基于正态随机过程的驼峰设计中计算气温建模与分析

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作者 夏胜利 仇帅 张红亮 《铁道学报》 北大核心 2025年第1期21-30,共10页

基于可获取的全球公开气象数据,发现现行设计规范中用以描述气温分布的正态分布模型与我国铁路编组站所在地全年月均气温和全年日均气温的分布情况均不相符,在此基础上,深入分析现行驼峰设计规范中给出的气温分布模型的来源及不足。为... 基于可获取的全球公开气象数据,发现现行设计规范中用以描述气温分布的正态分布模型与我国铁路编组站所在地全年月均气温和全年日均气温的分布情况均不相符,在此基础上,深入分析现行驼峰设计规范中给出的气温分布模型的来源及不足。为更准确地拟合编组站所在地实际气温的分布,提出基于正态随机过程的全年日均气温建模方法,并在此基础上给出用于拟合实际日均气温的理论密度函数。以全路18个编组站所在地的全年日均气温数据为实例,验证该理论密度函数对实际数据的拟合效果,并基于实例数据给出日均气温数据精度下计算气温的置信水平,发现相同置信水平下提出的理论密度函数计算得到的气温与基于规范方法计算得到的气温仅相差0~3℃。由此可知,现行规范中给出的气温分布模型在工程实践中应用是可行的,但在推导过程中理论依据不充分,本研究成果很好地解决这一问题,夯实了驼峰设计及优化理论基础。 展开更多

关键词 驼峰设计 计算气温 铁路编组站 气象资料

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基于FPGA的电力电子变换器随机实时仿真建模方法

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作者 王诗楠 郭希铮 +2 位作者 孙宗辉 王玉乐 游小杰 《电力自动化设备》 北大核心 2025年第2期110-118,共9页

确定性模型无法对系统的随机特性进行准确描述,而目前的随机模型难以应用于现场可编程门阵列(FPGA)的实时仿真。基于广义多项式混沌展开方法建立电力电子变换器的随机实时仿真模型,针对复杂概率分布随机变量以及高复杂度系数矩阵导致的... 确定性模型无法对系统的随机特性进行准确描述,而目前的随机模型难以应用于现场可编程门阵列(FPGA)的实时仿真。基于广义多项式混沌展开方法建立电力电子变换器的随机实时仿真模型,针对复杂概率分布随机变量以及高复杂度系数矩阵导致的硬件资源消耗问题,提出一种最优正交多项式基函数的构建方法,减少FPGA的计算资源消耗,并提高模型精度。以三相脉宽调制整流器作为研究对象,通过离线仿真验证所提建模方法的准确性与有效性;并基于FPGA的实时仿真平台,搭建变换器的随机实时仿真模型。离线与实时仿真结果表明,所提模型可以实时求解系统输出响应的统计矩信息,高效地反映系统概率运行情况。 展开更多

关键词 电力电子变换器 广义多项式混沌展开 随机仿真模型 不确定性分析 多随机变量 FPGA 实时仿真

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考虑开关结电容的高频谐振型DC-DC变换器实时仿真建模方法研究

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作者 孙宗辉 郭希铮 +2 位作者 王诗楠 王玉乐 游小杰 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第10期3973-3983,I0034,共12页

开关结电容在高频谐振型DC-DC变换器开关暂态实现过程中起主要作用,但在二值电阻模型中增加结电容将导致仿真步长与计算量大幅增加。为此,该文提出一种考虑开关结电容的实时仿真建模方法。首先,通过建立等效的状态方程,将变换器模型分... 开关结电容在高频谐振型DC-DC变换器开关暂态实现过程中起主要作用,但在二值电阻模型中增加结电容将导致仿真步长与计算量大幅增加。为此,该文提出一种考虑开关结电容的实时仿真建模方法。首先,通过建立等效的状态方程,将变换器模型分割为系统级模型与器件级模型从而减小模型矩阵的乘法运算量。其次,采用双时钟域现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)实现方案优化时序路径。最后,在FPGA上实现250kHz开关频率的全桥型LLC谐振变换器实时仿真建模,系统级模型仿真步长为50ns,器件级模型仿真步长可低至10ns,验证所提方法在开关暂态快速仿真中的实用性。由FPGA资源利用率及实验对比结果所知,所提建模方法可以实现较低的FPGA资源消耗并具有较高的精度。 展开更多

关键词 开关结电容 高频谐振型DC-DC变换器 二值电阻模型 实时仿真 双时钟域 现场可编程门阵列

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面向铁路行车调度员疲劳识别的动作检测 被引量：1

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作者 陈亮 郑伟 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2286-2294,共9页

行车指挥调度是铁路运输的核心监控岗位,检测调度员的疲劳动作对保障铁路运营安全具有重要意义。为了能识别铁路行车调度员疲劳动作,降低安全生产风险,提出一种基于双向长短时记忆神经网络和支持向量机的自适应增强算法对调度员疲劳状... 行车指挥调度是铁路运输的核心监控岗位,检测调度员的疲劳动作对保障铁路运营安全具有重要意义。为了能识别铁路行车调度员疲劳动作,降低安全生产风险,提出一种基于双向长短时记忆神经网络和支持向量机的自适应增强算法对调度员疲劳状态下的动作进行识别。首先,通过高分辨率网络(High-Resolution Net, HRNet)人体关键点检测模型,提取多个人体关键点及人体动作行为角度特征与长度比例特征。其次,搭建基于双向长短时记忆神经网络和支持向量机(Bi-directional Long Short-Term Memory-Support Vector Machine, BiLSTM-SVM)的动作识别模型,使用正交试验法对模型参数进行优化,并采用自适应增强算法(Adaboost, Adaptive Boosting)进一步提升疲劳动作识别。最后,基于调度仿真疲劳动作数据,对该模型的有效性进行验证。结果显示,该模型的精确率为0.97、准确率为0.96、召回率为0.96、F1分数为0.96。该模型提高了人体疲劳动作分类的准确率,为调度员疲劳检测提供了判断依据。 展开更多

关键词 安全工程 列车调度指挥 疲劳识别 人体动作识别 自适应增强算法

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基于纹理特征增强的重载铁路钢轨缺陷检测算法 被引量：5

5

作者 王耀东 于航 +3 位作者 李宁 朱力强 史红梅 余祖俊 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期93-101,共9页

为实现重载铁路轨道典型缺陷的准确、快速、智能检测,基于深度学习算法,提出一种针对重载铁路钢轨图像的特征加强卷积神经网络模型,研制一套基于机器视觉的便携式轨道图像采集系统;整理创建重载铁路钢轨表面多目标图像数据集,并基于此... 为实现重载铁路轨道典型缺陷的准确、快速、智能检测,基于深度学习算法,提出一种针对重载铁路钢轨图像的特征加强卷积神经网络模型,研制一套基于机器视觉的便携式轨道图像采集系统;整理创建重载铁路钢轨表面多目标图像数据集,并基于此数据集进行训练,实现裂纹、擦伤、块状损伤、接缝4种典型缺陷目标的智能识别;针对数据集中目标尺度分布不平衡的特点,使用聚类算法重新设置锚框的尺寸和数量;对比分析重载铁路钢轨缺陷图像的纹理复杂性与固有特点,引入加权融合池化模块和纹理特征增强模块对自适应训练样本选择(ATSS)算法进行改进。应用所提算法对重载铁路轨道进行检测,4类典型缺陷目标的全类平均正确率达到85.8%。通过与其他9种检测算法的对比,充分验证了所提算法的有效性。 展开更多

关键词 重载铁路 钢轨缺陷 机器视觉 深度学习 目标检测

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基于改进模糊滑模控制的列车速度跟踪研究 被引量：3

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作者 康庄 贾利民 秦勇 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期97-107,共11页

列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,... 列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李亚普洛夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,并且引入指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效地消除了控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,且提高了列车运行控制系统性能。 展开更多

关键词 列车速度跟踪 滑模控制 模糊系统 全局快速终端滑模控制 指数趋近率 外界干扰

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适用于三电平逆变器的电流谐波最小脉宽调制策略 被引量：1

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作者 褚艳红 周明磊 +1 位作者 王琛琛 游小杰 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期21-30,共10页

受限于散热条件,大功率牵引传动系统中逆变器开关频率通常很低,三电平逆变器由于在低开关频率下具有较小的输出谐波、较低的dv/dt等特点在中高压大功率领域中被广泛应用。以三电平中点钳位型逆变器为研究对象,提出一种电流谐波最小脉宽... 受限于散热条件,大功率牵引传动系统中逆变器开关频率通常很低,三电平逆变器由于在低开关频率下具有较小的输出谐波、较低的dv/dt等特点在中高压大功率领域中被广泛应用。以三电平中点钳位型逆变器为研究对象,提出一种电流谐波最小脉宽调制策略(CHMPWM),基于加权总谐波畸变最小的优化目标求解不同开关角个数下的开关角曲线,与目前应用较为广泛的特定次谐波消除脉宽调制进行谐波性能对比。该方法不会完全消除特定次数的谐波成分,但是总体电流谐波可以达到最小。针对电流谐波最小脉宽调制策略在实现过程中存在的困难,设计全速度范围基于电流谐波最小脉宽调制的多模式调制策略。仿真和实验结果表明,提出的调制策略具有良好的谐波性能,与理论分析结果一致。 展开更多

关键词 三电平逆变器 电流谐波最小 脉宽调制 低开关频率 加权总谐波畸变 谐波性能

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基于开关状态预测矫正的高频电力电子变换器实时仿真建模方法研究 被引量：2

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作者 孙宗辉 郭希铮 +2 位作者 王诗楠 王玉乐 游小杰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第21期8618-8628,I0024,共12页

针对二值电阻(R_(on)/R_(off))开关模型固有的迭代计算问题,该文提出一种适用于高频电力电子变换器的实时仿真建模方法。该方法采用后向欧拉方法离散系统状态变量,消除模型潜在的数值振荡。同时,通过匹配门控信号以及自然换向过程中半... 针对二值电阻(R_(on)/R_(off))开关模型固有的迭代计算问题,该文提出一种适用于高频电力电子变换器的实时仿真建模方法。该方法采用后向欧拉方法离散系统状态变量,消除模型潜在的数值振荡。同时,通过匹配门控信号以及自然换向过程中半桥开关状态组合的预测值与历史值,进而获得准确的系统开关状态组合,为系统提供精确的非迭代解。最后,该文给出所提建模方法的现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)硬件实现方案并实时测试开关频率100与500kHz的LLC谐振变换器,实时仿真步长达到20ns。与已有取消R_(on)/R_(off)开关模型迭代计算的建模方法相比,该文所提建模方法在高精度建模的同时,实现更低的实时仿真步长并且大幅降低FPGA硬件资源占用率。 展开更多

关键词 迭代计算 二值电阻开关模型 实时仿真 高频电力电子变换器 LLC谐振变换器

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基于AWAHP的调度员疲劳致因研究 被引量：1

9

作者 陈亮 郑伟 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期42-49,共8页

为进一步保障铁路运营安全,调研分析铁路列车调度员疲劳因素,首先,针对铁路调度员工作内容的特点,在查阅相关文献、咨询调度专家、人因工程专家的基础上,建立列车调度员疲劳致因评价指标体系,该指标体系包括工作内容、轮岗安排、人员素... 为进一步保障铁路运营安全,调研分析铁路列车调度员疲劳因素,首先,针对铁路调度员工作内容的特点,在查阅相关文献、咨询调度专家、人因工程专家的基础上,建立列车调度员疲劳致因评价指标体系,该指标体系包括工作内容、轮岗安排、人员素质、外界因素4个一级指标和18个二级指标;其次,采用自适应加权的层次分析法(AWAHP)计算不同专家自身评价的权重,并求得最终指标的加权权重;最后,以某铁路局调度中心为例,运用AWAHP综合评价调度员疲劳致因指标的权重。结果表明:应急突发处置、作业时间段、持续作业时间、线路繁忙程度、工作复杂程度是影响调度员疲劳的显著因素,有效识别铁路列车调度员疲劳的关键因素,并针对关键因素进行分析与对策建议。 展开更多

关键词 自适应加权层次分析法(AWAHP) 铁路列车调度员 疲劳致因 评价指标体系 综合评价

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碳纤维复合材料超大开度门结构设计与仿真

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作者 梁永廷 于文学 +1 位作者 熊芯 乔珂 《北京交通大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期144-153,共10页

为提升货运动车组大尺寸货物快速装卸效率和满足节能减排需求,设计一种基于碳纤维复合材料的超大开度车门及自动化开闭装置,以减轻整车重量、降低能耗,适应大开度车门高强度、高刚度、低重量要求.首先,借鉴航空、铁路货运等成熟应用案... 为提升货运动车组大尺寸货物快速装卸效率和满足节能减排需求,设计一种基于碳纤维复合材料的超大开度车门及自动化开闭装置,以减轻整车重量、降低能耗,适应大开度车门高强度、高刚度、低重量要求.首先,借鉴航空、铁路货运等成熟应用案例进行碳纤维复合材料车门的结构设计.然后,采用HyperWorks商用仿真软件对门体结构设计进行数值模拟研究,通过深入分析纵梁、环梁、蒙皮结构对碳纤维复合材料超大开度门扇刚度、强度的影响,进一步优化门扇的结构设计和材料铺层.最后,设计大型测试工装,加载模拟内外部气压的载荷进行大开度车门的结构测试,验证超大开度车门的力学性能和锁紧性能.研究结果表明:板梁结构采用7根环梁和16个四周锁紧装置结构的一体超大门扇可满足其强度和刚度的设计标准,且工艺具有可操作性,优化效果显著,符合实际技术要求. 展开更多

关键词 高速动车组车门 碳纤维车门 复合材料 有限元仿真 优化设计

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牵引逆变器直流电压二次脉动导致的永磁电机输出转矩脉动的抑制策略 被引量：2

11

作者 周明磊 王震 +2 位作者 董士帆 王琛琛 游小杰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第21期8468-8477,共10页

永磁同步电机由于其多方面的优点在轨道交通领域得到越来越多的应用。轨道交通牵引变流器前端通常采用单相四象限整流器,导致直流侧电压会存在二倍电网频率脉动分量,牵引电机运行于该脉动频率附近时转矩和电流会产生明显的脉动分量。针... 永磁同步电机由于其多方面的优点在轨道交通领域得到越来越多的应用。轨道交通牵引变流器前端通常采用单相四象限整流器,导致直流侧电压会存在二倍电网频率脉动分量,牵引电机运行于该脉动频率附近时转矩和电流会产生明显的脉动分量。针对传统的频率补偿策略以抑制电流脉动为目标,无法消除转矩脉动分量这一问题,通过分析转矩中脉动分量与永磁同步电机d、q轴电流脉动分量的关系,提出一种改进的闭环频率补偿策略来消除转矩中的脉动分量。仿真和实验结果证明所提方法的有效性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 直流电压脉动 转矩脉动 频率补偿

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基于格子Boltzmann方法的地铁站内火灾仿真

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作者 朱亚迪 陈峰 王子甲 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期2160-2165,共6页

引入格子Boltzmann方法,构建以半拉格朗日方法求解的烟流扩散理论,真实重现烟流温度演化过程。采用C++语言,实现该理论方法。在此基础上,建立二维数值模型并仿真;将其与实验数据进行对比。研究结果表明:该方法能较好地重现地铁站内火灾... 引入格子Boltzmann方法,构建以半拉格朗日方法求解的烟流扩散理论,真实重现烟流温度演化过程。采用C++语言,实现该理论方法。在此基础上,建立二维数值模型并仿真;将其与实验数据进行对比。研究结果表明:该方法能较好地重现地铁站内火灾烟流的扩散过程,关键节点的变化趋势与实验结果一致,距离火源越近仿真结果与实验结果吻合程度越高。 展开更多

关键词 交通工程 火灾仿真 格子BOLTZMANN 半拉格朗日方法 地铁车站

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网状多尺度与双向通道注意力的铁路场景语义分割 被引量：3

13

作者 路通 余祖俊 +1 位作者 郭保青 阮涛 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期233-241,299,共10页

语义分割是智能感知的基础。本文针对复杂铁路场景类别易混淆及有效特征难提取的问题,提出一种基于网状多尺度融合与双向通道注意力的铁路场景语义分割网络。为增强模型对各类铁路设施的判别能力,提出网状多尺度融合模块。该模块嵌入主... 语义分割是智能感知的基础。本文针对复杂铁路场景类别易混淆及有效特征难提取的问题,提出一种基于网状多尺度融合与双向通道注意力的铁路场景语义分割网络。为增强模型对各类铁路设施的判别能力,提出网状多尺度融合模块。该模块嵌入主干网络,获取不同尺度的特征并行连接,并在融合层进行网状信息交互,实现不同分支的特征融合。通过汇聚其他分支输入,模型输出可同时保留多分辨率特征。为提升复杂铁路场景下有效特征的提取性能,提出双向通道注意力模块。正向通道注意力模块位于主干网络上下采样操作后,使输出特征图由不同尺度的输入特征加权重组,从而自适应地提升有效特征的表达;反向通道注意力模块插入模型最终输出之前,保留底层空间信息的同时,生成有效高阶语义信息。在RailSem19铁路数据集上的实验结果表明,本文所述方法对于易混淆类别,以及轨道区域、接触网立柱、列车及防护栅栏等铁路设施类别的分割性能均有显著提升,m IoU达到65.12%,相比于其他方法有一定提升。 展开更多

关键词 智能交通 铁路语义分割 深度学习 复杂铁路场景 网状多尺度融合 双向通道注意力

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一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器 被引量：3

14

作者 袁帆 郝瑞祥 +2 位作者 游小杰 项鹏飞 蔡靖贤 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第19期7626-7639,共14页

提出一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能... 提出一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能量,还可以抑制谐振电流的变化,使其在低压侧较宽的电压范围内,全负载工况下均能实现软开关。所提拓扑采用低压侧交错并联、高压侧串联的结构,使其具有低压侧电流纹波小、相电流小、开关管及电容电压应力低等优点。详细分析该变换器的工作原理,对其电压增益、软开关条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台低压侧40~150V、高压侧400V、功率2kW的实验样机,验证理论分析的正确性。 展开更多

关键词 双向DC-DC变换器 高电压增益 宽范围 软开关

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