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当期目录

    2021年, 第55卷, 第2期 刊出日期:2021-02-01 上一期    下一期
    晶格型模块化软体机器人自重构序列
    刘佳鹏, 王江北, 丁烨, 费燕琼
    2021,55 (2):  111-116.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.005
    摘要 ( 529 )   HTML ( 132 )   PDF(7523KB) ( 306 )  

    设计了一种基于膨胀-收缩运动规则的晶格型自重构模块化软体机器人.机器人由多个软体模块组成,每个软体模块由呈正六面体构型的硅胶主体和主从对接面组成.软体模块内部的凸起设计使其具有良好的膨胀性能,主从对接面是由与硅胶主体螺纹连接的铁盘、吸盘式电磁铁组成.基于软体模块体积变化与内部压强的关系式,对软体模块的充气膨胀进行分析,建立了充气气压与软体模块膨胀量之间的映射关系,获得相邻两软体模块连接所需的充气气压.每个软体模块在工作气压为30 kPa的情况下能够膨胀1.5倍,使用电磁铁连接及软体模块的膨胀-收缩运动规则实现相邻两软体模块的对接与分离,多个相邻软体模块的依次对接和分离可以实现模块化软体机器人的自重构.通过软体机器人自重构实验验证机器人自重构的可行性.

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    融入BERT的企业年报命名实体识别方法
    张靖宜, 贺光辉, 代洲, 刘亚东
    2021,55 (2):  117-123.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.009
    摘要 ( 633 )   HTML ( 9 )   PDF(876KB) ( 279 )  

    自动提取企业年报关键数据是企业评价工作自动化的重要手段.针对企业年报领域关键实体结构复杂、与上下文语义关联强、规模较小的特点,提出基于转换器的双向编码器表示-双向门控循环单元-注意力机制-条件随机场(BERT-BiGRU-Attention-CRF)模型.在BiGRU-CRF模型的基础上,首先引入BERT预训练语言模型,以增强词向量模型的泛化能力,捕捉长距离的上下文信息;然后引入注意力机制,以充分挖掘文本的全局和局部特征.在自行构建的企业年报语料库内进行实验,将该模型与多组传统模型进行对比.结果表明:该模型的F1值(精确率和召回率的调和平均数)为93.69%,对企业年报命名实体识别性能优于其他传统模型,有望成为企业评价工作自动化的有效方法.

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    基于空洞-稠密网络的交通拥堵预测模型
    石敏, 蔡少委, 易清明
    2021,55 (2):  124-130.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.99.009
    摘要 ( 408 )   HTML ( 5 )   PDF(987KB) ( 234 )  

    在利用卷积神经网络模型对短时交通拥堵情况等预测场景进行预测时,由于模型的卷积池化操作过程会丢失部分数据,使得目标位置的信息出现丢失及特征的分辨率持续下降,导致模型的预测能力降低.针对此,本文提出一种空洞-稠密神经网络模型.首先,利用空洞卷积用较少的网络参数获取更大感受野的特点,充分提取出复杂多变的数据时空特征.其次,通过下采样及稠密网络的等值映射,解决参数在神经网络层数增加过程出现退化的问题.最后,取实际的城市道路平均车速数据块对网络结构的有效性进行验证.结果表明:同卷积神经网络模型相比,该网络结构预测平均绝对误差降低3%~23%.

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    基于Gaussian混合的距离度量学习数据划分方法
    郑德重, 杨媛媛, 谢哲, 倪扬帆, 李文涛
    2021,55 (2):  131-140.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.082
    摘要 ( 394 )   HTML ( 3 )   PDF(2548KB) ( 219 )  

    针对有限样本情况下,多次训练模型时容易出现不稳定和偏差问题,提出一种基于Gaussian混合的距离度量学习数据划分方法,通过更合理地划分数据集来解决该问题.距离度量学习依靠深度神经网络优异的特征提取能力,将原始数据提取的特征嵌入到新的度量空间中;然后,在该新的度量空间中基于深层次特征使用Gaussian混合模型进行聚类分析和样本分布估计;最后,依据样本分布特点进行分层采样对数据进行合理划分.研究表明,该方法可以更好地理解数据分布的特点,获得更加合理的数据划分,进而提升模型的准确性和泛化性.

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    对转式垂直轴风力机气动性能研究
    曹宇, 韩兆龙, 周岱, 雷航
    2021,55 (2):  141-148.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.360
    摘要 ( 468 )   HTML ( 1 )   PDF(6151KB) ( 202 )  

    为了改进漂浮独立式垂直轴风力机的气动和稳定性能,提出风力机的新型结构设计理念,即同轴对转式垂直轴风力机.基于计算流体力学理论,借助雷诺时均剪切应力传输RANS SST k-ω湍流模型对风力机进行数值模拟,并结合涡流理论,比较对转式与独立式垂直轴风力机在不同叶尖速比(TSR)时的气动和稳定性能.结果表明,相同流场条件下,对转式风力机浮式平台的稳定性更强.当TSR<1.3时,长时间的失速状态使得对转式风力机的脱涡现象更严重,风能利用效率更低;当TSR>1.3时,外流场的风能更多地被对转式风力机转子吸收,风力机的远端涡流长度更短且脱涡强度更低,风能利用效率更高.同轴对转式的结构设计理念和分析方法对海上垂直轴风力机的性能优化有一定的参考价值.

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    软体尺蠖爬行机器人建模与仿真分析
    张力文, 徐齐平, 刘锦阳
    2021,55 (2):  149-160.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.047
    摘要 ( 561 )   HTML ( 9 )   PDF(7945KB) ( 280 )  

    高效计算并整体分析软体尺蠖机器人的运动规律和行进步态是个具有挑战性的难题.在准静态条件下,建立了一个由刚性滑块和曲梁构成的简化力学模型,对该类机器人进行准静态的建模与仿真分析.首先基于欧拉-伯努利梁理论,给出了曲梁的总势能表达式.其次,利用变分原理,由总势能推导出控制方程,联立边界条件,建立了常微分方程组,并对其进行离散化以及无量纲化,给出了用于数值求解的非线性代数方程组.然后,根据曲梁和地面的接触情况以及系统的黏滞与滑移状况,将机器人的整个运动过程分为三个阶段,通过数值计算,得到在不同阶段下曲梁随初始曲率幅值变化的不同构型,描述出软体机器人在一个周期内的运动规律、步态变化和净位移量,解决了软体机器人在不同阶段的运动衔接问题.准静态方法的特点是计算效率较高,更加适用于对软体机器人的运动构型进行分析.

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    三维菱形液舱剧烈晃荡和共振频率数值研究
    辛建建, 方田, 石伏龙
    2021,55 (2):  161-169.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.066
    摘要 ( 361 )   HTML ( 0 )   PDF(2926KB) ( 143 )  

    为了预报真实液化天然气(LNG)船液舱的共振频率,采用基于直角网格的三维多相流模型,模拟了不同充液水深和激励频率的菱形液舱剧烈晃荡问题.该数值模型采用时间半隐式有限差分法在交错直角网格上求解不可压缩两相流Navier-Stokes(N-S)方程,采用径向基函数虚拟网格法(RBFGCM)处理不规则舱壁结构和,用三维梯度增量水平集(GALS)方法捕捉强非线性自由表面.基于该模型,模拟了横摇激励下的菱形液舱晃荡问题,满意的网格和时间收敛性验证了该方法的高精度和可靠性.而且,不同充液水深下本文冲击压力和波浪爬高结果与实验数据较好地吻合,捕捉到了剧烈的晃荡波浪现象如波浪翻卷.进一步研究了不同水深下舱壁局部位置压力幅值与激励频率之间的关系,确定了菱形液舱共振频率,以期为LNG液舱的结构设计提供理论参考.

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    面向3D打印的钛合金点阵接骨板设计及其仿真
    张聪, 贾德君, 李范春, 徐一通, 张源
    2021,55 (2):  170-178.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.196
    摘要 ( 467 )   HTML ( 2 )   PDF(6477KB) ( 260 )  

    为了改善骨折愈合过程中因金属接骨板弹性模量过大引起的应力屏蔽效应问题,基于拓扑优化与有限元建模技术设计一种面向3D打印的点阵结构接骨板.以钛合金胫骨接骨板为例,建立简化有限元模型,结合有限元法及数据采样方法,分别对实体接骨板系统和点阵接骨板系统进行仿真,并对比其力学性能上的异同点.基于点阵接骨板系统的力学性能分析,实现接骨板的轻量化设计,改善骨骼应力屏蔽效应.计算结果表明:在保证强度的情况下,点阵结构的接骨板设计可减小40%左右的接骨板质量;点阵接骨板对厚度较为敏感,通过小范围减小接骨板的厚度,可明显降低接骨板刚度;点阵接骨板的应用可以有效提高4%左右的骨骼平均应力,减小骨骼的应力屏蔽效应.仿真分析结果可为低应力屏蔽接骨板的设计提供一定的参考依据.

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    三缸双级变容积比压缩机在空气源热泵系统中的应用
    肖彪, 闫艳, 赵树男, 黄童毅, 李想
    2021,55 (2):  188-195.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.269
    摘要 ( 462 )   HTML ( 0 )   PDF(1782KB) ( 280 )  

    针对低温热泵用压缩机存在的问题,研究分析压缩机容积比对其性能的影响,提出一种新型三缸双级变容积比压缩机,并结合实验对搭配同一末端的传统双级压缩系统与三缸双级变容积比压缩系统的性能进行对比分析.研究结果表明:三缸双级系统可在-30 ℃环境正常运行,系统的性能系数(COP)为1.52,而传统双级系统在该种情况下无法运行;三缸双级系统的COP在任何环境温度下均比传统双级系统高1.25%~12.41%.当环境温度一定时,随着供水温度的升高,末端散热量增加,外机最大制热量衰减,COP下降;当环境温度分别为7 ℃和-25 ℃时,供水温度从40 ℃升至55 ℃的过程中,三缸双级系统的COP分别比传统双级系统高1.15%~8.86%和4.32%~7.33%.所有实验工况下,三缸双级系统单位时间耗电量均比传统双级系统低3.78%~16.67%.

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    一种经皮无线供能系统
    谢岳, 沈鹏飞, 蒋晓丽
    2021,55 (2):  196-205.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.303
    摘要 ( 344 )   HTML ( 1 )   PDF(6039KB) ( 155 )  

    研究了一种经皮无线供能系统.首先通过电路分析得到系统电压增益和传输效率等特性函数,同时根据经皮无线供能典型技术参数进行特性分析,在此基础上设计了基于能量注入的变频恒压控制方案,使得无线供能系统在负载和传输距离变化时始终高效率运行.搭建了经皮无线供能的实验系统,实验结果验证了理论分析和设计方案的正确性,在固定传输距离的整个负载变化范围内整机效率基本保持恒定,典型传输距离内的整机效率达到83%以上.利用多物理场仿真软件进行人体组织安全性仿真实验,仿真结果表明最大电场强度、比吸收率和最高温度均低于限值.

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    混合励磁电机的电动汽车增程器控制策略
    侯珏, 姚栋伟, 吴锋, 吕成磊, 王涵, 沈俊昊
    2021,55 (2):  206-212.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.203
    摘要 ( 428 )   HTML ( 3 )   PDF(2119KB) ( 356 )  

    针对增程器转速功率动态协调控制问题,提出了一种基于混合励磁电机的新型电动汽车增程器,阐述了其控制系统结构及工作原理.根据混合励磁增程器整体效率特性确定了多转速点工作区域,基于混合励磁电机气隙磁场的柔性可调特性,设计了围绕工作区域的增程器转速-功率解耦发电双闭环控制算法.利用MATLAB/Simulink搭建控制策略模型,基于自行开发的混合励磁增程器原理样机进行了试验验证.试验结果表明,混合励磁增程器输出发电功率动态响应快,转速、功率控制稳态误差小,稳态及瞬态运行工况均位于设定工作区域内,发电控制策略可行.

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    专家论坛
    “软尾减阻”述评
    田新亮
    2021,55 (2):  213-214.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.393
    摘要 ( 668 )   HTML ( 5 )   PDF(1455KB) ( 445 )  

    田新亮研究小组提出了一种简称为“软尾减阻”的新型流动控制方法,即通过在钝体后侧构造柔性封闭体来调节其所受流体载荷及周围流动形态.相比于传统流动控制方法,该方法无需改变控制对象的结构,具有良好的工程应用前景.同时,“软尾减阻”引出了一种新的“流-固-流”耦合问题,亟待进一步研究.

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    创新设计
    风光混合驱动长航程无人海空立体探测船研发
    姚天成, 赵永生, 王红雨, 何炎平, 丁子龙, 池哲瀛, 蔡炜锴
    2021,55 (2):  215-220.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.352
    摘要 ( 620 )   HTML ( 4 )   PDF(10222KB) ( 309 )  

    针对现有无人海洋探测船续航时间短,在复杂海洋环境干扰下易发生传感器失效导致感知能力受限等问题,研发了一种风能太阳能混合驱动的长航程无人海空立体探测船.开发了升降式的导管型高效低风速风力机和可展式的太阳能光伏发电系统,利用风能和太阳能实现了混合能源动力供给,克服了单一能源供电的不稳定性,有效保证无人探测船的续航能力;开发了可自主起降的艇载系留无人机系统,结合船载和机载传感器信息融合技术,大幅提升了无人船对周围环境的感知能力,具有了海空立体探测功能.该无人探测船可根据任务场景搭载不同负载设备执行指定任务.

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    带喷射器的跨临界CO2车用空调系统实验研究
    李浩, 张振宇, 宋霞, 陈江平
    2021,55 (2):  179-187.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.061
    摘要 ( 406 )   HTML ( 0 )   PDF(5948KB) ( 212 )  

    在焓差实验室中研制了一套车用二氧化碳(CO2)喷射制冷空调系统,在标准汽车空调性能实验台上对不同工况参数下的CO2制冷系统性能进行评估,并对比分析了CO2喷射制冷系统的性能优势.研究结果表明:车用CO2喷射制冷空调系统制冷量与车用CO2常规制冷系统制冷量相当;增大室内侧风量与提高压缩机转速能够有效提升CO2喷射制冷系统的制冷量,喷射器在不同工况下能够提升系统能效比(COP) 1.65%~12.60%;室外温度对车用CO2喷射制冷系统的性能影响显著,该系统在高温环境下会出现明显的性能衰减.

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