基于机器学习的电弧行为识别与特征分析

电弧熔丝增材制造过程中电弧行为是影响零件成形精度及质量的关键因素之一,针对电弧熔丝增材制造过程中电弧无振荡、摇摆振荡以及圆周振荡3种电弧状态的监测图像,提出一种基于局部二值模式(local binary pattern,LBP)与GoogLeNet神经网络结合识别电弧模式的新方法.结果表明,通过局部二值模式获取电弧形态图像中的纹理特征,然后建立GoogLeNet神经网络模型,相比于直接对原始图像进行神经网络的训练,该方法可有效识别电弧长度、宽度以及左右最大倾角随堆积层数的变化规律,从而精准判别电弧所属状态.针对常规存在熔池、熔滴以及复杂背景等因素干扰的电弧形态图像,该方法处理后可获得更清晰的电弧边缘轮廓,更有利于将熔池、熔滴和电弧的形态边界进行划分,最终的状态识别准确率可达99.50%,为电弧熔丝增材制造过程中的电弧状态监测提供理论参考.

发射光谱法诊断空气电弧的稳态电子密度分布

空气电弧是一种常见的等离子体,对其稳态阶段的微观参数进行研究,对准确把握等离子体内部的反应机制有重要意义。发射光谱法是一种成熟的诊断等离子体电子密度的技术,具有非接触式测量、瞬态探测、灵敏度高、响应速度快、仪器简单等优点。文中以H_(α)656.28 nm谱线做特征谱线,以石墨为电极材料在250 A、200 V的条件下对空气电弧进行发射光谱的测量,对实验获得的发射光谱作阿贝尔反变换和佛克脱线型拟合,反卷积得到斯塔克展宽,最终获得空气电弧电子数密度的径向分布。同时利用汤姆逊散射法测量相同参数条件下空气电弧的电子数密度以验证发射光谱法测量结果的正确性,经验证两种方法的测量结果具有良好的一致性。该实验为空气电弧等离子体电子数密度的测量提供了参考思路和方法。

基于改进CeiT的GTAW焊接熔透状态识别方法

针对熔池信息与背景相似度高、噪声多、预测实时性差、识别精度低等问题,提出了基于改进CeiT网络模型的GTAW焊接熔透状态识别方法.首先通过MobileNetV3对Image-to-Tokens模块进行轻量化改进,提升预测的实时性能;其次设计DGCA模块改进LeFF模块来增强特征间的远程依赖关系、丰富类标记中所包含的分类信息;最后将LeFF模块中的底层特征和高层语义特征进行融合,提高模型对熔池特征的表示能力.仿真结果表明,与MobileNetV3,ResNet50,ShuffleNetV2,DeiT和CeiT模型相比,所提出的模型获得了更高的准确率和较快的检测速度.

电弧增材熔池流动特性和稳定性数值模拟

利用FLUENT软件和二次开发建立电弧增材熔池三维数值模型,探究熔池热状态和流动特性对熔池尺寸及其稳定性的影响.数值模拟结果表明,电弧增材是一个快热急冷的熔池非平衡凝固过程,电弧力和马兰戈尼效应对熔池流动影响较大,且熔池内部流态以环流为主.综合分析热输入和热耗散对熔池局域温度场和流场的影响,发现熔池热状态通过影响熔体粘度、各驱动力而改变熔池流态和流速,而熔池流动则影响熔池边界和热对流,因此二者的综合作用决定了熔池几何.层间冷却能够改善沉积时熔池热耗散条件,减小热积累的影响,但同时会降低成形效率.

旋转滑动弧放电特性及放电状态定量评估教学实验设计

等离子体旋转滑动弧电极可方便产生电弧旋转滑动工作模式,是一种高效分解碳氢化合物的方法,在能源转化和尾气处理应用场合具有很高的应用价值。该文设计了直通进气式等离子体旋转滑动弧装置,将电弧持续时间T_(Keep)、断弧时间T_(d)、电弧持续时间周期占比Duty和电弧旋转角度ω,作为滑动弧放电工作状态评估指标,定量评估了反应器装置在应用过程中的最优放电参数。基于对旋转滑动弧工作机理分析提出的简便定量分析方法,能够使学生更快地掌握旋转滑动弧放电应用分析方法,加深对放电实验课的理解,提高对实验现象和问题的分析能力。

基于递归径向基神经网络滑模的多功能柔性多状态开关控制方法

近年来,新能源和电动汽车的渗透比例逐渐增高,给配电网的潮流优化和电能质量治理带来严峻挑战。针对分布式电源的随机性和间歇性问题,设计一种基于递归径向基神经网络(RRBFNN)滑模的多功能柔性多状态开关(FMS)控制方法,在实现功率交互和多端单相接地故障柔性消弧的同时,增强FMS的抗扰能力。首先考虑扰动的影响,设计一种改进RRBFNN滑模控制方法,以克服传统滑模控制固有的抖振现象和对系统精确数学模型的依赖,并减小并网暂态冲击;柔性消弧控制采用微积分型滑模面,理论推导出0轴电压控制律,提高故障电流抑制率;进一步通过李雅普诺夫定理证明所设计方法的稳定性和收敛性。最后,在Matlab/Simulink中搭建三端口FMS及其控制系统的仿真模型,通过对比仿真验证了所提策略的可行性和有效性。

微阴极电弧推力器导电薄膜状态实验研究

为填补微阴极电弧推力器(Micro Cathode Arc Thruster,μCAT)导电薄膜状态有效评估手段的缺失,深入研究导电薄膜退化规律,本文基于四探针电阻率测试理论和尺寸效应拟合模型,建立了μCAT推力器导电薄膜状态表征方法,运用该方法探究了不同放电次数下样机薄膜参数的变化规律。研究表明随着放电次数的增加,薄膜电阻率上升,薄膜特征厚度减小,受二者变化的影响,薄膜电阻呈现指数上升趋势,其中厚度变化的影响大于电阻率的影响。对于金属Ti薄膜,块状电阻区和尺寸效应区的分界线在2μm左右,厚度大于5μm时推力器会由于短路失效,厚度处于0.012~2μm时为推力器的稳定放电区,这一区域处于尺寸效应区且电阻持续上升,当厚度小于0.012μm时薄膜电阻超过1000Ω并急剧上升直至推力器断路失效。导电薄膜状态评估方法是将实验测量数据和理论模型相结合计算得到导电薄膜的状态参数,通过实验验证了其有效性,可以为未来通过导电薄膜状态表征来评估μCAT寿命提供技术支持。

Data Transmission Reliability of a Two-source Single-sink Computer Network with a Common Arc

在一个多状态网络(MSN ) ，数据能通过不同路径被播送。以前的文学与路径在有一条普通的弧的弧拆散路径，然而并非盒子集中于盒子。在这个工作，我们认为盒子是节点通过他们的自己的最小的路径(MP ) 正在送数据到水池节点的二来源，在这二 MP 在计算机网络拥有一条普通的弧的地方。每个来源节点产生一个数据序列。产生数据的时间间隔是随机分布式的。另外，在不同时间片刻产生的数据的数量是随机分布式的。这二个变量能被 Monte-Carlo 模拟方法获得。当所有数据通过一条普通的弧被播送，用弧和 conflictions 为优先级竞争的数据需要可以被引起。我们在他们的传播时间限制下面认为二 MP 在连接并且计算的盒子是数据的可靠性。模拟结果表明 conflictions 能延长他们的传播时间并且因此影响他们的可靠性。这个工作可以提供相互参照让经理决定数据和时间间隔的数量得到理想的网络可靠性。

基于稳态零序电流分布的单相接地故障区间定位技术研究

针对单相接地故障检测中的故障区间定位问题,提出一种基于稳态零序电流分布的单相接地故障区间定位技术。通过详细分析发生单相接地故障前后稳态零序电流的分布特性,得出基于稳态零序电流特征的故障判据,并基于故障判据给出详细判断流程。该定位技术可有效补充现有方法的不足,在不增加费用的基础上,细化故障区间,进一步缩短故障排查时间。

基于状态空间分析法的高铁牵引网弓网燃弧电磁暂态影响

针对高铁弓网燃弧造成的电磁暂态现象,提出采用状态空间分析法对计及弓网燃弧的牵引网多工况的电磁暂态影响进行建模研究。以列车正常运行发生弓网第一次燃弧为例,详细对牵引网分布参数模型、非线性状态方程建立、离散化求解算法流程进行分析;通过求解得到不同负载特性下的电弧电压、电流特性波形验证了模型及该方法求解的正确性;基于状态空间分析法,实例研究弓网多次燃弧、熄弧情况下,列车高速运行和过分相2种常见工况的受电弓弓头电压变化,并提出相应抑制方案。研究结果表明:高速铁路多次燃弧是造成列车电压畸变及暂态过电压的重要因素,所采用的状态空间分析法可有效分析高铁弓网非线性电弧的影响。

基于观测器与前馈的送丝机模糊PI速度控制

送丝系统是焊接机器人的重要组成部分,稳定可靠的送丝是保证焊接质量的前提;焊丝从丝盘上抽取和经过绝缘管与导电嘴的过程中受到的阻力呈严重的非线性,所受的阻力严重影响送丝速度和焊接质量.采用状态观测对阻力进行观测,并根据观测值对系统进行前馈,以提高系统的速度响应,消除送丝阻力对系统的影响.因为电机存在阻尼,采用常规PI控制可以改善系统的稳态特性,抑制稳态误差;把模糊控制和PI控制有机地结合起来,利用模糊控制的动态响应和PI控制的稳态性能,实现送丝机安全可靠的送丝;仿真表明采用状态观测和前馈控制速度响应快、超调小、鲁棒性强,模糊PI控制较传统PI控制有更好的动、静特性;接管焊接试验结果表明焊接质量完全达到规定要求.

低压开关电器稳态电弧特性的仿真

研究了低压开关电器稳态电弧特性仿真。在磁流体动力学基础上,针对低压断路器简化灭弧室建立了稳态空气电弧等离子体模型,并引入了P1辐射模型进行仿真分析,分析了低压稳态空气电弧等离子体内各项参数的分布。该成果为电弧等离子体动态特性研究提供了帮助。

定熄弧角控制器对直流输电系统的影响分析

为揭示直流输电系统分层控制中极控制层定熄弧角控制环节对系统运行特性的影响,分析了熄弧角指令值的变化对直流输电系统稳态运行工况、无功特性和换相失败的影响,并基于CIGRE直流输电标准测试系统,运用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC对理论分析结果进行了仿真验证。结果表明,定熄弧角控制器能改善交直流输电系统运行的稳定性,维持系统无功平衡,保证逆变器关断裕度以阻止换相失败的发生。

基于动态电阻技术的SF_6断路器灭弧室状态评估方法

随着运行年限增长,SF6断路器灭弧室状态问题日益突出,传统检测手段难以准确反映SF6断路器灭弧室状态。为此,基于动态电阻技术提出了SF6断路器灭弧室状态评估方法,搭建了模拟试验平台并开展动态电阻测试,选取断路器动态电阻积分面积作为特征量并建立了状态评估模型,确定了判断弧触头处于注意状态、异常状态、严重状态等界限值,提出了相应的处理措施。实例应用结果表明,所提出的SF6断路器灭弧室状态评估方法有效、可行。

等离子体电弧数值模拟的研究进展

等离子体电弧的数值模拟研究对其在工业中的应用有重要的意义。详细阐述等离子体电弧数值模拟研究的发展过程,分别包括自由等离子体电弧和约束等离子体电弧的研究进展,等离子体电弧数学模型的完善主要体现在假设条件的减少上;介绍等离子体电弧数值模拟的方法与步骤,并指出ANSYS、FLUENT等数值分析软件都可以求解等离子体电弧数学模型;还提出综合考虑等离子体电弧的流动状态和三维约束等离子体电弧的数值模拟研究是未来的研究方向。

晶闸管弧焊逆变器半桥变换电路的工作状态分析及设计

在新建立的电流、电压均为非零初始条件的ＲＬＣＵ型电容放电理论基础上，分析了各种典型运行状态及相应的激磁范围，确定了合理的设计依据状态。通过设计状态下的Ｔ形等效电路，解相应的电路方程，得到了有关电磁量的变化规律，提供了进行精确、合理的工程设计的基本公式，为晶闸管弧焊逆变器的发展和提高创造了有利条件。

保护气流态分析及提高气体保护效果的措施

气体保护效果是决定焊接质量的一个重要因素。影响气体保护效果的因素较多,其中保护气的流态对气体保护效果起到决定性的作用;从流体力学的基本理论出发,分析了保护气在焊枪中的流态转变及保护气流态对气体保护效果的影响;保护气流态容易受到工艺因素的干扰,从影响保护气层流稳定性的角度考虑,提出了在实践生产提高气体保护效果的措施。

阳极自冷却高效等离子体束流源

研制了一种阳极自冷却的高效层流等离子体炬。利用工质气体在阳极内部循环冷却阳极,提高气体温度;再让加热后的气体以更高的定向速度流入放电腔,得到稳定的等离子体射流。试验中等离子体炬的总功率约为785W,在大气压环境工作,阳极无水冷,束流能够长时间稳定工作。稳态运行过程中,射流长度无明显变化,阳极温度保持在395℃。比对试验中非自冷式等离子体炬在阳极无水冷情况下,运行5 min后放电中断;在运行期间射流长度出现明显的变化,阳极明显烧红,温度高达750℃。试验表明阳极自冷却能够改善射流的稳定性,提高射流的长度,温度和焓值,是一种提高等离子体炬热效率和品质的重要技术之一。

基于扩张观测器的反射镜平台自适应鲁棒控制

针对反射镜稳定平台视轴运动强耦合和非线性的特点,同时考虑外界干扰力矩和建模误差的不确定性,设计了一种基于扩张观测器的反射镜稳定平台自适应鲁棒控制器。首先,利用光学矢量理论和动量矩定理建立了某型反射镜稳定平台的动力学模型。然后,在此基础上,引入非线性自适应鲁棒控制器,对摩擦参数和转动惯量等系统参数进行在线调整,对摩擦力矩进行了有效补偿,并保证了自适应学习的稳定性。同时,采用扩张观测器准确的获取了未知外界干扰力矩。最后,仿真和实验结果表明了所设计的控制器在隔离外界扰动和提高跟踪精度方面的有效性和可行性。

高速电弧喷涂再制造曲轴质量和效率优化研究

为提高自动化高速电弧喷涂再制造发动机曲轴的效率和涂层的性能,研究了一种新型的自动化高速电弧喷涂再制造发动机曲轴喷涂路径,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和材料力学性能试验设备分别测试了涂层的微观组织和结合强度.实验结果表明:涂层组织均匀、致密,为铁素体韧性相与固溶体、金属间化合物的复合组织,采用新喷涂工艺制备涂层性能较好,大大提高了喷涂效率和涂层在曲轴轴颈圆角处的结合强度,降低了再制造成本和喷涂时间,节能、节材及环保效果显著,应用前景广阔.