知识-数据驱动的沉管隧道接头安全状态分析方法——以港珠澳大桥海底沉管隧道为例

为解决沉管隧道接头安全状态不断变化且难以直接感知的技术难点,以港珠澳大桥海底沉管隧道为工程背景,通过分析既有监测数据,总结管节接头的变形模式,揭示管节接头张合量与结构温度的强相关性,明确潮位变化对接头剪切变形的显著影响。在此基础上提出一种基于知识-数据驱动的沉管隧道接头变形快速推演方法,通过建立沉管隧道精细化有限元模型,开展海量典型变形模式下的沉管隧道结构力学行为分析,构建沉管隧道变形服役行为数据集;利用BP神经网络,建立基于仿真接头服役行为特征的沉管隧道接头全断面变形推演模型,实现基于有限实测数据的接头全断面变形快速重构。该方法在港珠澳大桥海底沉管隧道的现场管养中得到成功应用。以2023年台风“苏拉”为例,基于台风登陆过程中接头的局部位移实测数据,推演接头剪力键及止水带关键点位处管节接头的变形情况。结果表明,该沉管隧道接头系统整体受台风影响较小。

电磁目标表征:知识-数据联合驱动新范式

电磁目标表征是电磁空间态势感知中的一项共性基础性问题。早期目标表征基于专家经验知识,需要设计者具有较强的专业背景与先验知识,其在复杂信号环境下的性能不佳。近年来发展起来的深度学习为复杂电磁环境下的目标信号表征提供了新的途径,它通过模拟人脑的深层结构建立机器学习模型,以端到端的方式自动表征和处理目标数据,在电磁目标检测、分类、识别、参数估计、行为认知等感知任务中显示出良好的性能。然而,深度学习严重依赖海量高质量标注数据,在现实电磁环境中存在一定局限。将知识融入智能系统一直是人工智能的研究方向,结合知识与数据进行电磁目标表征,将有望提升目标感知精度与泛化能力,正在成为电磁目标表征中新的方向。本文回顾了电磁目标表征技术的发展过程,对新的知识-数据联合驱动的电磁目标感知范式进行了展望。

机理模型与集成学习混合驱动的机器人关节摩擦建模方法

机器人一体化关节广泛应用于医疗、协作机器人等领域,其摩擦特性是影响机器人性能的关键因素.为此,提出了一种机理模型与集成学习混合驱动的机器人关节摩擦建模方法,以提高模型精度.首先,综合考虑转速、负载等关节摩擦特性的影响因素及其周期波动特性,基于先验知识和物理分析分别建立了伺服电机与谐波减速器的参数化机理模型,描述摩擦特性的变化规律.然后,针对机理建模中因线性假设、忽略高阶项等产生的非线性残差,提出了基于eXtreme gradient boosting(XGBoost)的残差补偿模型建模方法,通过采用Boosting集成学习策略,提高残差补偿模型的泛化能力.同时,采用贝叶斯优化方法进行XGBoost模型的超参数寻优,以提高模型精度和训练效率.相比于传统的参数化机理模型,本文所提出的混合驱动模型具有更高精度.与反向传播神经网络、支持向量机、长短时记忆神经网络等多种典型方法的对比实验表明,本文所提出的基于XGBoost的残差补偿模型具有更强的特征提取能力,能够较好地预测强非线性的波动摩擦残差,有效地提高了整体模型的精度.

面向肩关节康复的气压驱动外骨骼机器人设计与康复动作规划研究

基于肩关节损伤病理进行分析,针对肩关节垂直轴与冠状轴的运动,设计了面向肩关节康复的气压驱动外骨骼机器人。结合肩关节损伤康复训练临床治疗方法与人体工程学原理,确定机器人肩关节的结构与运动范围;设计了气动摆动缸驱动系统,可提供机器人关节的反向驱动特性,提高康复训练的被动柔顺性。建立外骨骼康复训练机器人运动学模型,仿真得到机器人的工作空间,并与人体肩关节运动空间进行了对比。结果表明,设计的机器人工作空间能满足人体肩关节康复训练的需求。设计了康复训练机器人关节的独立与复合动作,可完成肩关节内旋/外旋、屈曲/伸展、够取运动等多种康复训练作业治疗。经试验验证,在样机按规划动作的运动轨迹运行中,气动摆动缸驱动的机器人关节运动平稳,轨迹跟踪误差满足康复训练要求,验证了外骨骼康复机器人结构设计的合理性和康复动作规划的可行性。

工业透平驱动汽轮机空负荷试车系统调试

工业透平驱动汽轮机空负荷试车系统改建完成后,经过各设备调试、系统独立调试、系统联合调试等工作,验证系统设计、安装质量及性能。文章介绍各系统调试方案及系统调试过程。

基于集成数据驱动方法的焊接接头疲劳寿命预测模型

文中基于集成数据驱动方法 (临界合成少数过采样技术、极端梯度提升算法、深度卷积神经网络)建立了一种新型疲劳寿命智能预测模型.其中,临界合成少数过采样技术用于疲劳性能数据库的数据增强,极端梯度提升算法实现疲劳寿命影响因素的权重分析,深度卷积神经网络作为模型框架用于理解疲劳寿命及其影响因素之间的多重非线性关系.根据不同技术组合的分析,发现权重分析和数据增强均有利于预测精度的提高,前者效果优于后者.并通过与其他新颖预测模型的对比,验证了所提出的方法的预测准确度和稳定性.

全液压驱动农用机械同步控制联合仿真研究

为提高农用机械面对偏载启动、负载突变和系统调速时的自适应性,提出一种基于BP-PID控制的全液压驱动农用机械同步控制系统。首先分析该系统液压工作原理,并提出转速控制原理和同步控制策略;其次分析BP神经网络原理并设计BP-PID控制系统;最后运用AMESim和Matlab/Simulink进行建模和联合仿真分析。仿真结果表明:采用BP-PID控制系统相对于PID控制系统,系统偏载启动时,响应速度提高36.4%,系统没有超调量,响应速度更快;负载突变时,系统转速变化量减少32%,系统响应速度提高25%,系统具有更好的鲁棒性;目标转速变化时,系统具有更好的调速性能。

驱动解耦的滚动接触式连续体机械臂设计

本文基于滚动接触原理设计对称堆叠构型的连续体机械臂,并利用滚动接触式关节与曲柄铰接机构的几何关系,设计基于特殊线缆排布的解耦驱动装置,实现了机械臂驱动空间到关节空间上的解耦。实验证明:解耦机构具有较好的驱动空间解耦能力,且多段连续体机械臂能实现灵活的弯曲运动,并在狭小空间探测任务中具有良好的应用前景。

自驱动关节臂坐标测量机双关节模组结构设计与优化

由模块化单关节构成的六自由度自驱动关节臂坐标测量机存在运动学求逆解困难、制造与安装误差大等问题,难以满足测量机高精度、低误差的测量需求。通过分析自驱动关节臂坐标测量机的工作原理和技术要求,提出双关节的设计指标,设计了一种集俯仰和旋转于一体的新型双关节模组,关节采用电机驱动、减速器输出和制动器保护的传动方案,对模组内部关键零部件进行选型和设计,并在SolidWorks软件中对双关节模组进行结构组装。利用ANSYS Workbench软件对双关节模组进行结构静态变形与双轴垂直度分析,并对关节外壳、端盖等部件进行结构优化。结果表明,双关节模组最大静力变形为0.02208mm,结构柔性变形为0.011029mm,关节主轴间垂直度误差为7.2″,优化后的关节外壳和端盖体积分别减少了9%和12%,满足双关节刚度和精度的设计要求。

主动配流式电磁直驱静液作动器液压系统能耗分析

针对一种基于主动单向阀与电磁直线执行器的主动配流式电磁直驱静液作动器能耗机制不明确的问题,建立液压系统的机械-液压耦合模型,将其能量损耗分为以液压缸与柱塞泵组成的能量转换损耗以及液压回路损耗,定量分析液压系统的能耗组成与分布规律。结果表明:负载变化对能量转换损耗的影响较大,且损耗占比始终大于27%;频率的改变增加系统中液压回路的能耗,且其损耗占比始终大于59%;整个工作过程中,系统的有用功比重会随着负载的增加不断提高,随着频率的增加不断降低。

基于数据驱动的电子封装焊点疲劳寿命预测方法研究进展与挑战

焊点作为封装中的重要互连结构,其可靠性评估一直是电子封装领域中关注的重要研究主题.由于封装可靠性越来越多地面临与芯片制程和封装工艺协同设计等需求,因此,发展快速、高精度的焊点可靠性评估手段进而支撑芯片制程-工艺-可靠性协同设计成为该领域关注的焦点问题.随着数据驱动方法与电子封装可靠性领域交叉研究的推进,基于数据驱动模型的焊点寿命预测方法已经得到了一些关注,并取得了一些进展.已有不少研究者将人工神经网络、径向基函数神经网络、循环神经网络和卷积神经网络等典型数据驱动模型推广应用到了电子封装中焊点疲劳寿命的预测和评估,该发展趋势给电子封装中焊点疲劳寿命的快速、高精度可靠性评估带来了新的希望和可能.对目前电子封装领域中焊点疲劳寿命预测方面主流的数据驱动方法研究现状进行了介绍和评述,并且对基于数据驱动的电子封装焊点疲劳寿命可靠性评估方法未来发展方向和面临的挑战进行了展望和分析.

履带式液压驱动底盘行驶特性仿真研究

基于电液比例控制技术,设计一种履带式底盘液压驱动系统,实现履带式液压驱动底盘的直线和转向行驶控制。在分析电液比例转速控制原理和驱动底盘运动学的基础上,推导出底盘转向角度与两侧履带速度差以及与两侧马达的转动速度之间的关系。为改善系统动态响应性能,设计PID控制器以及模糊PID控制策略。基于AMESim与MATLAB/Simulink建立仿真模型,并进行联合仿真研究。结果表明:采用提出的控制策略,直行时两侧马达同步性控制效果良好、抗干扰能力好、超调量小;转向时,对信号的跟踪误差小、响应速度快、超调量小、鲁棒性好。

基于高级智能创伤模拟人的伤情驱动模式在“生命链-2022”基地化多级联训中的应用研究

目的 通过探索构建伤情驱动训练模式,推动卫勤实战化训练的发展。方法 依托高级智能模拟人,构建可动态控制伤情的设计方案,并在基地化多级联训中应用。结果 建立了伤情驱动模式的设计思路与设计方案,并在多级联训中,高质量地按层级实施导调与考核。结论 基于高级智能模拟人的伤情驱动模式,能够推动整个医疗后送链条的运转,实现卫勤保障指挥、救治、后送等要素的真实联动,最大限度地贴近战场伤员救治全过程,可显著提升卫勤训练的效果。

全金属间化合物微焊点的制备及性能表征研究进展

基于微凸点和硅通孔的3D封装是一种通过多层芯片垂直互连堆叠,将芯片技术与封装技术进行结合的新技术,满足了电子产品微型化、高性能的发展需求,是实现下一代超大规模集成微系统的核心互连技术。3D封装技术对互连焊点有一个特殊的要求,即在向上堆叠芯片时,低级封装的焊点不应被重新熔化。低温下制备全金属间化合物(Intermetallic compound, IMC)微焊点为实现叠层芯片互连提供了新的解决方案。本文对近年来全IMC微焊点的制备工艺和基本原理进行综合分析;揭示Cu-Sn系统界面反应的扩散机制及IMC生长动力学规律;对比不同键合参数下全IMC微焊点的服役可靠性。最后,指出各种全IMC微焊点制备工艺的优缺点,并对其未来研究发展趋势进行展望。

基于模型-数据联合驱动的电网扰动定位方法

快速准确的电力系统扰动定位是实施及时有效的控制措施的重要前提。广域同步相量量测为快速准确的扰动定位提供了数据基础,同时刻画扰动传播的连续体动力学模型为扰动定位提供模型支撑。结合同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)量测数据和扰动传播模型,该文提出一种基于模型–数据联合驱动的电网扰动定位方法。首先通过对PMU量测数据进行奇异谱分析和计算累计平方和指标来实现扰动检测。进而在部分PMU确定的子拓扑内,分别通过量测数据和传播模型提取二维时空特征。最后根据扰动传播过程中时空特征之间的相关性,提出基于度量学习的双通道三元孪生网络的扰动定位方法,仅利用部分PMU量测信息即可快速定位扰动位置,为后续抑制扰动的主动控制策略的投切奠定基础。基于IEEE 10机39节点系统,验证所提方法的有效性和鲁棒性。

数据-物理联合驱动的大电网频率安全智能评估

新型电力系统的低惯量特征为其频率安全带来严峻挑战。为快速准确评估大电网受扰后的频率响应,文中提出数据-物理联合驱动的大电网频率安全智能评估方法。为实现数据模型和物理模型分析手段的有效结合,设计了频率安全评估的可信集成学习方法,准确评估数据驱动频率安全结果的可信度,并通过设定可信度阈值作为数据模型和物理模型的切换依据。若数据模型评估结果的可信度高于阈值,则采纳为可靠的数据驱动频率安全评估结果,否则切换为基于物理模型的时域仿真方法进行评估。利用四川电网仿真模型生成数据集并进行模型性能分析,结果表明所提方法兼具频率安全评估的快速性和准确性。

考虑恢复力与经济性均衡的配电网移动储能优化配置策略

近年来风涝等极端自然灾害频发,灾后配电网生命线负荷的持续供电面临严峻挑战。针对台风灾害下配电网灾损难以准确评估、配电网恢复力与经济性难以兼顾的现状,结合台风历史数据与致灾机理,建立了同时考虑台风与暴雨的数据-机理联合驱动的台风下配电网故障率模型;针对极端灾害数据少、预测精度低的问题,利用φ散度获得灾害持续时间的条件风险价值(CVaR);将移动储能容量作为决策变量,利用纳什谈判方法构建配电网经济性和恢复力均衡模型,实现了对于恢复力和经济性的综合考虑。通过算例测试验证了所提策略的有效性。

液压驱动下肢助力外骨骼机器人膝关节结构设计及试验

液压驱动下肢助力外骨骼是一种典型的人机交互类机器人,在跟随人体行进的同时,可提高人的负重能力。为实现最优化的结构设计以降低对系统压强、液压缸尺寸的要求,通过仿生学分析人类正常步行时的步态数据,依据准拟人化设计准则,采用CAD设计软件、数值计算等方法,给出了液压驱动膝关节的设计过程,并通过MATLAB等仿真软件进行了验证。基于确定的模型参数,进行了结构设计及平台搭建,并进行了穿戴试验。仿真及试验结果表明,该方法设计的外骨骼膝关节可以满足步行及负重需求。在负重由10增加为20 kg时,即负重增加一倍时,膝关节的轨迹平均跟踪误差减小了0.05%,跟踪误差最大值增加了20.7%,但是相对于整个膝关节的活动范围,该误差仅占总活动范围的1.2%。该研究为优化液压驱动下肢助力外骨骼提供了参考方法,并可为直线执行器驱动外骨骼其他关节的优化设计提供参考。

盾构隧道衬砌结构的壳–接头模型研究

提出了一种新型的盾构隧道衬砌结构计算模型——壳–接头模型。该模型中采用壳单元模拟衬砌管片,管片和管片环之间通过接头联接单元相连。基于对盾构隧道衬砌结构接头力学特性的分析,建立了接头联接单元的刚度矩阵和计算流程,定义了弯曲、剪切和拉压刚度的计算方法,使之能准确模拟接头的力学行为。最后利用壳–接头模型模拟盾构隧道接头原型试验,计算结果与试验较为吻合,验证了壳–接头模型模拟盾构隧道衬砌结构力学行为的准确性和适用性。

通缝拼装盾构隧道横向刚度有效率计算方法及其影响因素

基于盾构隧道横向刚度有效率的定义,推导根据管片纵缝接头刚度解析通缝拼装盾构隧道横向刚度有效率的计算公式,并以实例验证该计算公式的可行性。通过反演分析结果,阐明隧道所处地层的土体力学性能和隧道埋深对盾构隧道横向刚度有效率的影响机制。利用该计算公式分析多个单因素对横向刚度有效率的影响。结果表明:管片环的直径越大,盾构隧道的横向刚度有效率越大;管片截面的抗弯刚度越大、管片纵缝接头刚度越小、管片环分块数量越多,盾构隧道横向刚度有效率越小;盾构隧道横向刚度有效率不仅表征了管片纵缝接头对隧道横向刚度削弱的程度,也反映了管片纵缝接头转动变形而导致的管片环横向变形所占管片环横向总变形的比例,此比例越大,盾构隧道横向刚度有效率越小;反之亦然。