东北大学学报（自然科学版）

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基于控制思想求解非线性规划问题的李雅普诺夫方法

张瑞友，王超慧，陈勇强

2021, 42 (9): 1217-1226. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.001

摘要 ( 819 )

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PDF(638KB) ( 658 )

为了高效求解非线性规划问题，对一种基于控制思想的新颖方法——李雅普诺夫方法——进行了研究.该方法将约束非线性规划问题转化为一个动态系统，基于系统的动态特性给出原优化问题的最优解.分别针对单目标和多目标的非线性规划问题，对算法的收敛性进行了分析，给出了算法在应用时松弛变量、增益因子等关键参数的取值建议.大量数值算例验证了上述收敛性及参数取值建议的正确性，表明了该方法在求解非线性规划问题时的巨大潜力和新颖性.

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非线性广义Markov跳变系统的异步耗散控制

杨冬梅，李达

2021, 42 (9): 1226-1230. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.002

摘要 ( 471 )

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PDF(350KB) ( 258 )

研究了一类在Takagi-Sugeno模糊规则下的连续时间非线性广义Markov跳变系统的严格异步耗散控制问题.首先，通过构造保守性较小的模态独立Lyapunov函数，推广到相应的广义系统并给出随机稳定且严格耗散的充分条件.然后，引入在实际中应用广泛的隐Markov模型，通过将状态转移概率与隐Markov模型的相关的条件概率相结合，并通过Schur变换，设计了可以与原系统异步运行的模糊状态反馈控制器，以保证闭环系统的随机稳定和严格耗散.最后，数值仿真使用Matlab中线性矩阵不等式(LMI)的工具箱来验证，说明结论的有效性.

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基于宽度学习的浓密机底流浓度软测量

贾润达，胡慧明，张树磊

2021, 42 (9): 1231-1237. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.003

摘要 ( 672 )

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PDF(774KB) ( 480 )

由于浓密脱水过程中浓密机的底流浓度难以在线检测，本文提出了一种基于宽度学习的软测量建模方法，用以解决底流浓度的在线检测问题.该方法精度高，泛化能力强.首先，在浓密机内部安装压力传感器，建立正常工况下的历史数据集;然后，利用宽度学习系统对软测量模型进行训练，从而实现浓密机底流浓度的在线预测;最后，通过仿真实验验证了该方法的有效性.与传统的机器学习方法相比，宽度学习方法具有更高的预测精度.

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轻量化自适应特征选择目标检测网络

杨爱萍，宋尚阳，程思萌

2021, 42 (9): 1238-1245. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.004

摘要 ( 721 )

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PDF(631KB) ( 512 )

在小目标物体检测、多类别物体检测尤其是轻量化检测模型等关键技术研究方面仍面临较大的挑战，基于此，本文提出一种轻量化自适应特征选择目标检测网络.该网络以特征金字塔为基础，提取多尺度图像特征并从空间维度上对特征图进行滤波，从通道维度上自适应地选择特征图中更重要的通道，降低多通道下噪声和干扰对目标特征的稀释作用，减少特征图在传递过程中的信息丢失.除此之外，构建深度可分离卷积的分类网络，降低后续处理的计算量，加快检测速度，实现网络的轻量化处理.在PASCAL VOC 2007数据集上的检测平均精度为77.7%，检测速度为14.3帧/s.在MS COCO数据集上的测试结果表明，该网络在精度损失小于5%的情况下，检测速度远超FPN，比Mask R-CNN可以更好地兼顾检测速度和检测精度.

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基于差异信息量的多源数据融合方法

王姝，任玉，关展旭，王晶

2021, 42 (9): 1246-1253. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.005

摘要 ( 566 )

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PDF(642KB) ( 401 )

D-S证据理论可应用于多源数据融合领域，但在处理高度冲突的证据时，可能会出现反直觉的结果.为解决这一问题，本文提出了差异信息量的概念及融合方法.首先，通过信息熵表明证据的相对重要性，采用散度获取证据可信度.然后利用证据可信度优化证据差异度以得到差异信息量，经过计算获取数据的最终权重，并将其作为D-S证据理论中的基本概率分配进行决策.在处理冲突证据、一致证据及不同数量证据等方面的数据融合问题时与其他方法对比，所提方法收敛更快，准确度更高.故障诊断的应用实例表明，所提方法的不确定性更小，优于现存的其他方法.

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自由界面问题的拉格朗日粒子和流体体积耦合算法

高普阳

2021, 42 (9): 1254-1260. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.006

摘要 ( 526 )

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PDF(760KB) ( 443 )

针对自由界面问题，构建了拉格朗日粒子和流体体积(volume of fluid， VOF)耦合算法.拉格朗日粒子方法可以准确追踪运动界面，但是一般很难保证流体的质量守恒性.VOF方法可以保证很好的质量守恒性，但是不容易计算界面的几何信息.因此，本文构造了一种耦合算法，吸收两种方法的优点.耦合算法中还引入了四叉树自适应网格技术，可以在大变形区域提高界面的分辨率，并能减少计算量.利用耦合算法模拟经典的Zalesak旋转盘问题和单涡剪切流动，数值结果和文献已有结果吻合较好，验证了耦合算法的稳定性、有效性和准确性.

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基于语义分割注意力与可见区域预测的行人检测方法

王璐，王帅，张国峰，徐礼胜

2021, 42 (9): 1261-1267. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.007

摘要 ( 588 )

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PDF(1976KB) ( 318 )

为改善图像中遮挡和小尺寸行人的检测精度，提出一种基于语义分割注意力和可见区域预测的行人检测方法.具体地，在SSD(single shot multi-box detector)目标检测网络的基础上，首先优化SSD的超参数设置，使其更适于行人检测;然后在主干网络中引入基于语义分割的注意力分支来增强行人检测特征的表达能力;最后提出一种检测预测模块，它不仅能同时预测行人整体和可见区域，还能利用可见区域预测分支所学的特征去引导整体检测特征的学习，提升检测效果.在Caltech行人检测数据集上进行了实验，所提方法的对数平均缺失率为5.5%，与已有方法相比具有一定的优势.

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基于主成分分析协同随机森林算法的热连轧带钢宽度预测

丁敬国，郭锦华

2021, 42 (9): 1268-1275. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.008

摘要 ( 556 )

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PDF(752KB) ( 398 )

为提高热连轧粗轧带钢生产过程中换钢种、换规格及换辊后的首块带钢宽度设定模型精度，本文提出一种基于主成分分析协同随机森林(PCA-RF)算法的宽度预测模型.采用主成分分析法对数据样本合理分析，通过计算特征值、主成分贡献度及累计贡献度进行特征选择.在PCA筛选的变量数据集上训练最佳随机森林宽度预测模型.同时，使用支持向量机回归(SVR)、K-最近邻(KNN)模型进行对比验证.通过实际应用表明，PCA-RF各道次宽度模型R-squared值控制在99.9%~1，且96%以上样本点预测误差在-5~5mm，从而证明该模型实现了换钢种、换规格及换辊后的首块钢宽度的高精度预测.

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Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢动态变形行为及其本构模型

蔡志辉，张德良，文光奇，周彦君

2021, 42 (9): 1275-1281. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.009

摘要 ( 628 )

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PDF(1070KB) ( 353 )

基于准静态和动态拉伸实验，建立Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢在2×10^-3~200s^-1应变速率下变形行为的Johnson-Cook(J-C)本构模型.结果表明，应变速率对弹性变形阶段无影响.在塑性变形初期，实验钢强度随应变速率增加而增加，在塑性变形中后期，实验钢强度随应变速率增加而减少.实验钢应变速率敏感性(SRS)指数m随着应变的增加，由0.013逐渐转变为-0.018.基于实验数据建立J-C本构模型，拟合效果不佳，存在5.1%的相对误差;通过改变应变速率强化系数，提出修正J-C模型，模型具有更好的拟合效果，表现出更小的相对误差，约为1.6%.

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钢带烧结料层的干燥氧化过程仿真

王长军，于洋，李宝宽，刘雪林

2021, 42 (9): 1282-1289. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.010

摘要 ( 569 )

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PDF(1188KB) ( 283 )

针对钢带烧结机内铬铁球团的干燥氧化过程，建立一套多尺度的欧拉-欧拉双流体数学模型. 基于收缩核模型计算单个球团的物理化学反应，模型预测结果与现场数据吻合.结果发现生球层的干燥可以分为两阶段:不均匀升速干燥阶段和降速干燥阶段. 在生球层底部，第二干燥阶段会出现干燥速率又升高的现象，此时湿核表面温度为383K. 而当湿核半径小于4.75mm后干燥速率又开始下降. 过湿区的最大水分质量分数为10.2%，比初始值高7.4%. 当铬铁球团的温度达到焦炭的燃点后，焦炭的氧化优先于磁铁矿. 生球层在烧结区出口的平均温度达到1698K，满足生产需求.

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基于改进遗传算法的秸秆还田机刀片功耗优化

叶翠丽，王娜，庞硕，闫航

2021, 42 (9): 1290-1298. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.011

摘要 ( 577 )

HTML ( 9)

PDF(1301KB) ( 271 )

为降低秸秆还田机的功耗，以秸秆还田机的刀片为研究对象，对刀片的结构和运动参数进行优化.首先通过分析刀片受力情况建立刀片功耗数学模型，并通过田间试验验证模型的正确性;其次对遗传算法进行改进，使用权威测试函数验证改进后算法的可行性与优越性;最后使用改进遗传算法对刀片功耗数学模型进行优化，并利用ANSYS Workbench平台对优化前后的刀片进行结构静力学分析.优化结果表明刀片的功耗值由优化前的19.3kW下降到18.06kW，降低了6.4%，结构静力学分析结果表明刀片优化后结构的合理性和可行性.

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车削工件2-D表面形貌检测方法研究

赵春雨，程大众，耿浩博

2021, 42 (9): 1299-1306. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.012

摘要 ( 540 )

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PDF(916KB) ( 333 )

主轴回转误差影响车削工件的加工精度，本文通过对主轴回转误差的分析和研究，提出了一种基于回转误差的车削工件2-D表面形貌检测方法，并建立了车削过程数学模型. MATLAB仿真结果表明，主轴径向回转误差会影响工件的车削半径和表面形貌，进而造成工件的同轴度误差、圆度误差，并增大表面粗糙度.为验证所提方法的有效性，搭建了2-D表面形貌检测平台进行数据采集，得到了主轴在切深方向的回转误差和车削工件的平均半径误差.实验结果表明实验与仿真结果在特性上具有一致性，验证了方法的可行性，对机床的性能调试及提高工件的加工质量具有参考价值.

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TC4钛合金超声微锻造强化机理及数值模拟

任朝晖，张梓婷，张兴文，王琛

2021, 42 (9): 1306-1312. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.013

摘要 ( 676 )

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PDF(1187KB) ( 435 )

为进一步研究超声微锻造强化工艺加工机理及加工后材料表面，以TC4钛合金的超声微锻造强化加工为研究对象，使用基于Boussinesq解及DC-FFT算法的半解析法(SAM)，建立了加工过程中载荷加载的数学模型并进行求解，分析讨论其加工机理.同时建立有限元模型，对完整加工过程进行有限元分析，验证半解析结果，并与传统滚压光整强化加工进行对比.研究表明，超声微锻造加工后的表面能够形成一定深度的残余压应力层以及塑性变形强化层，相较于传统滚压光整强化，具有更好的表面强化效果.

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客舱托盘桌高度对乘客头颈姿态和不适水平的影响

王龙，余隋怀，陈登凯，初建杰

2021, 42 (9): 1313-1322. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.014

摘要 ( 557 )

HTML ( 9)

PDF(2570KB) ( 291 )

为提高飞机客舱乘坐空间的舒适性，针对头颈姿态角难以直接采集的问题，提出利用三维扫描间接得到测量数据的方法.通过与问卷调查及感知不适水平(perceived level of discomfort， PLD)测试相结合，发现多数乘客会因托盘桌偏矮感到不舒适;使用原始高度(68cm)的托盘桌时，被试者的头颈姿态角均在中性区域之外，头颈姿态过度屈曲;托盘桌逐级(73—78—83cm)升高进行重复实验，被试者的头倾角和颈曲角显著减小并接近或降至中性区域;PLD测试数据整体随托盘桌升高先降低后回升.结果表明托盘桌高度设置在73~83cm范围内可以显著减小乘客头颈屈曲幅度，减少乘客头颈部的不适感.

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露天矿点云数据中台阶线提取

王植，安世缘，邹俊，张紫瑞

2021, 42 (9): 1323-1328. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.015

摘要 ( 605 )

HTML ( 15)

PDF(3248KB) ( 559 )

台阶线信息对于露天开采具有重要价值，现有获取台阶线的方法工作量大、效率低、精度差，降低了矿山的生产效率和验收精度.因此，本文基于序列无人机影像生成的露天矿密集点云数据，研究并提出了一种自动提取露天矿台阶线的方法.该方法利用渐进形态学滤波算法对点云进行预处理，提出一种顾及邻域几何属性的三维边缘检测与曲率指数加权方法提取出台阶线特征点，并使用移动最小二乘法精确拟合出台阶线.实验结果表明该算法可以自动、高效、精确地提取出露天矿台阶线，生成露天开采现状图，对于露天矿生产和安全具有重要的应用价值.

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悬挂式止水帷幕基坑降水引起坑外地面沉降计算方法

张志红，郭晏辰，凡琪辉，张钦喜

2021, 42 (9): 1329-1334. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.016

摘要 ( 731 )

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PDF(1000KB) ( 377 )

悬挂式止水帷幕的挡水效应能够减轻基坑降水对周边环境的影响，但帷幕插入深度与坑外地面沉降之间的定量关系尚不明确.本文基于有效应力原理，并根据渗流场和应力场的部分耦合关系，考虑地下水位下降引起的土体孔隙比和压缩指数变化，通过止水帷幕插入深度与水位降深的关系提出了不同止水帷幕插入深度下潜水含水层中基坑降水引起坑外地面沉降的计算方法.结合室内渗流模型箱试验对所提方法进行验证，结果表明地面沉降的试验监测结果与计算结果基本一致，从而为准确预测地面沉降和设计合理的止水帷幕插入深度提供了重要参考.

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燃煤飞灰单极荷电对纤维滤料过滤性能的强化

吕超，柳静献，孙熙，余振辉

2021, 42 (9): 1335-1340. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.017

摘要 ( 389 )

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PDF(872KB) ( 261 )

细颗粒物的单极荷电能够改善细颗粒物被纤维滤料过滤的性能.本文设计搭建了由线板式预荷电器和纤维滤料集尘装置组成的复合静电增强过滤实验平台，分别研究了在不同荷电类型、不同荷电电压以及不同过滤风速三种工况下，单极荷电的燃煤飞灰颗粒被聚苯硫醚(PPS)纤维滤料捕集时捕集效率及阻力特性的变化规律.结果表明，随着荷电电压的升高，过滤风速的下降，纤维滤料对荷电燃煤飞灰颗粒物捕集效率提高的同时压差增量减小，且压差增长速率明显降低.粒径越小，过滤效果增加越明显，且负荷电提高效果优于正荷电.

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员工被妒忌感知对创新绩效的双重作用机制研究

张兰霞，刘晓娜，钱金花，郭生武

2021, 42 (9): 1341-1348. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.018

摘要 ( 515 )

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PDF(527KB) ( 293 )

依据工作要求-资源模型和资源保存理论，构建了员工被妒忌感知对创新绩效影响的双重链式中介效应模型;基于双时点收集的302份问卷调查数据，运用Bootstrap等方法进行了模型验证.结果表明，员工被妒忌感知对情感反应有正向影响，员工被妒忌感知通过积极情感正向影响建言行为，通过消极情感正向影响沉默行为，建言行为对创新绩效有正向影响，沉默行为对创新绩效有负向影响，员工被妒忌感知通过积极情感和建言行为的链式中介作用正向影响创新绩效，通过消极情感和沉默行为的链式中介作用负向影响创新绩效.

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单一亦或混合？——双重竞争环境下自营平台销售模式选择策略

周驰，于静，李赫

2021, 42 (9): 1349-1359. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.019

摘要 ( 697 )

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PDF(640KB) ( 450 )

随着平台供应链渠道竞争的加剧，电商自营平台在传统批发销售方式的基础上，采取代理销售方式寻求与网络制造商合作.在电商平台竞争与制造商竞争的双重竞争环境下，构建了由自营平台、第三方平台、传统制造商和网络制造商组成的平台供应链系统.基于自营平台拥有的两种销售模式，即仅批发销售的单一模式和既有批发销售又有代理销售的混合模式，建立了多渠道定价决策Stackelberg博弈模型并求解，分析了平台佣金、批发价格及消费者渠道偏好等因素对自营平台模式选择及平台供应链各成员最优策略的影响.研究表明，不同的消费者自营渠道偏好与平台佣金对自营平台的销售模式选择策略具有差异性.此外，自营平台与第三方平台佣金对制造商的利润具有重要的影响.

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基于改进FMEA的医疗器械人因可靠性评估与应用

金海哲，朱琳，李怡，傅全威

2021, 42 (9): 1360-1368. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.09.020

摘要 ( 886 )

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PDF(488KB) ( 451 )

针对失效模式与影响分析(FMEA)在医疗器械人因可靠性评估中存在的两个缺陷——风险因素的评价与权重分配问题，本文提出了一种结构化的医疗器械人因可靠性评估方法.本方法在改进的模糊集理论与有序加权几何平均(OWGA)算子基础上，引入情境参数优化了风险失误模式排序.通过将提出方法应用于实际医疗场景，验证了提出方法的有效性与可行性，并通过与传统FMEA的比较证明了本方法的优越性.所提方法解决了传统RPN数值重复问题与权重分配问题，降低了评价误差，有助于找到关键的失效模式，减少医疗不良事件的发生.

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