基于熔池动态形变知识增强的GTAW熔透状态预测

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作者 洪宇翔 谢乡志 +2 位作者 何星星 都东 常保华 《焊接学报》 北大核心 2025年第5期26-34,41,共10页

为了实现对焊接熔透状态的在线监测,保障焊缝质量并推动机器人智能化技术发展,提出了一种熔池动态形变知识增强的钨极惰性气体保护焊(gas tungsten arc welding,GTAW)熔透状态预测方法.采用高速高动态范围工业相机获取熔池图像,利用Deep... 为了实现对焊接熔透状态的在线监测,保障焊缝质量并推动机器人智能化技术发展,提出了一种熔池动态形变知识增强的钨极惰性气体保护焊(gas tungsten arc welding,GTAW)熔透状态预测方法.采用高速高动态范围工业相机获取熔池图像,利用DeepLabv3+语义分割模型进行熔池动态分割以精准地获取熔池区域,在此基础上进行多帧熔池轮廓图像融合,以描述熔池在焊接过程中的动态形变.将融合后熔池轮廓图像和原始熔池图像合成输入CNN,学习同一位置熔池轮廓像素变化,指导CNN预测熔透状态.结果表明,基于熔池动态形变知识增强的CNN能够准确识别部分熔透、适度熔透和过度熔透三种典型焊缝状态,分类准确率可达到97.1%,单帧预测时间0.86 ms.与未融合熔池动态形变专家知识的深度学习方法相比,该方法在少样本数据情况下表现出更高的鲁棒性和准确率. 展开更多

关键词 焊接质量监测 钨极惰性气体保护焊 知识增强 熔池动态分割 图像融合

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基于注意力机制和迁移学习的弧焊熔池图像识别

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作者 洪宇翔 应其洛 +2 位作者 林凯 王开明 王瑶祺 《焊接学报》 北大核心 2025年第4期94-102,共9页

焊接过程中受复杂时变干扰和工艺条件变化的影响,熔池边界特征易模糊、尺度信息复杂多变,对熔池区域的准确识别与鲁棒分割造成极大困难.文中提出一种结合注意力机制和迁移学习的熔池图像识别方法,首先,在UNet下采样过程中添加残差模块(r... 焊接过程中受复杂时变干扰和工艺条件变化的影响,熔池边界特征易模糊、尺度信息复杂多变,对熔池区域的准确识别与鲁棒分割造成极大困难.文中提出一种结合注意力机制和迁移学习的熔池图像识别方法,首先,在UNet下采样过程中添加残差模块(residual block,RB)提取多尺度的低级特征,并在下采样和上采样过程中引入坐标注意力模块(coordinate attention block,CAB),提高有效区域的特征权重.其次,在Pascal VOC2012预训练好的深度卷积神经网络迁移到UNet网络中,实现特征迁移和参数共享,以缓解训练效果过度依赖数据集.文中提出的TL-RCUNet网络在未曾训练的MAG和TIG跨工艺数据集上进行测试,取得了良好的识别效果,平均交并比(mean intersection over union,MIoU)分别达到96.21%和79.55%,比经典语义分割网络分别高出约15%和25%.为解决现有语义分割方法依赖于大量训练样本和需要专家经验进行像素级别标注的问题提供了可行方案. 展开更多

关键词 语义分割 熔池图像 迁移学习 注意力机制 残差网络

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计及DoS攻击和通信时滞的电力系统负荷频率控制 被引量：8

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作者 刘星月 田永强 +2 位作者 施开波 周坤 唐琳 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期249-258,共10页

针对电力系统通信网络中存在的时滞和DoS攻击现象,本文提出了基于采样特性的电力系统离散负荷频率控制方案。首先,计及电力系统负荷波动的情况,在多区域电力系统负荷频率控制系统(LFC)模型的基础上,将通信网络中DoS攻击的危害量化为采... 针对电力系统通信网络中存在的时滞和DoS攻击现象,本文提出了基于采样特性的电力系统离散负荷频率控制方案。首先,计及电力系统负荷波动的情况,在多区域电力系统负荷频率控制系统(LFC)模型的基础上,将通信网络中DoS攻击的危害量化为采样信号连续丢失数,并分别考虑通信网络中通信时滞和输出信号采样特性,建立包含输出状态反馈控制器的电力系统LFC模型。其次,基于此模型,利用含有控制命令更新周期、DoS攻击导致的最大采样信号连续丢失数、通信时滞、H_(∞)稳定指标的双边闭环Lyapunov泛函、LMI技术,提出LFC系统满足一定H_(∞)指标的稳定准则,并给出离散状态输出反馈LFC控制器的设计及求解方法。最后,本文以单区域和双区域LFC系统为例进行了仿真验证。结果表明:与已有文献方法相比,本文方法在保持系统H_(∞)渐近稳定前提下,能够容忍更大的通信时滞,且结果的保守性更低;同时可以看出本文所设计的控制器在保证H_(∞)稳定性能的基础上,对一定能量限制的DoS攻击具有弹性的防御性能。因此本文方案的有效性和优越性得到了验证。 展开更多

关键词 时滞 DOS攻击 负荷频率控制方案 采样特性 LYAPUNOV泛函

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基于Prandtl-Ishlinskii模型的气动肌肉迟滞特性动态建模与控制方法

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作者 段慧茹 谢胜龙 +1 位作者 万延见 陈迪剑 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期452-458,共7页

现有迟滞模型由于采用离线参数辨识方法,难以表征气动肌肉迟滞的时变性和负载相关性,极易产生较大的建模误差。为了精确表征气动肌肉的迟滞特性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型描述气动肌肉的位移-气压迟滞特性,并采用带遗忘因子的递... 现有迟滞模型由于采用离线参数辨识方法,难以表征气动肌肉迟滞的时变性和负载相关性,极易产生较大的建模误差。为了精确表征气动肌肉的迟滞特性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型描述气动肌肉的位移-气压迟滞特性,并采用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识PI模型参数。在此基础上,结合PI逆模型设计了一种带有前馈在线补偿的复合控制方法用于气动肌肉的运动控制。同时搭建相应的实验装置进行了气动肌肉迟滞建模和运动控制实验。实验结果表明,采用在线参数辨识方法后的PI模型能有效描述气动肌肉迟滞的负载相关性,且极大地降低了负载变化带来的控制误差。 展开更多

关键词 气动肌肉 迟滞补偿 Prandtl-Ishlinskii模型 在线辨识

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基于频域反射法的平行螺旋线拉伸测量分析

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作者 李朝鹏 李青 +2 位作者 陈华民 徐夏捷 苗鑫雨 《传感技术学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期2177-2186,共10页

在地质灾害监测中,分布式测量可以无遗漏地对岩土灾变进行测量。提出平行螺旋传输线作为传感器,并结合频域反射法(Frequency Domain Reflection,FDR),可以实现连续的大形变量的分布式测量。已知平行螺旋传输线的特性阻抗随着拉伸量的增... 在地质灾害监测中,分布式测量可以无遗漏地对岩土灾变进行测量。提出平行螺旋传输线作为传感器,并结合频域反射法(Frequency Domain Reflection,FDR),可以实现连续的大形变量的分布式测量。已知平行螺旋传输线的特性阻抗随着拉伸量的增加而发生变化,利用FDR可以对拉伸点进行测量和定位。详细阐述了频域反射法测量平行螺旋传输线拉伸形变的原理。还针对频域反射法在平行螺旋传输线实际应用过程中可能遇到的问题进行了分析,通过实验数据检测了扫频范围、频率大小、采样点个数等因素对测量结果的影响,并对可能影响测量结果的因素进行了实验分析,以便选择更好的测量方案。同时,利用频域反射法法模拟测量了平行螺旋传输线的实际使用场景,得到了实际测量数据,并对测量结果进行了分析。 展开更多

关键词 地质灾害监测 频域反射法 分布式测量 平行螺旋传输线 阻抗变换

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基于改进ViT的熔池识别与焊接偏差在线检测方法

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作者 蒋宇轩 林凯 +2 位作者 王瑶祺 张岳 洪宇翔 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第10期130-137,共8页

焊接偏差的精确检测是实现焊接机器人焊缝轨迹自动跟踪及智能化焊接的前提。提出了一种基于改进视觉转换器(Vision Transformer,ViT)的熔池识别与焊接偏差在线检测方法。首先,采用轻量级ViT模型Segformer作为基线模型,在其掩码分割前嵌... 焊接偏差的精确检测是实现焊接机器人焊缝轨迹自动跟踪及智能化焊接的前提。提出了一种基于改进视觉转换器(Vision Transformer,ViT)的熔池识别与焊接偏差在线检测方法。首先,采用轻量级ViT模型Segformer作为基线模型,在其掩码分割前嵌入置换注意力(Shuffle Attention,SA)机制,以更好地捕获特征信息在空间和通道这2个维度中的依赖关系,从而提高模型的分割精度;其次,在多层感知机(Multilayer Perceptron,MLP)中加入上下文广播(Context Broadcasting,CB)模块,在保证模型低参数量的前提下提高泛化能力;最后,基于模型分割结果,提出一种焊接偏差计算方法来定量描述偏差检测精度。实验结果表明,相较于基线模型,所提出模型的平均交并比和平均像素准确率分别提高了2.67%和2.12%,且对于不同预设焊枪偏移情况均具有良好的泛化性,焊接偏差精度控制在±0.021 mm之内,为实现精密焊接焊缝跟踪提供基础。 展开更多

关键词 焊接偏差 焊缝跟踪 熔池识别 视觉转换器 注意力机制

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基于最大信息系数和深度残差图卷积的工业过程故障诊断方法 被引量：7

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作者 任佳 孙思宇 鲍克 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期111-119,共9页

针对工业数据非线性、时变性、时空特征耦合的特点,提出一种基于最大信息系数和残差图卷积网络的工业过程故障诊断算法(MIC-RGCN)。引入最大信息系数(MIC)挖掘变量之间的相关关系,将高维变量之间的相关信息转换为空间距离信息,构建相关... 针对工业数据非线性、时变性、时空特征耦合的特点,提出一种基于最大信息系数和残差图卷积网络的工业过程故障诊断算法(MIC-RGCN)。引入最大信息系数(MIC)挖掘变量之间的相关关系,将高维变量之间的相关信息转换为空间距离信息,构建相关性矩阵作为图卷积层的邻接矩阵输入;构建改进的深度残差图卷积网络(GCN)模型对数据的时空特征进行深度融合提取并精准分类。在田纳西-伊斯曼过程和三相流过程数据集上将该算法与4种典型机器学习和深度学习算法进行对比测试。实验结果表明,该算法有效地提升了故障诊断的准确率。 展开更多

关键词 故障诊断 最大信息系数 图卷积网络 田纳西-伊斯曼过程 三相流过程

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铝合金爬坡TIG焊熔池失稳状态的视觉检测 被引量：13

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作者 洪宇翔 杨明轩 +2 位作者 都东 常保华 肖宏 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期8-13,I0001,I0002,共8页

对焊接过程中的熔池状态进行视觉检测是实现焊缝质量在线监测的重要手段.针对中厚板铝合金爬坡钨极氦弧焊过程易出现的熔池失稳和成形缺陷问题,提出了一种基于熔池图像特征的钨极惰性气体保护焊(TIG)焊接状态监测方法.基于构建的被动视... 对焊接过程中的熔池状态进行视觉检测是实现焊缝质量在线监测的重要手段.针对中厚板铝合金爬坡钨极氦弧焊过程易出现的熔池失稳和成形缺陷问题,提出了一种基于熔池图像特征的钨极惰性气体保护焊(TIG)焊接状态监测方法.基于构建的被动视觉传感系统,实现强弧光干扰条件下清晰熔池图像的获取.提出了一种基于Otsu’s阈值分割和视觉显著性特征(VSF)的氦弧焊熔池图像处理算法,用于提取熔池图像的形态特征,并分析了所提取视觉特征与铝合金爬坡TIG焊过程稳定性的关系.最后建立了支持向量机(SVM)模型实现熔池稳定性状态的在线识别.结果表明,相对于熔池轮廓几何特征,熔池尾端熔融金属的形态特征能够更有效地反映出铝合金爬坡TIG焊过程中出现的熔池不稳定状态.所建立的焊接状态分类模型在单一特征输入条件下,最高准确率达到95.94%.所提出的实时检测方法为大型铝合金构件TIG焊缝成形缺陷的在线智能诊断与工艺优化提供了基础. 展开更多

关键词 爬坡TIG焊 中厚板铝合金 焊接过程检测 视觉传感 熔池特征

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基于声发射矩张量理论的混凝土裂纹机制反演 被引量：6

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作者 王宗炼 王怀伟 +2 位作者 任会兰 赵明岩 罗志强 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期181-189,共9页

为探讨裂纹时空演化规律,基于改进的声发射源定位方法和矩张量理论,反演双边开口的混凝土试件压剪破坏过程中裂纹位置、裂纹类型以及裂纹面的法线方向和运动方向。分析结果表明,试件在拉应力损伤破坏区域,拉伸型裂纹扩展占主导,在剪应... 为探讨裂纹时空演化规律,基于改进的声发射源定位方法和矩张量理论,反演双边开口的混凝土试件压剪破坏过程中裂纹位置、裂纹类型以及裂纹面的法线方向和运动方向。分析结果表明,试件在拉应力损伤破坏区域,拉伸型裂纹扩展占主导,在剪应力损伤破坏区域,剪切型裂纹扩展占主导。矩张量分析中不同类型裂纹的时空分布特征与试件实际受力和损伤情况相一致,说明矩张量理论能够有效描述拉应力、剪切应力的分布和迁移规律,这为深入研究混凝土损伤演化机理提供了有力工具。从声发射信号波形和小波时频图可以看出:拉伸型裂纹对应的声发射信号持续时间约为800μs,频率范围是7~500 kHz;混合型裂纹和剪切型裂纹对应的声发射信号频率范围分别为7~500 kHz和7~250 kHz,持续时间相对较长,分别为1720μs和1880μs;剪切破裂要比拉伸破裂释放的能量多,同时剪切破裂释放的剪切波平均频率要比拉伸破裂释放的应力波平均频率低。 展开更多

关键词 声发射 矩张量 裂纹演化 波形分析

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不同箔坝位置关系下浮动坝箔片端面气膜密封性能研究 被引量：4

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作者 陈源 熊聪 +4 位作者 彭旭东 李运堂 李孝禄 王冰清 金杰 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期481-491,共11页

提出一种具有浮动密封坝的箔片端面气膜密封(FSD-CFFGS),并以此为研究对象建立密封气弹耦合润滑理论模型,采用有限差分法求解可压缩气体的雷诺方程,分别在箔片端面高于、等于和低于密封坝平面三种关系下系统研究支撑箔柔度系数对膜压、... 提出一种具有浮动密封坝的箔片端面气膜密封(FSD-CFFGS),并以此为研究对象建立密封气弹耦合润滑理论模型,采用有限差分法求解可压缩气体的雷诺方程,分别在箔片端面高于、等于和低于密封坝平面三种关系下系统研究支撑箔柔度系数对膜压、形变及密封性能的影响规律,探究FSD-CFFGS的工作原理和密封机理.综合考虑自适应性、开启性和控漏性,确定FSD-CFFGS支撑箔柔度系数优选范围.结果表明:当箔片端面高于密封坝平面时,密封流体动压效应显著,开启性能较好;高度差Δh取1.5~2.5μm、箔片区支撑箔柔度系数α1取0.05~0.15、浮动坝区支撑箔柔度系数α2取10^(-5)~10^(-3)时,FSD-CFFGS具有一定自适应能力并能保证较好的开启性和控漏性. 展开更多

关键词 弹性箔片 端面气膜密封 浮动密封坝 柔度系数 密封性能

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新型组合型线涡旋盘的多目标优化 被引量：2

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作者 刘争辉 钱丽娟 +1 位作者 林剑 刘永清 《机床与液压》 北大核心 2021年第18期145-148,共4页

研究基圆-变径基圆-基圆组合型线涡旋盘的优化设计问题。根据该组合型线的特点和涡旋盘的形成方法得到了涡旋盘的几何模型,建立了行程容积和面积利用系数为优化目标的数学优化模型,利用MATLAB遗传算法工具箱对目标函数进行多目标优化,... 研究基圆-变径基圆-基圆组合型线涡旋盘的优化设计问题。根据该组合型线的特点和涡旋盘的形成方法得到了涡旋盘的几何模型,建立了行程容积和面积利用系数为优化目标的数学优化模型,利用MATLAB遗传算法工具箱对目标函数进行多目标优化,同时与具有相同涡旋圈数的基圆渐开线涡旋盘进行对比,还讨论了设计参数对行程容积和面积利用系数的影响。结果表明:优化后的两个目标函数值较优化前均有提高,且优于基圆渐开线涡旋盘,表明了该优化模型的有效性,为该组合型线涡旋盘的优化设计提供了参考。 展开更多

关键词 组合型线 行程容积 面积利用系数 多目标优化 遗传算法

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机器人路径规划算法综述 被引量：33

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作者 王鹤静 王丽娜 《桂林理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第1期137-147,共11页

为了更好地研究机器人的路径规划问题,对路径规划算法进行了归纳与总结。首先对路径规划的含义作简要概述——在规定区域内规划出一条无碰撞的从起始点到目标点的最优路径;然后根据路径规划算法的特点从传统算法路径规划和智能仿生算法... 为了更好地研究机器人的路径规划问题,对路径规划算法进行了归纳与总结。首先对路径规划的含义作简要概述——在规定区域内规划出一条无碰撞的从起始点到目标点的最优路径;然后根据路径规划算法的特点从传统算法路径规划和智能仿生算法路径规划两方面进行阐述,并介绍有关算法的原理、特点及发展现状,以及对算法存在收敛速度慢和容易陷入局部最优解等普遍问题的优化和改进;最后在现有研究的基础上,从3个方面展望机器人路径规划算法在将来的改进方向和发展趋势。 展开更多

关键词 机器人 路径规划 算法 发展现状

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气动肌肉驱动机器人手臂的H_(∞)跟踪控制方法研究

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作者 陈家裕 崔小红 王斌锐 《控制工程》 CSCD 北大核心 2023年第7期1283-1290,共8页

针对气动肌肉系统存在的参数不确定、外部干扰等问题,提出一种H_(∞)最优跟踪控制方法,用于控制由气动人工肌肉二头肌/三头肌拮抗驱动的单连杆机器人手臂。利用一种无模型的积分强化学习算法,求解机器人关节最优跟踪问题推导出的哈密顿... 针对气动肌肉系统存在的参数不确定、外部干扰等问题,提出一种H_(∞)最优跟踪控制方法,用于控制由气动人工肌肉二头肌/三头肌拮抗驱动的单连杆机器人手臂。利用一种无模型的积分强化学习算法,求解机器人关节最优跟踪问题推导出的哈密顿-雅可比-艾萨克方程。所提算法有效解决了未知参数和外部干扰问题,并且不依赖于精确的系统动力学模型。通过计算仿真验证了所提H_(∞)跟踪控制器的有效性,并保持了机器人关节受控系统的稳定。仿真实验中,机器人关节实现了大范围的0°~90°的仿人运动,并且在跟踪周期轨迹时具有良好的角度和角速度跟踪性能。 展开更多

关键词 气动肌肉手臂 H_(∞)最优跟踪控制 积分强化学习 哈密顿-雅可比-艾萨克方程

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