摘要:结构光的相移轮廓法具有非接触和效率高的测量优点，但是，由于投影仪的gamma效应影响，工业相机捕获的条纹像素值发生了畸变，导致计算出的相位值产生误差，降低了测量的准确度。针对这一问题，首先分析了相位误差的数学模型，对模型进行了进一步的研究；然后，利用得到的模型，设计了条纹图像的投射方案，将原条纹移相π/2，计算出原条纹和移相条纹的相位均值作为最终的相位，达到相差补偿的目的。最后，对条纹投射数量进行了优化。实验结果表明，所提方法无需计算畸变的γ值。相位补偿后，均方根相位误差降低了457%。

摘要:随着更高精度磁通计的发展，现有磁通计校准方法的局限性日趋突出，针对现有互感法和标准线圈法的不足，设计研制了一种基于伏秒法的磁通计校准装置。该装置采用低噪声的电路构架，利用FPGA控制高速DAC输出标准磁通量，通过对伏秒发生器的电压、脉冲宽度和电平变化暂态过程进行测试分析，其产生的1 mWb~10 Wb标准磁通量的相对扩展不确定度优于001%。装置在伏秒乘积相同的情况下，输出电压脉冲幅度越大、脉冲宽度越小时，输出标准磁通的相对扩展不确度越小，但校准过程中还应根据被校磁通计的积分响应特性合理选择伏秒输出组合。通过与传统的互感法、标准线圈法对同一台磁通计进行校准对比，结果表明，伏秒法的准确度优于传统的标准线圈法，伏秒法的校准范围优于传统互感法，校准范围达到了1 mWb~10 Wb，能够满足01级及以下磁通计的校准需求。

摘要:针对长度标准器在超声清洗过程中产生的损伤现象，开展了影响超声空蚀作用因素的研究。根据RayleighPlesset方程解得气泡半径演化曲线，得出不同气核初始半径、频率和温度下，空化泡首次缩塌时的泡内最高温度与正应力响应，进而分析长度标准器损伤原因。再提出了一种新的失质法，研究超声频率、温度和超声辐射时间对长度标准器的去污效果与腐蚀阶段的影响，实验结果表明，长度标准器的清洗过程分为空化清洗期、空蚀孕育期和空蚀加速期3个阶段，并且在去除油污的过程中，空蚀作用的影响十分微小。当溶液温度60℃，超声频率28 kHz，辐射时间1 min的情况下，会有较好的清洗效果。

摘要:提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础，将单对极与多对极相结合，整周多对极作为精确测量部分实现高精度，整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电极结构，粗测部分和精测部分共用一组反射电极和接收电极，因此结构更加紧凑，便于小型化，同时动子无需引线，应用环境更广。通过分时间段对粗测部分和精测部分施加激励信号，并把不工作的电极接地，可以有效消除粗测部分和精测部分之间的串扰，保证测量精度。采用PCB技术制造了外径Φ=60 mm，内径Φ=26 mm的传感器样机。通过理论分析和结构优化，最终实验结果表明传感器的测量精度达到了±12″。

摘要:为实现聚焦声场声功率的快速、精确测量，提出了基于PVDF热释电传感器的声功率测量方法。首先，基于热释电传感器声功率测量的原理建立了有限元模型，并围绕超声功率测量的影响因素开展了仿真分析；其次，搭建测试系统开展了声功率测量的方法研究。研究表明，该测量方法在声场焦区域和非声场焦区域都可以进行测量，且输出信号与辐射声功率呈线性关系，测量误差最大为82%，符合声学计量要求。通过实验与仿真对比分析，结果验证了该方法的可靠性和准确性。

摘要:定标光源的稳定性及稳定速度直接影响机载高光谱仪光谱辐射定标的准确性和效率。为实现定标光源的快速稳定，提出并设计了基于数字过程控制的恒流源快速稳定调节方法和系统。该快速稳定恒流源系统，在场效应管恒流源的基础上，加入数字过程控制环节，弥补场效应管恒流源反馈振荡调节及系统热稳定时间长的不足。快速稳定调节方法分为能够快速产生热量的大预置值启动快速预热、减小过冲振荡现象的缓冲快稳和输出稳定电流的模拟闭环稳流三阶段。快速稳定恒流源与场效应管恒流源对比实验表明：输出1 50000 mA电流，纹波系数达到1的时间由670 s缩短到66 s；作为标准光源中卤钨灯的驱动电路，上电2 min后连续测量20 min获得的400~2 500 nm光谱数据全谱平均基线漂移由05%降低到006%。

摘要:为解决层流流量计（LFM）线性度不佳的问题，提出了一种微小缝隙式LFM，并介绍了层流流量计的测量原理、结构设计及参数计算。对一台设计流量范围约为0～280 mL/min的试验件进行了试验，试验中使用的标准装置为活塞标准装置，合成不确定度为012%，扩展不确定度为024%（k=2）。试验结果显示，在未使用任何修正系数的前提下，试验件最大引用误差为-090%。试验件基本达到准确度10级的设计指标，量程比10∶1。此外试验件线性度优良，其Remaxde/l值为342，大于传统要求的2～25，说明此结构设计可有效克服突扩突缩带来的非线性影响。

摘要:目前无线胶囊内窥镜（WCE）供应能量过低，限制了其诊查胃肠道病灶的性能。基于此提出了镂空三维接收线圈，线圈里可放置无线胶囊其他模块，进一步缩小无线胶囊体积。根据电磁场理论提出单匝分析法，分析了此线圈感应电动势和接收功率，并提出均匀度性能指标建立最优化模型，得出线圈最优设计参数；搭建角度姿态旋转平台测量线圈的感应电动势，实验测得感应电动势与理论值误差小于6%，验证了单匝分析法和线圈设计的合理性；将此线圈供能的无线胶囊内窥镜植入活体猪小肠内，得到的图像传输速率稳定为30 f/s，分辨率为400×400。新型线圈可给胶囊内窥镜提供充足稳定的能量，用于胃肠道疾病诊查。单匝分析法的应用不仅限于此结构的线圈，也可用于他它发射、接收装置相对位置和角度变化的植入式医疗设备的功率分析，并且此方法可用于求解发射和接收两级线圈之间的互感等电磁参数。

摘要:在自动驾驶、移动机器人等领域，激光雷达与相机是常用的传感器，融合这两者的信息首先应该标定两者间的外参。本文在考虑平面移动机器人运动特点的基础上提出两阶段外参标定方法，在尽可能少的人为干预下实现快速标定。第一阶段，在机器人运动过程中同时估算激光里程计和视觉里程计，提取平移、旋转两种运动信息以修改的Kabsch算法初步估计外参中的旋转矩阵；第二阶段，以箱体三面相交组成的三面体作为标识物，优化点云中三面体边的投影点和图像中对应三面体边的距离，从而得到精确的外参。此两阶段方法效率高、无需专业设备，在少量人工干预下即可实现外参标定。最后，实验结果表明，在3个坐标轴上的平均误差仅为367、111、078 mm，在典型移动计算平台上相应的平均标定时间仅需约635 ms。

摘要:针对目标跟踪中尺度变化和表观剧烈变化导致的目标跟踪不稳定问题，设计了多通道特征融合的尺度估计策略，提出了基于双相关滤波器的多通道尺度自适应目标跟踪算法。考虑到CN特征对姿态及尺度不敏感，以及HOG特征对光照变化和目标移动都有着较好稳定性，将CN、HOG以及灰度特征进行了特征融合，提升了对于目标表观变化的跟踪鲁棒性。在保证误差风险最小的前提下使用岭回归进行滤波器求解，同时建立了尺度滤波器实现了目标的多尺度判断，使得目标发生尺度变化时能保持稳定的跟踪。使用TB100数据集在多场景下对算法进行性能测试，证明该算法在目标表观变化、尺度变换、背景干扰等情况下有良好的跟踪效果。

摘要:无缝线路钢轨纵向位移是由钢轨内部纵向应力引起的钢轨沿轨排或道床顶面的纵向移动，对其进行及时的高精度测量对于高铁安全运营具有重要意义。本文提出了一种基于双目视觉技术的无缝线路钢轨纵向位移测量方法。由轨旁固定设施上部署的参考标靶、轨腰上部署的待测编码标志和双目相机构成便捷、高效的非接触式测量方案；提出了基于双直线约束的编码特征点检测算法，重点解决了复杂现场采集环境中编码特征点的精确检测与匹配问题。提出了链式双目相机三维测距算法，通过精确三维重建实现了高精度的无缝线路钢轨纵向位移测量。通过室内模拟实验和室外现场实验验证了本文提出方法的有效性，在室外现场实验中钢轨纵向位移的测量精度达到02 mm。

摘要:针对在抖动干扰下运动目标检测精度较差的问题，提出了一种基于光流法与三帧差分法的运动目标检测算法，首先用基于卢卡斯卡那得(LK)光流法的稳像算法对视频去抖，然后用三帧差分法提取目标。仿真结果表明，稳像后的峰值信噪比 (PSNR)值提高了36 dB左右，所设计算法在抖动干扰下能够准确提取出目标，在测试平台上的平均处理速度为28 fps；同时，针对传统核相关滤波(KCF)算法对尺度变化和部分遮挡目标跟踪性能较差的问题，设计了一种改进的KCF算法，通过对目标构造图像金字塔，计算滤波器在图像金字塔不同层上的响应，找到响应最大层并更新下一帧目标位置，同时加入了遮挡检测机制，减小目标遮挡对跟踪的影响。仿真结果表明，改进后的算法对尺度变化和部分遮挡的目标跟踪鲁棒性更优，可实现对目标的稳定跟踪，处理速度为33 fps。通过与KCF算法进行比较说明该算法的准确率提高了42%，成功率提高了118%。

摘要:现有基于迭代最近点法(ICP)的三维人耳识别方法计算量大，配准时间长，且容易陷入局部最优，同时用于配准的人耳含有冗余信息，对配准造成干扰。基于此提出一种基于局部和全局信息的快速三维人耳识别方法，根据内部形状特征提取关键点并实现人耳归一化；提取低维度局部描述子实现关键点匹配并得到候选列表，之后先通过快速点特征直方图进行粗配准，最后用带法向量信息的改进ICP算法进行精配准得到识别结果。基于UNDJ2数据库进行身份识别实验，并与一些经典方法的结果进行对比分析。实验表明关键点特征提取仅需 0026 s，关键点匹配仅需 0015 s，耗时很短。身份识别实验获得了9855% 的Rankone识别率，证明该方法与其他现有算法相比，识别速度更快，识别率更高。

摘要:针对胸膜接触型肺结节由于亮度不均匀、边界模糊、与胸膜接触部分对比度极低等特点造成的分割准确率低的问题，提出一种改进的活动轮廓模型的分割算法。首先，构建结合小波能量和局部二值模式(LBP)的特征向量，利用小波的多尺度特性和LBP特征表征肺结节与背景组织的差异性；然后，提出结合小波能量和LBP特征的模糊K近邻算法，计算鲁棒速度函数中的隶属度；最后，将鲁棒速度函数引入到活动轮廓模型中，当轮廓曲线位于肺结节边界时，该鲁棒速度函数趋近0，轮廓曲线停止演变，从而完成胸膜接触型肺结节的分割。实验结果表明，所提出的模型得到的真阳性率为090、假阳性率为006和相似度为085，非常接近于临床专家手动分割的理想结果。

摘要:锂离子电池荷电状态（SOC）估计的准确性依赖于精确的电池模型，为此提出一种基于改进的Shepherd模型并耦合温度和循环次数因素的锂离子电池组合模型（SCM）。将Shepherd模型受温度和循环次数影响的满电开路电压、极化常数、可用容量、内阻等参数进行热建模和循环损失建模，同时将模型参数辨识方法简化为仅需两组不同环境温度下放电实验数据的非线性最小二乘法。通过对不同循环次数的锂离子电池在不同温度环境下模拟电动汽车实际工况，进行放电实验，并结合扩展卡尔曼滤波算法实现对SCM模型和ECM模型的SOC动态估计。仿真和实验结果表明所提模型相对误差小于15%，SOC估计误差小于3%，从而验证了所提出模型的优越性。

摘要:针对机器人标定高度依赖于构型的问题，考虑到机器人末端不同位置矢量间的距离、夹角以及在空间上形成的三角形面积对矢量近似度的关联，引入机器人位姿及位姿误差矢量近似度的概念及度量方法，制定基于近似度的判别规则及使用条件，对目标位姿邻域内的数据库样本进行筛选。在此基础上，提出一种基于近似度加权平均插值的机器人精度补偿方法，利用工作空间中筛选出的采样点位姿及误差数据，对目标点的位姿误差进行插值预测。实例结果表明，该方法能有效提高机器人位姿误差补偿的空间适应性，满足高端领域要求。

摘要:提出一种改进的精英克隆选择算法（ECSA）来实现B样条曲线逼近的自动节点配置。为了提高算法搜索效率和求解质量，设计了自适应混沌变异算子，同时提出了基于抗体浓度和抗原亲和力矢量矩的抗体重选择策略，再以贝叶斯信息准则（BIC）为亲和力度量来权衡拟合优良性和计算复杂度，改进的算法在深度搜索和广度寻优之间取得了平衡，可以自动且精确地计算内节点数量和位置，从而完成数据点的B样条曲线逼近工作。仿真和实验结果表明，提出的方法不仅可以高效精确地实现对存在连续、不连续、尖点等特征含噪复杂数据的自动B样条曲线逼近，而且相比于现有研究，具有更好的全局收敛性和收敛速度。

摘要:为保障潜水器水下安全作业，设计了一种基于虚拟移动长基线（VMLBL）的声学定位算法，并对影响定位误差的因素进行了分析。该算法无需事先布放海底基阵，仅利用存储的距离信息实现潜水器定位。首先基于卡尔曼滤波算法的新息特性对测距信息进行野值剔除及信息修正，克服异常值对定位结果的影响；然后融合潜水器移动矢径和测距信息构建虚拟移动长基线定位系统，用最小二乘法对其进行解算；最后级联卡尔曼滤波进行信号处理并给出最终定位结果。仿真和试验结果表明，算法定位误差在10%以内的数据有效率可以达到951%，定位结果能较好拟合超短基线定位系统，可以为载人潜水器提供有效的辅助定位。

摘要:温室效应导致全球持续升温，巨大碳排放量导致地球已不堪重负，如何降低碳排放成为目前亟待解决的问题。当风电出力与火电机组最小出力之和大于负荷量，只能通过储能、储热装置或弃风来达到功率平衡，此时可定义为低负荷运行状态。在低负荷时段，负荷消纳风电难、储能成本运行高。首先，考虑火电机组深调对发电成本和碳排放量的影响，建立了火电机组分阶段出力模型，将碳交易机制引入系统的调度模型中，构建阶梯型碳交易成本的计算模型；其次，以碳排放量和发电成本最小为优化目标，综合考虑系统的各种约束条件，建立了基于多目标的含低负荷场景低碳多源协调调度模型；然后，采用改进萤火虫算法，得到最优调度方案；最后，以带10个风电场的系统为算例，采用3种不同对比实验证明，所提方法可有效降低碳排放量，提高了系统运行经济性。所提方法分析了风电并网渗透率对系统运行方式的影响，表明含低负荷场景低碳多源协调调度与风电并网渗透率密切相关。

摘要:为了满足移动机器人交互控制多样性需求,提升移动机器人的语音控制性能，设计基于语音的移动机器人控制系统。通过对控制信号传递过程和机器人使用环境中语音信号噪音源分析，制定出移动机器人语音控制系统组成方案，给出前端语音识别部分实现的主要流程，重点对语音增强的解混响算法进行设计。充分利用语音潜在的谱特征，将非负矩阵分解和深度神经网络结合提出一种解混响算法，先通过矩阵分解得到语音信号特征，再生成特征矢量来训练激活函数，降低深度神经网络模型的训练复杂度，经过对比分析表明该算法对解决语音混响问题具有优势。编写控制软件并嵌入语音识别算法，搭建工业移动机器人语音控制平台来验证语音控制系统有效性，在混响环境下不同人对机器人多个动作进行语音控制实验，结果表明该系统能够实现移动机器人语音控制，所提出的语音识别方法可使机器人在03、06和09 s的混响条件下动作正确平均执行率分别能达到96%、95%和93%以上。

摘要:旋转机械设备故障检测及识别一直是研究的热点。针对目前故障特征提取和诊断方法的不足，提出一种基于改进的完备集合经验模态分解(ICEEMD)与自适应鲸鱼优化算法(AWOA)优化极限学习机(ELM)的机械故障诊断方法。ICEEMD能够避免在分解过程中产生伪模态，其模式中残留噪声小，使提取故障信息更加准确。利用ICEEMD将采集到的信号分解成多个本征模态函数(IMF)，对滚动轴承不同故障状态IMF的斯皮尔曼等级相关系数(SRCC)的计算结果进行分析，得出筛选IMF的标准为其SRCC大于002；将筛选后的IMF的混合熵（HE）作为特征向量。WOA相比其他仿生算法所需要调整的相关参数少、收敛速度快、稳定性好。AWOA利用自适应权重优化WOA的局部搜索方式，进一步提高了收敛精度。利用AWOA对ELM的权值和阈值进行优化，可以提高故障诊断的准确率。通过对比实验证明，AWOAELM的学习能力强、故障诊断的准确率更高。AWOAELM应用在滚动轴承不同尺寸滚珠和外圈故障诊断中，对滚珠故障诊断的准确率达到995%，对外圈故障诊断的准确率达到100%。

摘要:基于数据驱动的故障检测已成为工业过程故障检测的重要手段，但其在实际应用时受限于过程历史数据的规模，往往难以取得令人满意的检测精度。针对这一问题，提出了一种样本空间重构策略，该策略基于随机采样构造同类、异类样本对，在扩充数据规模的同时，将复杂的分类建模问题转化为样本间的相似度对比问题，降低了任务的复杂度。在此基础上，引入并改进孪生卷积神经网络(Siamese CNN)结构，提出了一种基于多尺度孪生卷积神经网络(Multiscale Siamese CNN)的化工过程故障检测方法。田纳西伊斯曼(TE)过程数据测试结果表明，所提算法的平均故障检测准确率达到8966%，相对于常规数据驱动的故障检测算法提高8%以上。

摘要:针对成像载荷对惯性稳定平台高稳定精度控制的要求，提出一种基于改进型细菌觅食优化算法的单神经元/PID自适应复合控制方法。首先将单神经元与PID控制结合组成单神经元/PID自适应复合控制器，实现惯性稳定平台自适应控制，提高系统控制精度；其次，针对传统试凑法难以获得控制器最优控制参数的不足，采用改进型细菌觅食优化算法对复合控制器进行参数寻优，实现控制参数最优化；最后，对提出方法进行仿真分析和实验验证。实验结果表明：采用参数优化的单神经元/PID自适应复合控制后，稳定平台稳定精度和扰动抑制能力都得到明显提高，静基座和动基座条件下角位置误差分别为0003 8°和0290 4°，与传统PID控制相比分别提高191%和399%。

摘要:针对压电驱动器的高精度控制问题，提出一种自抗扰重复控制设计方法。首先，给出压电驱动系统的动力学模型；然后，在线性自抗扰控制(LADRC)中引入输出反馈积分控制器和一类插入式重复控制器，提出一种具有阶跃、斜坡和周期信号跟踪/抑制能力的自抗扰重复控制策略。进一步，结合小增益定理，分析闭环系统的稳定性及控制系统的设计方法。最后，将所提方法应用于一类压电驱动系统，实验结果表明该方法与LADRC相比，能显著提升控制效果，且高精度跟踪/抑制多种外部信号。

摘要:针对二维静态环境下智能机器人避障及路径规划问题,提出了基于BP神经网络的机器人实时避障算法。首先,用多个扇区表示机器人周围的环境,利用激光雷达探测每个扇区内障碍物的距离信息，以每个扇区内障碍物的距离信息为输入,利用BP神经网络计算该扇区被选择为避障方向的得分;然后,利用各扇区中点坐标与当前时刻距障碍物最近扇区中点坐标之间的欧氏距离,计算机器人在当前位姿条件下各扇区被选中作为避障方向的条件概率;最后,将使得得分与条件概率之积最大的扇区作为机器人的避障方向。实验结果表明:所提算法的收敛时间比栅格方法降低了50%以上,机器人的避障轨迹与人工势场方法相比更短,能较好地应用于复杂多障碍物场景。

摘要:针对器件退化趋势预测，现有方法难以有效进行模型在线更新且趋势预测易受噪声和奇异值影响产生畸变的问题，构建了一种在线受限相关熵极限学习机，并在该模型基础上，提出了预测模型动态更新方法，完成了高可靠器件退化趋势建模及参数线动态更新。通过建立训练数据误差编码本，利用M估计动态检测训练数据中的奇异值并进行相应的模型修正，进一步提高模型的鲁棒性。仿真实验及光电耦合器CTR实验均表明该方法相比于典型的预测方法，能够在避免实时噪声和奇异值干扰的情况下对预测模型作出有效的更新且能快速给出单步及多步的预测结果，有效地提升了实时预测的准确性。

摘要:针对焊缝应力集中及隐性损伤等级的磁记忆定量识别难题，提出一种基于免疫优化的动态模糊聚类模型。以Q235钢预制未焊透焊缝试件为试验材料，进行疲劳拉伸试验，参比X射线同步检测结果与定量标准，提取不同等级的磁记忆信号特征参数向量，考虑试验数据在焊缝缺陷各等级临界状态识别上的模糊、不确定性，引入动态模糊聚类算法，通过输出阈值λ获得初始模糊聚类划分，进一步考虑动态模糊聚类算法易陷入局部最优值等问题，采用具有全局搜索和并行能力的免疫算法进行优化，获得最优阈值λ，最终建立免疫优化的动态模糊聚类模型。验证结果表明，该模型预测损伤等级准确率达90%，为实际工程焊缝缺陷等级评定与设备安全定量评价提供新思路。

摘要:燃煤锅炉烟气中不完全燃烧产物CO是燃烧效率监测的重要依据，其存在浓度高、波动剧烈、分布不均匀等特点，采用TDLAS技术中波长调制光谱结合稀释法对烟气中CO浓度进行了混合取样式在线监测。首先基于谐波理论推导出4次谐波与1次谐波免标法测量公式，其次对CO激光器频率调制和光强调制的相位差及电流调谐系数进行了标定，并采用标准气体结合直接吸收法对赫里奥特池光程进行了测量，然后在此基础上对浓度与谐波比值曲线进行了数值计算和实验验证。最后将该装置应用于燃煤电厂，将省煤器出口烟道分为6个区域，各区域安装一个稀释取样探头，在稀释取样过程由于降低了烟气露点无需做除水处理，6路经过稀释后的烟气混合后进入赫里奥特池后实现免标定高精度测量。该监测装置实现了连续稳定运行，运行中使用Testo350便携式分析仪与现场测量数据进行了对比，二者测量结果一致，误差小于1×10-6。

摘要:针对基于互相关分析的输气管道泄漏声波定位方法因声速和延时估计误差导致定位误差大的问题,提出一种基于延迟求和的泄漏位置声波定位方法。在泄漏位置上下游各增设一个声波传感器,使用延迟求和法对增设传感器信号进行延时估计并计算上下游方向声速;以泄漏位置表征各传感器间的延时,再利用延时表达式构造加权向量对线性阵列输出加权,搜索输出峰值点即可完成定位。在实验室进行了定位实验,结果表明:对泄漏信号的37 kHz分量使用延迟求和法进行延时估计能够获得更加稳定的输出,定位平均误差率由互相关分析法的909%降低至204%,声速计算环节的加入以及基于延迟求和的线性阵列定位方法能够有效提高声波法定位精度。

摘要:防滑阀为高速机车防滑制动的关键执行部位，当前缺少对其动特性的全面研究，存在仿真结果和检测结果无法统一的问题。首先，基于MATLAB/Simulink软件设计了防滑阀的物理仿真模型，获得了不同工作压力下防滑阀动特性的仿真曲线。其次，基于数据采集技术及气动控制技术研制了检测系统，实现对其动特性检测；通过获得高度拟合的仿真曲线和实验曲线，交互验证了仿真模型的正确性和检测系统的可靠性。最后，为全面分析相关参数对防滑阀动特性的影响，基于显著性分析理论和回归分析理论，在完成试验因子和动特性显著性分析的基础上，采用响应曲面法应用拟合总效果判定系数R2=0999 9、0996 7，修正判定系数R2adj=0998 5、0995 2和预测判定系数R2pre=0997 7、0992 7的量化指标评估了试验设计的合理性，为防滑阀的结构优化设计提供了合理、可行的方法。