济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2022年第05期

• 三电平逆变器参数性故障诊断

  陈正雄,帕孜来·马合木提

  针对三电平逆变器系统结构复杂、工作模式多变以及存在参数不确定性等特点，提出一种基于解析冗余关系与模糊理论的参数性故障诊断方法；采用键合图理论建立逆变器的键合图模型，根据因果路径法推导出全局解析冗余关系，并获得逆变器参数的故障特征矩阵；采用遗传算法优化隶属度函数，通过残差分析获取观察特征，并通过比较观察特征和故障特征进行参数性故障检测和隔离；将所提出的方法应用于T型逆变器，利用20-SIM软件和MATLAB平台进行仿真分析。结果表明，所提出的方法能有效实现绝缘栅双极型晶体管参数性故障检测和隔离。

• 基于深度强化学习的单臂机器人末端姿态控制

  范振,陈乃建,董春超,张来伟,包佳伟,李亚辉,李映君

  基于双延迟深度确定性策略梯度算法对单臂机器人倒立摆在Simulink软件环境中进行仿真，并与深度确定性策略梯度算法进行比较，验证该算法的控制精度以及在机器人控制中的应用可行性；建立单臂机器人倒立摆仿真模型，添加摩擦模型，并以单臂机器人参数辨识所得的实际参数对所建立的仿真模型加以约束，提高实际应用时的控制精度与实时性；在训练过程中对摆杆随机施加一定数值范围内的干扰力，提高训练模型的抗干扰能力；根据所建立仿真模型的特点设计、改进Actor-Critic网络及奖励函数，在短时间内以较小的控制力使末端摆杆从初始状态摆动至竖直状态并持续保持。结果表明，改进的双延迟深度确定性策略梯度算法可以在减小输出控制力的同时对机械臂末端姿态实现并保持精准控制，并且在受到干扰力时可自行调整，改善了训练模型的鲁棒性与适应性，减少了运行时间。

• 自适应事件触发机制下饱和系统的跟踪问题

  李红超,张楠,邓惠敏

  为了减少饱和非线性特性对闭环系统稳定性及性能的不良影响，采用复合非线性反馈控制镇定闭环系统，实现对阶跃信号的跟踪；采用自适应事件触发机制进行信号传输设计，减少数据传输次数，节约通信资源；针对饱和系统的跟踪问题，提出一种新型的基于自适应事件触发机制的复合非线性反馈控制律，运用Lyapunov理论，得到系统输出可以渐近跟踪参考输入的充分条件。结果表明，所提出的充分条件在保证实现饱和系统跟踪问题时，具有较少的调节时间和超调量，自适应事件触发复合反馈控制器在改善饱和系统暂态性能的同时，可以有效节约系统通信资源。

• 基于改进密度峰值聚类的异常流量检测

  任艳,徐春,张蕾,汪晓洁

  针对网络异常流量检测技术准确率较低、簇的误划分等问题，提出基于改进密度峰值聚类算法的网络异常流量检测方案；首先对网络流量数据进行预处理和分组乱序，然后计算相应属性值并利用局部密度发现簇中心点，最后采用一种新的标签传递方式形成相应的簇群直至处理完所有数据。结果表明，相对于k均值算法和具有噪声的基于密度的聚类算法，基于改进的密度峰值聚类算法提升了网络异常流量的检测准确率，综合性能较优。

• 云计算环境中面向大数据的改进密度峰值聚类算法

  郑冬花,叶丽珠,隋栋,黄锦涛

  对密度峰值聚类算法进行有效改进，计算各样本点之间的距离和各样本点局部密度，选择两者中较大的样本点作为聚类中心点，根据其余样本点与各中心点的距离设定样本点所属类别；引入K近邻算法对密度峰值聚类算法进行优化，求解各样本点的距离时只需要考虑其周围由邻近值决定的若干样本点，实现距离阈值的自动选取；根据距离矩阵计算样本点的密度，绘制决策图并选择簇内中心点，将剩余点根据密度值分配给离中心点距离最近的类；最后将K近邻-密度峰值聚类算法部署至Hadoop云计算平台，用于解决大规模数据聚类的问题。仿真结果表明，通过合理设置K近邻算法的近邻值k,K近邻-密度峰值聚类算法具有较好的大数据样本聚类性能，与常用聚类算法相比，该算法具有更高的聚类准确率和聚类效率，适用于大数据样本聚类。

• 基于改进支持向量机的飞机空气循环系统仿真模型及故障分析

  吴会咏,靳舒春,金铸

  为了有效地识别飞机空气循环系统组件是否发生故障，区分故障类型，并作出对应的维修策略，提出一种基于改进支持向量机的飞机空气循环系统故障诊断方法；首先建立飞机空气循环系统仿真模型，然后将支持向量机运用于飞机空气循环系统，引入蚱蜢优化算法、位置随机偏移机制和模拟退火算法，对支持向量机进行参数优化，最后参考最优参数对飞机空气循环系统仿真模型进行训练。结果表明，建立的飞机空气循环系统仿真模型可以模拟不同情况下飞机空气循环系统主要组件的出口温度以及故障发生时的出口状态，加入蚱蜢优化算法等优化方式的支持向量机系统达到了简化调节参数、加快收敛、提高收敛精度的目的，可以根据多样本数据进行训练，完成故障分析。

• 三轴试样数字化测量中折射误差校正

  范兰杨,牟春梅,杨警,吴浩杰

  为了消除压力室壁和密闭介质在三轴数字化测量中的折射放大效应，克服常规三轴试验的缺陷，在压力室表面粘贴人工标记点，追踪标记点在不同加载阶段的坐标变化，获得压力室变形参数，重构压力室数学模型，确定折射界面；基于光线追踪原理，建立三维折射误差校正模型，消除折射误差；以三轴试样空气中的值为真值，对比校正前、后的测量值。结果表明：相比空气中的测量值，压力室注水后，试样的轴向高度放大1.011 4倍，径向长度放大1.219倍；经三维折射误差校正模型校正后，轴向测量值最大误差为0.190 mm,平均误差为0.127 mm,最大径向截面测量误差为0.245 mm,平均误差为0.140 3 mm;三维折射误差校正模型能有效减小测量过程中的折射误差。

• 土料的击实特性及其击实后的力学性质

  沈英朋,陆海玉,刘猛,田桂莉,侯玉松,蒋伟春

  为了完善现行击实试验规程，指导工程施工，针对6种土样进行击实试验，并对击实后土样进行压缩试验和三轴剪切试验，探讨不同土样的击实特性和击实后土样的压缩试验和三轴剪切试验结果的规律。结果表明：根据击实试验的击实曲线，可将6种土样分为2组，其中黏粒含量较多的第1组土样的最大干密度较小，说明当黏粒含量在同一范围内时，击实曲线相似；在击实后土样的压缩试验中，黏粒含量较大的击实后土样的初始孔隙比、各级压力时的孔隙比都较大且压缩性较强；在击实后土样的三轴剪切试验中，最大干密度对黏聚力的影响较小，黏聚力随最大干密度变化的规律性较差，最大干密度对内摩擦角的影响起主导作用，内摩擦角随最大干密度的增大而增大。

• 大直径盾构隧道施工期内部箱涵的变形特征

  张亮亮,张西文,孙文昊,何应道,李春林,刘俊岩,刘燕

  为了分析大直径盾构隧道施工期内部箱涵的变形特征，依托济南市在建穿黄大直径盾构隧道工程，开展施工期内部箱涵变形规律现场试验和数值分析研究。结果表明：在重型施工车辆作用下，内部箱涵拼缝处发生相对错动和张开变形，并且随着施工车辆荷载的增大而增大；内部箱涵、管片和周围土层同时发生竖向位移，隧道周围土层竖向位移呈倒漏斗形；经过施工车辆的反复碾压，内部箱涵的连接螺栓锁紧力损失严重，建议对连接螺栓进行二次紧固。

• 考虑钢筋偏心影响的新型灌浆套筒力学性能

  王飞程,赵军,刘佳,陈婧,尹露露,朱银红

  为了研究钢筋偏心对新型灌浆套筒连接件的套筒应力-应变、灌浆料应力-应变、连接件侧向变形等性能参数的影响，在钢筋整体偏心试件的单向拉伸实验基础上，采用基于内聚力接触属性、三维实体单元及显示动力学的有限元软件ABAQUS建模方式，对钢筋整体偏心与局部偏心2种偏心类型共11个新型灌浆套筒偏心试件进行有限元模拟；结合有限元模型与实验结果，验证该建模方式有限元分析的可靠性。结果表明：套筒最大轴向应力、应变与钢筋偏心距呈正相关；钢筋偏心导致套筒试件产生附加弯矩及侧向位移，造成套筒、灌浆料应力-应变分布不均，应力集中现象明显，增加套筒试件侧向失稳的可能性，降低试件的极限承载力；有限元模型模拟结果与实验结果吻合良好。

• 废弃农林生物质及其改性材料去除水中磷酸盐研究进展

  张璐,陈岩,肖佳楠,宋雯,闫良国

  针对天然废弃农林生物质除磷效率较低的问题，对生物质的组成成分、制备与改性工艺及其应用进行综述，包括分析纤维素、木质素和半纤维素组分的性质，对生物质进行季铵化、金属负载和高温炭化改性；介绍生物质及其改性材料对磷酸根的吸附性能和吸附机制，并总结溶液pH、共存离子等条件对除磷效果的影响；指出生物质及其改性材料在实际应用中的研究方向与研究重点，即需要进一步优化废弃农林生物质的改性制备工艺，开发无二次污染、快速回收且可同时去除多种污染物的生物质类吸附剂。

• 气候变化和区外调水对米山水库水质的影响

  张明芳,黄林显,刘扬,张杰,刘建光,宋协良,李文虎

  通过局部加权回归的时间序列分解法和灰色系统GM(1,1)分解模型，对米山水库降雨和电导率动态特征进行分析。结果表明：电导率在2016年调水前主要受气候变化影响，数值呈现稳定中略有波动的状态，在2016年调水后快速增大，并于2017年达到最大值后处于稳定波动状态，此时电导率同时受气候变化和区外调水的影响；GM(1,1)分解模型对自然状态下电导率的模拟值与实测值整体拟合较好，模拟精度较高；将模型外延，得到2016—2019年区外调水造成的米山水库电导率的增加量分别为自然状态下电导率的1.85～2.01、 2.17～2.38、 2.19～2.40、 2.09～2.28倍，说明区外调水对米山水库电导率的变化具有主要控制作用。

• 基于生态足迹法的徒骇河-马颊河流域水资源承载力动态分析与预测

  李谨,董亚军,傅新,焦贞,刘鲁霞

  为了解决徒骇河-马颊河流域面临的水资源紧缺问题，采用生态足迹法测算不同空间尺度时该流域2003—2019年的水资源生态足迹、承载力、集约利用度和压力指数，构建灰色拓扑模型预测流域水资源承载力变化趋势。结果表明：农业用水是该流域最主要的水资源消耗部门；德州市水资源承载力最高，聊城市次之；2003—2019年各城市水资源利用效率逐年升高，水资源消耗量远大于可供给量；2003—2019年流域平均水资源承载力约为1.10×10~4 km~2,水资源利用效率逐年提升，但流域水资源利用尚处于不可持续状态；预测2020—2030年流域水资源承载能力呈现好转趋势，2030年水资源承载能力为7.86×10~3～2.10×10~4 km~2。

• 山东省典型河流近60 a降水演变规律分析

  杨雪琪,武玮,桑国庆,王琦琨,燕雪婷

  基于山东省10条典型河流的13个气象观测站的1956—2016年实测月降水量资料，采用Mann-Kendall检验、 Morlet小波分析和Hurst指数，对山东省典型河流的年、汛期、非汛期及季节降水量变化特征进行分析，并预测未来降水量变化趋势。结果表明：山东省典型河流的气象观测站中除小清河岔河站和徒骇河白鹤观闸站外，其余站点的年降水量均呈下降趋势；年降水主周期一般为20～30 a,并且年降水主周期从空间上呈现从鲁西南地区向鲁东北地区逐渐增加趋势；根据重标极差分析结果，除马颊河堡集闸站外，其余站点的Hurst指数均大于0.5,具有较强持续性，预测未来山东省年降水量将遵循历史趋势，整体呈下降趋势。

• 环渤海地区工业生态效率时空演变及影响因素

  陈玥莹,陈延斌,宋成镇

  基于2005—2016年环渤海地区44个城市的面板数据，利用Bootstrap-数据包络分析法模型测算各城市的工业生态效率并分析其时空演变特征，构建面板Tobit回归模型，研究环渤海地区工业生态效率的主要影响因素。结果表明：2005—2016年环渤海地区工业生态效率值均小于1,总体水平较低，提升空间较大；省域之间工业生态效率差异明显，形成了以鲁东、鲁西地区为热点区，辽中地区为冷点区的空间格局；工业集聚对工业生态效率的影响最为显著，而科技研发、经济发展、环境规制、外商投资等的影响程度各不相同。

• 中国近期用水量变化特征及趋势

  阚得源,孔珂,徐晶

  通过分析中国总用水量、各部门用水量、年降水量、总人口数量、国内生产总值、万元国内生产总值用水量、耕地灌溉面积、实际灌溉单位面积用水量、工业增加值以及万元工业增加值用水量等信息，结合趋势外推法和多元线性回归法，对2005—2020年中国用水量变化特征及原因进行探究，并对未来10 a中国用水总量进行预测。结果表明，中国用水总量在2013年开始呈现下降趋势，用水效率显著提高；未来10 a用水总量将持续下降，预计在2030年达到4.891 1×10~(11) m~3。