“磁悬浮技术应用”专刊概述

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作者 曹广忠 周瑾 赵春发 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第4期F0002-F0002,共1页

磁悬浮技术是一门集机械工程、电气与电子工程、控制科学与工程、能源与动力工程、计算机技术等学科交叉融合的综合性科学技术,已经成为交通运输、机械制造、新能源、半导体制造等领域的研究热点之一,为绿色轨道交通、超高速轨道交通、... 磁悬浮技术是一门集机械工程、电气与电子工程、控制科学与工程、能源与动力工程、计算机技术等学科交叉融合的综合性科学技术,已经成为交通运输、机械制造、新能源、半导体制造等领域的研究热点之一,为绿色轨道交通、超高速轨道交通、高端动力机械、高端半导体芯片制造、高速柔性物流等领域装备提供了不可或缺的创新技术解决方案. 展开更多

关键词 控制科学与工程 交通运输 磁悬浮技术

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镍钛编织支架的磨屑特征与细胞毒性关系研究

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作者 孔德宇 彭业萍 +2 位作者 庄溶润 王松 曹广忠 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期363-373,共11页

应用血管支架的介入性治疗方案已经成为治疗心血管疾病的重要手段,新型交叉编织血管支架具有灵活性和良好的轴向柔顺性,适用弯曲、分叉和承载等复杂支架应用场景要求,已经在临床推广使用.生物医用镍钛合金(NiTi)因优异的生物相容性和形... 应用血管支架的介入性治疗方案已经成为治疗心血管疾病的重要手段,新型交叉编织血管支架具有灵活性和良好的轴向柔顺性,适用弯曲、分叉和承载等复杂支架应用场景要求,已经在临床推广使用.生物医用镍钛合金(NiTi)因优异的生物相容性和形状记忆特性成为编织型支架的常用材料,支架在体内的摩擦磨损产生的磨屑会对人体造成不良的生物学反应,对患者的生命健康产生严重威胁.在此背景下,深入研究支架材料的磨损特性及其与生物体的相互作用关系,对于进一步优化支架设计和提高治疗效果至关重要.为探究镍钛合金材料的磨屑特征与细胞毒性之间的映射关系,本文中开展了镍钛合金材料的体外摩擦磨损试验,采集不同磨损参数下的磨屑样本;研究了磨屑特征提取与智能识别算法,利用YOLOv5s和U-Net卷积神经网络模型获取磨屑尺寸与形状类型的分布统计;此外,通过CCK-8染色法和活死细胞染色方法开展磨屑与细胞毒性试验,建立磨屑特征(磨屑尺寸与浓度)与细胞毒性的对应关系.结果表明:不同工况下的磨屑均处于0~50μm之间,0~10μm磨屑占比均超过50%,磨屑尺寸分布在各个试验条件下呈正态分布;磨屑形状主要以不规则状为主,近球状磨屑占比最少;角度与摩擦次数均显著影响磨屑的尺寸与形状分布,24400次和43200次摩擦情况下尺寸分布较为相似,但与14400次摩擦后的磨损磨屑差异较大,角度与磨屑分布呈现倒U形趋势,摩擦角在60°左右时出现极值点;润滑条件的改变显著增加了小尺寸和长条状磨屑的占比,大尺寸和近圆状磨屑占比有所降低.细胞毒性试验结果显示,当磨屑浓度处于0~500 mg/mL区间时,细胞的毒性均为0或1级;随着磨屑样品浸提时间的增加,小尺寸(0~15μm)磨屑浸提液的细胞增殖率虽有小幅度降低,但毒性等级仍为0和1级,符合生物医用材料细胞毒性标准,通过活死细胞图像可以看出所有细胞试验中细胞存活并且生长状况良好.研究结果为镍钛合金编织支架的磨损特性和生物相容性研究提供依据,为编制支架的设计与性能提升提供参考. 展开更多

关键词 编织血管支架 镍钛合金 交叉编织 磨屑特征 细胞毒性

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基于交错多地层结构的平面磁集成LCL-EMI滤波器设计与实现 被引量：2

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作者 叶鑫 陆子健 刘艺涛 《电源学报》 北大核心 2025年第1期243-250,共8页

谐波和电磁干扰EMI(electromagnetic interference)滤波器是并网逆变器中用于抑制谐波失真和EMI噪声的2个重要输出滤波器。因此,提出1种通过平面磁集成的方法组合谐波和EMI滤波器,实现设备体积和质量的减小。首先,选择合适的磁芯将共模... 谐波和电磁干扰EMI(electromagnetic interference)滤波器是并网逆变器中用于抑制谐波失真和EMI噪声的2个重要输出滤波器。因此,提出1种通过平面磁集成的方法组合谐波和EMI滤波器,实现设备体积和质量的减小。首先,选择合适的磁芯将共模电感和差模电感通过PCB绘制平面线圈的方法集成在同一磁芯上,在PCB板层插入电介质板,合理规划层连接方式集成分立电容,实现EMI滤波器的平面电磁集成;其次,采用对称LCL滤波器拓扑结构,取代传统的磁集成非对称结构,进一步通过设计磁芯中柱的气隙和合理布置平面绕组,将LCL谐波滤波器的电感也集成在同一磁芯单元,形成LCL-EMI型平面磁集成滤波器;最后,通过搭建氮化镓单相逆变器平台,对平面磁集成的LCL-EMI滤波器进行实验分析,验证所提平面磁集成方法的可行性。 展开更多

关键词 逆变器 平面磁集成 LCL滤波器 EMI滤波器

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基于在线差分进化算法的平面开关磁阻电机约束预测位置控制 被引量：1

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作者 黄苏丹 刘付榕 +4 位作者 曹广忠 陈龙 李玲珑 敬刚 刘岩 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第13期5239-5250,共12页

模型预测控制方法在解决平面开关磁阻电机非线性、不确定干扰、约束等问题具有突出的优势,有望实现平面开关磁阻电机的高精度约束最优控制,目前平面开关磁阻电机约束预测控制亟需解决在线计算量大、内存大的问题。为快速、精确地求解平... 模型预测控制方法在解决平面开关磁阻电机非线性、不确定干扰、约束等问题具有突出的优势,有望实现平面开关磁阻电机的高精度约束最优控制,目前平面开关磁阻电机约束预测控制亟需解决在线计算量大、内存大的问题。为快速、精确地求解平面开关磁阻电机约束预测控制在线优化问题,并获得小内存控制器,提出基于在线差分进化算法的约束预测位置控制方法。基于电机的多步预测位置模型,建立考虑输入约束的电机预测位置控制器,采用设计的差分进化算法在线求解最优控制量,构建具有摩擦补偿的电机约束预测位置控制系统。为提高差分进化算法的收敛速度并获得更优解,采用缩小种群范围、生成分区种群个体以及优化初始种群的操作产生初始种群,利用优化的变异因子和交叉因子对种群个体进行变异和交叉操作,将预测控制的代价函数作为适应度函数对种群个体进行选择操作。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 差分进化算法 模型预测控制 平面电机 位置跟踪控制

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基于长短时记忆的农作物生长环境数据预测

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作者 吴超 周紫静 +3 位作者 黄锦铧 许啸寅 邱洪 彭业萍 《深圳大学学报（理工版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期563-573,共11页

针对传统温室农作物生长监控系统控制灵活性差且精确度低等问题,设计了一个面向智慧农业的农作物生长闭环监控系统.引入单变量长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络模型,对土壤含水率、土壤温度和土壤电导率3个农作物生长环境... 针对传统温室农作物生长监控系统控制灵活性差且精确度低等问题,设计了一个面向智慧农业的农作物生长闭环监控系统.引入单变量长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络模型,对土壤含水率、土壤温度和土壤电导率3个农作物生长环境数据进行预测研究.在优化时间步长参数的基础上,分析不同预测步长对单变量LSTM模型预测准确性的影响,采用不同时间段的测试集数据对模型的预测性能和稳定性进行验证.分别采用单变量LSTM模型、最小绝对值收敛和选择算法、随机森林回归、双向LSTM模型和编解码LSTM模型进行预测对比,结果表明,单变量LSTM模型预测的平均绝对误差值和均方根误差值均为最小,模型具有更好的准确性和稳定性.本研究设计的农作物生长闭环监控系统能有效预测农作物的生长环境数据,为农作物监控系统的智能控制提供有效数据支撑. 展开更多

关键词 人工智能 监控系统 预测模型 环境数据 长短时记忆网络 时间序列 智慧农业

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基于动力学仿真的人工膝关节振动信号采集系统设计

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作者 徐星宇 周友逸 +2 位作者 彭业萍 吴超 曹广忠 《医用生物力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1079-1085,共7页

目的研究人工膝关节磨损过程的接触应力变化,针对膝关节假体因磨损而引发的振动设计信号采集系统,为人工膝关节磨损状态在线监测提供新的技术手段。方法为有效采集振动信号,通过分析膝关节假体在运动过程中的动力学模型,得到胫骨衬垫接... 目的研究人工膝关节磨损过程的接触应力变化,针对膝关节假体因磨损而引发的振动设计信号采集系统,为人工膝关节磨损状态在线监测提供新的技术手段。方法为有效采集振动信号,通过分析膝关节假体在运动过程中的动力学模型,得到胫骨衬垫接触应力主要分布区域,确定振动传感器的最佳安装位置。通过拉格朗日方程求解膝关节股骨假体的动力学模型,获取股骨假体的力矩变化曲线验证有限元分析的有效性。通过摩擦磨损试验中不同安装位置振动传感器采集的信号和不同区域表面形貌进行对比,验证采集系统设计和有限元分析结果的有效性。结果基于动力学仿真分别得到屈曲、内外旋、前后位移和上下位移4个自由度下胫骨衬垫的接触应力集中区域。胫骨衬垫的中部和后部接触应力集中明显,振动传感器安装在胫骨衬垫后端,采集到的信号具有更大幅值,有利于膝关节假体振动信号的特征提取。结论基于动力学仿真分析设计的振动信号采集系统能够有效采集人工膝关节在磨损过程中产生的振动信号。研究结果为后续探究人工膝关节的磨损机制、实现其全寿命健康状态监测提供重要手段。 展开更多

关键词 人工膝关节 股骨 胫骨衬垫 动力学仿真 振动监测

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基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展 被引量：7

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作者 曹继伟 王沛 +3 位作者 刘志远 刘长勇 吴甲民 陈张伟 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期241-254,共14页

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展,其核心零件部件外形结构设计日益复杂,内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点,... 陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展,其核心零件部件外形结构设计日益复杂,内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点,较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造,最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术,在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势:无模、精度高、响应快以及周期短,同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配,有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术:基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化;基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点,综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展,对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术成形陶瓷零件的技术特征,最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。 展开更多

关键词 激光增材制造 激光选区烧结 激光选区熔化 激光近净成形技术 陶瓷 综述

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融合Hough直线检测和Grab-cut的风机叶片自适应分割方法 被引量：8

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作者 唐震 彭业萍 +2 位作者 王伟江 曹广忠 吴超 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第4期161-168,共8页

完整的边缘信息对风力发电机叶片的边缘缺陷检测至关重要,但由于户外采集的风机叶片图像背景复杂多样,现有图像分割算法的分割精度不足,无法保证边缘缺陷的完整性。因此,提出一种基于图像边缘特征与颜色信息的自适应图像分割方法实现风... 完整的边缘信息对风力发电机叶片的边缘缺陷检测至关重要,但由于户外采集的风机叶片图像背景复杂多样,现有图像分割算法的分割精度不足,无法保证边缘缺陷的完整性。因此,提出一种基于图像边缘特征与颜色信息的自适应图像分割方法实现风机叶片边缘检测。首先,使用Hough直线检测初步定位叶片直线边缘;然后,在目标区域应用基于Otus阈值分割和形态学运算的Grab-cut算法,实现叶片图像的自适应分割。采用无人机采集多个场景的图像作为测试样本,对分割方法与其他方法进行定性和定量对比分析。结果表明,该方法能自适应且准确地实现风机叶片图像分割,并保留边缘缺陷的完整性,其边缘覆盖率(0.9717)和边界位移误差(3.0403)指标均优于其他方法,对风机叶片的边缘缺陷检测具有重大潜在应用价值。 展开更多

关键词 风机叶片 无人机 图像分割 Hough直线检测 Grab-Cut

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人工膝关节不同体外磨损周期的UHMWPE磨屑特征及细胞毒性研究 被引量：4

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作者 付松卿 王松 +4 位作者 陈凯 张述 秦颖 彭业萍 刘伟强 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期986-994,共9页

磨屑引起的假体无菌性松动已成为影响人工关节寿命的主要因素.基于UHMWPE(超高分子量聚乙烯)胫骨衬垫与CoCrMo合金股骨髁配副人工膝关节,按照ISO 14243标准完成了500万次体外磨损试验,获得了每间隔100万次磨损周期的磨损润滑液,利用酸... 磨屑引起的假体无菌性松动已成为影响人工关节寿命的主要因素.基于UHMWPE(超高分子量聚乙烯)胫骨衬垫与CoCrMo合金股骨髁配副人工膝关节,按照ISO 14243标准完成了500万次体外磨损试验,获得了每间隔100万次磨损周期的磨损润滑液,利用酸处理法分离UHMWPE磨屑,并基于扫描电子显微镜(SEM)照片开展了磨屑数量、形状和分布特征的定量表征.结果表明:在形状方面,颗粒状磨屑数量占比可达62%,其次为占比12%的球状磨屑,片状、纤维状和杆状等类型磨屑则较少.磨损过程中纳米级磨屑数量占比始终在30%以上,且随着磨损周期增加,纳米级磨屑占比逐渐增加,最高可达80%以上,但总的磨屑数量呈先增多后减少趋势.此外,探究了不同尺寸和浓度的UHMWPE磨屑对小鼠成纤维细胞毒性的影响,结果表明:纳米级磨屑细胞毒性最强,随着磨屑尺寸从5μm增至25μm,细胞毒性逐渐减小.在UHMWPE磨屑浓度为0.1~2.5 mg/mL的范围内,细胞毒性基本遵循磨屑浓度越大毒性越强的规律.因此,人工膝关节不同体外磨损周期的UHMWPE磨屑具有不同数量、尺寸、形状和分布等特征,且磨屑尺寸和磨屑浓度等特性对细胞毒性有较大的影响. 展开更多

关键词 人工膝关节 体外磨损 磨屑特征 细胞毒性 生物摩擦学

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人工关节磨屑的显微单视图深度估计方法研究 被引量：3

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作者 伍锐斌 彭业萍 +2 位作者 曹广忠 王松 曹树鹏 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期40-48,共9页

传统单视图三维重建方法不能满足人工关节磨屑三维信息提取要求,为提高重建精度,提出一种基于SA-UNet网络的人工关节磨屑显微单视图深度估计方法,实现从单一视图下磨屑三维信息的快速获取。该方法首先构建一个融合自注意力机制的U-Net... 传统单视图三维重建方法不能满足人工关节磨屑三维信息提取要求,为提高重建精度,提出一种基于SA-UNet网络的人工关节磨屑显微单视图深度估计方法,实现从单一视图下磨屑三维信息的快速获取。该方法首先构建一个融合自注意力机制的U-Net深度估计网络,然后使用光学显微镜和激光共聚焦显微镜分别收集磨屑的二维图像和深度图,再通过图像语义分割提取目标磨屑区域,消除图像背景的干扰,最后利用透视变换使二维图像和深度图相对应,获得训练样本。采用该方法对TC4材料磨屑显微单视图进行深度估计,以激光共聚焦显微镜的三维信息作为参考。结果表明,该方法预测深度的平均相对误差为7.35%,均方根相对误差为3.93,效果优于U-Net、BTS和ACAN。 展开更多

关键词 人工关节 磨屑 显微图像 单视图 深度估计

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面向三维重建的无人机航拍路径规划技术研究综述 被引量：9

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作者 吴昌松 彭业萍 +1 位作者 曹广忠 闫妍 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2022年第8期98-103,122,共7页

在对城市大场景的三维重建中,使用无人机在低空采集图像成为主流方案,通过优化无人机的航拍路径,能有效提高场景三维重建的精度和效率。为此,近年来致力于发展新的无人机航拍路径规划技术和方法,包括视点规划和飞行路径规划,取得了显著... 在对城市大场景的三维重建中,使用无人机在低空采集图像成为主流方案,通过优化无人机的航拍路径,能有效提高场景三维重建的精度和效率。为此,近年来致力于发展新的无人机航拍路径规划技术和方法,包括视点规划和飞行路径规划,取得了显著成果。本文通过概述无人机航拍路径规划的基本流程,详述基于二维模型、三维模型和未知环境下的航拍路径规划技术,对比不同路径规划方法的优缺点,探讨无人机航拍路径规划的发展趋势,为开展无人机航拍控制、大场景三维重建研究提供重要参考。 展开更多

关键词 无人机 三维重建 倾斜摄影 航拍路径规划 视点规划

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基于KLT多视图特征跟踪的物体三维重建 被引量：5

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作者 吴正斌 彭业萍 +1 位作者 曹广忠 曹树鹏 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第7期901-906,共6页

为了提高三维重建精度,文章提出一种基于Kanade-Lucas-Tomasi(KLT)多视图特征跟踪的物体三维重建方法。首先采用Shi-Tomasi算法提取特征,通过KLT跟踪算法获取特征匹配点,从而将所有相邻图像进行三维点云重建,并通过光束法平差(bundle ad... 为了提高三维重建精度,文章提出一种基于Kanade-Lucas-Tomasi(KLT)多视图特征跟踪的物体三维重建方法。首先采用Shi-Tomasi算法提取特征,通过KLT跟踪算法获取特征匹配点,从而将所有相邻图像进行三维点云重建,并通过光束法平差(bundle adjustment,BA)算法进行优化;然后采用KLT跟踪算法获取空间点在相邻3幅图像的投影点,从而建立不同视图坐标系间的变换模型,获取转换比例系数;再通过融合多视图的三维点云实现物体的三维重建。实验结果表明,通过KLT算法,不仅提高了特征点匹配数量,还解决了多视图构建的不同三维点云坐标系的相互转换问题,实现了物体的多视图三维重建。 展开更多

关键词 三维重建 多视图 特征提取 Kanade-Lucas-Tomasi(KLT)跟踪 点云融合

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基于交错多地层结构的平面磁集成EMI滤波器设计 被引量：7

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作者 陆子健 叶鑫 刘艺涛 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第13期4706-4717,共12页

逆变器作为光伏并网发电系统中重要的功率转换装置,其开关频率提高带来的电磁兼容问题不可忽视。传统分立电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器的电感和电容体积大,导致功率密度低。对EMI滤波器的无源器件采用磁集成技术,... 逆变器作为光伏并网发电系统中重要的功率转换装置,其开关频率提高带来的电磁兼容问题不可忽视。传统分立电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)滤波器的电感和电容体积大,导致功率密度低。对EMI滤波器的无源器件采用磁集成技术,将多个磁性元件绕组集成在一个磁性结构上,对于减少磁元件数量、缩减磁元件尺寸、降低损耗和成本具有重要意义。文中通过选择合适的磁心将共模电感和差模电感的印刷电路板平面线圈集成在一个磁心上,实现平面磁集成。通过插入电介质板和层连接方式的规划,集成滤波电容,进一步减小EMI滤波器体积。通过搭建单相逆变器实验平台,对平面磁集成的EMI滤波器进行实验分析,验证所提方法的可行性。 展开更多

关键词 并网逆变器 电磁兼容 电磁干扰滤波器 平面磁集成

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