矩形边界限定形式的感应电机低开关频率预测控制研究

圆形边界限定形式预测控制对电流畸变的限定在各方向均相同,无法通过增大边界圆半径进一步降低开关频率。因此,该文提出一种矩形边界限定形式的预测控制方法。首先,深入分析感应电机数学模型,发现感应电机转子子系统的低通物理特性,以及励磁电流波动对电磁转矩的影响不显著;其次,利用该特性,将限定边界改为矩形,对转矩电流与励磁电流进行独立约束,适度增加励磁电流畸变允许限值,扩大电流轨迹运动范围,延长开关状态切换时长;再次,探究电流矢量梯度同边界约束间的数学关系,提出该方法下电压矢量筛选与寻优准则,筛选出最优矢量;最终,进行实验对比。实验结果证明,在相同系统动态特性和转矩波动下,相较于圆形边界限定策略,矩形边界限定策略可以进一步降低开关频率。

多电飞机断路器电弧机理及灭弧技术研究综述

多电飞机指次级功率从机械能、液压能、气压能等传统的多能源体制统一为电能体制的飞机,具有系统结构简单、可靠性高、可维护性高和能源利用率高等优点,其电力系统最先进的架构为360~800 Hz变频交流电源和270 V直流电源,目前已在空客A380、波音B787、F-22等多电飞机中应用.但随着用电功率的增加,多电飞机的配电、用电网络以及线缆布局将变得更复杂,发生短路等电气故障的概率明显加大.故障电流产生的电弧不仅严重影响线缆和用电设备的寿命、可靠性和安全性,还将限制航空电力系统扩容和飞行性能提升.多电飞机断路器是灭弧的关键器件,通过分析断路器中电弧放电过程的复杂机理,可有助于提升其灭弧性能.为深入推进多电飞机电力系统中断路器电弧理论与灭弧技术研究的开展,首先分析了民用和军用多电飞机电力系统的结构以及电气故障保护的难点,然后分别归纳了航空变频交流断路器和270 V直流断路器中电弧理论与灭弧技术的研究现状,最后预测了未来航空保护电器灭弧技术的发展趋势.

紫外纳秒激光扫描处理冷拔45钢的表面性能研究

采用波长355 nm的紫外纳秒脉冲激光对45钢冷拔平键表面扫描处理,制备了不同工艺参数下的试样,研究了表面硬度、表面粗糙度等的变化规律。结果表明:激光扫描可使45钢冷拔平键的表面硬度由301.7 HV0.2提高到442.8 HV0.2,提高幅度近50%。激光扫描硬化层的厚度约30μm。振动抛光处理可降低激光扫描表面的粗糙度而保持其较高的显微硬度。

重力场对欧拉屈曲梁非线性吸振器分岔特征的影响研究

以欧拉屈曲梁构成的非线性吸振器为研究对象,针对不同的应用环境,分别建立有无重力条件对应非线性动力学模型并重点研究重力场对非线性系统分岔特征的影响。利用复变量-平均法推导出非线性系统的慢变方程,进而得到其对应的鞍结(saddle-node, SN)分岔以及霍普夫(Hopf)分岔边界。通过对比有无重力条件下的分岔边界发现,重力场使分岔边界受参数影响范围变大;进一步,在有重力场条件下,针对失谐参数和激励幅值对非线性系统分岔特征的影响展开讨论;最后,考虑重力场条件,针对欧拉屈曲梁非线性吸振器部分关键设计参数对系统分岔特征的影响进行了分析。计算结果发现:满足一定条件,SN分岔和Hopf分岔会有共存的情形;而且,频响幅值随激励幅值的变大而产生两个分支,随激励幅值继续增大,将使两个分支重合但多解区间并未消失且增大;欧拉屈曲梁长度和斜置倾角对分岔特性有较大影响,且变化规律相似,随着参数增大,SN分岔与Hopf分岔边界减小。

基于前馈模型预测控制的类车机器人路径跟踪

在类车机器人路径跟踪控制方法中,模型预测控制(Model predictive control,MPC)在处理系统约束方面具有较大优势,但是现有的非线性模型预测控制(Nonlinear MPC,NMPC)实时性较差,线性模型预测控制(Linear MPC,LMPC)精确性较差,因此亟需提出一种同时具有较高精确性与实时性的类车机器人路径跟踪控制方法.为此,以无预瞄点的LMPC为基础,引入基于逆运动学模型的前馈转向角信息,提出了一种前馈模型预测控制(Feedforward MPC,FMPC)方法,并通过MATLAB和Carsim进行了联合仿真测试.FMPC具有较高的精确性,在所有仿真结果中,位移误差绝对值不超过0.1110 m,航向误差绝对值不超过0.1177 rad.在相同工况下,FMPC与NMPC精确性相当,LMPC、前馈控制和Stanley控制误差发散.FMPC也具有较高的实时性,在每个控制周期内的解算时间不超过4.31 ms.在相同工况下,FMPC与LMPC实时性相当,相比NMPC能将每个控制周期内解算时间的最大值减小80.68%,平均值减小65.14%.此外,FMPC能够保证控制变量在系统约束范围内,且受定位误差的影响较小.

高熵硬质合金WC-AlCo_(0.4)CrFeNi_(2.7)的制备及表征

以气雾化法制备的AlCo_(0.4)CrFeNi_(2.7)高熵合金粉末和碳化钨(WC)分别作为粘结相和硬质相,采用放电等离子烧结制备高熵硬质合金,研究了粘结相含量和烧结温度对硬质合金的微观结构和力学性能的影响。结果表明,粘结相占比为10%(质量分数)经1300℃烧结的高熵硬质合金具有最佳力学性能,硬度和断裂韧性分别为1575HV_(30)、9.2 MPa·m^(1/2)。相对于粘结相含量对合金性能的影响,烧结温度的影响效果更显著;两者分别通过影响WC晶粒大小、相对密度以及有害的脆性金属间化合物的生成来影响高熵硬质合金的力学性能。

高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器的研究

为解决可用于机器人等复杂三维载体表面的电子皮肤触觉传感器难以兼具高柔弹性及压力检测功能的难题,从材料的选取、结构的优化以及新型制作工艺等方面进行了研究,提出研制高弹性的柔性电子皮肤压力触觉传感器新方法.采用新型银纳米线(AgNWs)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料,基于半圆与圆形相结合的高柔弹性导电薄膜电极层及阵列式"多孔PDMS"的新型"三明治"式传感器阵列结构,极大地提高了触觉传感器的柔弹性,用模具固化成型工艺制作了高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器.结果表明:这种电子皮肤压力触觉传感器具有良好的柔弹性,其弹性拉伸率超越人类皮肤的弹性,达到了30%,可覆盖于机器人等复杂三维载体表面;在不同载荷条件下进行了压力大小及分布情况的测量,发现在自然及拉伸状态下,该电子皮肤压力触觉传感器均具有较高的线性度、灵敏度及较小的迟滞误差.研究结果为机器人触觉感知技术和智能化发展奠定了基础.

基于三维骨架细化的金属橡胶三维建模方法研究

基于CT断层扫描技术的逆向建模为金属橡胶的三维建模提供了一条有效的途径,但由于金属橡胶丝之间的勾连接触,使得三维模型中金属丝之间存在粘连,从扫描图像上表现为部分金属丝截面相互粘连。为解决粘连分割问题,首先采用基于标记的分水岭算法对截面中相对简单的粘连进行分割处理,然后根据金属橡胶丝直径不变的几何结构特征,利用三维图像骨架细化算法提取出金属丝的轴线坐标,最后在CAD系统中利用扫掠算法重构金属橡胶三维模型。实验结果证明,该方法不仅可以有效实现金属橡胶的逆向三维建模,为金属橡胶三维仿真计算、数字制造提供三维数字模型,还可以通过改变金属丝直径或删减部分金属丝构建不同孔隙度的金属橡胶,为金属橡胶的有限参数化建模提供一种新的思路。

铜铝复合板渐进成形回弹缺陷研究

为了讨论不同工艺参数对复合板渐进成形回弹的影响,建立了包含工具头、复合板材和复合界面的三维有限元模型,通过对比T形剥离结果得到复合界面内聚力单元参数,通过实验验证了有限元模型的可靠性。实验结果表明,成形角对双金属复合板渐进成形回弹最敏感,工具头直径对回弹敏感度最低,另外,内聚力单元能有效模拟双金属复合板结合界面,模拟误差仅为7.9%。分析结果表明,单层下压量、板厚、工具头直径都与回弹量成正相关,成形角与回弹量成负相关,成形角从30°增大至60°时回弹量减小21%。

具有低开关频率特性的指定谐波抑制预测控制方法研究

为了避免器输出波形中低次谐波对孤岛型微电网的电压质量产生严重影响,需尽可能减少其谐波失真含量。同时,为提高逆变效率,还需降低开关损耗,令逆变器保持在低开关频率的工况下。模型预测控制相较于脉宽调制策略的灵活性更高,动态性能更好,常与其他优化算法结合,以获得所需控制效果。因此,该文提出一种具有低开关频率特性的预测控制指定谐波抑制开关策略,采用该策略可以减少输出电压信号低次谐波含量,有效抑制谐波畸变,同时可以有效降低系统的开关频率。针对未来时刻电压状态谐波提取相互独立的特点,将并行计算方法的思想引入预测控制中,提高系统的在线实时性。在两电平逆变器实验平台上进行测试,验证了该方法的正确性以及控制策略的有效性。相比指定谐波消除脉宽调制策略,所提方法能在线实时生成稳定的逆变器开关序列,证明了该控制策略不仅能在低开关频率工况下有效抑制低次谐波,而且具有良好的动态性能。

无人驾驶车辆路径跟踪控制研究现状

近年来路径跟踪控制的发展十分迅猛,研究者们发表了大量的研究成果.考虑到在相同或相近工况下的路径跟踪控制存在一些共性的技术问题与解决思路,从低速路径跟踪控制和高速路径跟踪控制两个角度对近年来的研究成果进行了回顾.在关于低速路径跟踪控制的研究工作中,研究者们较为重视前轮转角速度约束等系统约束对路径跟踪精确性的影响.目前减少系统约束影响的方法包括在规划参考路径时将系统约束纳入考虑,采用预瞄控制使控制器提前响应,以及采用线性模型预测控制(LMPC)或非线性模型预测控制(NMPC)等模型预测控制方法作为路径跟踪控制方法等.考虑到NMPC既能减少系统约束的影响,又无需人为设置预瞄距离,且对定位误差等扰动因素具有较强的鲁棒性,加之低速路径跟踪控制对实时性的需求较低,因此可以认为NMPC能够满足低速路径跟踪控制的绝大多数需求.高速路径跟踪控制在受系统约束影响之外,还面临着较高车速带来的行驶稳定性不足问题的挑战,因此常采用能够将动力学层面的复杂系统约束纳入考虑且计算成本较低的LMPC作为路径跟踪控制方法.不过仅采用动力学层面的LMPC控制方法无法完全解决高速路径跟踪控制中路径跟踪精确性和车辆行驶稳定性之间存在耦合的问题,目前常见的解决思路是在路径跟踪控制中加入额外的速度调节或权重分配模块.此外,在高速路径跟踪控制中,地面附着系数等环境参数的影响也较大,因此地面附着系数等环境参数的估算也成为了高速路径跟踪控制领域的重要研究方向.

我国全尾砂料浆浓密研究进展与发展趋势

全尾砂料浆的高效和深度浓密是获得合格膏体浓度、决定膏体充填质量的关键。全尾砂高效絮凝是全尾砂料浆浓密的前提,全尾砂絮团的快速沉降决定全尾砂料浆浓密的效率,而全尾砂浓密床层的深度脱水决定全尾砂料浆浓密的效果。为此,本文对近20年来我国在全尾砂料浆浓密方面的研究方法和研究成果进行了分析与总结,详细分析了全尾砂絮凝行为及其动力学模型、全尾砂絮团沉降规律及其机理、全尾砂浓密床层深度脱水规律及其机理、深锥浓密机的耙架扭矩模型及关键结构参数设计,并对未来发展趋势进行了展望。

空中加油机加油软管系统建模和控制研究进展

空中加油软管系统作为空中加油过程最重要的组成部分,其建模和控制研究是一个重要研究方向,已经取得了很大进展.首先在概述了空中加油的主要类型的基础上,分析了软管式空中加油的特点;然后分别介绍了基于常微分方程和基于偏微分方程的两种软管系统的建模方法;进一步针对空中加油机加油全过程分析了加油软管系统的对接控制、软管的振动抑制和可控锥套的研究;最后从加油软管系统的建模和控制方面展望了软管式空中加油未来的发展趋势.

机器人仿生电子皮肤阵列触觉传感器研究

针对当前用于机器人等复杂三维载体表面或活动关节部位的触觉传感器实现高柔弹性和压力检测的难题,该文提出一种8×8阵列的仿生电子皮肤柔弹性阵列触觉传感器。基于压阻橡胶的导电机理采用微米镍粉填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)完成触觉传感器的柔性敏感单元设计与制备,获得压阻橡胶在不同质量比时的压阻特性曲线,采用银纳米线(AgNWs)/PDMS复合材料制作的柔弹性阵列导电薄膜电极层和压阻橡胶圆片结合阵列式“多孔PDMS”中间传感层的多层“三明治”结构并通过模具固化成型工艺制备电子皮肤阵列触觉传感器,设计传感器检测系统检测其特性。实验表明柔弹性触觉传感器具有阵列数密集、测量范围广、线性度好等特点,传感器的空间分辨率为3×3 mm^2,测量压力范围达到100~500 kPa,拉伸率可以达到30%,能够覆盖在三维载体表面完成分布式压力的测量,为机器人等复杂三维载体表面或活动关节部位的压力检测反馈和机器人智能化提供基础。

基于特征的视线跟踪方法研究综述

针对基于特征的视线跟踪方法进行了综述.首先对视线跟踪技术的发展、相关研究工作和研究现状进行了阐述;然后将基于特征的视线跟踪方法分成了两大类:二维视线跟踪方法和三维视线跟踪方法,从硬件系统配置、误差主要来源、头部运动影响、优缺点等多个方面重点分析了这两类视线跟踪方法,对近五年现有的部分基于特征的视线跟踪方法进行了对比分析,并对二维视线跟踪系统和三维视线跟踪系统中的几个关键问题进行了探讨;此外,介绍了视线跟踪技术在人机交互、医学、军事、智能交通等多个领域的应用;最后对基于特征的视线跟踪方法的发展趋势和研究热点进行了总结与展望.

协作机器人智能控制与人机交互研究综述

协作机器人是一类能够在共享空间中与人类交互或在人类附近安全工作的新型工业机器人,由于其轻质、安全的特点,在柔性制造、社会服务、医疗健康、防灾抗疫等多个领域展现出了良好的应用前景,受到工业界和学术界的广泛关注,成为当前机器人领域的研究热点之一.协作机器人需要具备良好的控制性能确保与人交互的安全性,集成多种传感器感知外部环境并应用智能控制理论与方法来确保高效的协作行为.在我国,人机协作已列入《智能制造2025》和《新一代人工智能发展规划》重点支持研究计划.本文主要介绍了国内外几款常见的协作机器人,机器人基于感知信息的控制、高精度跟踪控制、交互控制等智能控制方法,并围绕机器人与人执行协作任务的高效性,对机器人的人类意图估计和技能学习方法进行了讨论.最终对协作机器人未来的发展方向进行了展望.

BGA封装用钨焊球焊点的热可靠性研究

球栅阵列(BGA)封装结构组成材料之间线膨胀系数(CTE)的差异,容易造成使用过程中焊点内部热应力产生和累积,成为焊点失效的主要原因之一。针对CTE差异的问题,选用与芯片CTE相近的钨制造BGA焊球,并通过在钨球表面电镀铜改善其钎料润湿性。使用SAC305焊膏制备了钨焊球与铜基板的单焊点试样。采用焊点剪切试验研究了170℃下热老化时间对钨焊球焊点热可靠性的影响。结果表明,焊点剪切强度随老化时长增加而明显下降。与焊态试样相比,经250 h老化处理后,焊点的平均剪切强度由57.9 MPa下降至36.6 MPa。随热老化时间增加,焊点的断裂位置由钎焊金属层转向钨核/铜壳层的界面。经250 h老化处理后,焊点的剪切断裂面出现了铜壳从钨颗粒表面剥落的现象。这意味着加强钨核与铜壳层电镀界面的结合强度有助于提高这种钨焊球焊点的热可靠性。

单晶铜塑性变形的二维离散位错动力学模拟研究

针对亚微米尺度晶体元器件在加工和服役中出现的反常力学行为和动态变形等问题,基于离散位错动力学理论建立了单晶铜塑性变形过程的二维离散位错动力学模型.该模型考虑外加载荷、位错间相互力和自由表面镜像力对位错的作用机制,引入了截断位错速度准则.与微压缩实验对比验证了模型的正确性,并且能够描述力加载描述的位错雪崩现象.应用该模型分析了不同加载方式和应变率下位错演化及力学行为,结果表明:当外部约束为力加载和位移加载时,应力应变曲线分别呈现出台阶状的应变突增和锯齿状的应力陡降,位错雪崩效应的内在机制则分别归结为位错速度的随机性和位错源开动的间歇性;应变率在10^(2)~4×10^(4)s^(-1)范围内,单晶铜屈服应力的应变率敏感性发生改变,位错演化特征由单滑移转变为多滑移面激活的均匀变形,位错增殖逐渐代替位错源激活作为流动应力的主导机制.

垃圾焚烧飞灰熔融无害化及资源化研究现状

垃圾焚烧飞灰因含二噁英和重金属被列为危险废物(HW18),存在环境污染风险,2020年全国生活垃圾焚烧量高达14607.6万吨,以焚烧量5%(质量分数)计算,全国垃圾焚烧飞灰的产生量为730.4万吨.目前垃圾焚烧飞灰以固化填埋为主,占用土地资源,且堆存量与处理量严重失衡,无法实现资源化,因此垃圾焚烧飞灰的无害化及资源化已成为绿色发展的瓶颈课题.本文详细介绍了垃圾焚烧飞灰经熔融无害化及资源化的研究现状,阐述了熔融处理垃圾焚烧飞灰的重金属固化、二噁英降解机理,结合熔融形成的玻璃渣分析了制备微晶玻璃、泡沫微晶玻璃、胶凝材料的资源化技术,并指出现有玻璃化虽能固化重金属,但在后续资源化以及产品服役过程,重金属的迁移规律、浸出性需要进一步研究,为垃圾焚烧飞灰的综合利用提供了参考.

废加氢催化剂的回收现状与研究进展

废加氢催化剂因含难降解有机物和Mo、W、Ni、Co、V等战略金属,是危险废弃物和重要的二次资源,资源化利用具有显著的经济、社会和环境效益。本文介绍了加氢催化剂概况,综述了废加氢催化剂的回收现状,包括酸浸出、碱浸出、焙烧-浸出、火法富集。文章指出,回收前需采用溶剂洗涤法、机械法或焙烧法进行有机物脱除。酸法浸出酸浓度较高,对设备腐蚀性大;碱法浸出对Ni和Co的回收率低,采用碱法、酸法两步浸出可实现多金属高效回收;但湿法回收存在废水量大、污染严重等问题。焙烧-浸出是目前主流回收方法,已产业化应用,但存在回收流程长、后续浸出废水量大等问题。针对现有技术废水量大、污染严重等问题,本文提出了碳热还原富集回收有价金属、尾渣用于绿色建材的方法。