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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2019年, 第59卷, 第2期 上一期    下一期
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    机械工程
    基于极点配置的逆变焊接电源最小拍控制及其稳定鲁棒性  收藏
    朱志明, 符平坡, 夏铸亮, 程世佳
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 85-90.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.054
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3832KB)
    最小拍控制律应用于基于全桥功率变换电路的逆变焊接电源恒流输出控制,具有良好的动态性能,然而最小拍控制对焊接回路的电感值变化较为敏感,系统的稳定鲁棒性较差。电源输出电缆会给焊接回路带来额外寄生电感,并将有可能导致最小拍控制失稳。采用极点配置法对最小拍控制律进行改进,能够有效提升控制系统对电感值变化的适应能力。实验结果和研究表明:系统的鲁棒性随着配置极点的个数和极点与原点间距离的增加而增强,但动态性能会受到一定影响。通过调整配置极点的个数和位置,能够实现控制系统稳定鲁棒性和快速性的折中和平衡,满足实际焊接电源输出特性控制的要求。
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    基于Wiener过程的数控转台极小子样可靠性分析  收藏
    张云, 姜楠, 王立平
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 91-95.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.001
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (999KB)
    针对数控转台性能退化过程较为缓慢且存在波动的特点,采用Wiener过程进行数学建模,利用极大似然法结合试验数据分析模型中各未知参数的特点。根据分析结果将模型中的漂移系数和扩散系数设为恒定值,假设性能退化初值服从正态分布,得出数控转台的相关可靠性函数,并与基于伪寿命分布法得出的结果进行比较。结果表明:基于Wiener过程得出的结果较基于伪寿命分布法得出的结果更加符合实际情况。
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    基于Gauss调制脉冲模型的超声信号提取算法  收藏
    周海鹏, 韩赞东, 都东, 陈以方
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 96-102.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.003
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (5089KB)
    奥氏体材料的厚壁焊缝是焊缝超声检测的难点,由于焊缝组织晶粒粗大,超声散射与衰减严重,检测信号中含有大量噪声信号,因此需要通过信号处理提高其信噪比。该文提出了一种基于Gauss调制脉冲(GMP)模型的超声检测信号提取算法,使用参考信号对原始信号进行互相关滤波,并基于GMP模型对滤波结果进行信号分解,由信号特征直接估计各信号分量的控制参数。先后设计了仿真实验及超声检测实验以验证算法性能,结果表明:该算法可以有效提取超声检测信号中的缺陷信息,为厚壁焊缝缺陷信号分析、焊缝检测算法优化等相关应用奠定基础。
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    基于图像处理的喷涂雾锥角影响因素分析  收藏
    张思敏, 王国磊, 于乾坤, 华宵桐, 宋立滨, 陈恳
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 103-110.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.047
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (2937KB)
    研究喷涂工艺参数与雾锥角的关系可为建立准确喷枪模型提供重要依据,但传统的直接测量喷幅尺寸的实验方法很难获取足够的实验数据。为了解决这个问题,该文提出并实现了一种雾锥角测定方法,通过截取雾锥图像的特定边界计算雾锥角。基于该方法,对控型空气压力、雾化空气压力和涂料流量与雾锥角的关系进行了系统的实验研究,通过分析发现如下规律:扇形空气压力与长轴雾锥角正相关,与扇形空气压力负相关;雾化空气压力与长短轴雾锥角、喷涂流量均正相关,且与扇形空气压力之间存在耦合关系;喷涂流量对雾锥角影响相对较小。
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    物理与物理工程
    低气压环境对固体燃烧特性影响的实验研究  收藏
    冯瑞, 田润和, 陈科位, 叶君健, 张辉
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 111-121.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.054
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3472KB)
    飞机货舱火灾已成为巡航飞机的主要安全威胁之一,它的发生会造成巨大的财产和人员伤亡。该文以航空货运中常见的瓦楞纸箱为对象,在低压舱中开展了不同数量纸箱火(纸箱火可代表A类固体火)实验,测量了燃烧过程中的质量燃烧速率、火焰轴向辐射热通量和火焰温度等特征参量。首先,采用修正的B-number理论,从传热传质角度推导低气压对固体燃烧速率行为的影响规律;其次,分析了不同纸箱放置情况下,火焰辐射热通量和中心线温度分布的变化规律。结果表明:湍流固体火灾燃烧速率的压力表达式为"∝ ChP2/3+CrP3/2,进而通过实验验证了该表达式,同时给出经验关系式P1.3;发现辐射热通量整体上呈先升高后下降趋势,R2的辐射热通量相比其他位置更大;火焰温度最大值为800℃,位于火焰的连续区。该文从理论和实验两方面揭示了不同低压环境下固体燃料的火灾行为特征,为航空火险救援提供依据。
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    面向社区风险防范的大数据平台理论架构设计  收藏
    贾楠, 郭旦怀, 陈永强, 刘奕
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 122-128.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.052
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1098KB)
    社区是公共安全治理的基本单元,社区安全研究意义重大。该文面向社区风险防范的重大需求,首先,从人、物及管理3个角度厘清社区风险的来源,剖析社区风险的特性及原因;然后,阐述社区风险防范的内涵,提出监测监控、预测预警和智能防范是社区风险防范的关键技术,在综合分析当前风险防范研究现状及发展趋势的基础上,指出大数据平台是社区风险防范的基础支撑;最后,分别从功能、结构及构建流程3个层面展开面向社区风险防范大数据平台的理论架构设计。为社区风险防范及大数据平台的基础理论研究大数据平台搭建及风险防范提供理论和技术支撑。
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    液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性  收藏
    姚一娜, 李聪, 陶振翔, 杨锐
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 129-134.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.048
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1449KB)
    为了探究液滴碰撞在固体表面的动力学特性,该文进行了不同初速度的液滴以不同角度撞击光滑不锈钢表面的实验,通过实验研究了液滴的碰撞角度和Weber数对碰撞过程中液滴的动力学特性,如液滴前后沿点位移、最大铺展直径、滑移距离等的影响。结果表明:液滴的最大无量纲铺展直径随Weber数的增大而增大,随斜面倾斜角度的增大而减小;但是,液滴最终静止在表面时与表面的接触直径几乎不受Weber数和碰撞角度的影响,而是取决于液滴在表面上的前进接触角和后退接触角;另外,液滴的前后沿点位移和滑移距离随碰撞角度和Weber数的增大都呈现上升趋势。
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    计算机科学与技术
    基于Mask R-CNN的物体识别和定位  收藏
    彭秋辰, 宋亦旭
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 135-141.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.003
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (5930KB)
    为了让机器人能识别物体类别、探测物体形状、判断物体距离,提出一种基于Mask R-CNN模型的双目视觉的物体识别和定位方法。该方法利用Mask R-CNN处理双目图像,对每张图像进行物体识别和形状分割,然后利用神经网络特征对双目图像中的相同目标进行匹配。以物体形状为依据,使用最近点搜索算法估计视差并计算距离。实验结果表明,该方法能够以准实时的速度进行物体的识别和定位,与传统的依赖计算全局视差图的方法相比,在速度和精度上都有提高。
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    面向软件定义的铁路无线通信网络  收藏
    王开锋, 张琦, 刘畅, 杜亚珍, 陈宁宁, 高莺
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 142-147.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.059
    摘要 ( 3 )   HTML    PDF (4562KB)
    针对铁路无线数据通信带宽不足、可靠性不高等问题,提出一种基于软件定义的铁路无线通信网络(RailSDN),将控制平面和数据平面分离,实现跨运营商异构网络协同工作,采用虚拟化技术实现用户的逻辑隔离,为用户提供透明的数据传输服务。基于Markov决策过程建立网络资源调度模型,该模型考虑基础设施网络状态及用户需求等因素,以用户需求的满足程度为优化目标,搜索最优的链路分配决策,将用户需求与网络资源动态适配。测试结果表明:所提出的铁路无线通信网络具有很强的可扩展性,实现了用户需求的弹性定制,提高了网络资源的利用效率。
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    软件定义网络中低成本流量数据采集算法  收藏
    赵俊, 包丛笑, 李星
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 148-153.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.049
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1247KB)
    因为网络测量在软件定义网络中扮演着非常重要的角色,所以越来越多的测量算法相继被提出。根据测量方式,这些算法被分成两类:周期测量和自适应测量算法。无论何种算法,如果为每一个流量都发送数据采集请求会产生很大的通信开销,进而增加交换机的负载。为了降低采集流量数据的通信开销,该文首先提出一种基于非线性整数动态规划算法OpenCost,来决定每个流量的数据通过哪个交换机来采集。其次,为了降低算法的运行时间,提出一种贪心算法来近似求解上述最优化问题。最后,为了评估算法性能,搭建了仿真环境并进行了详细的仿真测试。测试结果表明:与其他流量数据请求算法相比,优化算法OpenCost可以降低系统采集流量数据通信开销的55%。
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    基于改进祖冲之算法的安全跳频通信系统  收藏
    王潮, 霍振坤, 刘鹏程, 刘瑞, 张焕国
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 154-161.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.053
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (2283KB)
    跳频通信具有良好的抗干扰和抗拦截特性,因此被广泛地应用于很多通信系统中。密码算法的引入可以增强跳频序列的安全性。该文在祖冲之算法3层结构的基础上,对其进行适当的改进,在第1层引入置换多项式方法来增加序列的线性复杂度,并且将第3层替换为演化DES密码算法来增加安全性,进而提出了基于改进ZUC算法的跳频通信系统实现方案。对本方案所产生的跳频序列进行了多种安全性以及随机性测试,实验结果表明:汉明相关性、随机性和动态局部线性复杂度表现良好,并且通过了NIST随机性测试,而后通过Simulink仿真验证了其可行性。
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    汽车工程
    电动轮汽车转矩矢量控制系统试验平台  收藏
    陈浩, 袁良信, 孙涛, 郑四发, 连小珉
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (2): 162-168.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.056
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (4805KB)
    电动轮采用安装在车轮内部的轮毂电机直接驱动汽车行驶,实现了驱动转矩与电制动转矩独立可控。针对目前电动轮汽车的系统耦合程度高、轮毂电机匹配复杂等问题,提出了一种转矩矢量控制系统(TVCS),其结构与整车其他系统相互独立,构成电动轮汽车的动力总成。设计了转矩矢量控制系统的网络拓扑结构及矢量控制器的软硬件架构。通过对原型车底盘系统的设计与校核,获得了搭载转矩矢量控制系统的电动轮汽车试验平台。实车单移线试验结果表明:转矩矢量控制系统能有效保证整车通信负载率,便于轮毂电机集成;试验车实现了基本功能,为转矩矢量控制算法的研发与优化提供了测试平台。
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