南京工程学院学报自然科学版
  • 主管单位:江苏省教育厅
  • 主办单位:南京工程学院
  • 发行周期:季刊
  • 创刊时间:2003年3月
  • 国际刊号:ISSN 1672-2558
  • 国内刊号:CN 32-1671/N
  • 发行范围:国内外统一发行
  • 出版/发行单位:南京工程学院学报编辑部
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    • 有关gk同余式的证明

      张勇,刘建新

      2022(1):1-5(基础科学), DOI: doi:10.13960/j.issn.1672-2558.2022.01.001

      摘要:

      对超同余式的研究是组合数论中有一定难度的课题.针对孙智伟提出的超同余式猜想,利用强拆方法(拆分求和为整除k和不整除k两种类型) 证明了一个关于gk同余式的特殊情况.对进一步完全证明这个同余式且深化该方向的研究具有一定的意义.

    • 一种求解非良态高阶ODE初值问题的类解析法

      陈毅,伍儒康,王伟,凌家胜

      2022(1):6-10(基础科学), DOI: 10.13960/j.issn.1672-2558.2022.01.002

      摘要:

      求解高阶常微分方程的关键点和难点是求出解析解,且在构造数值计算收敛格式时比较繁琐,尤其在各阶导数的系数数量级相差较大,即非良态时,用现有的方法求解周期长、收敛较慢.结合数学工具傅里叶级数、拉氏变换和Matlab构造出一种求解三阶常系数非齐次线性微分方程的类解析法;通过仿真示例证明该方法构造简单、适用性强,可以通过编程使计算工作程序化和简单化,大大提高了计算效率,能够有效求解高阶常微分方程.

    • 函数空间上的一类算子方程的解

      赵国俊

      2022(1):11-14(基础科学), DOI: 10.13960/j.issn.1672-2558.2022.01.003

      摘要:

      研究由Lebesgue空间的乘法算子和Hardy空间上的Toeplitz算子所构成的Sylvester算子方程的解.利用算子的谱以及对算子性质的刻画,给出方程存在唯一解的充分条件,在此基础上得到唯一解的具体形式以及与之相关的充要条件.

    • 基于三支概念分析的地理试题自动解题

      洪启航,杨思春

      2022(1):15-20(电子信息与控制工程), DOI: 10.13960/j.issn.1672-2558.2022.01.004

      摘要:

      现有自动解题系统从试题文本及相关资源获取解题知识,但由于试题本身潜在的复杂性与多样性,所获取的知识可能不足以支持实际解题,需要进一步获取其他解题知识.本文基于三支概念分析理论,通过构造试题文本三支概念格和决策规则提取,进一步挖掘试题文本中隐含的解题知识,在所收集数据集上进行的试验结果表明,本方法有效提升了自动解题系统的解题性能.

    • 基于ROS的工业机器人运动规划仿真及试验

      王旭,朱晓春,刘汉忠,唐鹏,徐天

      2022(1):21-26(电子信息与控制工程), DOI: 10.13960/j.issn.1672-2558.2022.01.005

      摘要:

      针对工业机器人模型构建复杂、轨迹规划算法实现困难、功能单一等问题,采用开源机器人操作系统搭建机器人控制系统,并对机器人的运动规划进行仿真和试验验证.首先利用SolidWorks软件创建机器人的统一机器人描述格式模型,并对其进行Moveit!功能包的配置;然后进行机器人空间直线和空间圆弧的轨迹规划,依据ROS的开放式运动规划库,生成空间轨迹的路径点信息;最后对路径点信息进行三次样条插值,并将插值后的数据通过EtherCAT总线下发给伺服驱动器,从而控制机器人实际运动.试验结果表明,机器人各关节运动轨迹平稳,精度较高,为机器人的实际运动规划提供了参考.

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    • 基于CoppeliaSim与MATLAB的机器人运动控制联合仿真

      陈浩栋, 史金飞, 高海涛, 江王磊

      摘要:

      针对六自由度机器人运动学/动力学联合仿真需求,在分析机器人运动学/动力学模型的基础上,利用SolidWorks制作机器人三维模型,并通过sw2urdf插件换成URDF机器人描述格式导入CoppeliaSim完成机器人的三维可视化,借助于Coppeliasim/LuaSocket通信机制将MATLAB控制仿真系统与Coppeliasim通讯建立了机器人动力学层面上的联合仿真。以基于计算力矩法的控制律动态控制机器人作为示例验证联合仿真的真实有效性,结果表明:LuaSocket通信下的机器人联合仿真较好地实现了机械与控制的结合,仿真过程时延较低,同步控制和动态响应效果突出。

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    • 基于Surrogate方法的低速大扭矩门用电机机壳振动噪声优化

      李健

      摘要:

      门用电机振动与噪声的研究对改善公共交通领域乘客体验有极大的促进作用。由于应用场景中机械电磁环境较为复杂,基于电磁力波计算的传统永磁电机振动噪声方法存在计算不精确,多物理场耦合优化模型不紧密等问题。现提出一种基于Surrogate方法的分数槽永磁同步电机八边形机壳设计方案,通过有限元仿真获取先验数据,利用克雷金法重构Surrogate数学模型,经误差修正优化后,采用搜索算法寻优,对电机机壳振动噪声优化。结果表明,该方法对多物理量耦合仿真优化具有较高的拟合精确度与较快的计算速度,有着良好的工程可行性。

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    • 基于改进随机森林算法的大巴门状态监测研究

      丁琪军, 朱松青, 杨南

      摘要:

      为解决传统大巴车门状态监测问题,保证大巴车门在运行状态中安全可靠,提出一种采用新型混合信息增益的随机森林算法,并基于该算法构建出大巴门状态监测系统。该算法采集大巴门驱动电机的电流、速度、方向,以及车门起始位置、锁到位等信息形成原始数据集,划分出测试集与训练集。采取广义信息增益指标筛选变量,再基于Bagging Boosting方法构建出随机森林模型,实现对大巴门系统状态的预测。最后,基于某公司大巴门系统进行了在线的数据集采集与验证,结果表明改进型算法在大巴车门状态监测系统上判断准确度高,时效性强,鲁棒性出众。

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    • 基于特征的地铁门与安全门间隙异物检测方法

      张嘉超, 张伟

      摘要:

      在城市轨道交通运营过程中,存在人或者物等异物被夹挤/遗留在安全门与地铁门之间的可能性,造成安全事故。为此,提出了一种基于关键特征匹配的地铁车门与安全门间隙的异物检测方法。该方法在对待检测图像与参考图像进行SURF 特征提取与匹配后,引入了一种基于局部信息的误匹配点剔除法,以提炼出用于后续异物检测的关键匹配点。随后,基于特征匹配点相对数量和特征点分布面积信息对待检测区域进行异物检测。实验表明所提出的方法可有效地对地铁车门与安全门之间的间隙进行异物入侵检测,所提方法具有一定的实际应用价值。

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    • 相变蜡应用技术研究进展

      曹世海, 韩冰, 于海阔, 郑晓平, 文先太, 高文通

      摘要:

      从相变蜡在储能领域的优势入手,介绍了相变蜡在生产、应用中的研究现状。分析了高温(大于250℃)、中温(100至250℃)和低温(小于100℃)相变蜡在建筑工程、保温包装、服装、农业等领域的应用现状,展望了未来相变蜡发展的方向。

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    • 综合卡尔曼滤波的多传感器协同室外定位研究

      汪涛, 黄家才, 汤文俊, 高芳征

      摘要:

      为了拓展移动机器人的应用场景,满足室外定位的高精度需求,本文提出了一种基于综合卡尔曼滤波(Synthesize Kalman Filter,SKF)的协同室外定位算法,解决了室外复杂环境下独立传感器失灵,机器人实时定位漂移的问题。首先构建全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和超宽频(Ultra-Wide Band,UWB)非线性定位系统模型,本文测试了不同滤波算法对该模型的预测效果,分析对比解算速度以及均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE),从而确定适合定位系统的最优算法。其次,针对GPS卫星信号受环境遮挡导致丢失或失准的情况,构建UWB和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)非线性定位补偿系统,利用ESKF算法预测机器人位置姿态。最后通过融合两种非线性系统下估计得到的不同状态向量,确定机器人室外真实位置姿态,进一步提高室外机器人定位精度,保证定位系统的稳定性。通过实验验证表明,所提出的多传感器协同算法的室外定位误差在10cm以内,即使在GPS信号微弱的环境下,也能实时地估计目标位置姿态,大幅度降低杂物干扰的影响,准确预测机器人位置。

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    • 分数阶非线性四阶反应扩散方程变步长 格式的能量稳定

      孙红

      摘要:

      这篇文章基于非均匀 公式对时间分数阶非线性四阶反应扩散方程建立时间方向变步长的有限差分格式.利用离散互补卷积核,得到非均匀 公式系数核的梯度分解,从而证明该差分格式在任意非均匀时间网格上保持变分能量耗散率.数值算例验证了格式的精度和有效性.

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    • 基于自适应标记分水岭算法的茶叶嫩芽图像分割方法

      黄家才, 唐安, 张铎, 高芳征

      摘要:

      针对茶叶嫩芽图像颜色因子差异小、难以区分的问题,本文提出一种基于自适应标记分水岭算法的茶叶嫩芽分割方法。首先对样本图片进行特征提取并分析,选定基于区域的分水岭分割算法。然后设计了一种基于G分量的检测框,对嫩芽图片的G分量值进行对比计算,自适应选取最优区域中心点为起始标记点,合并梯度相似区域,以此改善传统分水岭算法在茶叶嫩芽图像上过度分割的问题。改进后的嫩芽分割算法的IOU指标为0.812,最后通过横向、纵向对比试验,发现本文算法优于其他经典图像分割算法,更适用于茶叶嫩芽图像分割,具备工程实践应用价值。

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    • 隧道盾构施工地表沉降量预测方法研究

      张延斌

      摘要:

      隧道盾构施工地表沉降量变化具有不规则性,导致地表沉降量预测难度增加,为了获得更为准确的沉降量预测值,设计新的隧道盾构施工地表沉降量预测方法。从横向沉降和纵向沉降出发分析隧道盾构施工地表沉降变化趋势,根据沉降变化趋势与盾构施工样本矩阵得到协方差系数,并对其进行降维处理。将处理好的样本数据输入至设隧道盾构施工地表沉降量预测模型中,得到精准的预测结果。实验结果表明,所设计预测方法的决定系数约在0.8~1.0之间,隧道盾构施工地表沉降量预测的均方根误差在0.05~0.15之间,平均绝对误差在0.05~0.07之间,预测精准更高,可以在隧道盾构施工地表沉降量预测领域得到广泛应用。

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    • 基于SIFT的电力设备图像配准研究

      朱佳佳, 杨洁, 王超, 孟玲

      摘要:

      电力设备故障会影响电网的安全稳定运行。电力设备的图像识别广泛应用于电力设备维护,基于红外与可见光图像配准后可以提高图像识别的准确度。传统图像配准的SIFT算法存在实时性差,误匹配率高等问题,针对性的提出了对SIFT的改进方法。在对SIFT关键点的特征向量和梯度进行归一化来去除光照变化的影响后,对某些方向过大的梯度值设置门限值并再次归一化,从而提高特征的鉴别性。实验表明改进后的配准算法提高了特征匹配的精确度,配准的正确率得到了提升。

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    • 改进的DeepSORT发电厂人员跟踪算法

      孙宏伟, 曹雪虹, 焦良葆, 徐逸, 王彦生, 孟琳

      摘要:

      针对发电厂存在大型设备遮挡、跟踪算法易出现目标ID切换引起跟踪失败的问题,提出基于DeepSORT的改进算法。该算法使用yolov5s+DeepSORT实现目标跟踪,针对目标遮挡问题提出遮挡轨迹补偿,设置边缘撞线机制。同时对目标特征库提出基于置信度权重和关键帧的保存方法,增加算法的重识别能力。实验结果表明,改进后的跟踪算法,IDS平均下降40.4%,IDF1平均提高16.1%,MOTA平均提高11.6%,MOTP平均提高2.1%,在遮挡发生时,ID切换次数明显改善。

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    • 面向输电线路小目标异物检测的改进YOLO网络

      邹辉军, 焦良葆, 张智坚, 汤博宇, 刘子恒

      摘要:

      针对输电线路上的异物目标体积较小,存在难以识别,且一般输电线路异物数据集中图片较少,没有涵盖到各种场景和环境等问题,提出通过场景增强、Mixup和加入噪声模拟对数据集进行有效扩充,并针对小目标检测优化得到BCA-YOLO网络。将YOLOv5中的CSP2_X替换为CSP_CA,再添加一层小目标检测层,最后将原网络中的FPN结构替换为计算量小的BiFPN。通过实验结果证明,相较于传统的YOLOv5网络,mAP_0.5提高了3.8%,查全率提升6%,查准率提高了6.1%,同时在检测小目标物体上更加优秀,更好地满足了隐患检测的工程实际需求。

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    • 基于扇翼转速的扇翼机简化配置控制技术

      孟琳, 刘昶

      摘要:

      扇翼机是一种近期发展起来的新型飞机,将横流风扇嵌入厚机翼前缘,通过水平转子叶轮的转动产生升力和推力,实现飞机的纵向操纵,同时扇翼机可以通过两侧扇翼的差动转动产生滚转力矩和偏航力矩,实现飞机横侧向的操纵。因其特有的动力系统结构,扇翼机具有静稳定性高、操控简单、低噪声和短距起降的优越性能,在民用和军用上具有很大发展潜力。因扇翼机机载空间有限,且其控制系统设计对重心位置较为敏感,因此提出基于角速率陀螺和GPS的简化配置方案,当常规舵面效率较低或者出现故障时,可以通过扇翼转速的简化配置控制实现飞机的稳定控制。最后通过非线性仿真验证了扇翼转速简化配置控制方案的有效性。

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    • 细骨料对喷射混凝土的力学性能影响研究

      方浩然, 张士萍, 牛龙龙

      摘要:

      为探究细骨料对喷射混凝土的影响,以及配置喷射混凝土时用细河砂或粗河砂替代中河砂的可行性。对比研究了不同掺量的速凝剂,不同振捣时间,不同砂胶比和不同细度模数的砂对喷射混凝土的影响。讨论了速凝剂加速水泥凝结的原因,选取三种细度模数的砂,进行力学性能和孔隙率测试,实验结果表明粗砂在砂胶比较大时效果较差,细砂整体效果较好。

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    • 基于NSCT和IFCNN的红外与可见光图像融合算法

      徐逸, 曹雪虹, 张嘉超, 汤博宇, 孙宏伟

      摘要:

      针对红外与可见光图像各具有不同的特征信息以及在融合中存在清晰度低、细节信息模糊的问题,提出了一种基于NSCT和IFCNN的红外和可见光图像融合的新方法。首先,对两幅源图像进行预增强处理,以提高图像的对比度;然后通过NSCT分解得到高频和低频子带;将分解后的低频子带进一步进行DWT分解,得到高、低频子带;在低频部分,采用局域能量加权方法;在高频部分采用IFCNN卷积神经网络融合框架,之后采用小波逆变换对低频和高频进行反变换,获得NSCT重构所需的低频部分;接着对NSCT分解后的高频部分采用IFCNN的方法对图像进行处理;最后对处理后的低频和高频子带通过NSCT逆变换获得了最终的融合图像。实验结果证明,该方法在视觉和客观指标上都具有较大的提升。

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    • 基于改进YOLOv5的手语字母语的识别方法

      潘格, 许有熊, 刘晓锋

      摘要:

      手语是聋哑人交流的主要媒介,手语识别是人机交互的重要方向。针对传统方法计算量过大和难以实时识别的问题,研究一种基于改进YOLOv5的轻量化手指语检测识别方法。首先,用Mobilenetv3-small替换 YOLOv5的主干网络,;然后利用Ghost模块和C3Ghost模块替换YOLOv5颈部网络中的conv和ghost模块;最后通过YOLOv5的预测部分生成预测框。在此基础上,利用K-means算法生成适合手势的先验框,加快网络检测手势。通过与其他网络进行对比分析,改进后的算法在保持精度基本不变的情况下,大幅减少网络参数,提高网络的预测速度。

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    • “双碳”目标下的碳达峰预测方法综述

      吕干云, 张钰, 孟珊珊, 周玉, 刘海涛, 章心因

      摘要:

      在全球气候环境日益严重、我国“双碳”目标的大背景下,实施低碳减排路径迫在眉睫,碳达峰预测有利于推进双碳目标的顺利实现。为此,综述了碳达峰预测的主要方法。目前碳达峰预测方法主要在因素分解分析基础上进行情景预测,因此从二氧化碳驱动因素入手,主要讨论了指数分解分析法。进一步,依据能源系统是否作为独立部门,将碳达峰预测方法分为能源系统模型以及宏观经济系统模型。最后,在总结现有碳达峰预测方法的基础上,对今后的工作进行展望,为减排路径决策提供参考。

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    • 基于改进YOLOv5的电网工人防具检测

      戴云周, 路红, 陆慧雯

      摘要:

      电网电力施工活动在日常生活中是典型的高危工程活动。为了防止电网工人在斗臂车上进行高空作业时由于防具穿戴不当而导致安全事故发生,基于PyTorch框架提出一种改进型的轻量级防具检测算法,将YOLOv5s的Backbone用轻量级网络GhostNet来替换,降低网络复杂程度,减少参数量;其次,针对工人在高空作业中遇到遮挡的问题,通过改进随机擦除(Random erase)与Mosaic数据增强的方法模拟高空中防具被遮挡的情况;最后优化loss函数,采用Distance-IoU替换常用的IoU,解决本文网络检测框位置偏差大的问题。通过对比改进算法与其他算法对防具检测的效果,采用平均精度mAP与模型大小来评估实验结果,验证了该改进方法的有效性,满足在移动端部署的需求。

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    • 分数阶次扩散方程的时间变步长紧致差分格式

      孙红

      摘要:

      这篇文章对时间分数阶次扩散方程建立时间方向变步长的紧致差分格式.时间分数阶Riemann-Liouville导数采用非均匀的 公式离散,空间方向采用四阶紧致差分格式近似.文章对所构造的差分格式的收敛性进行严格的理论证明,给出了解的 模误差估计.数值算例验证了格式的精度和有效性

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    • 基于YOLOv5的工人玩手机行为检测方法研究

      林宝华, 刘坤, 朱一帆, 王晓

      摘要:

      为规范工人生产行为,减少安全事故的发生,提出了一种监控工人使用手机行为检测算法,该算法以YOLOv5模型作为基础,对其网络结构和损失函数做出了改进。首先,优化主干网络,将ConvNeXt Block和SPP结构引入浅层网络中增加浅层特征的提取;其次,在主干网络与特征聚合网络之间构建CBAM注意力机制层,过滤冗余信息;最后,选取EIoU损失函数代替GIoU损失函数,提高模型收敛速度与检测结果的定位精度。通过自建工人使用手机行为数据集,分别对YOLOv5原模型、改进模型以及主流模型进行对比。实验结果表明,在人体和手机目标检测中,改进模型有更好的检测精度和检测速度。

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    • 非线性多状态时滞系统容错保性能控制

      温秀平, 耿冉冉

      摘要:

      针对一类具有多个状态时滞的非线性连续系统,在假设非线性函数满足Lipschitz条件的前提下,研究了执行器发生失效故障时系统的容错控制问题。针对故障闭环系统采用线性矩阵不等式方法分别设计了容错控制器和容错保性能控制器,给出了故障闭环系统渐进稳定的充分条件,并利用Lyapunov稳定性理论证明了故障闭环系统的渐进稳定性。最后,通过具体数值算例验证了所设计的容错控制器和容错保性能控制器的容错效果。仿真结果表明,所设计的容错控制器和容错保性能控制器不仅可以保证执行器正常工作时系统的渐进稳定性,也可以在发生故障情况时使故障闭环系统达到渐进稳定,而且收敛速度快,容错保性能控制器还可以同时满足二次型性能指标。

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    • 45/Mn13异种钢焊接温度场模拟与Mn13钢侧焊接热影响区微观组织调控

      赵伟

      摘要:

      为了优化45/Mn13异种钢焊接过程中Mn13钢侧的焊接热循环,抑制Mn13钢焊接热影响区晶粒长大与脆硬相析出,采用 ANSYS 有限元软件对不同散热条件下的45/Mn13异种钢焊接温度场进行数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行对比分析。结果表明,未安装温控装置条件下,Mn13钢侧焊缝边界处焊接热影响区焊后冷速逐渐减小,且长时间维持在400℃以上,安装温控装置后温度达到峰值后迅速降低,400℃以上持续时间不超过3.4s,结合试验数据,确定安装温控装置对抑制Mn13钢侧焊接热影响区晶粒长大与脆性相析出效果显著。此外,研究发现单纯降低散热板温度对Mn13钢侧焊接热影响区热循环影响不大。

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    • YouBot机器人动态控制与示教编程研究

      渠慎林, 温秀兰, 唐国寅, 伍凡, 倪浩君, 赫忠乐

      摘要:

      kuka YouBot机器人具有良好的开源开发环境,广泛应用于技术开发和验证操作算法,以及对学生进行通用机器人技术的教育培训。为解决YouBot机械臂编译控制繁琐、灵活性低,无法离线示教、学生对机器人底层控制理论亟待提升等问题,本文设计了一种基于ROS的机器人动态控制软件,利用python和c++语言编写动态参数的相关配置文件,生成机械臂动态配置平台。该平台不仅能通过上位机拖动参数调节滑块完成动作组实验,还可以通过ROS_bag记录完成示教编程实验、运动分析实验等。该平台解决了YouBot机器人示教编程难、机械臂控制复杂的问题,且基于当下流行的机器人开发平台和算法语言,有助于学生理解机器人的底层控制原理,提高创新实践能力,适用于自动化、机器人等专业领域实践教学中作为实验课程推广教学。

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    • 新型轨道车辆门辅助锁自储能电磁离合装置设计

      曾世文, 刘勇, 高海涛, 濮建荣, 陆缘, 张杰

      摘要:

      针对具有二次压紧和安全锁紧功能的轨道车辆门电动辅助锁解锁需求,提出了一种采用电磁方式的轨道车辆门辅助锁自储能离合装置。离合装置的核心设计是通过弹簧在轨道车辆门正常工作时储存能量,在紧急时刻释放能量。该装置位于辅助锁储能机构与主传动机构之间,起到储能后与主传动机构分离,解锁时能释放储备能量的功能。设计了离合装置的传动机构,并通过电磁铁实现离合装置的离合动作。

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