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  • 2021年, 42卷, 第6期
    刊出日期：2021-11-10
      
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    论文
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    基于信号分析的纯电动客车失效调查方法
    孙晓强， 胡伟伟， 吴鹏程， 任皓
    2021, 42(6): 621-627. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.001
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     针对传统纯电动客车失效调查方法无法准确阐明客车失效与“三电”系统主要故障间关联特性的问题，提出了基于信号分析的纯电动客车失效调查方法.在掌握纯电动客车运行过程中主要失效类型及“三电”系统主要故障的基础上，初步建立了不同失效类型与电动机、电池以及电控系统主要故障间存在的因果关系.为进一步明确系统故障点，构建了包含“三电”系统的纯电动客车整车模型，通过设置“三电”系统主要故障，模拟纯电动客车的人为失效，在此基础上针对系统易测信号进行分析，揭示系统不同故障的典型信号特征，从而明确纯电动客车不同失效类型与电动机、电池以及电控系统故障间存在的内在关联特性，最终形成纯电动客车失效调查方法.结果表明：所提出的纯电动客车失效调查方法能够有效揭示动力丢失、起火以及失控等客车失效类型与“三电”系统主要故障间存在的对应关系.
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    一种多尺度YOLOv3的道路场景目标检测算法
    郁强， 王宽， 王海
    2021, 42(6): 628-633. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.002
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     针对在自然交通场景中道路不同种类目标的边界框大小差异巨大，现有实时算法YOLOv3无法很好地平衡大、小目标的检测精度等问题,重新设计了YOLOv3目标检测算法的特征融合模块，进行多尺度特征拼接，对检测模块进行改进设计，新增2个面向小目标的特征输出模块，得到一种新的具有5个检测尺度的道路目标多尺度检测方法YOLOv3_5d.结果表明：改进后的YOLOv3_5d算法在通用自动驾驶数据集BDD100K上的检测平均精度为0.580 9，相较于原始YOLOv3的检测平均精度提高了0.082 0，检测速度为45.4帧·s-1，满足实时性要求.
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    前、后轴双电动机驱动纯电动客车的转矩分配策略
    吴迪瑞， 田韶鹏
    2021, 42(6): 634-641. https://doi.org/1671-7775.2021.06.003
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     针对驱动防滑策略与转矩最优分配策略的协调问题，基于实时粒子群优化算法，提出一种综合考虑车辆稳定性和经济性的综合转矩分配策略.以滑移率为控制目标的驱动防滑策略输出前、后轴转矩指令限值.以实时优化为优化方法的粒子群算法通过将驱动防滑策略输出的前、后轴转矩指令限值作为动态约束条件，使转矩最优分配策略可以在驱动防滑策略生效时正常运行.基于AVLCruise与Simulink平台，建立了整车经济性联合仿真模型，对综合转矩分配策略的优化效果进行分析.结果表明：在选择的3种循环工况下，100 km电耗平均减少了479%，续驶里程平均提高了549%，综合转矩分配策略在保证客车纵向稳定性的前提下，改善了燃油经济性.
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    汽车驾驶机器人的自适应执行器故障补偿控制设计
    姚雪莲, 丁东东, 杨艺, 葛婉君, 吴鸣宇
    2021, 42(6): 642-647. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.004
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    针对汽车驾驶机器人可能发生的不确定执行器故障无法驱动机械腿正常工作，进而影响汽车行驶过程中的安全性，提出一种基于Backstepping的自适应容错控制方法.利用Backstepping对机械腿进行控制，针对各故障情况分别设计故障补偿控制器，通过定义故障指示函数将多设计加权融合成一个综合控制器.基于自适应方法对综合控制器参数进行更新.基于Matlab/simulink仿真验证此方法的有效性.结果表明：该控制方法能保证执行器在发生不确定故障时，汽车驾驶机器人控制系统仍稳定运行，并渐近跟踪给定的控制指令.
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    基于随机机器故障的柔性作业车间动态调度
    尤一琛， 王艳， 纪志成
    2021, 42(6): 648-654. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.005
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    为了有效快速地应对生产过程中出现的随机机器故障，构建了一个故障机器可恢复的动态柔性作业车间调度模型，采用事件和周期混合驱动的方式，设计了一个组合重调度策略.在组合重调度策略中，将改进的二叉树右移重调度与完全重调度进行组合，引入序位偏差和完工时间偏差为重调度评价指标，对重调度方法进行选择，并且在精英选择遗传算法（elite selection genetic algorithm, ESGA）基础上，对精英选择策略进行改进，以防止陷入局部最优.试验算例仿真结果表明，动态调度算法对随机机器故障下的柔性作业车间动态调度是有效的.
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    基于模糊算法的AUV避障与姿态控制
    刘用， 杨晓飞， 夏金铭
    2021, 42(6): 655-660. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.006
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    为了实现水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)在水下的避障与姿态的稳定控制，提出了一种基于模糊算法的避障与姿态控制算法.通过分析AUV在水下的水平面和竖直面状况，分别构造满足其水平面和竖直面避障和姿态控制的模糊算法，并设计了相应的控制系统.设计的控制系统主要由2个模糊控制器组成，通过模糊控制器输出AUV的左、右和下潜加速度，利用模糊逻辑系统对其速度进行逼近，并利用AUV的速度信息实现AUV水平面和竖直面的避障与姿态的控制.通过在不同位置放置障碍物构建模拟场景，采用Matlab进行仿真试验.仿真结果表明，设计的基于模糊算法的避障与姿态控制方法能够满足设计要求.
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    猪用饲喂器拨片式供料装置机理分析与参数优化
    刘朝贤， 王德福， 黄会男， 党春雪， 张洪建
    2021, 42(6): 661-670. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.007
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     为提高我国生猪养殖业应用的饲喂器的工作性能，对设计的一种猪用饲喂器拨片式供料装置进行了机理分析与试验.通过对其主要结构的理论分析以及离散元模拟仿真，确定杆绳斜置式破拱单元和拨片式排料单元的结构.在实现稳定排料基础上，以影响其排料性能的主要因素为试验因素，以排料速率和排料均匀性（以变异系数表示）为评价指标进行三因素五水平二次回归正交旋转组合试验，获得最优参数组合.试验结果表明：杆绳斜置式破拱单元实现了料斗内颗粒饲料连续、稳定排料；在填充率为80%，且拨片转速为55.5 r·min-1、出口间距为14.5 mm、排料段最大后倾角为31.5°时，对应排料速率和变异系数分别为166.75 g·s-1和4.39%；饲槽内颗粒饲料分布均匀，饲喂器排料性能较佳.
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    动静干涉对叶栅前缘气膜冷却特性的影响
    孙小恺， 王振宇， 王春华
    2021, 42(6): 671-677. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.008
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    针对动静干涉影响下涡轮动叶前缘气膜孔射流与主流的相互作用展开研究，比较分析了叶根、中截面及叶尖区域气膜冷却流场和温度场分布特征的差异.结果表明：随着叶高的增加，前缘滞止线从吸力面侧逐渐向压力面侧偏移，压力面侧气膜射流贴壁性变弱；动静干涉使得气膜射流出现“分流”、“上扬”和“逆流”现象，对中心截面气膜覆盖的影响大于叶根和叶尖区域；气膜射流下游反转涡对呈现明显不对称性，吸力面侧反转涡对强度和尺度沿叶高方向不断降低，而压力面侧反转涡对的变化趋势相反；动静干涉降低了气膜冷却效率.
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    江苏省农产品冷链物流网络构建
    何美玲， 蒲俊， 安勇峰
    2021, 42(6): 678-684. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.009
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    构建区域性农产品物流网络，有利于整合区域农产品物流资源，提升区域农产品物流效率，促进农业发展、农民增收.以“互联网+农业”背景下的江苏省农产品冷链物流网络为研究对象，通过灰色GM(1,1)模型对江苏省2021—2030年农产品冷链物流需求规模进行预测与空间分布特征分析；从城市经济发展水平、物流发展水平、农产品需求水平和供给水平4个方面构建物流节点发展水平评价指标体系；运用因子分析、聚类分析进行物流节点的重要度排名，并划分为轴心、中心和辐点3个层级；利用物流联系强度、物流隶属度确定轴心城市的辐射范围，构建干支线物流通道，最终以南京、苏州为轴心城市构建江苏省轴辐式农产品冷链物流网络.
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    基于三方竞争机制的反向多目标粒子群优化算法
    韩飞， 郑明鹏
    2021, 42(6): 685-693. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.010
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    针对传统多目标粒子群优化算法容易早熟的问题，提出一种基于三方竞争机制的反向多目标粒子群优化算法(MOPSOTCOL).该算法利用当前种群在每一代中选择的三方竞争者来引导种群进化，这能够有效减少维护外部存档时的计算成本.在每次竞争中，MOPSOTCOL从种群中随机挑选3个粒子进行比较，并基于不同的策略分别进行更新，这有利于保持种群的多样性.提出了一种基于反向学习策略的渐进式粒子更新方式，部分粒子进行反向学习以避免算法陷入局部最优，其他粒子通过向指定的更优粒子学习进行更新以加强收敛性.将所提出算法与8个多目标优化算法在14个标准测试函数上进行了性能比较试验.结果表明MOPSOTCOL算法在多样性和收敛性上具有显著优势，且具有更快的收敛速度.
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    赖氨酸发酵过程关键变量多模型软测量建模及其在线监控系统设计
    朱熀秋， 王星宇， 王博
    2021, 42(6): 694-701. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.011
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     针对目前赖氨酸生产过程中发酵产物品质参量难以实时测量，现有软测量模型精度不高、鲁棒性差的问题，提出了一种基于ISCALSSVR的赖氨酸发酵过程多模型软测量方法.首先，利用改进的满意聚类算法(ISCA)将样本数据集划分为c个子集；其次，利用最小二乘支持向量回归机(LSSVR)对每个子集分别构建子模型；随后，利用粒子群优化算法和退火算法协同优化模型参数；然后，加权融合各子模型输出得到最终系统输出；最终，设计了由上位机数据处理模块和下位机数据采集模块共同组成的赖氨酸发酵过程关键变量的智能实时监控系统.试验仿真结果表明，相较于传统单一LSSVR预测模型，ISCALSSVR模型对产物、基质、菌体质量浓度的预测精度分别提高了501%、362%和678%，模型泛化能力得到了较大提高.
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    具有外部干扰的耦合时滞神经网络固定时间二分同步
    陈苏浩， 刘小洋， 谢春丽， 王书芹
    2021, 42(6): 702-708. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.012
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     针对结构平衡图与结构非平衡图的网络拓扑，考虑了一类具有外部干扰的耦合时滞神经网络模型，分别设计了其固定时间同步控制协议.借助固定时间稳定性理论与不等式技巧，获得了耦合网络在固定时间内达到同步的充分性判据，给出了具体的收敛时间上界，并验证了固定时间同步网络的鲁棒性与抗干扰性.为了扩大网络模型的适用性，考虑的神经网络激活函数为非连续的函数，可借助微分包含与集值李导数理论解释非连续微分方程的动力学行为.最后，分别在结构平衡图和非平衡图下对耦合神经网络的固定时间二分同步进行了数值仿真，验证了控制算法的有效性及理论结果的正确性.
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    压路机钢轮压实边缘的检测与提取
    黄浩， 汪学斌
    2021, 42(6): 709-714. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.013
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     针对压路机特有的非结构化工作场景且较为固定的工作轨迹，采用视觉处理算法提取压路机钢轮的碾压痕迹.首先对碾压区域的RGB图像进行灰度化处理，并通过预处理算法消除随机噪声；其次通过比较Roberts、Sobel、Prewitt、Canny、Kirsch等边缘检测算子，选取检测效果最好的算子；最后采用Hough变换进行碾压痕迹线段提取.结果表明，Canny、Kirsch算子的边缘检测结果更为清晰，但经过Hough变换后，采用Kirsch算子提取到的直线误差最小.结合Kirsch算子和Hough变换的方法能准确提取钢轮碾压痕迹边缘信息，同时保证准确性和实时性，为压路机实现自动行驶提供了重要的视觉信息.
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    基于屏障函数的船舶自适应控制
    赵向涛， 阎妍， 于双和， 赵颖
    2021, 42(6): 715-720. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.014
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     针对自主水面船舶的轨迹跟踪问题，提出了一种基于屏障函数的自适应滑模控制方法.根据滑模的收敛性，设置了一个切换自适应律，在不需要外部干扰先验信息的情况下，能够做到自适应的调节滑模增益.滑动变量能够收敛，并且保持在一个与干扰上界无关的预定义的零的邻域内，屏障函数能保证滑模增益始终动态地大于不确定外部环境干扰，从而确保自主水面船舶的轨迹跟踪性能.通过李雅普诺夫理论分析，证明了自主水面船舶系统能够在有限时间内到达预定义的零的邻域.最后通过仿真结果验证针对船舶轨迹跟踪问题所设计控制器的有效性.由仿真结果可知，在这种控制器作用下，船舶轨迹能够很好地跟踪上期望轨迹.
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    基于MOOS的自主式水下机器人导航系统
    邱海洋， 曾庆军， 智鹏飞
    2021, 42(6): 721-726. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.015
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    针对自主式水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV）的试验成本极高，水下机器人的应用与算法验证都需要在一个理想的仿真环境中进行测试，且仿真环境的建模较为困难等问题，提出了应用MOOS软件系统对AUV导航系统进行导航位姿、通讯及三维信息的仿真，对MOOS软件系统的通信方法、软件架构、数据采集方式和传感器数据类型等方面进行了参数配置和仿真说明.面对工程导向，从数据产生机制、数据发布订阅和数据解析处理等角度，对MOOS软件系统进行论证分析.分析结果表明，MOOS系统可根据AUV导航系统的预设轨迹信息产生相关环境传感器数据，有效地进行多源信息融合与导航位姿解算.
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    多模块融合的浮游生物检测器
    齐雷，胡姣婵，于双和，阎妍，赵颖
    2021, 42(6): 727-732. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.016
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    针对传统海洋浮游生物利用人工提取特征的传统检测方法，存在检测精度低、检测过程冗余等问题，基于深度学习技术，提出了多模块融合的浮游生物检测器(multi module fusion single shot detector，MMFSSD).首先，提出了特征信息增强模块，在不增加网络复杂性的前提下增加了网络的感受野，将下采样图像注入该模块中，以增强特征图的低级特征信息.在此基础上，进一步提出了选择性特征融合模块，在网络中学习融合时的权重，选择性地融合不同尺度的特征.有效性验证试验结果表明，在数据集PASCAL VOC和MS COCO中的平均精度均值分别为80.70%和32.20%，在浮游生物数据集PMID2019中的平均精度均值达到90.41%.
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    基于YOLOv3算法和深度特征的地点识别方法
    牛杰， 钱堃， 卜雄洙
    2021, 42(6): 733-737. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.017
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    针对视点、外观等因素变化给地点识别应用带来的不利影响，设计了1种基于显著路标及深度特征的地点识别方法.首先分割图像中的显著物体作为候选路标；然后设计YOLOv3算法网络，对候选路标进行识别，以删除不适合环境建模的特定对象类型；最后在图像相似度测量中，利用中层卷积层的性能特点，提取候选路标的卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）特征，并结合降维操作，提升匹配效率.在3个具有挑战性的公开数据集上进行了试验，与FABMAP、SeqSLAM和PlaceCNN等先进方法进行了比较，该方法的平均识别精度达到7122％，优于其他3种方法，表明经过筛选的显著路标的CNN特征可以抵御强烈的视点和外观变化.
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    地连墙成槽施工对周边环境的影响及控制
    唐寅伟， 刘维， 史培新， 唐强， 陈秀鸣
    2021, 42(6): 738-744. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.06.018
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     以苏州地铁5号线某车站地下连续墙施工为研究背景，采取了增加导墙刚度、选择合适成槽机械、合理划分槽段、间隔施工地连墙槽段及控制泥浆参数等控制措施，并对槽长、土体摩擦角、泥浆液面高差等影响地连墙槽壁稳定性的因素进行了分析.采用现场监测的方式对土体水平位移、地表沉降、建筑沉降与建筑倾斜进行监测，研究地连墙施工过程中的地层稳定和变形规律，结合研究结果对工程中的地层变形控制措施进行评价.研究结果表明：浅层土体受到扰动较大，土体变形明显，最大土体水平位移发生在地表；深层土体受到扰动较小，土体变形随着深度的增加而减少；现场采取的地层控制措施所产生的土体变形均在控制范围内.