的运行策略能够有效实现多种目标需求下的列车自动驾驶速度控制,强化学习作为一种智能决策方法,能够有效解决这一控制问题。首先,通过综合分析技术、安全性和乘客体验等方面的因素,基于专家经验动作划分和状态信息熵将软演员-评论家(SAC)改进为动作状态经验优先软演员-评论家(ASP-SAC)方法,用于研究列车自动驾驶速度控制问题。其次,将问题马尔可夫形式化,搭建了列车运行环境,确定了状态空间、动作空间以及基于目标控制的奖励函数。最后,以北京地铁亦庄线的一段区间数据为例进行试验,对ASP-SAC方法进行验证并与其他一些算法在相同环境下进行性能优劣比较。研究结果表明:该方法对于多目标控制需求下的列车自动驾驶速度控制问题具有可行性,与未改进前相比算法效率提高22.73%,与PPO算法相比提高29.17%,改进效果良好。同时,列车运行时在安全性、舒适性无误的情况下,准时性、精确性和节能性都强于SAC、DQN、PPO以及PID算法,其中能耗分别减少3.64%、5.62%、4.38%、7.35%,控制效果良好。此外,该方法亦具备鲁棒性,在列车自动驾驶速度控制方面具有一定的优越性和可参考性。

金属弧焊机器人加工轨迹智能规划研究

针对金属弧焊机器人加工轨迹运动规划精度低的问题,提出一种基于改进梯形速度规划算法的弧焊加工轨迹智能规划方法。该方法首先根据D-H法构建机器人的运动学模型,根据拉格朗日法构建机器人的动力学模型;然后应用加速度规划改进后的梯形速度规划算法进行运动规划;最后基于稳健控制的运动修正方法对初步运动规划结果进行修正。仿真实验结果表明:相比于梯形速度规划算法,改进的梯形速度规划算法具有更高的运动规划精度;基于稳健控制的运动修正方法的加入,使运动规划精度、抗干扰性都得到提升,且提高了机器人关节的使用寿命;该方法具有较好的弧焊加工轨迹智能规划性能,基本满足研究需求。

基2-FFT输入分级截断算法在频域合成孔径超声成像中的研究

为提高超声频域成像算法的计算速度,提出一种应用于超声频域成像算法的基2-FFT输入分级截断算法。首先,借助于COMSOL多物理场仿真软件,建立钢件中含有孔缝缺陷的有限元模型进行声场仿真。仿真结果得到关于缺陷的回波信号,并通过PSM算法对频域内声场进行重建,得到成像区域的聚焦图像,和原始仿真信号的B扫图像相比效果更加直观且成像质量更好,验证了PSM算法的可行性。然后为了避免超声频域成像算法中二维傅里叶变换的冗余计算,进一步提出了支持任意非0值输入的基2-FFT输入分级截断算法。实验结果证明,基2-FFT输入分级截断算法比标准基2-FFT算法快27%,超声频域算法成像速度提高13%。

基于边缘计算的高速光纤通信链路时延估计研究

由于未对接收信号进行去噪处理,导致光纤通信链路时延估计存在估计误差大、准确率低的问题,为了解决方法中存在的问题,提出基于边缘计算的高速光纤通信链路时延估计方法。通过边缘计算设计了高速光纤通信网络架构,基于网络架构中的边缘计算层,通过直射链路的方式构建高速光纤通信链路模型,接收光信号,并使用广义相关算法对接收到的信号进行去噪处理,根据去噪处理结果,结合卡尔曼滤波方法与Round-trip算法估计信号时延。实验结果表明,所提方法的高速光纤通信链路时延估计准确率高、效果好,具有较高的实际应用价值。

基于IBES-XGBoost的高速铁路沿线风速预测模型

为保证高速铁路沿线风灾预警信息具有较高时效性,需要进行高速铁路沿线超短期风速的提前多步预测。针对众多预测模型在预测中可能存在较大误差的问题,采用Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰搜索算法进行改进,并用改进的秃鹰搜索算法(IBES)对XGBoost的初始参数进行优化。在构建IBES-XGBoost模型时,加入风速以外的其他气象特征,以提高预测精度。实验结果表明:(1)改进的秃鹰算法相比其他智能优化算法有更好的寻优能力,与其他模型相比IBES-XGBoost在超短期风速的提前多步预测上有着较高的精度和较好的拟合效果。(2)Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰算法有着较好的改进效果。(3)IBES-XGBoost能为高速铁路规范下的大风预警提供可靠的提前多步预测结果。

基于PLC的变频造纸机双闭环调速控制方法

为了提高变频造纸机的控制精度与稳定性,提出基于PLC的变频造纸机双闭环调速控制方法。首先,对变频造纸机的电机展开建模分析,为后续调速控制提供依据;其次,采用PLC技术设计变频造纸机控制系统,计算造纸机理想转速比,结合实际转速获得控制偏差,采用PI控制方式完成电流调节环节与转速调节环节的控制;最后,引入灰狼算法在变频造纸机双闭环调速控制目标函数的基础上优化PI控制参数,以此实现变频造纸机双闭环调速的优化控制。实验结果表明,在干扰环境中所提方法可高效、稳定地实现控制。

基于Adaline算法的高速磁浮列车谐波检测及抑制方法

[目的]为了减小高速磁浮谐波对牵引网产生的影响,保障高速磁浮列车的正常运行,需研究高速磁浮牵引供电系统中的谐波特性及其相应的谐波抑制方法。[方法]分析了高速磁浮牵引供电系统的构成,并对双三相半控12脉冲多重整流电路及其谐波进行了理论分析和仿真。根据Adaline神经网络算法原理和高速磁浮谐波特性,构建基于Adaline的高速磁浮谐波检测模型。采用谐波补偿控制策略,产生与检测出的谐波方向相反、大小相等的电流作为补偿信号,对系统畸变电流进行谐波抑制。[结果及结论]仿真结果表明:采用基于Adaline算法的谐波检测及抑制方法前,谐波畸变率为11.16%,而采用该方法后,各次谐波含量明显降低,谐波畸变率下降为1.41%。研究结果表明:所提谐波检测及抑制方法可以有效减少谐波畸变,提高牵引供电系统的稳定性和工作效率。

SSA-RBF神经网络模型在风电风速预测中的应用研究

为了提高风电功率的预测精度和稳定性,以更好应对风速的多变性和非线性特性,提出了一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化径向基函数(RBF)神经网络的风速预测模型(SSA-RBFN)。通过SSA优化RBFN的参数,以预测提高模型的精度和稳定性。通过选用风电场实际数据进行研究,与SSA-BP模型、RBF模型、BP模型进行比较。仿真结果表明:SSA-RBF预测模型在MAE、MBE和RMSE指标上体现出预测误差显著低于传统RBF模型和BP模型,表明提出的模型是可行和有效的。

基于改进鲸鱼算法优化PID的转速控制

当汽轮机转速发生偏差时,需要操作员手动整定PID参数使转速达到稳定,但控制效果不佳且调节时间长,针对这一问题提出了一种改进的鲸鱼优化算法优化PID参数控制转速,通过引入反向学习策略和非线性收敛因子,在一台3MW的汽轮机的组态仿真中进行实验对比。结果表明:与鲸鱼算法、粒子群算法相比,改进鲸鱼算法寻优效果更好,进而有效地达到对汽轮机转速的控制。

基于位置偏差调速的激光跟踪运动控制方法

跟踪算法和伺服算法的设计是实现激光跟踪运动控制的关键,决定激光跟踪运动的速度及其稳定性。为获得更好的跟踪性能,基于工业控制器及其伺服算法,提出一种基于实时角度位置偏差动态调节轴系运动速度的激光跟踪算法;首先,分析基于位置偏差动态调速实现连续稳定跟踪的控制原理;然后,建立被控对象的数学模型及包含此跟踪算法的跟踪系统数学模型,并完成激光跟踪的仿真测试;最后,搭建激光跟踪实验平台,对跟踪算法进行实验验证,最终实验结果表明,激光束能够很好跟踪动态目标,电机运行平稳流畅,跟踪能力优于7(°)/s。该控制方法为激光跟踪测量系统的搭建提供技术参考。

基于模型预测控制的静液压变速器转速控制研究

为提高静液压变速器(HST)控制系统的自适应性和鲁棒性,结合模型预测控制(MPC)与粒子群优化(PSO)算法对HST转速控制性能进行仿真和实验研究.首先,基于状态扩展空间方程建立HST的预测模型,引入PSO确定MPC的最佳超参数,获得综合性能指标最佳的模型预测控制器模型.然后,对HST进行阶跃响应与加减速控制仿真,同时搭建静液压传动实验平台对模型预测控制HST的可行性进行验证.结果表明:在阶跃响应和期望转速突变条件下,模型预测控制HST的输出转速均在较短时间内稳定在期望转速附近,且超调量最大不超过5%,具有较好的静态特性.期望转速突变时,MPC亦能快速准确地调控变量泵的排量,使马达转速迅速达到新的稳定状态,且调控过程的转速波动较小.所得实验结果与仿真结果一致,表明MPC在HST转速控制方面具有可行性.最后,针对更为复杂的工况(变化的输入功率、多变的期望转速以及突变的外部负载),采用仿真手段研究了MPC对HST的转速控制性能.结果表明:在复杂工况下,MPC亦能使HST具有较好的静动态特性,其转速波动得到有效降低,马达输出转速能稳定在期望值附近.

超高速飞行器自适应模糊超螺旋控制律设计

针对超高速飞行器多源扰动下高精强鲁棒控制需求,提出了一种自适应模糊超螺旋控制律。首先,给出控制导向的超高速飞行器姿态模型;其次,采用广义超螺旋算法设计控制器,实现滑模变量与跟踪误差的高精收敛;同时,引入高阶齐次观测器估计飞行器复杂扰动,并在控制律中做前馈补偿以提高算法鲁棒性。针对控制增益选取问题,基于模糊算法,通过融合专家经验,建立控制增益与滑模变量直接关联。相较传统自适应方法,该自适应律可实现控制增益快速调节整定,同时兼顾系统响应速度、鲁棒性与抖振抑制需求。最后,以考虑复杂多源干扰的超高速飞行器为对象进行仿真,结果证明了自适应模糊超螺旋控制律的有效性。

基于改进鲸鱼优化PID的无刷直流电机转速控制算法

针对鲸鱼优化算法易陷入局部最优以及无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)速度控制响应慢、超调量大等缺点,提出一种改进鲸鱼优化算法(improve whale optimization algorithm,IWOA)优化PID(proportional integral derivative)参数的无刷直流电机速度控制算法.该算法采用高斯变异因子、自适应权重因子和动态阈值相结合对鲸鱼优化算法进行优化.仿真实验结果表明,改进鲸鱼优化PID的无刷直流电机转速控制算法具有更快的收敛速度以及较小的超调现象,鲁棒性也更好.

An Adaptive Fruit Fly Optimization Algorithm for Optimization Problems

In this paper, we present a new fruit fly optimization algorithm with the adaptive step for solving unconstrained optimization problems, which is able to avoid the slow convergence and the tendency to fall into local optimum of the standard fruit fly optimization algorithm. By using the information of the iteration number and the maximum iteration number, the proposed algorithm uses the floor function to ensure that the fruit fly swarms adopt the large step search during the olfactory search stage which improves the search speed;in the visual search stage, the small step is used to effectively avoid local optimum. Finally, using commonly used benchmark testing functions, the proposed algorithm is compared with the standard fruit fly optimization algorithm with some fixed steps. The simulation experiment results show that the proposed algorithm can quickly approach the optimal solution in the olfactory search stage and accurately search in the visual search stage, demonstrating more effective performance.

改进的差分演化算法及其在资金决策中的应用

针对传统的基本差分演化算法存在对参数设置太过于敏感,算法容易陷入早熟收敛、稳定性不强等等缺陷,提出了改进措施,采取了对称算法来保持种群多样性,通过变异个体,对称个体,个体三者进行有效竞争,增强算法的全局搜索能力;同时采用了轮盘赌的选择策略和二次变异算子保证种群个体的有效性与多样性,增加算法的全局稳定性.文中的算法应用于求解资金决策分配问题上,通过模拟仿真,该算法在稳定性、收敛速度、求解的精度方面优于其他被比较的算法.

无人机17kW电机振动噪声分析与巡航转速下尖端噪声优化

随着无人机的迅速发展,噪声问题影响消费者体验及AI交互、语音识别等技术,限制了无人机应用潜力。该文针对一台17 kW无人机用外转子永磁同步电机进行研究。为降低电机尖端振动噪声,且保留原电机电磁性能,重点提出优化磁极和定子开槽的方法。具体以平均转矩、转矩脉动等作为约束条件,构建多目标优化数学模型,并利用混合粒子群优化算法求解。该文深入探讨磁极参数、定子开槽对低阶次径向气隙磁通密度空间谐波特征的影响。并对电机转子模态仿真,以研究径向电磁力与空间模态的作用机理。在多转速情况下,以巡航转速为重点,分析整体电机电磁振动噪声特征。最后,仿真和实验结果表明,电机在巡航转速下的尖端噪声显著减小。验证了优化结构对无人机电机尖端振动噪声有明显抑制作用,对解决无人机噪声问题具有重要意义。

高质量加工五次多项式速度规划算法研究

通过分析直线、指数、S曲线以及正弦函数几种常用的加减速算法,针对传统的速度规划算法存在的加工曲线不连续以及加工过程出现振荡、加工精度低等问题,提出适用于高质量加工的五次多项式速度规划算法,将整个加工过程分段,细化每一段的方程,并介绍对于待定的NURBS曲线使用五次多项式速度规划算法进行插补的过程,针对快速插补和实时插补两个阶段进行优化。结尾根据仿真加工实验图像得出结论,该算法实现了加工过程中运动曲线的连续变化、柔性变化。并将加工精度控制在理想范围之内,适应于高质量的加工。