郑州大学学报(工学版)

2020年02期目录

2020年05月31 00:00

基于反馈迭代算法的航空通信系统基于反馈迭代算法的信道估计算法研究

张建康,赵悠悠,尚应博,穆晓敏 — 2020年05月31 00:00

航空通信系统的时变性和大时延，导致传统信道估计算法存在信道参数估计不精确问题。为解决此问题，在建立飞机巡航阶段两径莱斯信道模型的基础上，提出一种反馈迭代信道估计算法。该算法核心思想为：首先利用少量原始导频对信道进行粗略时域最小二乘（ least-square,LS）估计，并检测传输信号；之后将检测信号经调制和卷积编码反馈至信道估计器，并作为导频再次进行信道估计；最后将以上过程经过两次迭代得到最终结果。仿真结果表明，提出的算法相比无反馈的LS 算法，在信噪比小于20dB 情况下，可获得约2dB 的均方误差增益，从而验证了此迭代估计算法可以起到提高航空信道估计精确度的效果。

基于改进型YOLO v3的蔬菜识别算法

魏宏彬,张端金,杜广明,肖文福 — 2020年05月31 00:00

针对超市的散装蔬菜区排队称重问题（称重设备能够自动识别蔬菜种类将有效地提高超市的运行效率），提出一种基于改进型 YOLOv3的蔬菜识别方法。首先，利用高清摄像头以及网络爬虫技术采集蔬菜图片；其次，通过 K-means 聚类分析得到 15组适应于蔬菜数据集的先验框；再次，采用一种新的边界框回归损失函数 DIoU 来提高检测任务的精度；最后，因蔬菜数据集中的大目标较多，通过增强特征提取网络，获取 5组不同尺度的特征构成特征金字塔从而实现蔬菜识别任务。改进型YOLOv3算法在测试集上的平均精度 mPA 达到 93.2％，识别速度是 35f·s^-1。该方法在保证实时检测目标的同时提升了识别的平均精度。

超声波传感器特性分析与测试方法的研究

王翥,刘春龙,罗清华 — 2020年05月31 00:00

一对超声波传感器性能的一致性直接影响流量计量精确度。针对不同的超声波传感器性能一致性差的问题,从其特性入手分析几项关系密切的参数对它的影响,并为用于同一个流量计的一对传感器的选择提供理论依据。同时, 采用传输线路法、替代法以及变频激励信号等方法实现对超声波传感器.的测试,并给出了实现测试的具体电路设计方法。实验验证表明，,提出的测试方法稳定、可靠,测试性能一致性好的一对超声波传感器可以保证流量计量精确度。

基于FPGA的高分辨率视频图像实时增强去雾系统

刘华军,张瑞珏,刘建锋,王盛,夏巧桥 — 2020年05月31 00:00

已有去雾系统大多针对单幅图像进行处理，稳定性和实时性不足，且传统图像去雾算法不仅复杂度较高还存在亮光区域直方图过曝的缺陷，难以应用于实时视频图像修复中。针对该问题，本文设计并构建了一种基于FPGA的1080P全高清视频图像实时增强去雾系统，首先在RGB颜色空间采用分块分通道进行直方图统计，然后通过预设阈值对多通道合并后的直方图进行削减，限制对比度过度放大，最后进行双线性插值计算。对改进的限制对比度自适应直方图均衡算法（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization，CLAHE）进行仿真验证并对系统进行有雾视频、图像以及户外场景进行去雾测试。实验结果表明，本系统能实时处理每秒30帧1920x1080分辨率的图像，与主流方法相比，去雾效果更好更稳定，系统功耗低于5瓦，可应用于低功耗领域。

基于改进滑模观测器的BLDCM无传感器控制

白国长.姚记亮 — 2020年05月31 00:00

传统滑模观测器用于无刷直流电机（BLDCM）反电动势观测时，由于系统抖振过大需外加低通滤波器，但滤波器造成的相位延迟无法准确补偿，导致换相不准确。提出将 sigmoid函数应用于滑模观测器，利用其光滑连续的特点来减小抖振，并根据Lyapunov 定理推导出一种可变滑模增益进一步削弱了系统抖振，获得了可直接判断出换相信号的线反电动势观测值。仿真和实验结果表明：改进滑模观测器在 400r/min和 3000r/min 下线反电动势观测误差峰值分别降低了70％和 54.8％，获得了更加准确的换相信号，提高了无刷直流电机无位置控制系统的性能。

升降平台运动构件焊缝疲劳寿命数值仿真

高祥林,王建明,汪言,李博志 — 2020年05月31 00:00

针对剪叉式升降平台运动构件焊缝疲劳寿命预测，提出了一种基于 BS7608 标准的大范围运动构件焊缝疲劳寿命仿真方法。该方法首先通过升降平台整机多体动力学仿真分析获得运动构件铰链处的时变载荷，并将该载荷通过坐标变换映射到待分析构件的连体随动坐标系中，随后在待分析构件的连体随动坐标系中建立该构件包括焊缝的疲劳寿命预测有限元模型，其建模过程涉及合理选择铰链、定义静定位移约束、部分铰链施加连体随动坐标系下的铰链时变载荷等核心建模问题。依据 BS 标准提供的 S-N 曲线预测构件母材和焊缝的疲劳寿命分布，通过整机疲劳试验结果验证该方法的正确性和有效性，为包含大范围刚体运动的构件焊缝疲劳寿命预测提供一种有效的数值分析方法。

基于多晶体模型的18CrNiMo7-6合金钢材料本构参数的确定

王刚,宋建,张建伟,王冰冰 — 2020年05月31 00:00

近年来考虑材料微结构不均匀性的晶粒几何模型和晶体塑性有限元方法备受关注。为了获得 18CrNiMo7-6合金钢的本构参数，基于晶体塑性有限元方法对材料的晶体塑性参数进行了研究，采用晶体率相关硬化模型，基于多晶体有限元方法对晶体的塑性参数进行了敏感性分析，确定了参数变化的范围，并给出了一个代价函数，对有限元仿真结果进行处理，确定了一组最优的塑性参数组合。利用拉伸试验对计算结果进行了校准，结果表明模拟得到的应力⁃应变曲线和试验曲线吻合得较好，可为后续微结构引起的不均匀应力集中分析提供必要的材料参数，具有重要的实际意义。

超声滚压工艺参数对18CrNiMo7-6齿轮钢表面质量性能分析

刘治华,张天增,杨孟俭,戴骐隆,张银霞 — 2020年05月31 00:00

研究了 18CrNiMo7-6齿轮钢超声滚压后表面变质层的性能和加工工艺。分别运用三维表面形貌测量系统、显微硬度计、超景深三维显微系统和高速大功率Ｘ射线残余应力分析仪等工具观察试样加工前后的表面变质层变化，并采用单因素试验分析试验数据，研究超声滚压工艺参数对试样表面变质层的影响。结果表明：经过超声滚压加工，表面粗糙度由未经超声滚压处理的 3.003μｍ减少到0.468 μｍ，显著的加工硬化在该材料表面形成，表面显微硬度从最开始的 360.9ＨＶ升高到442.9ＨＶ，升高了 22.7％，高硬度层达到了300 μｍ；平整的表面在超声滚压加工后出现；在距离表面 40 μｍ处残余压应力形成峰值，其值约为－790.97 ＭＰａ。超声滚压技术显著提高了材料的变质层性能。

基于绝对节点坐标方法的柔顺机构动力学建模与仿真

张志刚,周翔,房占鹏,肖艳秋 — 2020年05月31 00:00

采用绝对节点坐标方法系统地研究了大变形柔顺杆的建模问题，建立了柔顺机构刚柔耦合动力学方程。在充分考虑柔顺杆与外部连接处变形特征基础上，提出了含端部变形约束的绝对节点坐标梁单元。应用闭锁问题缓解方法，考察了绝对节点坐标梁单元闭锁现象对柔顺机构动力学仿真的影响。最后通过数值算例检验了绝对节点坐标方法对于柔顺机构动力学问题的精确性和有效性。

18CrNiMo7-6钢渗碳仿真的扩散系数模型的研究

秦盛伟,张玉芳,张棒 — 2020年05月31 00:00

基于 DEFORM-HT软件，对18CrNiMo7-6 钢的气体渗碳工艺进行数值模拟：研究了两种不同的扩散系数模型对合金钢渗碳过程的影响，即考虑温度、碳原子的模型 D(T,C)和考虑温度、合金元素、碳原子的模型 D(T,M,C)并对3种不同渗碳层深度的渗碳工艺进行数值仿真以及试验验证。用机械剥层法测量３种渗碳工艺的碳含量沿深度的分布，并与仿真结果进行对比，发现采用 D(T,M,C)模型的仿真精确度更高；但当渗层深度达到4ｍｍ时，表层碳含量的试验结果与模拟相差较大，这是由于Cr、Mo等元素在长时间渗碳过程中与碳原子结合形成大量的碳化物，进而降低了碳原子的扩散系数，同时也导致试样的表层碳含量达到1.0％，高于渗碳工艺最后一段的环境碳势 0.8％。

计及DR的新能源配电网电压无功协调优化

张玉晓,章健,熊壮壮,朱永胜,谢加新 — 2020年05月31 00:00

针对分布式电源的高渗透率对配电网的稳定运行带来的影响，提出通过加入需求响应来分析需求侧对电压无功协调优化的方法。根据可中断可转移负荷等模型建立了计及需求响应的配电网电压无功协调优化模型；并采用二阶锥方法将原始混合整数非线性模型线性化，建立混合整数二阶锥规划模型；分析需求响应前后对电压无功及电网络稳定的作用。结果表明：建立的模型可有效消纳分布式能源，提高能源利用率，降低系统运行成本并对电压有明显的改善作用。

基于ARIMA模型的变压器油中溶解气体含量时间序列预测方法

贾茹宾,高金峰 — 2020年05月31 00:00

变压器油中溶解气体含量是衡量变压器运行状态的重要指标。运用差分自回归移动平均模型（ARIMA）对变压器油中气体含量进行预测，该方法通过python编程以气体含量值对应的时间为索引输入预测模型，在建模中首先对时间序列平稳性进行单位根检验，采用差分处理的方法将原始不平稳时间序列转换为平稳时间序列，而后利用自相关函数和偏自相关函数参数选择原则得出若干组模型，在对若干组模型进行优选的过程中分别使用赤池信息、贝叶斯信息、汉南⁃奎因3种准则得出一组最优模型，最后通过相关检验方法对优选模型进行残差检验，并利用满足残差要求的模型对气体含量预测。实验表明，提出的预测方法有较高的预测精度，可以为合理安排变压器的状态检修提供有价值的参考。

基于深度优先搜索和灰狼算法的微电网重构

张青林,辛小南,程志平 — 2020年05月31 00:00

针对主网发生非计划故障和微电网并网转孤岛时，微电网对负荷持续供电和系统稳定运行的问题，为了从全局高度对电力网络内设备协调控制，建立了微电网重构模型，提出了一种深度优先搜索和灰狼优化算法相混合的重构方法。该方法以开关状态和可调设备的功率为优化变量，针对重构优化过程中的非辐射状网架结构问题，用深度优先搜索对网架结构进行识别、分析和处理，用前推回代法计算网络潮流分布，以灰狼优化算法为框架，获得重构方案。仿真结果表明，所提出的混合重构方法，其全局搜索能力更强，其重构结果可行并且较优，而且重构策略以开关状态和功率的组合为优化变量，比仅有开关状态或仅有功率的变量，对系统优化调整更具有优势。

钢筋混凝土剪力墙在竖向荷载作用下的稳定性分析

宋林涧,赵军 — 2020年05月31 00:00

钢筋混凝土剪力墙在竖向荷载的作用下可能会发生因稳定性不足所引起的屈曲破坏，使剪力墙不能有效发挥其优异的承载能力和抗震性能。根据钢筋混凝土剪力墙在实际工程结构中的受力特点，对其边界条件进行分析和合理简化，建立了对边简支对边自由的正交各向异性板理论分析模型，采用位能驻值原理，推导出了竖向荷载下剪力墙发生平面外失稳破坏时对应的临界应力表达式。根据所得临界应力计算公式，研究了剪力墙的高度和厚度、纵向钢筋直径和间距等因素对钢筋混凝土剪力墙临界应力的影响规律，并进一步探讨了改善竖向荷载下钢筋混凝土剪力墙稳定性的有效方法。

带翼缘板嵌入式连接件抗剪承载力试验研究

张哲,史锦,李国强,汤意,李斐然,王燕,孙东生 — 2020年05月31 00:00

在嵌入式连接件的基础上，提出一种带翼缘板嵌入式连接件，依据实际工程，进行８个试件的推出试验，分析其在不同阶段的荷载⁃滑移曲线关系，研究抗剪承载力的影响因素及破坏模式。结果表明：在钢翼缘板宽厚比满足一定条件时，混凝土板厚处裂缝为直线，板宽处裂缝为波纹线；当钢翼缘板宽厚比未满足条件时，翼缘板发生失稳现象，混凝土裂缝未充分发展，加载因翼缘板失稳无法继续，试验提前结束。翼缘板未失稳试件抗剪承载力约为现有嵌入式连接件承载力理论计算值的15倍，证明较嵌入式连接件，翼缘板明显提高了该新型连接件的抗剪承载力。

侧压系数及回填材料参数对双护盾TBM卡机控制的影响分析

温森,贾书耀,高星璞 — 2020年05月31 00:00

为研究深部挤压地层侧压系数λ、回填材料弹性模量Ｅ、软填充长度Ｌ_r对双护盾TBM卡机控制的影响，采用3DEC建立了TBM与围岩相互作用模型。数值计算中采用了改进的 Burgers（CVISC）黏弹塑性蠕变本构，模拟了TBM动态分步开挖，结果表明：(1)λ 越大，对TBM卡机控制越不利：当λ≤１时，其影响程度较小；当１＜λ≤1.2时，其影响程度逐渐增大；当λ≥1.2时，TBM的总阻力急剧上升，对卡机控制极为不利；(2)回填材料E越大，TBM的总接触压力和总阻力越小，对TBM卡机控制越有利。；(3)Lr越大TBM总阻力越大,TBM的卡机概率也越大；TBM掘进中，为了降低卡机概率应尽量缩短软填充阶段的长度。