灌木平茬机切割系统参数优化设计与验证

为分析圆盘锯式切割系统的切割机理,在Solidworks中建立单组圆盘锯及灌木枝条的简化模型,并在动力学分析软件ABAQUS中进行仿真分析,研究灌木切割过程中工作参数与圆锯片参数的关系。同时,以锯片转速、行进速度、枝径为影响因素,以锯切力为评价指标,对其影响的因素进行虚拟正交试验,并用Design Expert动态响应软件进行分析,得到响应面回归方程,得知当圆锯转速为2500r/min、前进速度为0.9m/s时平茬效果较好。用小型灌木平茬机上进行实地试验,结果表明破茬率和留茬高度均能满足农艺要求。

低复杂度水声多输入多输出正交时频空调制通信方法研究

在多输入多输出正交时频空调制(MIMO-OTFS)水声通信系统中,基于消息传递(MP)算法的MIMO-OTFS通信的计算复杂度较高,在实际应用中会增加设备成本。针对上述问题,该文提出一种基于2维虚拟时间反转镜(VTRM)的MIMO-OTFS均衡算法,该算法利用VTRM的时频空聚焦特性,有效提高了均衡性能,并通过改进的2维比例归一化最小均方(IPNLMS)算法进行信道估计,该算法利用时延-多普勒域信道的稀疏特性以较低的复杂度提高了收敛速度,最后通过2维自适应判决反馈均衡算法消除残余的码间串扰,进一步提高系统性能。仿真结果表明,所提均衡算法具有可行性,且在保证相同性能时,复杂度低于MP算法。

三相磁保持继电器的性能分析与优化设计

建立了三相磁保持继电器的虚拟样机模型,基于正交试验结果,使用BP神经网络与NSGA2遗传算法对继电器进行了优化设计。使用ANSYS和Adams/View分别建立三相磁保持继电器的静态和动态模型,进行了试验验证。以电磁系统部分结构的尺寸为变量,以分断电流值和吸合后的磁保持力矩为目标,进行五因素五水平正交试验,建立数据集;使用BP神经网络对数据集进行训练,分别得到两个优化目标的网络函数;使用NSGA2遗传算法对目标函数进行寻优并更新数据集,如此循环,直至最优解满足要求。动态特性仿真表明,优化后样机的分断时间减少了23.89%,吸合时间和弹跳时间分别减少了29.2%和47.05%,为样机的制造提供了参考。

基于虚拟正交源控制的柔性变压器拓扑研究

高比例可再生能源接入电网,会导致电网电压频繁波动。为满足现有配电网实现负荷的高电能质量供电,提出一种柔性变压器拓扑结构,将电力电子变换装置与传统变压器结合,实现对电网电压的连续调节。与全功率电力电子变压器相比较,该装置具有成本低、可靠性高、效率高等优点。首先给出基于三电平AC/AC变换器的柔性变压器工作原理,在控制方面引入基于虚拟正交源的电压控制技术,通过不同时段改变开关管的占空比来实现AC/AC变换器的相位偏移电压补偿,并提出柔性变压器的故障保护措施。最后通过仿真和实验,验证提出的柔性变压器可以进行精确的电压幅值调节,并具有一定范围的无功功率补偿功能。

非正交多址光通信系统信道均衡的虚拟时反方法

室内非正交多址(non-orthogonal multiple access, NOMA)可见光通信系统(visible light communications, VLC)可实现高速率多用户通信,但多径效应会造成通信可靠性及用户公平性明显下降,为此,提出一种虚拟时间反转技术(virtual time reversal mirror, VTRM)对NOMA-VLC进行信道均衡,消除多径效应对通信过程的影响。分析了多用户场景下室内NOMA-VLC系统模型及其通信光链路的特性,依据光链路增益的稀疏特性采用稀疏度自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit,SAMP)算法,估计NOMA-VLC系统的信道冲激响应(channel impulse response, CIR)。在此基础上,采用VTRM方法对NOMA-VLC进行信道均衡,通过VTRM的时空聚焦特性减少信道衰落影响,并重构接收信号,抑制多径效应。理论分析和实验结果表明:经论文算法均衡后的NOMAVLC系统,在满足前向纠错(forward error correction,FEC)误码率阈值的同时,用户1性能提高了4.4 dB,用户2性能提高了5.7 dB,两用户平均性能提高了5.05 dB,用户间性能差异由1.6 dB降为0.5 dB,为NOMA-VLC信道均衡提供了有效的解决方案。

基于模型的迭代重建、金属伪影去除和噪声优化的虚拟单能成像在去除腰椎内固定金属伪影效果的正交设计研究

目的 比较基于模型的迭代重建(MBIR)算法、金属伪影去除(MAR)算法和噪声优化的虚拟单能成像(VMI+)在去除腰椎内固定金属伪影的效果差异,并提出最佳的联合方案。方法 回顾性收集我院腰椎内固定术后病人的腰椎CT原始数据,共10例,通过正交实验设计,设计3因素2水平的正交表L8(2~7),将原始数据按照正交设计表的方案行重建后处理,分别测量螺钉邻近侧腰大肌处高密度金属伪影区域、螺钉长轴腹侧低密度金属伪影区域以及背部皮下脂肪对照区域的CT值和SD值,并计算AI,随后进行直观分析和方差分析。结果 在对高密度金属伪影的影响中,因素的影响主次为:C(VMI+)>B(MAR)>A(MBIR);在对低密度金属伪影的影响中,因素的影响主次为:B(MAR)> C(VMI+)> A(MBIR)。各因素不同水平对高密度和低密度金属伪影的影响均为A2>A1、B2>B1、C2>C1。A(MBIR)、B(MAR)、C(VMI+)是去除腰椎内固定高密度和低密度金属伪影的显著影响因素(P<0.001)。在对高密度金属伪影的影响中,A与B、A与C、B与C的交互作用显著(P<0.001);在对低密度金属伪影的影响中,A与B、B与C的交互作用显著(P<0.05)。最佳的联合方案为A2B2C2。结论 MBIR、MAR、VMI+是去除腰椎内固定金属伪影的显著因素。MBIR、MAR、VMI+在去除腰椎内固定金属伪影的效果上存在差异:对高密度金属伪影,VMI+>MAR>MBIR;对低密度金属伪影,MAR> VMI+> MBIR。MBIR、MAR、VMI+在联合应用于去除腰椎内固定金属伪影中,存在交互作用,其中以MAR和VMI+的交互作用最为显著。本研究的最佳的联合方案为MBIR 4级、130KeV VMI+、MAR。

改进型虚拟锁相放大技术的电阻率测量系统

本文设计研究了针对强噪声环境下电阻率测量的硬件和软件系统,提出了一种基于卡尔曼滤波的改进型正交锁相放大算法结合恒流交流检测技术的电阻率测量方案。以BMn3-12(锰铜)材料为对象,对改进型正交锁相算法进行仿真验证,仿真结果表明:分别对比0,-10dB和-20dB的结果,传统算法的最大波动系数为27.21%,而改进型算法最大波动系数降低到2.86%,最大相对误差由15.20%降低至2.29%。实验结果表明:传统算法与改进型算法测量结果的最大相对误差分别为16.70%和2.90%,方差分别为2.90×10^(-3)和4.11×10^(-5),此方案提高了低信噪比情况下电阻率测量的准确度和精度,增强了系统的抗干扰能力。

稀疏L型阵中基于压缩感知的角度估计方法

利用二级Nested阵来构建稀疏L型阵列,针对此阵列,提出了基于压缩感知的角度估计方法。该方法通过计算接收数据的自相关协方差矩阵并向量化,然后进行重排序和去冗余,得到虚拟阵列的入射角信息。该虚拟阵列的长度远远大于实际物理阵列的长度,因而相比同物理阵元的均匀L型阵,阵列孔径和自由度明显增大。最后利用正交匹配追踪技术对虚拟阵列的l1范数约束问题进行求解,并完成二维角度的配对。计算机仿真表明,所提算法具有更高的信源分辨力,并且在高信噪比、高快拍数、大角度间隔条件下,具有更好的估计性能。

基于改进Faster R-CNN和正交投影的无砟轨道板裂缝精细化测量

裂缝的检测和宽度识别是无砟轨道板养护维修作业的重要依据。为此,提出一种基于改进Faster R-CNN和正交投影的裂缝宽度测量方法,并基于虚拟模型合成数据,充分训练深度网络,实现对复杂背景下无砟轨道板表面裂缝的精准检测,以提高裂缝几何特征量化的可靠性。首先,基于二维CAD图纸建立参数化的无砟轨道结构三维BIM模型,并通过UE5物理引擎实现真实裂缝特征与虚拟轨道模型的随机融合和真实巡检场景渲染;然后,通过配置虚拟摄像机输出,模拟真实巡检场景下的虚拟裂缝图像,充分训练改进后的Faster R-CNN网络,并在轨道巡检车采集到的原始图像上进行测试;最后,采用正交投影法逐像素地计算检测结果中裂缝的宽度,并与人工取点测量结果进行对比分析。结果表明:改进后的Faster R-CNN网络对于裂缝检测的平均精度提高约10%;网络性能随训练数据的虚实图像比例而变化,于4∶1时达到饱和,平均精度达95.12%;使用融合裂缝数据集训练出的网络模型能够在保持高精准率的同时,达到更高的召回率,有效减少了裂缝的错检、漏检;与人工测量相比,正交投影法测得的裂缝最小宽度与最大宽度分别增大了3.64%和22.40%,测量结果更加稳定且接近真实值,具有更高的可靠性。

新能源逆变系统中VSG控制时随机激励的谐波抑制研究

虚拟同步发电机通过模拟同步发电机的外特性,为系统提供惯量及阻尼支撑,使逆变系统能安全稳定运行。由于新能源逆变系统中非线性负荷的存在,系统的输出谐波受到污染,影响输出的电能质量。为优化系统输出,本文结合VSG控制算法,在有噪声的系统PWM调制波中引入一个随机激励,再和载波比较而生成驱动信号。通过电压功率谱密度对其谐波分布情况进行分析。仿真结果显示,采用随机激励的方法对VSG逆变器的输出电压波形有一定程度的改善,与引入随机激励前相比,输出的A、B、C三相电压的总谐波因素(THD)分别降低了11.32%、11.60%和11.42%,表明了本方法的合理性及有效性并适用于工程应用中。

整杆式巨菌草双圆盘切割装置动力学研究与参数优化

巨菌草收获机切割器的模型与工作参数直接影响到收割能耗与质量。基于虚拟样机设计技术与切割仿真理论,利用ugnx1847参数化建立整杆式巨菌草双圆盘切割器三维实体模型及巨菌草物理模型,在adams/view模块中将巨菌草茎秆柔性化,导入adams中完成虚拟样机设计并进行刚柔耦合动力学仿真分析,试验验证虚拟样机设计及仿真的正确性。以刀盘倾角、刀片刃角、刀盘转速为影响因素,切割茎秆的切割力为评价指标表征切割损耗,对影响切割力与切割损耗的因素设计三因素三水平虚拟正交试验,运用统计学软件进行响应面回归分析和方差分析。结果表明:切割器转速为480 r/min,刀片刃角为25°,刀盘倾斜角为2°时,切割力为最低水平266 N,切割损耗有效降低,为巨菌草切割器关键部位的优化设计提供理论和试验依据。

基于平顺性的商用车驾驶室悬置系统仿真及优化匹配研究

文中以商用车驾驶室悬置系统为研究对象,构建驾驶室悬置系统多体刚柔耦合动力学模型,探讨了模态分析并进行了理论验证,通过整车道路采样测试技术和虚拟迭代技术获取了一般公路路况下的驱动信号。研究了一般公路随机激励下的平顺性仿真,并借助国标规范进行了振动舒适性评价,仿真结果表明:悬置系统性能不符合设计要求,在此基础上,采用正交设计对悬置系统参数进行优化匹配设计,得到了悬置系统性能参数的最优解,新的悬置系统满足了设计要求,提升了振动舒适性。

双圆盘割草机切割器虚拟样机设计与试验

应用SolidWorks的参数化设计功能建立9YG-130型双圆盘割草机切割器各零部件三维实体模型,通过约束装配完成虚拟样机设计,将模型导入动力学分析软件ADAMS后进行运动仿真,得到了切割机构在前进速度2.78 m/s、刀盘转速2 000 r/min时刀片顶点的运行轨迹,根据运动轨迹可计算其重割面积。对模型进行四因素三水平虚拟正交试验,采用Design-Expect 8.0软件进行方差分析,结果表明,最佳取值为vg=57.01 m/s,vj=2.76 m/s,h=34.06 mm,m=3时割草机的重割率得到有效降低。通过实际样机试验结果验证了该设计满足割草机对草业技术的要求,提高了设计效率和准确性。

小型自走式割草机仿形装置仿真分析与试验

为解决山地丘陵地区苜蓿收获难题,对集成了滑掌、浮动弹簧、连杆臂和提升液压缸的小型自走式割草机联合仿形装置进行了理论分析。建立仿形装置虚拟样机模型,利用模型进行四因素三水平正交试验,通过回归分析和规划求解对最优参数组合进行预测,得出在山区地势较恶劣的起伏路面上工作时,仿形装置最佳设计和工作参数为:滑掌长度188 mm,割台倾角4.06°,拉力重力比0.85,前进速度2 m/s。利用优化试制后的割草机进行田间试验,验证了仿真试验和回归预测模型的有效性。与优化前的样机相比,在同等条件下,割茬高度降低了7%,工作速度提高了75%。

基于正交试验的连杆衬套强力旋压成形分析

基于Simufact旋压平台和正交试验优化设计方法对连杆衬套的强力旋压成形过程进行了模拟,得出了参数(旋轮与芯模的间隙、旋轮成形角、圆角半径及进给比)对成形结果(壁厚差、轴向旋压分力、径向旋压分力)的影响显著性次序以及影响规律,获得了较优的工艺参数。验证试验表明,模拟及正交试验优化结果准确、可靠,能有效地提高衬套的壁厚均匀性,同时减小轴向和径向产生缺陷的倾向。

三维网络原子吸收光谱分析虚拟实验室的构建

基于Virtools平台构建三维多功能网络原子吸收光谱分析虚拟实验室,解决了实验过程交互、光谱分析虚拟、工作站软件开发、故障再现、实时跟踪评价及数据记录等技术问题。构建过程以火焰法原子吸收光谱分析法测铅为例设计正交实验,并根据实验数据推导了原子吸收光谱分析模型及参数,同时以VSL(Virtools Scripting Language)语言编写程序模块,在Virtools平台下实现与虚拟实验中的参数传递,进而使工作站仿真软件与实验开放网络管理平台能够有机结合,开发出虚拟仪器光谱分析实验模块。全方位的设计和系统的仿真实现满足了培训对象从基本的实验技能学习到深入掌握原子吸收研究方法的全过程需求。

小型甘蔗剥叶机的设计方法研究与开发

阐述了小型甘蔗剥叶机研究开发的基本思路。剥叶机的设计采用虚拟样机技术并结合试验修正的方法 ,首先根据剥叶的功能需求 ,分析蔗叶剥离的运动机理 ,初步确定剥叶机的总体方案 ;对剥叶机的核心元件———剥叶元件的设计是一个多因素、多目标的设计优化问题 ,采用基于正交试验的虚拟分析设计方法 ,并利用大型统计学软件SPSS对试验结果进行回归分析 ,从而快速有效地找出剥叶元件的最佳参数 ;最后经过整机的装配、仿真分析 ,并经过试验的修正 。

基于虚拟正交试验的热推弯管工艺参数优化设计

文章对热推弯管成形过程进行数值模拟,选取不同参数和水平进行正交试验设计,将管壁厚度和均匀性量化为壁厚的均值和方差,并基于该两项指标分析试验结果,得出牛角芯模的弯曲角度、扩径比、起始弯曲半径、推制速度、工模间摩擦系数对工艺的影响显著性和规律性,并获得较优的工艺参数值。验证实验结果表明,模拟及正交试验优化结果准确有效,推制管件达到壁厚减薄率和均匀性要求。

由正交图像造型三维个性化虚拟人体模型

基于正、侧、背面4幅正交人体图像,变形模板人体模型后得到带服饰纹理的个性化虚拟人.以截面环为基本几何元素,给出了模板人体模型的生成和变形方法,建立了截面环和三维人体骨架之间的内在关联;自动提取图像上的人体特征点,生成二维图像上的人体骨架;由三维人体骨架和二维图像上人体骨架之间的对应关系,建立截面环和人体图像之间的对应关系;从人体图像上获取截面环的形状参数,通过参数化变形截面环得到个性化的虚拟人体模型.与已有方法相比,该方法建立在基于特征的参数化框架之上,变形更容易控制,消除了三维模型和二维图像之间对应的不确定性,避免了人体变形中的自交现象,效率高、真实感效果较好.

一种新颖的小样本整体趋势扩散技术

基于数据驱动的生产过程建模、优化与控制是当今学术界与企业界的研究与应用热点。大数据时代小样本问题不可忽视。针对诸如人工神经网络(ANNs)、极限学习机(ELMs)等传统建模方法在小样本条件下难以获得较高的学习精度,提出了一种新颖的多分布整体趋势扩散技术(multi-distribution mega-trend-diffusion,MD-MTD)用于提升小样本学习精度。通过整体扩散技术推估小样本属性可接受范围,在整体趋势扩散的基础上,增加了均匀分布和三角分布描述小样本数据特性,生成虚拟样本,填补小样本数据点间的信息间隔。利用标准函数产生标准样本,在正交实验和不均匀样本实验下论证了MD-MTD的合理性和有效性,用MLCC和PTA两个实际的工业数据集进一步验证了MD-MTD的实用性。实验结果表明,MD-MTD能提高小样本学习精度8%以上。