• 斯坦福/伯克利第三期暑期學術課程

  • 工程導論:李培根院士

  • 科学思维与研究方法:国家教学名师 余龙江教授

2018密苏里科技大学EMC LAB 暑期实习(9)

作者:時間:2018-09-20點擊數:編輯:劉豔紅

綜述篇

本周是2018年华中科技大学同学来密苏里科技大学 EMC LAB进行暑期实习的第九周。时间过得真快,还剩一个月就要回国了。这边实习的氛围很好,特别是mentor都很负责很有耐心地指导我们完成项目。每个人都有自己的任务,坚守在自己的“岗位”上。LAB里的学长学姐们都很忙,除了自己的项目任务,还要去学院上课,有时我们也会跟着学长学姐一起去蹭课,感觉很不错。另外,有时也会跟着学长学姐去健身房运动,算是一种调节,因为平常也不用怎么走路,有适当的运动会让自己的状态更好。

個人篇

文 | 张中洋

由繁入簡的一周

本周的主要任务是构建基于强化学习算法PolicyGradient的针对Toy Problem的健壮代码以及之前项目论文的继续。下一个任务将是基于强化学习的PCB板过孔及电容的数目、位置、大小等参数的优化,我和张岭学长准备首先采用Policy Gradient算法对一些简单函数写一个示例代码,以确保后续研究的可行性。由于之前已经有了大量的相关编程经验,整个过程也进行的十分平稳而顺利,目前已经基本完成了所有的代码框架构建工作并得到了一部分 可人的測試結果。其實之前並沒有正式接受過深度強化學習的項目,所以從學習基礎理論知識到親自動手實踐,甚至做出相當的優化的這個過程還是十分令人享受的。其中也發現了深度強化學習和傳統深度學習的一些極大不同之處,如score並不像深度學習的loss一般整體上四平八穩的下降,而是像是有著周期性上升下降規律的波形一般起伏不定;又如模型的設計本身不是最重要的部分了,而對于reward這個新的變量的定義和整體策略的制定更加重要。

           

單論編程方面,我的代碼風格從剛開始入門機器學習時的簡陋和不完備到之前一段時間的事無巨細、極力做到缜密但卻又失之簡約和易懂的特性,再到最近的層層封裝,充分使用Python的各種高級特性,在保證了缜密性和完備性的同時漸漸做到了最大程度的解耦合和易讀性,這些變化讓我感到十分開心。是可謂由簡入繁易,由繁入簡難。如果說由簡入繁是較爲單純的經驗和代碼積累,那麽由繁入簡則是在對高級用法的理解的基礎上的再次進化了。

有趣的是我發現Pytorch在今年4月更新版本之後引入了許多新的特性,這些新特性無疑再次提高了其易用程度,在代碼對各種設備的兼容性方面也做出了顯著的提升,希望Pytorch和Python能越來越好!

論文也終于進入了修改階段,希望下周能給出一版像樣的稿子交由老師修改。

文|馬富爲

在周一和sponsor开会之后,决定直接用真正的ECU和cable harness来进行测量。这是我们真正的setup:

     

因爲裝置的限制,之前通過並聯電容來獲得不同電容值的方法不再適用。而且並聯的瓷片電容在頻率較高的情況下也會産生電感,影響元器件自身的阻抗值,獲得結果也不太准確。于是我們決定通過加入介質的方法來改變電容值。最簡單的就是在ECU和地極板之間墊入A4紙,通過改變A4紙的厚度,來調節電容值。

這是測量的原理圖:

     

在setup布置完成後,我們將在周末以及下周進行數據測量,得到電流的分布,並分析數據。

文|李姜帥

1.  BSS項目進展

在上周,我完成了frequency domain的内容,这周,我们迎来了time domain的挑战。回忆上一周,我们frequency domain的具体流程是:

Scanning antennaèmoves in one position——>two sources——>mixed signals——>VNA——>get center frequency value——>1601 times (1601 values)——>BSS——>separation results——>Phase-Resolved——>resolved results——>moves to next position (totally 50 positions)

在time domain,我们的流程为:

Scanning antennaèmoves in one position——>two sources——>mixed signals——>oscilloscope (ch1 and ch2)——>single——>get the data of the screen——>do FFT——> get reference frequency value——>repeat single 200 times (200 values)——>BSS——>separation results——>Phase-Resolved——>resolved results——>moves to next position (totally 10 positions)

在控制scope自动读数据和single上百次的过程中,遇到了很多问题:十进制或者二进制读数据、reference source的选择、数据转换、scale和sweep time和resolution time的处理、data buffer size大小的选择等等;在小彭的code里有scope和SONY public device的IP连接基础下,我调试scope的进程还算顺利。但是,后面做FFT的过程实在非常艰辛,一开始做的是和scope一屏数据量相等的等点N的FFT,但是从Matlab画出的spectrum来看,peak十分明显而且peak周围没有任何具有明显信息量的频谱点,mixed signal的spectrum的两个peak分的特别明显,不能提取到混合频谱点的信息。所以,我重新仔细复习了一遍DSP之后,再用MATLAB仿真了几个FFT的几个cases之后:

     

決定對原始數據補零處理,即將原始的采樣數據末端補上127*N個0,從而補成一個新的采樣數據,數據的長度爲原來的128倍,一共128*N個數據點,再對這個重組數據做等點FFT,在single5次之後,做的5個FFT圖如下:

     

很明显,bandwidth因为补零的影响,peak峰被拉得很宽,淹没了两个mixed signals的frequency peak,达到我们需要的结果。(在mixed 2 spectrum里,peak中间有一个小小的下降峰,是mixed signals不同的time信息的结果,是正常和已预测到的表现)。下图是resolved result结果:

           

从结果上看,结果没有frequency domain那么好,而且很多点比较混乱。不过Victor表示这个结果还算match的上(话语中透露出他本来就不相信能成功???)然后我从反推回每个步骤,发现在BSS的环节出了很大的问题:

     

从magnitude我们可以看出两个信号的相关性非常的高(phase在这里是random的,因为每次single的时间是random的,所以phase没有frequency domain里面那么规律,但是这不会影响BSS 和Resolved-Phase的结果),两个信号相关性非常高就会导致BSS失败,在结果绘制的Lissajous图里,可以明显看到separated的点没有汇聚到和source一样的矩形里,说明BSS失败了,这也可以解释为什么resolved result会这么差。接下来,Victor要我们用filter来做

Simulation,即用四個不同的filter來作用于信號,信號的peak應該在作用濾波器的過渡帶上:

     

这样就可以模拟出空气中接收天线和源之间的radiation。并且要自己用MATLAB模拟出两个信号,再模拟出scope的流程,模拟出和实际测量方式一样而得到的数据,simulation结果和实际测量结果相差无几,即mixed信号是高度相关的,而且BSS是失败的。至此,time domain遇到了瓶颈,希望下个星期继续加油,但是不要再熬夜搞通宵,会死人的。

2.  生活:央央日殇,圃圃扶桑

     

文|彭哲坤

慢工出細活,這一周專心致志地把整個機械結構都搭建起來,算是階段性完成了我的任務,接下來用幾天的時間調試好各部分運行時間,就可以完全自動化測試了。

先說下這段時間做了什麽事情,之前一直被馬達會無緣無故轉動這個問題困擾著,後面開始逐步排查:硬件部分接線正確,元器件正常工作,電路模塊之間沒有影響,轉到軟件部分發現每個模塊單獨工作時正常。最後回到了我最自信的軟件部分,通過斷點調試發現自己在每個模塊之間加的複位操作持續時間過長,而每次複位都會讓Arduino的每一個數字引腳都發出1的信息,結果導致馬達在兩個指令之間會無緣無故轉動。看來自己對自己軟件技能太過自信了,最終反而栽在了自己的拿手處,所幸最後還是解決了這個很小但是很影響性能的問題。

這一周接觸了3D打印技術,使用CST搭建一個固定用的元器件的3D模型,調好形狀和參數,就可以拿到ESDEMC(和實驗室只隔了一道牆的公司)去進行打印。Javad和我一起完成的這份打印,但說到底還是自己經驗不足而導致把時間浪費在來回跑上。3D模型搭建好以後在自己電腦上的CST顯示正常,但是拿到了ESDEMC那開始打印的時候就發現有問題。仔細排查後發現其實是因爲在不同軟件上的邊緣算法不同,結果有些許差異,導致了在底面擬合的時候出錯,然後軟件的自動修複功能又把它修得十分怪異。但是打印出來還是一樣的,因爲底層只是單純的一層而已,很容易處理。精密的3D打印機很吸引我,花了一個小時盯著它看它的構造和運行方式,其本身就是不斷地牽引著3D打印材料將其融化然後在板上點上材料,一點點“壘”起來,關鍵在于從3D模型到打印機運行軌迹的映射。

     

3D模型(半圓柱的底部因算法原因變得扭曲)

     

3D打印機

浙大的同學完成了他們的答辯並啓程回國了。他們的答辯非常出色,覆蓋面廣,點也很精。上周周六晚上在他們家一起聚會,一起展現著“狼人殺”中的智與謀,我無法作爲一匹“狼”潛伏在好人中,但是我擅長以“平民”角度去挖出間諜。雖然最後還是免不了離別的情緒,但是想到我們終究要爲自己而拼搏努力,有緣終相逢。

     

在1309(浙大同學家)一起狼人殺

文|張秀珍

這周我的工作主要是完成對放射源的工作頻率和工作功率的測量,我們首先在最簡單的環境下,測量不同天線和不同信號産生源的工作狀態,選取最好工作狀態的天線和信號産生源。在確定這些之後,我們將原先做的木櫃整體倒放在地上,使用泡沫作爲一個界面,在泡沫上確定固定的4*4柵格,將接收天線放在每個小格上,並設定泡沫離櫃子的距離,將放射天線固定在某一個位置並保持全程不變,測得每個格子上接收天線在固定的頻率下的接收功率。按照原理來說,泡沫離櫃子的距離越遠,接收天線在水平面上離放射天線越遠,測得的功率越小,但是實際中有些數據卻違背了這一個想法,所以仍然需要繼續探索和測試一下。關于另外的一個項目,由于CUDA和GPU的相關性質,原理上來說在跑多個斷線情況下的故障潮流計算時,對于每一種情況所使用的平均時間應該越來越短並趨于穩定,因爲在同時調用相同的內存時可以節省一定的時間,但是這一想法需要得到驗證。通過寫sheet腳本調用代碼自動運行得到不同情況下的數據,可以驗證這一個想法是正確的。下圖便是結果。

     

除此之外,導師希望我能把這一個代碼寫一個文檔來使得其他人能夠很好的理解並運行這個代碼,于是我決定自己寫一個網頁來使得多個代碼文件能夠同時展示,讓其他人能夠更好的理解,目前這個網站剛剛搭建起來,效果如下圖所示。

     

文|徐揚

Automatic tribo-charging test system

在周一的例會上,發現之前有個測試的步驟錯了,導致實驗數據不可用。本應該把pad和殼單獨進行分離並測試其産生的靜電電量的,可是我誤以爲摩擦材料也需要在測試中作爲變量,于是先把DUT(pad和殼的組合)放在材料上後再進行分離測試電量。由于在進行靜電消除後仍殘留一定的摩擦電荷,會再DUT上産生感應電荷,雖然很小,但對實驗影響很大(因爲pad和殼分離過程中産生的電荷量也是很小的)。小帕教授在生活中很和藹,有時還用中文跟我們打趣,但在科研過程中非常嚴肅,對數據中的小錯誤,零容忍,連續問了我好幾個關于如何得到實驗結果的問題,終找到問題所在。

Lab里常有的段子就是,学长们在做测试时有时要“躲着”小帕教授 (Dr. Pommerenke): 不管是哪个学生,小帕教授看到你在做测试,或者在setup什么的,总会凑上来,“what are you doing?”, “why do you do that?”如果你不能在简短的几句话里说清楚,那么后果很严重~要么是连续几个“why”,或者直接逮你去见你的导师,总之要把你做的事及目的弄清楚不可。如果觉得你的setup有些地方不对,那么“I won’t do that”,直接上笔给你画框图,或者帮着你一起setup,有时甚至拆了让你重新按照他的想法setup。有种错觉,就是lab里的学生都是小帕的学生 ̄▽ ̄ 或许你觉得他有些“独断”了,然而事实证明大部分情况下他都是对的。他总是有很多奇怪的idea,我有时也质疑这些idea – “Yeah, the ideas are strange, but they’re right, most of the time” (answers from Sameer).

測了下pad與背包摩擦後pad金屬殼表面靜電電壓,發現也能達到6kv,也算是不小了。基礎測試也做得差不多了,估計下周五機械臂能到,很期待ヽ( ̄▽ ̄)?

Common mode choke

上周已確定電感磁環在各方向上大小基本一致的,然而lab現有的器材不能進行精確的值的測量,所以我們需要進行探究,找到一個適當的範圍,也就是說我們的測量精確度只要在這個範圍內就可以了,而不要在實驗精確性上鑽牛角尖。

于是我們在CST模型中進行掃描,縮小範圍。

在之前的测量结果中,我们发现在100MHz附近有谐振,初步猜想其是由于铜板和电感的耦合产生的,并用ADS电路模型进行仿真。在电路中主要调节铜板和电感磁环的耦合电容及耦合系数 – 设定相关端口的开路|短路情况并进行调参得到参数值。

 

可是ADS仿真不能再現100Mhz時的諧振,我們懷疑可能是電感産生了傳輸線效應而引起了此諧振,後期需要對電感磁環進行近場掃描,並對仿真電路中的電流、電壓進行分析



來判斷耦合機理。

 



                              
                                                   


浙大的小夥伴們已經回國了,想念一起玩耍的日子。

 

文|王曉纖

这周我阅读了有关aluminum electrolytic capacitor和metalized polyester film建模的资料。对于metalized polyester film,用普通的RLC串联电路建模,在低频段吻合地较好,但是在10M后,仿真的impedance比实际测量的impedance要高。对于metalized polyester film,我尝试用一种经典的模型建模,即RLC串联,再串联上一个C和R的并联电路。我还没找到有关文献描述这两个元件在电路中代表什么含义,以及怎么从测量数据中求值,所以我只是尝试在ads中tune这几个元件值。这种类型的电容比较特殊,在低频时的相位并不是-90°,而是约-10°,而且目前我也没有找到有关论文有类似的测量曲线。在下周,我需要再查看DUT中这种类型的数据手册以及有关建模的论文。

在上周,有一個普通類型的電容建模效果不理想,這周我重新建模,發現在ads和matlab中看到諧振頻率不一樣。因爲ads是直接導入S1P文件自動畫圖,而matlab中我們是調用函數整理S1P數據手動畫圖,那問題應該是出在matlab代碼上。我查看自己代碼的時候,發現畫這個電容的圖像時,用的頻率變量是另外一個電容的,所以導致諧振頻率不對,自己由諧振頻點推算出的電路模型元件的值也不對。在修改代碼,重新計算後,仿真電路和測量數據吻合地較好。

在周四小帕教授的组会上,他布置给我了一个新任务,寻找ferrite的conductivity vs. frequency的相关资料。在周五我初步查了下之前看过的数据手册和论文,提到conductivity大多是thermal conductivity,而不是小帕教授想知道的electric conductivity。我和小帕教授反映了一下这资料很难找,很多都是thermal conductivity。小帕教授说所以你得多找找……

文|楊光

本周工作主要是將掃描到的平面轉爲用戶所需要的新的三維空間,主要工作是連接kinetic實時進行待測物體(DUT)掃描,得到一個有限時間段內的三維圖像。用戶任意選擇三個點形成一個新的平面,dipole設置在其中一個點上,做新的平面的電場強度色譜圖。其中遇到了一些問題,最嚴重的問題是對Victor所需要的需求理解有誤,導致多次與Victor和少輝溝通,耽誤很多時間。最後結果如下,由于不會解釋坐標轉換的專業術語,于是我畫圖解釋。看樣子也是一個不錯的選擇。

      WechatIMG212.jpeg       ../Library/Containers/com.tencent.xinWeChat/Data/Library/Application%20Support/com.tencent.xinWeChat/2.0b4.0.9/fb969e563663cc4ac13b0838070bbe89/Message/MessageTemp/6f71f1f088cf39194efbbac888fff0f7/Image/2131537029397_.pic.jpg

     

周五晚上,跟數學學院胡老師,IE工程學院孫老師,ECE的直系學長張老師去聖詹姆斯吃法餐,聽到了很多關于申請學習學術生活的建議和故事。我將以他們爲榜樣堅持努力做下去,爭取下次見面的我們都會有不一樣的新身份

      ../Library/Containers/com.tencent.xinWeChat/Data/Library/Application%20Support/com.tencent.xinWeChat/2.0b4.0.9/fb969e563663cc4ac13b0838070bbe89/Message/MessageTemp/6f71f1f088cf39194efbbac888fff0f7/Image/2181537029545_.pic.jpg

周末是兄弟会一年一度的GREEK WEEK,已经是第56届啦。。名字的由来是因为兄弟会姐妹会都由希腊字母构成,所有的兄弟会姐妹会都被校车带到一个公共空旷的地方开party.但是周六是一些运动比赛晚上会连着开一周party.周末在圣路易斯会有一年一度的热气球节。

      ../Library/Containers/com.tencent.xinWeChat/Data/Library/Application%20Support/com.tencent.xinWeChat/2.0b4.0.9/fb969e563663cc4ac13b0838070bbe89/Message/MessageTemp/6f71f1f088cf39194efbbac888fff0f7/Image/2161537029536_.pic.jpg

文|彭年

這周在做test,感覺自己像一個手工業制作者,自從上次用木板做了箱子之後,已經對David的奇思妙想見怪不怪了。手動制作了四根柱子,搭建了一個測量EMI的實驗平台,然後就開始網格測量,一格一格手動挪動,拍寬帶信號的波形,記錄頻率。

在EMC lab待着有个最大的感受就是自己动手,丰衣足食。就比如说,做measurement的时候,示波器收不到信号,怎么办,检查各个仪器,首先看线的螺丝是否都拧紧,拧好后再检查各种仪器。最常见的就是检查cable,拿去VNA上看是否work。信号源不能产生信号,就换一台,lab中可以找到各种仪器的替代品。天线不工作的话,就拿去修一修,焊一焊。本来做个实验也没多久,主要是状况百出,需要解决问题。在搭建實驗平台所需要的各种物品中,仅仅是选择材料,选择发射源,选择天线就尝试了很久,因为有很多情况都需要自己去修理。一些小部件还要自己手工制作。

      /Users/amandapeng/Desktop/WechatIMG1370.jpeg

實驗平台

测数据时,总是很多因数,怎么调参数都无法得到想要的数据,把数据给mentor 看之后,经常会说looks strange!然后又重新测一遍,直到测到数据过关。怎么说呢,网格测量这种事,特别是roughly measure,测得数据总有几dbm的误差,这些都还在允许的范围内。但是在网格边缘进行测量时,信号强度很微弱,得到的数据就比较差强人意。

状态估计中只实现了系统中数据的计算,并没有完成bad data 的检测。由于输入数据的格式是确定的,fake data。在进行输入运算之前需检测数据结构是否正确。由于实现数学公式本身的问题,有些输入的数据都无法得到解,这不是算法的问题,而是在数学上本就无法实现。

 

 

常用系統與鏈接/LINK

湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号 华中科技大学启明学院 邮编:430074   电话:027-87558300 027-87793421   传真:027-87793423  邮箱:qiming@hust.edu.cn