华南理工大学学报(自然科学版)杂志

华南理工大学学报(自然科学版)杂志2020年第12期

• 基于SN补偿的无线输电系统的分析及原边控制

  杨金明, 邓梓颖, 刘润鹏, 等

  基于 SN ( 串联-无补偿) 的无线输电系统具有接收侧结构简单、在强耦合和高品质因数的情况下效率较高的优点。为了解决因发射线圈和接收线圈之间的互感发生偏移及负载变化引起的输出电压不恒定的问题，文中提出了一种原边检测控制方式，通过测量发射线圈侧的输入电压、电流及二者之间的相角差来计算实际的互感和接收线圈侧的输出电压，并在此基础上实现闭环控制。文中首先分析了基于 SN 补偿拓扑的系统的原边检测原理以及系统的效率特性，然后采用 Simulink 仿真软件分别进行开环和闭环的仿真来验证理论分析的正确性，最后通过实验验证该控制方法的可行性。仿真与实验分析表明，文中提出的控制方式是正确、有效的。

• 基于磁热流多场耦合的双沟四回路电缆温度场分布与载流量计算

  刘刚, 许志锋, 王鹏宇, 等

  双沟敷设多回路电缆是一种特殊的集群电缆敷设方案，目前缺乏这种敷设方式下电缆载流量的影响因素研究。文中通过建立基于磁热流多场耦合的有限元仿真模型，分析了双沟敷设多回路电缆的散热特性和载流量影响因素，并提出了相应的改进敷设方案。结果表明: 相同负载下，靠近中间沟壁的两回路电缆导体温升更高，是载流量的瓶颈位置; 电缆沟宽度的减小使沟内电缆导体温度呈线性升高趋势，且靠近中间沟壁的电缆回路温升幅度更大; 回填沙土会加强双沟敷设电缆相互之间的热效应，使电缆载流量大幅降低，此时中间沟壁厚度对沟内电缆载流量影响较大。文中提出的改善敷设方案，对于回填沙土热阻系数较大时的双沟敷设电缆载流量具有显著的提升效果。

• 滑模无速度传感器感应电机的简化预测转矩控制

  尹华杰 郭志宇 曾君

  针对感应电机的转矩和磁链控制，提出了一种新型的简化模型预测控制方法。通过引入新的转矩计算方案及多步多目标的模型预测控制策略，将转矩和磁链幅值的成本函数分开，不仅相对于传统的模型预测控制方法减少了计算负担，而且避免了权重因子的影响; 同时通过引入滑模转速观测器，将预测模型中的实时转速替换为观测转速，实现了无速度传感器控制，避免了速度传感器带来的诸多不便。基于 Matlab / Simulink给出了采用所提观测器及控制方法时电机的转速、转矩、电流等的仿真结果，并与传统磁场定向控制及直接转矩控制做了对比，仿真与对比结果验证了该控制方法的有效性

• 太阳能复合制冷系统用于冷库的热力经济分析

  李泽宇 许永睿 陈宏铠

  随着社会发展与人民生活水平的提高，冷库需求显著增加，而制冷系统能耗已占冷库能耗的 70% 以上，故降低制冷系统能耗将有助于冷库的可持续发展。针对以往研究中用于冷库的太阳能制冷系统经济可行性较差的问题，文中提出将高效的太阳能吸收 － 过冷压缩式复合制冷系统用于冷库供冷，将低品位太阳能驱动的吸收子系统用于为压缩子系统提供过冷，提高了制冷系统的节能效果和经济性。文中基于广州地区全年气象数据与冷库冷负荷对该系统进行了准静态模拟，并结合模拟结果进行热力经济评价。结果显示，该复合制冷系统单位集热器面积年节电量为 63 kW·h，投资回收期仅为 6. 74 年。因此，将太阳能吸收 － 过冷压缩式复合制冷系统用于冷库具有良好的节能效果和经济性。

• 一种基于共面波导馈电的宽带多极化可重构天线

  靳贵平, 李龙, 孙毅, 等

  为了应对日益复杂的通信环境，提高通信系统容量和通信质量，文中提出了一款基于共面波导馈电的宽带多极化可重构天线。该天线采用共面微带线设计，在参考地上开缝并置入 4 个 PIN 二极管，通过控制 PIN 二极管开关的开/关状态，天线表面电流分布被重构，从而改变天线在辐射远场的辐射状态; 辅以优化的阻抗匹配和简单的寄生单元，进而实现宽带多极化可重构天线设计，包括线极化、左旋圆极化和右旋圆极化。实测结果显示，天线在 3 个极化模式下的重叠阻抗带宽 ( 天线回波损耗 S11 ＜ － 10 dB)达到 48. 5%，覆盖频率范围为 2. 42 ～ 3. 97 GHz; 圆极化模式下的重叠轴比带宽 ( 轴比 ＜3 dB) 为 48. 2% ，覆盖频率范围为 2. 33 ～ 3. 81 GHz。天线实测结果与仿真结果有着较好的一致性，具有宽带、多极化模式的优势，可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

• 一类含高阶非匹配扰动项的非仿射非线性系统的跟踪控制

  杨浩 裴海龙

  有限时间观测器 ( FTDO) 是一种非线性观测器，近年来被广泛用于含高阶扰动项非线性系统的控制器设计。但在以往的研究中，FTDO 仅能应用于具有仿射结构的非线性系统且只能保证系统输出跟踪期望固定点。文中针对一类含有高阶非匹配扰动项的非仿射纯反馈非线性系统的跟踪控制问题，提出了基于 FTDO 的非线性动态逆跟踪控制方法。文中通过近似动态逆方法构建快变子系统，在慢时间尺度下将含有 FTDO 观测输出的非仿射系统转换为具有仿射结构的线性系统，并追踪时变参考轨迹。该算法不依赖于原系统的时标分离特性，并避免了反步法中的 “复杂性爆炸”问题。在 Matlab /Simulink 环境下的仿真结果表明，文中所设计控制器在被控系统具有非仿射结构时也能准确估计高阶扰动项，且具有良好的跟踪性能。

• 基于多尺度注意力导向网络的单目图像深度估计

  刘杰平 温竣文 梁亚玲

  针对现有基于深度学习的单目图像深度估计算法存在的空间分辨率低和边缘模糊等问题，提出了一种基于多尺度注意力导向网络的单目图像深度估计算法。首先设计了一个端到端的编码器 － 解码器模型，编码器以多个尺度进行特征提取。为了保证更好的深度连续性，解码器结合残差学习以及通道注意力融合，对提取的多尺度特征逐步优化细节以及场景结构。考虑到多次下采样会导致深度图细节的丢失，设计了边界增强模块，通过引入空间注意力，提升不同物体的类间对比度以增强图像的边界细节。最后，优化模块融合来自解码器和边界增强模块的多尺度特征，生成深度图像。实验结果表明，与当前主流的算法相比，文中算法生成的深度图像质量得到了提高，表现出了更细致的物体轮廓信息，在客观指标和主观效果上均有良好的表现。

• 一种倒装芯片 /多层互连结构封装 IC 的修改方法

  林晓玲 章晓文 高汭

  倒装芯片封装是高性能器件的一种重要封装形式，其独特的封装形式为电路修改带来了新的挑战。文中结合芯片背面减薄技术、基于聚焦离子束 ( FIB) 的深宽广沟槽刻蚀技术、基于动态光栅衍射条纹的沟槽刻蚀终点监测技术、FIB 电路修改技术，提出了一种倒装芯片/多层互连结构封装集成电路的电路修改方法。该方法首先利用全局抛光减薄法将倒装芯片减薄到 70 μm 左右，再利用深宽广沟槽刻蚀技术及基于动态光栅衍射条纹的沟槽刻蚀终点监测技术进行深宽广的 Si 沟槽刻蚀，将芯片进一步减薄到约4 μm，之后利用聚焦离子束电路修改技术进行电路修改。对 6 层金属 CMOS 芯片中 M1金属开路的成功修改结果表明，文中所提出的倒装芯片/多层互连结构封装集成电路的电路修改方法，可以有效地实现倒装芯片/多层互连结构封装集成电路中开路或者短路的电路修改。

• 剧场观众厅火灾烟气运动特性的仿真分析

  张红虎, 邓茜芮, 刘斌, 等

  为完善对剧场观众厅火灾特性的认识，并为厅内机械排烟设计提供技术参考依据，以杭州东坡大剧院为研究对象，采用 CFD ( 计算流体动力学) 方法对剧场观众厅的典型火灾场景进行仿真，获得了烟气的发展过程、烟气浓度和温度分布对人员疏散的影响，以及不同排烟方式下排烟效果的仿真数据，并进行了分析。研究结果表明: 厅内烟气流动过程为 “向上抬升 － 顶棚射流 － 动力下沉”，烟气运动会受到排烟方式的影响; 与顶棚中心排烟相比，侧向排烟具有更好的排烟效果，其对不同火源位置的包容性较高; 对于二层楼座下方火源位置，常规排烟方式所达效果弱于其他火源位置; 排烟速度与排烟量不变时，存在单个排烟口面积与排烟口数量的最佳组合，使排烟效率达到最高值。

• 预制安装桥面板 UHPC 接缝的受力性能试验研究

  石雪飞 高毅 曹胜会

  近年来，简化预制梁接缝构造、便于工业化建造是预制拼装桥梁技术研究的热点。采用超高性能混凝土 ( UHPC) 可以大大简化接缝构造，为快速施工提供新的解决方案。文中针对桥面板接缝开展试验研究，设计了模拟桥面板常用钢筋在 UHPC 接缝中受力的拉拔试验及以实际工程项目为背景的板接缝构件受弯试验，并结合有限元数值模拟和理论受力分析，研究钢筋锚固长度、保护层厚度、钢筋横向间距、受力主筋直径( d) 以及交界面形式等因素对 UHPC 接缝受力性能的影响和作用机理。最后给出了桥面板 UHPC 接缝设计的参数建议取值，即交界面建议使用粗糙钻石型界面，保护层厚度不宜小于 2 d，锚固长度不宜小于 8 d。

• 地聚物混凝土长期时变变形研究进展

  杨世玉, 赵人达, 曾宪帅, 等

  地聚物早期强度高、耐高温性能好以及对环境污染少，是国内外研究非常活跃的一种新型无机胶凝材料，掌握地聚物的收缩和徐变特性对确定其能否替代硅酸盐水泥的地位十分重要。文中回顾了近几年来地聚物在收缩和徐变两方面的研究成果，重点梳理了粉煤灰地聚物 ( AAFA) 和矿渣地聚物 ( AAS) 的收缩和徐变特性、机理及改善措施。结果表明: AAFA 在室温下的干缩率较大，高温固化的 AAFA 可以获得比普通硅酸盐水泥基材料 ( OPC) 更小的干缩率; AAS 的干缩率比 OPC 的大得多; 地聚物的收缩机理与普通硅酸盐水泥的不完全相同; 适当提高固化温度、降低钠含量和掺入纤维等可以在一定程度上减轻地聚物的收缩; 粉煤灰和适量的矿渣制备的地聚物混凝土既可满足强度的要求又可以获得比 OPC 混凝土更小的干缩率，是一种前景广阔的建筑材料;AAFA 混凝土的徐变较 OPC 混凝土小，但 AAS 混凝土的徐变较 OPC 混凝土大，在AAFA 中加入少量矿渣对其徐变的影响也不大; 利用纳米压痕技术可以快速、可靠地评价地聚物的徐变。文中还对今后需进一步研究的相关问题提出了建议。

• 基于样本分布加权跨域极限学习机的电子鼻漂移补偿

  闫嘉, 陈飞越, 易若男, 等

  针对电子鼻应用中传感器漂移现象导致的电子鼻分类准确率降低问题，文中提出一种基于样本分布加权的跨域极限学习机模型。该模型考虑到单个样本对全局分布差异度量的贡献度不同，以基于样本分布加权的最大均值差异作为衡量领域间样本分布差异的度量，将源域和目标域数据投影到高维的极限学习机特征空间中，然后寻找一个合适的投影方向，将特征空间中的数据映射到一个公共子空间中，使得子空间中源域数据和目标域数据具有相似的分布。使用 Matlab 对该算法进行仿真，并对比不同的隐含层节点数对该算法识别率的影响，以验证该算法的可行性。结果表明，文中提出的算法模型可以明显减小两个域间数据的分布差异，满足传统的分类学习算法对训练和测试数据的分布要求，从而提高电子鼻的分类准确率。

• 基于 W- Net 的高分辨率遥感卫星图像分割

  范自柱, 王松, 张泓, 等

  遥感卫星图像因其实时性和客观性可以提供准确的地物位置信息，而在农业生产和环境保护等领域得到广泛的运用。针对海量的遥感卫星图像难以识别的问题，文中使用基于卷积神经网络的图像分割方法提取遥感图像中典型土地光谱信息和空间信息来识别遥感卫星图像。首先，通过裁剪遥感图像数据集和标注数据生成实验数据，对数据中的类别进行统计，使用过采样处理数据不平衡的问题; 然后，在 U-Net 网络中添加自上而下的特征金字塔结构，并且结合全局上下文模块，提出名为 W-Net 的网络结构进行训练; 最后，使用影像重叠策略对大尺寸的遥感卫星图像进行识别。与 3 种流行的语义分割网 络、2 种遥感卫星图像分割专用的网络进行对比，文 中 提 出 的 W-Net 在“2017CCF 卫星影像的 AI 分类与识别竞赛”卫星图像识别模块中取得了 74. 7% 的平均重叠度、95. 1% 的分类精度，在 Massachusetts 建筑物分割模块中取得了 69. 6% 的查准率和 79. 9% 的查全率，其分割准确率和平均重叠度在 6 种网络中均为最高。实验表明，使用特征金字塔结构和全局上下文模块能够提升语义分割网络的分割准确率，该方法用于遥感卫星图像分割是可行的。

• 基于多视图融合的微博垃圾用户检测方法

  杨晓晖 梁笑

  为了更有效地检测微博垃圾用户，提出了一种新的基于多视图融合的方法。首先，设计综合多视图信息的用户表征策略，分别构建用户行为、社交关系、微博内容3 个视图对用户进行表征。针对现有方法未充分考虑用户粉丝及用户在社交网络中所处环境的不足，引入粉丝比率、粉丝平均双向连接率、基于社区的双向连接率、基于社区的集群系数等新特征。然后，构建基于线性加权函数的多视图融合决策模型，将来自各视图的分类结果进行线性加权融合，并通过最小化近似误差求得最优融合系数，进而得到最终的分类结果。在微博真实数据集上的测试结果表明，该方法能够有效检测垃圾用户，精确率和 F1 值较现有方法有明显提高，且在应对不平衡数据时表现出了更强的稳定性。文中还分析了不同视图对最终检测效果的影响，结果表明用户社交关系视图的作用最显著。

• 基于单输出切比雪夫多项式神经网络的海洋矿物分类（英文）

  金龙, 陈秀芳, 陈良铭, 等

  针对海洋矿物分类问题，提出了改进后的单输出切比雪夫多项式神经网络( single-output Chebyshev-polynomial neural network with general solution，SOCPNN-G) 。该模型利用伪逆的通解来求参数，扩大解空间，能获得泛化性能更加优良的权重。在该模型中，子集方法用于确定神经元的初始数量和获得交叉验证的最佳重数。最后将改进的SOCPNN-G 模型用于海洋矿物数据集中进行实验，结果表明，该模型训练准确率和测试准确率分别达到 90. 96% 和 83. 33% ，且对计算性能要求较低。这些优越性表明该模型在海洋矿物的实际应用中具有很好的前景。

• 多源模糊信息系统中的属性约简（英文）

  李蒙蒙 庞晋中 陈明浩

  人们从多个渠道得到大量的模糊信息，将这些信息进行融合以得到更加精确的信息就变得尤为重要。文中首先利用条件熵构造了多源模糊信息系统的融合模型，此模型通过利用新的条件熵将多个模糊信息系统最终融合成一个模糊信息表; 然后利用任意两个模糊集合之间的贴进度来构造两个模糊关系之间的相似度，建立了 3 种模糊关系相似度。此外，基于多源模糊信息系统融合后的模糊信息表，根据 3 种模糊关系相似度来对融合后的模糊信息表进行属性约简，进而实现多源模糊信息系统的属性约简; 最后通过实验验证了所分析与设计模型的正确性和有效性。结果表明，文中提出的多源模糊信息系统的约简方法在处理模糊数据方面具有一定的价值，丰富了知识发现的理论基础。