对称约束的类间方差阈值方法

为了提高现有最大类间方差法(OTSU)的阈值化精度和适应性,提出了一种对称约束的类间方差阈值方法。该方法首先对输入图像使用Prewitt算子构建梯度幅值图像,并根据对称性原则提取对称采样区;然后,基于构建的对称约束类间方差目标函数最大化准则选取阈值,并判断在此阈值下对称采样区是否满足对称条件;当无法满足对称条件时,基于对称采样区对输入图像进行对称修正处理,并应用对称约束的类间方差目标函数对修正后的对称采样区选取阈值;最后,使用最终选取的阈值对输入图像阈值化。在28幅合成图像和70幅真实世界图像集上比较了提出的方法与OTSU法及4种OTSU的改进方法的阈值化性能。实验结果表明,提出方法的误分类率在合成图像和真实世界图像上分别为0.0106和0.016,相较于阈值化精度第2的方法在误分类方面分别降低了91.4%和86.1%。提出的方法虽然在计算效率方面不占有优势,但它对不同模态的测试图像具有更稳健的阈值化适应性和更高的阈值化精度。

基于全驱系统方法的高阶严反馈系统时变输出约束控制

针对输出受不对称时变约束的不确定高阶严反馈系统,提出一种基于全驱系统方法的高阶自适应动态面输出约束控制方法.所研究的高阶严反馈系统,每个子系统都是高阶形式,通过非线性转换函数将原输出约束系统转换为新的无约束系统,从而将原系统输出约束问题转化为新系统输出有界的问题.进一步结合全驱系统方法和自适应动态面控制,直接将每个高阶子系统作为一个整体进行控制器设计,而不需要将其转化为一阶系统形式,有效简化了设计步骤;同时通过引入一系列低通滤波器来获得虚拟控制律的高阶导数,以代替复杂的微分运算.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统所有信号是一致最终有界的,系统输出在满足约束的条件下能有效跟踪期望的参考信号,且可通过调整参数使得系统跟踪误差收敛到零附近的足够小的邻域内.最后,通过对柔性关节机械臂系统进行仿真,验证了所提出控制方法的有效性.

基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱方法(FSM)的物理控制方程约束,时空数据在网络模型与频域控制约束耦合下实现无标签数据加速训练,完成系统演化学习。最后在Burgers系统上进行湍流预测验证,实验结果表明该方法可在物理规则约束下实现无标签非线性复杂建模,对比主流PINN模型及其变体,具有更快的学习速度与预测准确率。在t≤0.25 s、t≤0.5 s短时预测情况下,经前期20次训练后系统预测均方误差(MSE)相比主流基准模型同期预测,MSE降低了86%与95%,在t≤2 s长时预测情况下,经充分训练后系统预测MSE能降低80%。

基准地磁台选定基线值约束方法研究

《地磁站网运行管理技术细则》《电磁学科观测资料质量评比办法》对基准地磁台绝对观测基线值的选定无约束条件或规定,使得观测人员在进行基线值选定时无据可依,容易导致基线值错误,进而导致地磁绝对值错误。通过2种对选定基线值的约束方法,可降低基线值错误率,提高数据质量。2种方法分别为:①直接约束法(选定基线值约束):通过基线值预处理、温漂消除、“2σ”准则等方法,实现对选定基线值的约束和判定,有效率达60%以上;②间接约束法(绝对值约束):通过绝对值预处理、基准线设定、迪克逊准则引入、离群值等概念和算法,实现对异常绝对值的自动判断,进而判定基线值是否正确。

附有基线长度约束的单频数据单历元LAMBDA方法整周模糊度确定

针对某些GPS动态定位中基线长度精确已知的特性,提出了附有基线长度约束的LAMBDA方法,同时在实践中使用两步搜索,对LAMBDA方法进行了优化。实测数据处理结果表明,该方法对LAMBDA方法的改进效果较为显著,能在基线长度已知条件下较高成功率地确定单频单历元数据的整周模糊度。

局部有限寿命疲劳约束条件下的结构拓扑优化方法

拓扑优化方法为工程结构抗疲劳性能的改善提供了有效的设计策略,为了减少大规模局部疲劳约束引起的计算代价,往往采用P范数方法将其凝聚成全局约束,但是,满足这类弱约束的最优解与原问题的最优解存在间隙。为了精确满足局部疲劳约束和降低约束数量,采用增广拉格朗日方法将原问题处理为无约束问题,提出局部有限寿命疲劳约束条件下的结构拓扑优化方法。考虑变幅值的比例载荷作用,采用Palmgren-Miner线性损伤假设和Sines疲劳准则评价材料点的疲劳强度,以局部疲劳性能为约束条件,建立结构的轻量化设计模型,采用全局收敛移动渐近线算法求解局部疲劳约束下的结构拓扑优化问题。另外,将非结构化多边形网格技术融入到拓扑优化模型,实现复杂几何边界结构的抗疲劳轻量化设计。数值算例结果表明,与P范数方法的优化结果相比,局部疲劳约束条件下的优化结构具有更优的抗疲劳性能和更少的材料用量,因而考虑局部疲劳约束有益于材料的充分利用和结构抗疲劳性能的改善。

一种GPS测定姿态的新方法——具有坐标函数约束的单历元阻尼LAMBDA算法

在作者提出的GPS单历元阻尼LAMBDA算法的基础上,结合固定边长条件,给出了一种GPS姿态定位的新方法。该方法的特点在于:(1)仅利用当前一个历元的GPS观测数据;(2)在单历元法方程中添加阻尼矩阵,克服了LAMBDA方法的局限性,提高了模糊度搜索速度;(3)利用三台接收机的固定边长条件直接平差,可以提高模糊度解算的可靠性和定位精度。

极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制方法研究

极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过顶板定向预裂切顶,主动改变顶板悬臂结构,切断采空区向巷道顶板的应力传递。充分利用矿山压力和岩体碎胀特性,取消煤柱留设,结合高强支护加强巷道顶板整体性,共同实现切顶自成巷。建立了极近距离煤层开采覆岩结构模型,计算了下煤层切顶自成巷巷旁支护阻力。以典型极近距离煤层为工程背景,开展了不同开采方法的数值试验对比研究,结果表明,提出的自成巷控制方法使巷道围岩应力降低59.8%,巷道顶板变形减少70.8%,并明确了极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制机理。在此基础上,开展了典型极近距离煤层工程设计及现场应用研究,结果表明该方法有效降低了矿压显现程度,保证了自成巷的安全稳定控制。

基于重加权L1的ATpV正则化叠前反演方法

地震叠前反演能够准确获取地下储层介质的各类参数,是油气的勘探与开发中重要技术之一。然而,地震反演是典型的病态问题,为了克服此问题,通常使用正则化约束目标函数,来减轻反演问题的病态性。但是正则化约束忽略了地层边界的振幅信息,使用重加权方法可以很好地克服这一问题,更好地恢复稀疏性。提出了一种基于重加权L1的ATpV正则化叠前三参数反演方法(ATpV-L1方法),首次将重加权L1方法与ATpV方法结合,并引入到叠前反演中。采用交替方向乘子算法(ADMM)建立反演框架,对目标函数进行分块优化,有效提高了收敛速度。首先,介绍ATpV-L1方法,建立了基于ATpV-L1的叠前反演目标函数;然后,应用理论模拟数据对比新方法和ATpV方法反演结果,验证了方法的效果;最后,使用实际数据进行实验分析,进一步验证了ATpV-L1方法的反演精度及可行性。实验结果表明,提出的ATpV-L1方法可以有效恢复反演结果的稀疏性,提高反演精度。

基于加速无约束张量隐因子分解模型的Web服务Qo S估计

针对基于张量非负隐因子分解模型的Web服务QoS估计方法过于依赖非负初始随机数据以及特意设计的非负训练方法,导致模型的兼容性和扩展性不高的问题,提出了加速无约束张量隐因子分解模型。其主要思想包括三部分:将非负性约束从决策参数转移到输出的隐因子,并通过单元素映射函数连接它们;运用结合动量方法的随机梯度下降算法,有效提高模型的收敛速度与估计精度;给出加速无约束张量隐因子分解模型的详细算法和结果分析。在实际工业应用中的2个动态QoS数据集上的实证研究表明,与最先进的QoS估计模型相比,所提模型具有较高的计算效率和估计精度。

新型GFRP-钢屈曲约束支撑设计与受力性能分析

为发展轻质、耐腐蚀的屈曲约束支撑,以玻璃纤维(GFRP)拉挤型材和缠绕工艺构造支撑约束构件,H型钢为内芯,提出一种新型GFRP-钢屈曲约束支撑.通过理论分析与数值模拟,探究了支撑内芯的屈曲模态发展规律;结合GFRP的各向异性和层合板结构特性,建立了GFRP约束构件的设计参数计算公式;分析了支撑间厚比、翼缘和腹板宽厚比及纤维角度对GFRP约束构件与内芯相互作用特征的影响规律,并给出了合理取值;通过算例分析,验证了该设计方法的可靠性.结果表明:H型钢内芯依次发生翼缘局部屈曲、绕弱轴整体屈曲、腹板局部屈曲和绕强轴整体屈曲,且整体屈曲模态较低,而局部屈曲模态较高;间厚比和宽厚比均会影响内芯的屈曲模态发展,进而改变约束构件的受力状态,间厚比宜为0.125 0~0.50,宽厚比宜小于6.29;GFRP约束构件主应力方向接近45°,为充分发挥纤维纵向承载能力,纤维宜按45°相互垂直交叉布置.

考虑几何约束的加工方法自动生成本体化研究

为实现加工方法选择的智能化,减少加工方法选择过程中隐含的经验化知识带来的不确定性,将本体技术引入到加工方法的自动生成中。首先,构建加工方法生成层次化表示模型,并采用OWL DL断言表示模型层次间的约束关系;其次,根据加工方法选择中的概念和关系,构建加工方法生成本体模型,采用网络本体语言OWL2描述其结构化知识。然后,根据加工方法设计领域的专家知识,考虑几何特征约束条件,使用语义网规则语言(SWRL)构建加工方法自动生成的推理规则,构建加工方法自动生成知识库,推理得到最合理的加工方法。最后,通过定位套筒零件表面加工方法自动生成,展示该方法的工作过程,并验证了方法的有效性。

适用于非静力大气模式的完全平衡多矩约束有限体积方法

大气数值模式离散垂直动量方程时,一般而言气压梯度力和重力不易维持严格的静力平衡关系。为精确平衡数值离散的垂直气压梯度力和重力,基于高精度多矩约束有限体积方法引入完全平衡数值公式,即以满足静力平衡关系的热力学参考态对重力源项进行数值离散构造,发展了适用于非静力大气的完全平衡多矩约束有限体积方法。一维标准数值试验表明,完全平衡多矩约束有限体积方法能在较粗糙的计算网格点上保持静力平衡参考态的数值计算误差在计算机的单精度(10-6)和双精度(10-14)水平,在具有小量级扰动的初始条件下,完全平衡多矩约束有限体积方法能较好地模拟扰动的传播,二维非静力热泡试验进一步验证了完全平衡多矩约束有限体积方法对非静力大气运动的模拟能力。数值试验结果验证了所发展方法的完全平衡属性和适用性,这为非静力大气模式发展提供了良好参考价值。

基于Lambda整定方法的积分对象PID参数整定

提出一种基于Lambda整定方法的积分对象PID参数整定方法,给出期望闭环时间常数λ的选择原则。针对纯比例控制存在系统余差的问题,引入比例积分控制。仿真试验表明,采用笔者所提方法可一次得到合适的PID初始参数,提高了基于Lambda整定方法的积分对象PID参数整定的鲁棒性和适用范围。

移动机器人动力学方程的约束违约稳定方法

约束违约是创建多体系统动力学方程的常见问题。Baumgarte稳定方法是处理约束违约问题的经典方法,但选择合适的Baumgarte参数并不容易。这里基于经典的四阶Runge-Kutta法,通过系统的稳定性分析方法探讨了稳定参数的选择问题,缩小了参数的选择范围。对基于Udwadia-Kalaba方程创建的移动机器人解析动力学模型的仿真结果表明:基于稳定区域参数的修正动力学方程的约束误差明显优于未做修正和基于非稳定区域参数的修正动力学方程的约束误差。因此,证明了所提方法的有效性。

一种状态约束下的抗差自适应联邦滤波算法

充分利用先验约束信息可以提高多传感器组合导航的定位精度和可靠性。将状态约束下的卡尔曼滤波扩展到传统联邦滤波中,提出一种状态约束下的联邦滤波算法。当子传感器出现异常时,在状态约束下的联邦滤波基础上,采用Huber方法调整子滤波器观测噪声矩阵,同时在信息分配阶段引入自适应信息分配因子,实时调整子滤波器融合权重,得到一种状态约束下的抗差自适应联邦滤波算法,以进一步减少不准确的子滤波器估计对融合结果的影响。将该方法应用在捷联惯导、全球导航卫星系统和里程计的多传感器组合导航系统中。仿真实验表明,状态约束下的联邦滤波估计精度优于传统联邦滤波,状态约束下的抗差自适应联邦滤波能够进一步提高观测异常下的导航定位精度和可靠性。

焊接方法对X90管道环焊接头断裂韧性的影响

为准确获取X90环焊接头的断裂韧性,采用改进的规则化法对X90环焊接头的低约束单边缺口拉伸试件进行断裂韧性测试,分别从手工焊、自保护药芯半自动焊和气保护药芯半自动焊焊接的X90管道环焊接头中提取测试试件,进行断裂韧性试验.结果表明,相同焊接方法下,浅裂纹试件所得阻力曲线比深裂纹试件所得阻力曲线低;热影响区的深裂纹试件具有最高的裂纹扩展阻力曲线,而热影响区的浅裂纹试件具有最低的裂纹扩展阻力曲线;焊缝区试件在试验中极易发生脆断,具有相对较差的断裂性能,并且受焊接方法影响较大,其中气保护药芯焊丝半自动焊的焊缝区试件全部发生脆断.因此,气保护药芯焊丝半自动焊在实际X90管道工程应用中作为参考方法需要优化,这对保持X90管道结构的完整性至关重要.

考虑容量约束的村镇垃圾收运路线优化方法研究

为了减少碳排放,提高村镇生活环境质量,实现乡村振兴,对村镇垃圾收运路线进行了优化。基于天气、运输距离、成本等因素,建立容量约束下的村镇垃圾收运路线优化模型。然后,以江苏省新沂市合沟镇为例,利用Matlab软件实现禁忌搜索算法和模拟退火算法,求解出最优路径。最后,通过对比平均配送距离和平均计算时间,发现模拟退火算法的计算结果优于禁忌搜索算法的计算结果。

基于储能电站机会约束规划方法的供电可靠性建模分析

为降低传统供电可靠性分析方法的设备故障率,提升供电设备的可靠性,提出基于储能电站机会约束规划方法的供电可靠性建模分析方法。依据储能电站目标函数的经济指标,基于机会约束方法构建出储能电站供电规划模型,根据概率形式获取功率平衡、线路传输和储能单元的约束条件,实现储能电站供电可靠性最大化分析;采用粒子群算法求解供电规划模型,根据算法流程获取模型最优解,完成对储能电站供电的规划,提升供电可靠性。实验结果可知,供电时间为50 h时,实测的维修率均值为4.5%,该文方法的维修率仅为3.8%;供电设备有5种时,实测的故障率均值为7.5%、失效率均值为5.6%,该文方法的供电设备故障率为2.7%、供电设备失效率为2.0%,说明该文方法的供电可靠性最高。

带有防火保护的圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析与设计

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计公式不具有明确的物理意义。基于ABAQUS软件,该文开展了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱在ISO 834标准火灾作用下温度场和耐火极限的有限元分析,研究了荷载比、截面尺寸、长细比、防火保护层厚度等关键参数对构件耐火极限的影响规律,并提出了钢管温度、钢筋温度以及混凝土等效温度的简化计算公式。结果表明:随着防火保护层厚度的增大,构件的耐火极限近似线性增大。基于系统性参数分析,提出了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱高温下截面承载力和稳定承载力设计公式,以用于确定构件达到不同耐火极限所需的防火保护层厚度,该方法保持了与现行标准中常温承载力计算公式的连续性。