液压泵试验台测控系统的设计与实现

为测试液压泵性能参数,设计了以工业计算机和PCI数据采集卡为核心,LabWindows/CVI为软件开发平台的液压泵试验台测控系统;以多线程技术设计程序,采用线程安全变量同步线程;采集、分析、显示系统参数,并利用滞环控制算法将油温控制在35~45℃之间,利用遇限削弱积分PID算法实现出油口、回油口压力控制;设计了人性化的报警功能;通过ODBC接口,每隔1s将系统运行参数存入数据库,以便分析故障;软件调试界面大大缩短现场调试时间;经过运行测试,系统满足设计要求。     

基于Windows XPE的水下航行器航行操纵系统多任务软件设计

航行操纵系统是水下航行器控制系统的重要组成部分。为了保证航行操纵系统的实时性与可靠性,鉴于其硬件板卡驱动支持Windows平台,故软件采用了一种基于Windows XPE实时嵌入式系统的设计方法,根据操纵要求对航行操纵系统实时多任务进行了划分,诸如手柄信息处理任务、自动控制任务和网络通信任务等,介绍了多任务执行实体—线程(thread)的优先级的设置和线程同步工具的选取,并分析了Windows的多线程调度策略,然后详细阐述了航行操纵系统各任务的执行流程以及实现方法。最后,对航行操纵系统进行了实验室仿真测试,结果表明该系统实时性和控制精度达到了设计要求,操纵系统性能良好。     

提升R-OTDR系统实时性能方法研究

针对长距离分布式拉曼测温系统(R-OTDR)中数据量大影响系统实时性的问题,提出通过并行运算实现高次累加平均算法提高系统信噪比和系统实时性能的方法。采用中央处理器(CPU)与图形处理器(GPU)协同合作的方式来提高系统的数据处理速度。传感数据由CPU控制数据采集端读取,然后使用累加平均算法对传感数据进行去噪。在统一计算设备架构(CUDA)中,通过调用GPU上的kernel函数对累加平均算法次数进行多线程分配,以10线程的模式进行并行运算以提高数据处理速度。实验结果表明,在10km传感距离下,相比于原系统30000次累加平均算法,采用50000次累加平均算法使系统测量误差由±1.1℃降至±0.5℃,并且采用CPU和GPU协同合作的方式使50000次累加平均算法的运算时间由3890ms降至1.472ms,提升了系统实时性能。     

显微CT血管系统三维结构的骨架细化算法并行化设计实现

提取骨架是计算机断层扫描(CT)三维(3D)血管图像定量分析中的关键步骤,通常耗费数小时,直接制约了图像分析的定量研究。分析串行骨架细化算法各步骤中包含的可并行化操作,对其进行并行化设计,提出的算法通过Open MP多线程技术实现,并采用不同大小的三维CT血管图像进行分析和测试。根据测试结果,改进后的算法获取到的骨架准确可靠,对于1.95 GB大小的三维血管图像,使用16个线程进行并行运算时,可将运算时间由176min缩短到13 min,时间消耗上降低了一个数量级。因此,提出的方法可实现大型血管骨架的准确、高效提取,解决了大型三维图像分析问题中运算效率低这一瓶颈问题。     

基于模式搜索的自适应干扰抵消器算法的研究

为了减小同址干扰对接收机性能的影响,设计了一种基于正交矢量合成的自适应干扰抵消器;根据其中控制单元提取出的数据的特点,提出了将模式搜索算法(PSA)作为控制器算法,并对其进行了改进;利用实际测量的数据进行了仿真分析,结果表明,相比于PSA算法、模拟退火算法、遗传算法,改进后的PSA算法具有更快的收敛速度,同时收敛精度相差无几;最终的实现结果也证明了该方法可满足性能要求。     

结合几何代数改进的SIFT桥梁裂缝图像拼接算法

针对桥梁裂缝图像精度要求高,拼接质量受原图像亮度变化大、噪声干扰严重和对比度低的影响,提出了一种结合几何代数改进的SIFT桥梁裂缝图像的新型拼接算法。对SIFT算法进行了两方面的改进:一是通过几何代数空间的表示形式提取了待拼接图像的色度图像,克服了SIFT算法中色度信息丢失的不足;二是改进了SIFT算法对灰度图像建立尺度空间的方法,构建了新的可适用于多光谱图像的高斯滤波和卷积运算,确定了尺度空间。通过几何代数DoG空间检测特征点并进行预匹配。使用改进的RANSAC算法对匹配结果进行修正,完成了图像之间的精确拼接。实验结果表明,所提算法的性能优于SIFT算法,提取的特征点对数量提高了近10%;拼接过程中未产生位错现象,最终拼接结果满足桥梁裂缝图像的精度要求。     

某型发动机自动测试系统设计与实现

某型发动机结构复杂,测试需求多样,为准确获取该发动机在各种工况下的性能参数,并对其健康状况进行实时监控,需要研制一套自动测试系统来完成上述任务。从该发动机的测试特点与测试需求出发,结合现有几类典型测试总线的优缺点,给出了一种基于VXI总线的发动机自动测试系统,对该测试系统的结构进行了设计,给出了测试系统的资源配置框图。按照 “测试、驱动与负载模拟”一体化布局需求,给出了测试适配器典型电路;为满足对发动机串口的实时指令发送与实时数据存储、解析的要求,对测试软件的有效运行方式进行了研究,给出了 “指令线程与监视线程协同工作”的软件多线程流程图。实际应用表明,测试系统的结构合理、方便在各类场合使用;软件运行方式有效、实时性好,无丢帧与误码现象发生。该测试系统满足发动机在各类试验过程中的使用要求,可有效开展各项测试工作。     

Linux下基于EPOLL机制的海量网络信息处理模型北大核心CSCD

通过对EPOLL机制的特点和应用方法进行研究,提出了一种Linux下基于EPOLL机制的海量网络信息处理模型,着重讨论了多线程情况下的线程同步和数据访问机制问题,并给出了Linux/QT平台上模型的具体实现步骤。在大规模网络连接的应用场合,本模型具有较好的时效性和数据安全性。     

基于MPI和OpenMP的三维弹性波方程混合并行有限差分算法*

三维弹性波方程有限差分模拟具有大计算量和大内存消耗的特点,在常规计算机上使用传统算法往往无法满足计算要求。该文以高性能计算机集群为平台,基于MPI和OpenMP混合编程技术,构建了一种新型三维弹性波方程并行有限差分算法。该算法基于MPI将总任务分配给多个进程,同时在每个进程中基于OpenMP将子任务分配给多个线程。各个进程具有独立的内存空间,各个线程共享所在进程的内存空间。充液井孔声场的数值模拟结果表明,与基于OpenMP的并行有限差分算法相比,基于MPI和OpenMP的混合并行有限差分算法可以利用计算机集群的多个节点进行并行计算,既极大地提高了计算速度,又有效地降低了单个节点的内存消耗。     

Canny算法的GPU并行加速

Canny算法在PC机上的执行速度较慢,这极大地限制了其实用性。本文在前人的研究基础上对算法进行更深的优化和改进。首先在VS2012开发环境下利用数字图像处理技术对原算法进行原理上的改进,再利用GPU流处理器数量众多的优势以及强大的多线程并发执行能力对Canny算法进行并行加速。在500 pixel×500 pixel的图片上,对本文算法和原Canny算法进行了实验验证。实验结果表明,在4 096 pixel×4 096 pixel大小的图片上采用本文的GPU移植算法处理后,执行速度从80 ms降到了6 ms以内。在不影响边缘检测效果的前提下极大地提高了算法的实用性。     

高速红外图像判读系统设计研究

针对实时跟踪领域事后图像判读处理数据量大、时间冗长的问题，提出了一种新型高速图像判读系统．该系统基于多线程乒乓缓冲技术，实现了图像加载、显示及处理三项工作相互独立和并行执行．通过对红外图像进行灰度拉伸，预处理，亚像元插值细分等操作，有效提高了判读准确度．实验表明，该判读系统提高了数字图像判读系统的工作效率，大大缩短了数据处理时向．     

Static and dynamic performance optimisation of a 1.3 μm GaInNAs ridge waveguide laser

In this work, we perform a multi-parameter design study to improve the performance of an uncooled directly modulated 1.3 μm GaInNAs ridge waveguide laser for high speed operation especially at high temperature. The static and dynamic performance of the improved design is analyzed using an accurate in-house 2D electro-opto-thermal laser simulator. The improved structure is shown to have a lower threshold current, higher thermal roll-over limit and higher modulation bandwidth—especially under high temperature operation. The improved structure also has a lower vertical beam divergence compared to a reference structure with a conventional design.     

A revisit to imperfect acoustic cloak of multi-layered shell structures considering sound speed and impedance matching

An imperfect multi-layered acoustic cloak is proposed for a two-dimensional cloaking zone based on feasible material properties. In this model, the matching of sound speed and acoustic impedance has been investigated, and the effects of material and geometric properties on the imperfect cloak have been studied for better design of the imperfect cloak. The imperfect cloak could be improved using appropriate changes in the design parameters. By increasing the thickness of the high density layer and with some changes in the sound speeds between the high density and the low density layers, the imperfect cloaking model showed better cloaking performance than Cummer–Schurig cloak. Also, present results show that the sound speed matching is more important for acoustic cloaking than the impedance matching. These results can be applied as a practical design guide for two-dimensional cloaks using multilayered structures composed of naturally existing materials.     

The influence of surface treatment of stitch threads and stitching on interlaminar properties of unidirectional laminates

An experimental investigation was carried out to study the influence of graft treatment for Kevlar stitch threads on the interlaminar properties of stitched unidirectional laminates. The surfaces of Kevlar stitch threads were immersed in a solution of Dimethyl sulfoxide mixed with NaH for some time, and then alkoxysilane was grafted onto the surface of modified Kevlar threads. The corresponding physical and chemical changes in the surface of Kevlar threads were carefully evaluated using XPS, SEM, water absorption, and tensile measurement. Results show that the treated Kevlar threads have much rougher surface morphologies, its tensile strength is slightly improved, and their wettability are greatly improved. The stitched carbon /epoxy composite using surface-treated Kevlar threads has excellent hydrothermal property. The resins can better wet the surface treatment of Kevlar stitch threads, and the sizes of rich resin can be reduced. The moisture uptake of stitched composites decreases by 53.3% and its residue ratio of interlaminar shear strength in a wet state improves by 13.1%.     

基于种群杂交猴王遗传算法的演化硬件研究

演化硬件作为新的硬件载体,具有自组织、自适应、自修复的能力,是人工智能在高能激光控制方面的一个重要应用。遗传算法是影响硬件演化速度的一个重要因素。针对目前传统遗传算法进化时间长、运算量大的问题,提出了一种改进的猴王遗传算法——种群杂交猴王遗传算法。受自然界生物种群杂交优势的启发,种群杂交猴王遗传算法将参与进化的基因序列划分为Nd个独立进化的子种群。每个子种群独立按照猴王遗传算法进化Td代形成原始种群的Nd个亚种群后,交换亚种群的猴王基因重复猴王遗传操作,在亚种群中产生具有杂交优势的后代。分析表明:与猴王遗传算法相比,种群杂交猴王遗传算法可以将每一代基因排序的运算量减小到1/Nd,并且更加利于并行实现。基于MATLAB和Modelsim的仿真分析表明:种群杂交猴王遗传算法具有更快的收敛速度和更优的进化结果。     

Image stack alignment in full‐field X‐ray absorption spectroscopy using SIFT_PyOCL

Full‐field X‐ray absorption spectroscopy experiments allow the acquisition of millions of spectra within minutes. However, the construction of the hyperspectral image requires an image alignment procedure with sub‐pixel precision. While the image correlation algorithm has originally been used for image re‐alignment using translations, the Scale Invariant Feature Transform (SIFT) algorithm (which is by design robust versus rotation, illumination change, translation and scaling) presents an additional advantage: the alignment can be limited to a region of interest of any arbitrary shape. In this context, a Python module, named SIFT_PyOCL, has been developed. It implements a parallel version of the SIFT algorithm in OpenCL, providing high‐speed image registration and alignment both on processors and graphics cards. The performance of the algorithm allows online processing of large datasets.     

Squeak noise in lead screw systems: Self-excited vibration of continuous model

The dynamic instability of a spinning lead screw in contact with a screw nut is investigated analytically. The lead screw is modeled as a circular beam vibrating in transverse and torsion direction. The contact kinematics between the lead screw and the nut is described on the contact threads in the lead screw. The onset of squeak noise is numerically predicted with a variety of system parameters. Stability analysis shows that the transverse vibration modes can generate squeak noise in the lead screw system. It is highlighted that squeak noise can be controlled by system design parameters in such a manner that the squeak propensity is dependent on rotation speed, screw radius, axial load, contact location, and so on.     

基于FPGA的DDR3控制器存储设计与验证

DDR3 SDRAM是第三代双倍数据传输速率同步动态随机存储器,DDR3具有高速率、低电压、低功耗等特点[1][2]。在DDR3控制器的实际使用中,如何将用户需要存储的数据在DDR3中快速存储非常重要,如果数据被送到DDR3接口的速度低,则会影响DDR3的存储速度,同时影响DDR3的实际应用,因此,针对DDR3存储器设计存储控制有重要的意义[2]。基于此设计主要分为低速读写控制与高速流读写控制,低速读写控制主要用于小数据量的操作,高速流读写控制主要用于批量数据的存储操作。此设计在FPGA上通过了大量数据读写的验证,证明数据存储的正确性。经过测试,在高速流读写模式下,DDR3存储控制设计的带宽利用率最大为66.4%。此设计在功能和性能上均符合系统总体设计的要求。     

用于波形数字化的JESD204B高速接口设计

随着高速波形数字化技术在核与粒子物理实验中的广泛应用,其对于ADC速度和精度需求日益增大,从而使电子学系统的PCB布局布线更加复杂、成本更高。为了简化设计,降低成本,提出了用于波形数字化的JESD204B的高速接口设计方法,介绍了JESD204B接口的协议及需求,并提出了基于Altera FPGA和专用JESD204B时钟芯片LMK0482x的具体解决方案。测试结果表明,时钟性能优异且JESD204B链路功能正常,系统性能优异,该方法可以实现JESD204B高速接口设计,并应用于波形数字化技术。At present, due to the wide application of nuclear and particle physics experiments in the waveform digitization technology and the increasing demand of high speed and high accuracy for ADC, the PCB layout is more and more complex and the cost is higher. In order to simplify the design and reduce the cost, this paper put forward the scheme of JESD204B high speed interface for the waveform digitization technology in nuclear and particle physics experiments. Firstly the interface protocol and the demand of JESD204B is introduced. Then the solution based on Altera FPGA and special JESD204B clock chip LMK0482x is proposed. The preliminary test results show that the clock performance is excellent and JESD204B link is functioning normally. Moreover, the system has an excellent performance. The scheme can realize the design of JESD204B high speed interface and therefore be applied to the waveform digitization technology.     

斜流/离心压缩机初步设计和分析方法研究

依托两区模型开展了单级斜流/离心压缩机的初步设计和分析方法研究,验证了基于SOA-TEIS混合扩压度模型的改进ODP问题迭代方法在斜流/离心压缩机初步设计和分析中的准确性.采用本文方法对Krain高比转速叶轮和低比转速叶轮模型进行了一维设计和分析,并将结果与实验数据进行了对比,结果表明:本文所述方法可在减少对工程经验参...