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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6期 上一期    下一期
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    航空航天与工程力学
    基于改进磁链估算器的航空飞轮电机起动性能  收藏
    吕凯雄, 周明, 谢之峰, 卜建国
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 417-424.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.052
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1404KB)
    航空飞轮电机(aero flywheel motor)是将航空活塞发动机(piston aero-engine)的起动机、飞轮和发电机集成为一体的新型电机。鉴于航空发动机的特殊要求,具有响应速度快、控制结构简单、鲁棒性好等优点的直接转矩控制(direct torque control,DTC)适合作为航空飞轮电机的起动算法。直接转矩控制的一个核心环节是磁链估算器,它主要受磁链初值、直流偏移、电阻变化、逆变器非线性等的影响。为了解决这一问题,该文设计了一种改进的低通滤波式磁链估算器,通过对航空飞轮电机的转子进行定位来确定磁链初值,并把逆变器非线性的影响转换为对电阻实时补偿的问题,并基于改进的磁链估算器进行了航空飞轮电机起动仿真。结果表明:改进的磁链估算器改善了航空飞轮电机起动瞬间的收敛性,并降低了电磁转矩和直轴电流波动。
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    高温数字图像相关方法中的制斑和图像处理技术  收藏
    段淇元, 宫文然, 郭保桥, 吴立夫, 于兴哲, 谢惠民
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 425-431.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.006
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (4995KB)
    结合数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法高温应用的需求,该文重点对散斑制备技术和高温散斑图像处理技术进行了研究。首先,以高温结构材料为对象,研发了一种基于参数化模板的高温散斑制作工艺。该工艺基于参数化模板,可调整模板中散斑颗粒大小、分布密度和分布随机度等多个参数,成功地在C-SiC复合材料基底上制备出可耐1 200℃高温散斑载体。其次,分析了热气流、热辐射对DIC测量结果的影响,结合图像灰度平均方法、循环高温炉外热气流和光学滤波法等3种手段进行高温散斑图像的修正,并通过热膨胀系数测量实验验证了修正方法的可行性。
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    不同压力条件下典型机舱材料燃烧特征的实验研究  收藏
    刘全义, 孙中正, 吕志豪, 贾旭宏, 智茂永, 张辉
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 432-437.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.008
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2691KB)
    为了尽早检测和预防机舱火灾,选取飞机座椅面料及舱壁材料作为实验试样,在四川广汉(96 kPa)和康定机场(61 kPa)进行燃烧对比实验。测量试样的质量损失比、烟密度、烟气成分及火焰形态,以探讨低压对典型机舱内饰材料燃烧特性的影响。实验结果表明:低压下试样的质量损失比小于常压;低压下烟密度值快速升高并维持在较高值变化;低压下的烟密度峰值约为常压下烟密度峰值的2倍;尽管CO和CO2峰值出现时间基本一致,但在两种压力条件下CO和CO2浓度变化差异非常明显。
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    机械工程
    基于改进Zernike矩的亚像素钻铆圆孔检测方法  收藏
    陈璐, 关立文
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 438-444.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.010
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2722KB)
    在机器人自动钻铆系统中,高精度的圆孔视觉测量技术对制孔的定位精度和质量检测具有重要作用。为了提高钻铆基准孔和连接孔几何参数的视觉检测精度,该文首先基于Canny算子获取像素级边缘点集,实现圆孔中心坐标的粗定位;其次提取待测圆孔所在的感兴趣区域,利用4个Zernike正交矩准确推导了三灰度过渡模型的边缘参数;然后通过判断边缘参数和阈值的关系,计算圆孔边缘点的亚像素坐标;最后根据最小二乘原理实现圆孔中心坐标和半径的高精度检测。仿真结果表明,该算法的圆心坐标相对误差在0.01像素范围内,半径的相对误差精度为0.1像素。稳定性和抗噪性实验表明,该算法适应于不同尺寸的圆孔,并且对噪声的敏感程度较低。因此,该算法有效提高了钻铆圆孔参数的检测精度,在机器人钻铆视觉测量系统中具有重要意义。
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    基于组合激光结构光的视觉传感器检测算法及图像处理流程优化  收藏
    孙博文, 朱志明, 郭吉昌, 张天一
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 445-452.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.004
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2285KB)
    基于激光结构光的视觉传感器广泛应用于焊接领域的坡口检测和焊缝跟踪。该文提出了一种基于组合激光结构光的新型视觉传感器,独特的光路结构设计避免了传感器应用于不同焊接位姿时繁琐的外参数标定,仅依靠传感器内部固有参数(应用前需校准)和焊接坡口图像的特征点坐标值,即可实现焊接坡口参数的在线检测,有效增强了传感器的适应性。通过对不同图像处理算法的改进和合理组合,对图像处理流程进行了优化。动态感兴趣区(region of interest,ROI)区域提取算法可快速寻获有价值的激光线和特征点所在区域,有效提升了后续图像处理速度;顶帽变换与自适应二值化组合,在将激光线灰度值均匀化的同时,实现了激光线与背景图像的有效区分。运用基于LOG(Laplacian of Gaussian)算子的边缘识别算法,可提取出激光线的单像素边缘;采用最小二乘法对所求得的激光中心线离散点进行直线拟合,通过联立直线方程求交点的方式,实现了对焊接坡口特征点图像坐标值的准确识别。借助Visual Studio平台,运用改进的图像处理算法、优化的图像处理流程和检测算法,对特征参数不同的V形焊接坡口进行检测试验,检测误差均在±4%以内,验证了所提出视觉传感器及其检测算法和图像处理流程的合理性和适用性。
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    不同上楼速度下的垂直地面反力  收藏
    兰箭, 朴贤浚, 付成龙, 陈恳
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 453-460.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.005
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2302KB)
    上楼垂直地面反力决定着人体质心在垂直方向上的运动,与垂直方向上的平均行走速度、初速有密切的联系。该文建立了上楼行走垂直方向模型,提出了连续周期行走约束,给出了垂直地面反力表达式,研究了其最大值的影响因素,建立了垂直方向初速与垂直地面反力参数、水平方向平均速度之间的数学关系,并对不同上楼速度下的垂直地面反力最大值变化情况进行了预测。用光学运动捕捉系统和六维力台进行了不同速度下的上楼行走测试,测试结果表明:预测结论较准确,上楼低速行走时更加接近水平行走,为使垂直地面反力最大值变化较小,随着行走速度的增加,垂直方向初速增加。
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    计算机科学与技术
    融入自注意力机制的社交媒体命名实体识别  收藏
    李明扬, 孔芳
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 461-467.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.25.005
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (1001KB)
    相比规范新闻文本中命名实体识别(named entity recognition,NER),中文社交媒体中命名实体识别的性能偏低,这主要受限于文本的规范性和标注语料的规模。近年来中文社交媒体的命名实体识别研究主要针对标注语料规模小这一问题,倾向于使用外部知识或者借助联合训练来提升最终的识别性能,但对社交媒体文本不规范导致的对文本自身蕴含特征的挖掘不够这一问题的研究很少。该文着眼于文本自身,提出了一种结合双向长短时记忆和自注意力机制的命名实体识别方法。该方法通过在多个不同子空间捕获上下文相关信息来更好地理解和表示句子结构,充分挖掘文本自身蕴含的特征,并最终提升不规范文本的实体识别性能。在Weibo NER公开语料上进行了多组对比实验,实验结果验证了方法的有效性。结果表明:在不使用外部资源和联合训练的情况下,命名实体识别的F1值达到了58.76%。
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    基于深度神经网络的个体阅读眼动预测  收藏
    王晓明, 赵歆波
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 468-475.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.001
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1819KB)
    传统眼动模型基于心理学假设和经验数据构建,不能对未见文本数据进行预测,且不能解决阅读个体化差异问题。针对这一问题,该文提出了一种利用深度神经网络预测读者注视点的眼动模型。与传统基于心理学的眼动模型不同,该模型不是基于经验数据集,而是基于双向长短期记忆-条件随机场(bi-directional long short-term memory-conditional random field,bi-LSTM-CRF)神经网络。该模型使用阅读过程中读者的眼球运动数据作为训练数据,来预测该读者阅读其他文本时的注视点。计算机模拟结果表明:bi-LSTM-CRF模型能够使用较少的数据特征获得与现有机器学习模型相似的预测准确度,这使所提出的模型在实时人机交互应用领域具有吸引力。
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    基于声学状态似然值得分模型及监督状态模型的语音识别特征融合算法  收藏
    肖熙, 徐晨
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 476-481.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.011
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1555KB)
    语音识别GMM-HMM(Gaussian mixture model-hidden Markov model)在使用最大似然状态序列(most likely state sequence,MLSS)准则得到观测量的最佳状态序列时,只考虑了具有语音帧最大似然值的状态信息,而忽略了其他次优状态对当前帧的影响,造成信息的丢失,从而降低了系统识别率。为更好地利用声学状态的似然值信息,该文提出了声学状态似然值得分模型和监督状态模型,并基于以上模型得到了状态似然聚类特征(state likelihood cluster feature,SLCF)、监督状态特征(supervised state feature,SSF)。这2种特征反映了MFCC(Mel frequency cepstrum coefficient)声学特征关于HMM状态的一种信息。实验表明,将SLCF、SSF分别与MFCC融合,新的特征可提高语音识别效果。融合了SLCF、SSF后,与GMM-HMM只使用MFCC相比,孤立字识别系统的总错误率分别相对下降了6.10%、9.66%,连续语音识别系统的总错误率分别相对下降了2.53%、11.05%。
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    汽车工程
    混合动力汽车传动系扭振力学参数的试验获取方法  收藏
    钟必清, 侯之超, 赵韩, 刘瑞雪, 邓斌
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 482-489.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.002
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (6276KB)
    混合动力汽车传动系统的扭振不仅涉及整车安全性,同样影响乘客的舒适性。针对扭振研究仿真建模的需要,该文提出了一种动力学参数识别和发动机激励转矩修正的方法。首先介绍了系统中主要部件常用动力学模型及适用性,依据发动机单缸模型分析激振力矩的构成与特性,并给出修正的理论公式;其次分析了系统主要参数可能的获取方式和可信度,并针对混合动力系统的特点,提出了一种利用试验与仿真手段识别上述参数的方法和步骤;最后以某混联式客车动力传动系统为例,运用典型工况下台架试验,验证了上述参数识别方法以及所搭建仿真模型的可行性。
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    基于流场偏差分析的燃料电池空压机优化设计  收藏
    邵高鹏, 张扬军
    清华大学学报(自然科学版). 2019, 59 (6): 490-496.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.25.001
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3432KB)
    燃料电池汽车是新能源汽车发展的重要方向。离心空压机具有效率高、响应快等优点,是当前车用燃料电池空压机研发的重点。非设计工况性能差是离心空压机设计面临的主要难点。该文提出了流场偏差分析的方法,对比研究了离心空压机在非设计工况和设计工况下内部的三维流动,揭示了在非设计工况下主叶片吸力面上出现大尺度的流动分离导致非设计工况性能下降的重要因素。提出了以非设计工况和设计工况主叶片吸力面上的压力分布偏差作为离心空压机非设计工况性能优化的目标,利用正交试验法设计了不同的方案,对离心空压机的叶片后弯角、前掠角和扩压器长度进行了优化。实验结果表明:优化后的空压机在全工况上有2%的效率提升,在低流量工况下效率提升了5%,证明了流场偏差分析优化方法的有效性。
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