基于联邦学习的网络化ICU呼吸机和镇静剂管理方法

医疗物联网设备的激增和丰富的医疗数据为智慧医疗提供了新的可能。重症监护室(ICU)的病人依靠众多医疗边缘设备来持续监测管理患者的健康状况。在ICU常见的治疗干预措施中，有创机械通气和镇静剂的注射多用于维持患者的呼吸功能，提高治疗质量，而现有的治疗干预措施很大程度上依赖于医生的判断。文中提出了一种基于联邦学习的临床辅助决策方法——MFed,可以基于网络化ICU分布式协作学习最佳干预政策。该方法应用基于差分隐私的联邦学习方法，打破了医疗数据隐私方面的限制以及医疗数据孤岛的窘境；用分布鲁棒优化确保最坏情况下的性能并结合伪孪生网络实现自适应地滤除噪声数据。最后，在现实ICU数据集上的实验表明，与其他最先进的基线相比，所提方法的准确率提高了36.75%。     

镍基单晶高温合金激光多道搭接熔覆过程晶体生长行为和微观组织分布的研究

建立了一个三维模型来数值模拟激光多道搭接熔覆镍基单晶高温合金过程中的晶体生长行为和微观组织分布,并与激光熔覆镍基单晶高温合金Rene N5的实验结果进行对比。结果表明:搭接率和搭接方式直接影响搭接过程中的熔池形状,并最终影响搭接部分的晶体生长行为和微观组织分布,数值模拟结果和实验结果吻合很好。     

连续体机构在单腔镜微创手术机器人系统中的应用

本文关注以腔镜技术实施微创手术的机器人系统,详细介绍上海变通大学密西根学院引进的科研团队在美国已经研制的和正在中国研制的微创手术机器人系统,重点突出这些微创手术机器人系统主要应用连续体机构的特点,并简要评析欧美等国将连续体机构用于微创手术机器人系统的研究现状以及此项技术的应用前景展望。     

新能源并网三电平逆变器中低功率区间效率优化

三电平逆变器因为电压应力只有两电平逆变器的一半,并且具有损耗小、谐波含量低的特点,所以在风能、太阳能等新能源发电系统中得到了越来越多的应用和研究。文中从新能源的功率随机波动特点出发,首先,评估了应用于新能源系统的传统三电平逆变器拓扑的损耗特点,然后,针对应用于光伏发电系统的三电平并网逆变器提出了硬件和控制策略上的改进,最后,利用一台样机验证了所提出的改进措施。试验证明,所提改进措施能够有效改善和提高三电平逆变器的效率,尤其是在中低功率范围内的效率。     

基于动态模态分解的缸内流场演变及动能分析

采用高速粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)测量了一台直喷式光学发动机的缸内流场,利用动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)算法,提取了发动机从进气冲程早期到压缩冲程后期中出现的多尺度涡团结构,量化了涡团的比动能在整个冲程阶段的衰减程度。结果表明:从进气冲程早期开始,缸内流场主要由低阶DMD模态表现的大尺度流场结构和高阶DMD模态表现的小尺度涡团结构组成;DMD模态的比动能变化可清楚地反映从大尺度流场结构到小尺度涡团的能量级联和耗散过程。同时还发现,与压缩冲程相比,进气冲程期间的流场可形成更多小尺度的涡团结构,并表现出更快的能量衰减特征,且该阶段流场能量衰减现象对发动机转速更加敏感。     

缸内涡流比对冷起动燃烧火焰的影响探究

针对汽油发动机冷起动存在的燃烧不稳定、燃烧效率低的问题,基于单缸可视化发动机在冷起动工况下调节进气涡流,通过分析缸内燃烧火焰特性来探究增强进气涡流对发动机循环波动及输出功率的影响。试验所用发动机为单缸四气门(两进两出)缸内直喷汽油机,其中一个进气道加装有涡流控制阀,通过将一个进气道关闭或者开启来改变缸内涡流的强度。利用高速相机从活塞上的光学通道得到发动机缸内的火焰传播图像,并计算火焰传播面积,提取火焰边界,获取火焰中心速度及火焰扩散速度等信息,同时也利用燃烧分析仪对缸内压力、燃烧放热率等特性进行同步测量和记录,通过多角度的对比和分析揭示缸内燃烧状况与发动机宏观性能的相关联系,有效地发掘了在不同涡流强度下缸内火焰的传播特征。研究结果从缸内燃烧火焰的角度解释了提高涡流比能够很好地提高冷起动的燃烧稳定性,促进发动机缸内燃烧。研究表明,早期火核分布越集中,波动越小,后期循环波动就越小。试验结果还表明,由缸压计算的瞬时放热率与火焰面积存在很好的线性关系。     

基于触摸屏的柔性生产线物流运输控制系统的设计

基于柔性生产线中立体仓库和运输小车的结构及其可视化控制的要求,设计并实现了功能强大、界面友好的控制系统。控制系统硬件主要基于西门子SIMATICs7200系列可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC ）,同时引入人机界面友好的触摸屏eview—MT5000;软件分别选用西门子Step7编程软件和EV5000触摸屏编程软件。控制系统经实验室模拟柔性生产线测试,结果表明设计的控制系统运行稳定可靠,实现了对立体仓库系统和运输小车的实时监视和控制。     

基于全局负载牵引的兆赫兹恒压输出无线电能传输系统优化设计方法

近年来无线电能传输技术在消费电子领域得到广泛应用,而接收端的恒压/恒流输出特性可以显著简化负载功率的控制。兆赫兹（MHz）无线电能传输系统由于其各环节复杂的阻抗特性,使得千赫兹系统中常用的恒压/恒流拓扑设计难以达到其应有效果。本文详细分析了E类兆赫兹无线电能传输系统的各部分特性,提出一种基于全局负载牵引的系统优化设计方法。该方法在结构上仅需在发射端增加一枚电容即可实现接收端的恒压/恒流输出,同时使得系统效率在负载变化时稳定在较高水平。最后,搭建了工作频率为6.78 MHz 的20 W、10 V恒压输出的无线电能传输系统样机,并与传统单点负载优化设计的系统进行比较。该系统在5 Ω-20 Ω的负载变化范围内电压浮动范围在1 V以内,效率保持在76%-84%,实验结果证明了所提方案的有效性。     

T 样条用于计算机辅助设计、分析和制造的 新型表示方法

几何造型主要研究在计算机环境下几何模型的表示与设计,其是计算机辅助设计、工程和制造领 域中重要的基础研究方向。当前工业制造中几何模型表示的标准是非均匀有理 B 样条(NURBS)。然而,由于张量 积拓扑结构,NURBS 在表示复杂几何模型时具有难以克服的局限性。T 样条是一种新型兼容 NURBS 的自由曲面 造型表示技术。由于克服了 NURBS 的多个重要的局限,T 样条自提出后引起了学术界和工业界的极大关注。为 了使国内外同行对 T 样条的发展历程和研究现状有一个较为全面的了解,对其进行系统综述。在广泛文献调研的 基础上,对 T 样条的定义、基础算法,以及在计算机辅助设计、工程和制造中的应用进行归纳总结和详细分析, 重点分析了这些算法的基本思想和原理,比较了其优点和不足。由于工业界对几何表示的精度和效率的要求越来 越高,导致 T 样条的研究仍然不完善,还存在大量亟待解决的问题和可能的发展方向。