基于成果导向教育理念的汽车制造工艺学课程教学改革

作为汽车行业竞争主战场,汽车生产领域智能装备、高新技术的不断引进,使专业技术人才缺口越来越大。为助力培养优秀汽车生产制造工艺工程师,针对现有学情,基于OBE教学理念,对车辆工程专业核心课汽车制造工艺学进行课程改革。以学生学习成果的目标导向,借鉴知识图谱优势、融合CDIO工程训练思想,采用项目驱动与全程多维考核方式,构建具有实时反馈的理论与实践教学多闭环实施链路。将学生学习情况作为反馈因素及时调整教学方法和手段,不断提高课程教学质量,实现学生综合素质与工程应用能力的全面培养,为未来职业发展打下坚实的基础。

多腔主动蓄放热系统优化设计与性能分析

主动蓄放热系统是温室太阳能高效热利用的一种设备,为了改良集热板结构,提升集热量和主动蓄放热系统的各项性能,以集热效率提升为目标,首先进行主动蓄放热系统集热板连接结构和流道设计优化,然后进行系统集成设计与加工制作,并在温室中对其进行性能测试。通过集热板内沿程阻力与对流换热系数关系的模拟计算,确定长16 mm和宽4 mm的圆角矩形作为集热板横截面腔室结构尺寸,管板插接激光焊作为集热板组装工艺。温室现场测试结果表明:在北京地区,冬至日以后的49 d内,多腔主动蓄放热系统的平均集热效率达到79.5%,以温室建筑面积计算,该系统日平均集热量为1.0 MJ·m^(-2),平均放热功率为23.9 W·m^(-2);该系统平均放热能效比为5.4,与电加热加温方式相比,平均节能率为81.2%。主动蓄放热系统的关键性改进优化可改善放热性能,系统运行稳定性、耐久性进一步提高,为主动蓄放热系统规模化应用提供技术支撑。

石墨烯材料在农业领域的应用研究进展

石墨烯材料及其衍生物由于其电子效应迁移率高、导热性能良好、比表面积大、优良的生物相容性等特点,近年来成为材料领域的研究热点。随着石墨烯产业的快速发展,其产品已逐步扩展到农业领域。纵观中国农业的发展史,生产技术的革新始终与科技创新息息相关,利用石墨烯材料自身优良的生物相容性和比表面积等特点,可实现对农业传感器及农药肥料的改良,探索其在农业环境中对农作物的生长发育进程所带来的影响,可以为现代农业的发展指明新的道路。本文综述了国内外学者通过应用石墨烯材料制作新型农业传感器,实现了对农业气体、湿度、胁迫环境的检测,阐明了在农业环境上的新型控温方式,并针对石墨烯对农作物生长发育的影响,探索石墨烯对农作物安全、高效利用的合适浓度与使用方法。最后讲述石墨烯作为载体对农药肥料的改良,以及作为吸附剂净化废弃物的作用。石墨烯材料可促进农业生产方式转变和资源高效利用,为农业双碳革命提供研究基础。

营养液紫外LED杀菌模组仿真与响应面法优化

为了研究营养液紫外LED杀菌(ultraviolet LED nutrient solution sterilization,UV-NSS)模组内紫外辐照分布并优化其关键结构参数,采用Tracepro光学仿真软件对UV-NSS模组进行建模和光线追迹,并以模组管道内径、管壁厚度、管灯距离及灯条内表面双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function,BRDF)为参数因子,以有效紫外辐照比例(effective UV radiation ratio,EURR)和辐照离散度(irradiance dispersion,ID)为响应值进行响应面法参数优化。结果表明,当UV-NSS模组管道内径28 mm、管壁厚度2 mm、管灯距离4 mm、BRDF为0时,其模型EURR为12.14%,ID为0.3206,模型中心位置紫外辐照度模拟值与实测值仅相差3.68%,可准确反映模组内辐照分布情况。基于上述模型开展中心复合有界设计,以响应面法拟合EURR和ID的二次回归方程,其决定系数分别为0.9620和0.9678,拟合显著(P<0.05)。以EURR最大化、ID最小化为目标,结合响应面法与实际情况确定参数因子的最优组合为管道内径50 mm、管壁厚度3 mm、管灯距离0.6 mm、BRDF为0.55。代入模型后EURR为32.11%,较优化前提升了164.50%;ID为0.3178,较优化前降低了0.87%。采用该参数制造UV-NSS模组,其紫外辐照度实测值与模拟值仅相差1.73%。

基于连续时间广义预测校正的水下非线性追踪博弈控制

针对复杂环境下的追踪控制问题,提出了一种基于连续时间广义预测校正的水下非线性追踪博弈控制算法.利用连续时间广义预测对目标机动偏离趋势进行在线预测补偿校正,将机动目标紧缩于最大捕获概率扇面之内,同时引入零效控制参数和连续时间广义预测校正算法,解决了微分对策动态博弈剩余时间难于估计的问题,提高了系统的响应速度.将算法应用于水下非线性追踪博弈的验证结果表明,该算法兼顾了控制约束与干扰抑制性能,能够实时有效地对抗初始偏差和随机扰动,不仅具有良好的导引效果,而且有效提高了系统对环境干扰的鲁棒性.

外源补光状态下温室黄瓜光合作用的研究

对外源补光状态下温室黄瓜的光合作用进行了研究。在一定光照强度范围内 ,净光合速率随外源光照强度增大而增大。同一光照强度下 ,早晨补光时黄瓜叶片的净光合速率比晚上大 ,光合启动时间也长于晚上。连续早晚补光植株叶片的净光合速率高于一次性补光的叶片 ,但光合启动时间相对缩短。

甘薯水耕栽培研究

本文通过比较分析国内外水培甘薯的研究概况,揭示了水培甘薯的优势并对其应用前景进行展望,对于将来甘薯应用水培生产具有重要的指导意义。

多约束受扰追踪的微分对策滚动时域轨迹优化

针对复杂洋流干扰环境下水下多约束追踪问题,提出一种滚动时域非线性微分对策控制策略.基于智能体自导探测信息,建立水下追踪相对运动模型与追踪过程约束.通过分析追踪特性,确立以相对运动信息为变量的微分对策模型,结合零效控制和滚动预测算法的实施,设计出一种考虑过程约束和干扰的具有终端约束的水下追踪制导律.对不同期望终端交会角进行追踪的仿真结果表明,该制导策略能有效对抗干扰、实时调整约束,具有良好的时效性和较强的鲁棒性.

基于微分对策的水下主动防御拦截导引方法

针对来袭水下目标机动方式的无法预知的问题,为实现精确拦截,以目标捕获条件为约束,设计了一种用于水下机动目标拦截的微分对策导引律。以微分博弈理论为基础,构造用于双边最优控制的二次型性能指标,利用伴随原理求解终端问题的方法导出具有状态反馈形式"零效脱靶量",并以其为性能指标设计用于航向角控制的微分对策制导律。通过对机动目标的跟踪拦截表明:该制导律对目标机动方式具有较强的鲁棒性,与最优导引相比,对机动目标的拦截精度高,可满足水下拦截作战技术需求。

基于协同防御的水下拦截组合制导

拦截器协同对抗来袭目标的组合制导策略;该策略在三方运动关系基础上,得出视线制导的相互约束关系,将优化控制与海战博弈相结合,建立协同防御微分对策模型;根据水下拦截器的反馈控制回路,采用伴随原理求解终端问题的方法,进行具有协同特性的最优导引与微分对策制导律设计;对两种拦截制导效果进行性能比较,表明基于协同防御的最优导引与微分对策制导组合制导控制系统对水下拦截器的机动性能要求低,能有效完成拦截,具有较强的鲁棒性。

协同微分对策制导参数及性能分析

为有效提高复杂水声对抗环境下拦截器的作战效能,寻求最佳制导参量范围,文中对协同微分制导参数约束条件和过程误差敏感性进行了分析.在建立三方对抗协同微分对策制导线性化伴随模型的基础上,根据追逃微分界栅原理分析对策空间,推导拦截器与舰船的加速度对抗系数及时间常数比的解析形式,并利用伴随理论定性分析导引探测误差、舰船机动和机动过载比等因素对微分制导拦截性能的敏感性,得出制导系统参数与制导性能的关系,预估舰船最佳机动时机.仿真结果表明,通过制导参数约束转换,舰船以最佳时机规避,可有效增强拦截器的作战效能.

大跨度主动蓄能型温室温湿环境监测及节能保温性能评价

针对日光温室土地利用率低,单体小不能进行立体栽培果树种植,不利于机械化操作等问题。该文提出一种大跨度主动蓄能型温室,该温室南北走向,双屋面拱形钢骨架结构,并采用主动蓄放热系统进行能量的蓄积与释放。该试验以传统砖墙日光温室作为对照,对大跨度主动蓄能型温室室内外温湿度以及主动蓄放热系统的能量收支进行分析,并对比2种温室的建造成本,综合分析了试验温室保温节能效果及经济效益。结果表明：大跨度主动蓄能型温室土地利用率高达87.4%。温室夜间平均气温高于10℃,无极端低温,晴天夜间平均气温比对照温室高1.5～3.1℃,比室外高13.9～19.3℃;阴天夜间平均气温比对照温室高1.2～2.8℃,比室外高12.5～18.9℃。夜间室内相对湿度平均比对照温室低7%～10%。主动蓄放热系统性能系数COP（coefficient of performance）为3.4～4.2,平均每天能耗0.013 k Wh/m2,与传统燃煤锅炉加温系统相比,平均节能率为47%。大跨度主动蓄能型温室建造成本每平米307.2元,比传统砖墙日光温室低144.5元。大跨度主动蓄能型温室是一种土地利用率高,单体大,保温性能良好,能进行冬季果菜生产的新型温室类型,且投入少,综合其经济环境效益,值得推广应用。

基于CFD模型的大跨度温室自然通风热环境模拟

大跨度温室作为一种新型南北走向的钢骨架覆膜温室,解决了传统日光温室土地利用率低、空间狭小的问题。为了研究在自然通风条件下大跨度温室的温度和气流场的分布规律,以及不同室外风速条件下通风口开度对大跨度温室温度和气流场的影响,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件构建三维稳态大跨度温室模型,模拟自然通风条件下大跨度温室内的温度场和气流场,并采集典型晴天下通风口开启50%时大跨度温室内13个测点的温度,将各测点的测量值与模拟值进行比较,最后利用已验证模型模拟分析通风口开度(25%、50%、75%、100%)在不同室外风速(1、2、3、4 m·s^(-1))条件下的大跨度温室温度和气流场。验证结果表明:模型模拟值与实测值的绝对误差在0.2~2.8℃,均方根误差为1.6℃,最大相对误差为9.9%,平均相对误差为4.1%,表明模拟值与实测值吻合良好。模拟结果显示,温室顶部温度高,底部温度低;室外冷空气从西侧通风口进入,温室内西侧温度低于东侧;温室内平均风速从南到北逐渐减小;温室中部风速明显小于东西两侧。大跨度温室上通风口及侧通风口全开时,温室内温度分布较均匀。温室通风口开度一定时,温室内通风率与室外风速呈显著线性正相关。考虑温室内温度及风速对作物的影响,以降温为主要目的时,建议通风口开度取75%~100%,若室外风速大于3m·s-1且室内温度能满足作物生长,则建议通风口开度<75%。

大跨度保温型温室的热环境模拟

大跨度保温型温室为拱型钢骨架结构,南北走向,相邻温室间距仅2m,相比于传统日光温室土地利用率提高到91%,且仍具有日光温室节能的特点。为分析和评价该温室的蓄热保温性能,基于温室热传导、对流换热、太阳辐射、天空辐射、作物蒸腾、自然通风等热物理过程,构建了温室内热环境变化模型,并利用Matlab软件对其进行求解,模拟在冬季连续4个典型工作日无加温条件下,每10min的室内空气温度和作物根区温度,并将模拟值与实测值进行对比分析。结果表明,模型对大跨度温室内空气温度模拟的平均绝对误差在±1.3℃之内,模拟值与实测值间直线方程的决定系数(R^2)为0.99(n=576),回归估计标准误差(RMSE)和相对误差(RE)分别为1.6℃和16.4%;作物根区温度实测值与模拟值的绝对误差在±0.6℃之内,直线方程的R^2为0.91(n=576),RMSE和RE分别为0.76℃和6.7%。模型模拟值与实测值较为一致,可为温室环境精准调控和结构优化设计提供理论依据。

不同波峰的LED红蓝光质组合对黄瓜苗生长和光合特性的影响

采用波峰660 nm的红光(R)+波峰450 nm的蓝光(B)LEDA型和波峰630 nm红光(R)+波峰460nm蓝光(B)的LEDB型2种光源,并分别设置不同红蓝光配比(R/B)为5、7、9和20,用于黄瓜育苗。结果表明:不同R/B光质处理对黄瓜幼苗的生长发育有调节作用,其中对干质量、鲜质量、叶面积、叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率以及气孔导度的调节变化趋势相同,即随着R/B值的增加呈现先增加后降低的趋势;LEDA型光源和LEDB型光源在黄瓜育苗的整体水平上无显著差异,但最适R/B值不同,LEDA型光源下R/B值为7的处理各项指标综合表现优于其他处理,LEDB型光源下R/B值为9的处理各项指标综合表现优于其他处理。此外,LEDB型光源红、蓝光的电能转化效率比LEDA型光源分别提高了317.9%和38.5%,而且LEDB光源的能效比LEDA光源和荧光灯分别提高了55%和13%。因此LEDB型光源较有利于在黄瓜育苗中应用。

日光温室热压风压耦合自然通风流量的模拟

通风是温室环境调节的重要手段,通风流量计算涉及流量系数与风压体型系数,因此有必要定量分析不同通风模式下的通风流量及对应的系数,为通风调节提供理论依据。本文分析了热压风压耦合作用对通风流量的影响机理,构建了通风流量与热压风压作用关系的数理模型;采用CO2气体示踪法测试日光温室模型(按1:5的比例缩小)在不同通风口宽度条件下的通风流量,将试验测得的通风流量、空气温度、风速和通风口宽度等参数代入模型,对模拟值与实测值进行多元线性拟合,得出拟合度最高的流量系数与风压体型系数。结果表明:当温室模型通风口宽度为3、5和7cm(相当于实际温室通风口宽度为15、25、35cm)时,热压风压耦合作用的通风流量可按0.5G=0.81S?(H?ΔT/T)?0.078S?u、0.5G?0.63S?(H?ΔT/T)?0.067S?u和0.5G=0.46S?(H?ΔT/T)?0.058S?u分别计算,式中S、H、ΔT、T、u分别为通风口面积、宽度、室内外温差、室外温度和风速;相应的流量系数分别为0.78、0.60和0.44,风压体型系数分别为0.04、0.05和0.07;在总通风流量中,当室外风速高于1.5m·s-1时,风压通风流量所占总通风流量的比例均高于50%,风压通风占主导作用;当室外风速大于2.5m·s-1时,风压形成的通风流量所占比例均大于70%,说明此条件下可忽略温度即热压的影响。

未知环境下水下机械手智能抓取的自适应阻抗控制

为了满足水下机械手在未知环境下对目标抓取的多样性,保证抓住、抓牢并最大限度地避免目标损伤,提出了自适应阻抗控制方法.构建了基于位置的阻抗模型的力跟踪控制系统,采用递推最小二乘法辨识目标的阻抗参数,根据阻抗参数与机械手的运动特征,利用模糊推理方法在线调整抓取力的期望值,并根据期望抓取力与实际抓取力的误差设计自适应比例-积分-微分(PID)控制器来调整期望位置,以实现在跟踪目标位置的同时对期望抓取力信号的跟踪,并利用MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验.结果表明:自适应阻抗控制方法在自由空间和约束空间均具有良好的力、位移的跟踪性能;对期望抓取力的实时调整满足抓取目标的多样性,期望位置的自适应调整能够实现对期望抓取力的跟踪.

水下机械手主从遥操作双边控制策略

水下机械手在操作过程中存在抓取对象未知、临场性差的问题,深水环境下较低的能见度限制了机械手的作业。针对此问题提出了带力觉感知的主从式遥操作双边控制系统。主手采用模糊自适应阻抗控制方法,从手采用积分滑模变结构控制方法。通过Liewellyn绝对稳定性准则分析了整体系统的稳定性。搭建了单自由度双边遥操作系统平台,在Matlab Simulink下进行了相关仿真。仿真表明:主手控制提高了透明性以及系统鲁棒性;从手控制克服了外界干扰及消除了滑模控制的抖振问题,从手具有很好的力/位移跟踪主手的能力;整体系统具有很好的稳定性和可行性。

超声波雾化栽培装置的研制和应用效果

雾培是解决植物根系水气矛盾的一种最佳栽培模式之一,为解决现有雾培方式中雾滴直径大、冲力强和雾化均匀度低的问题,该文介绍了一种新型超声波雾化栽培装置。该装置将超声波雾化技术与植物种植系统相结合,所形成的水雾在空气中飘浮时间大于1 min,并自然弥漫至根系各个部位,使植物根系能够均匀吸收养分和水分。此外,通过生菜栽培试验表明:该装置比水培装置节省用水70%,冬季生产时可提高植物根系环境温度4～7℃,并可显著提高生菜植株的根系活力。

基于CFD的植物工厂冠层微环境管道通风效果模拟

为增加植物工厂多层栽培模式中作物冠层内部气流扰动,该研究设计了一种冠层微环境管道通风装置,利用计算流体力学软件(Computational Fluid Dynamics,CFD)构建三维栽培模型。在模型中,将植物冠层区域考虑为多孔介质,多孔介质的黏滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3;LED灯管设置为热源模型,热源模型散热量为297525 kW/m^(3)。利用模型模拟并实测入口速度为8 m/s时植物冠层表面和上部空间气流速度,发现空气流域的平均误差为16%,模拟值与实测值吻合较好。利用验证的模型模拟不同入口速度下植物冠层的气流分布,结果表明:进气速度设置为8 m/s,该速度下植物冠层内部适宜速度区域体积占比为67.58%,冠层表面适宜速度区域面积占比为55.23%,冠层内部气流平均速度为0.14 m/s。研究表明植物工厂冠层微环境管道通风模式能有效增加冠层气流扰动。