基于刚柔耦合的液压柔性机械臂抑振控制

由于流体介质的弹性和惯性特性,液压柔性机械臂容易出现振动问题,导致机械臂控制精度降低、控制稳定下降问题。为此,提出基于刚柔耦合的液压柔性机械臂抑振控制方法。首先,构建机械臂振动控制目标函数,以实现液压柔性机械臂的振动变化范围最小化为目标,设计机械臂抑振控制约束;其次,利用输入整形法改进负输入整形器,对机械臂柔性运动引起振动加以抑制;然后,设计反馈线性化控制器实现机械臂刚性运动引起振动进行抑制;最后,将整形器与控制器相结合,实现液压柔性机械臂刚柔耦合抑振控制。实验结果表明,经过本研究方法处理后,振幅始终保持平稳状态,对数衰减率可达4.6,控制误差不超过0.09 rad,对机械臂抑振控制效果得到提升。

基于装卸顺序的中型机多航段协同配载优化

多航段、多经停的航空货运航班,飞行过程中需要合理控制飞机的重心(CG)位置,保持平衡状态,中转站装卸操作过程中需要避免额外装卸操作,减少时间和劳力浪费,因此,研究多航段航班的协同配载问题具有重要现实意义。根据航空器自身特点与集装器(ULD)装卸顺序,结合各航段飞机装载平衡与过站机场ULD装卸操作要求,通过协调分配各航段ULD和散货位置,建立了中型机联程航班多目标整数线性规划模型。模型考虑了ULD和散货的质量、体积及与舱位的匹配限制,航空器限重、舱位限重、舱位及区域累积限重、上下舱联合限重和CG位置的平衡限制,以及前后航段ULD和散货的连接性约束。根据造成中间机场额外装卸操作的2种原因,基于装卸顺序,提出装卸优化模型,通过ULD的舱内平移,优化了CG,减少了装卸次数。以B757-200F机型为例,在两装一卸、一装两卸和两装两卸3种场景下,采用商用求解器Gurobi,分别针对3种不同目标函数组合进行求解和分析对比。实验表明:所提模型可以有效协调过站货物的额外装卸次数,优化前后两航段的CG位置。

基于RSM-正交法的磁障式直线永磁游标电机的设计与优化

针对直线永磁游标电机的损耗问题,提出一种磁障式拓扑结构。通过在次级的凸极齿加入隔磁磁障,使次级对磁通的流动具有导向作用,减少涡流损耗,提高电机的磁场调制能力。在此基础上,设计一种磁障式直线永磁游标电机,采用响应面(RSM)-正交法对电机的推力性能进行优化。首先,通过对电机进行灵敏度分析,确定显著变量。其次,根据RSM法建立优化目标响应与显著变量之间的拟合模型,并对其拟合精度进行评估。最后,基于该模型进行正交试验,根据正交试验的数据进行极差分析,得到电机的最优结构参数。有限元实验结果表明,采用RSM-正交优化方法的电机性能得到大幅提高,并且可以节省优化时间,提高优化效率,对直线永磁游标电机的设计与优化有重要的参考价值。

基于改进粒子群算法的主动配电网无功优化

随着分布式电源在配电网中的广泛应用,部分地区电压越限、有功网损增加的现象时有发生。但传统算法求解无功优化无法适应当代配电网的要求。因此,提出一种改进的粒子群算法应用于主动配电网无功优化。首先,建立有功损耗、电压偏移和、节点最低电压值的多目标函数,通过线性加权求和的方法将多目标函数转换为单目标。然后,提出一种基于种群集中度概念的惯性权重调整,并在算法的学习因子中引入正弦和余弦控制因子,利用改进后的算法进行主动配电网无功优化。最后,在改进的IEEE33节点上进行仿真,验证所提出算法的可行性、有效性。

考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光资源多目标容量配置

为实现梯级水风光蓄联合发电系统高效多能互补,研究考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光发电多目标容量优化配置方法。以联合发电系统外送通道利用率最大和受端电网剩余负荷峰谷差最小为目标,优化联合发电系统风电和光伏发电的配置容量;考虑风电和光伏发电季节性波动,基于K-means聚类构建风电和光伏发电出力的典型场景,提出了梯级水风光蓄全场景互补运行模型,并发展了便于快速求解的混合整数线性化模型。以小金川梯级小水电周边的风电场与光伏电站为例,对所提方法的有效性进行了验证,分析了梯级水风光蓄联合系统的互补性,对比说明了混合式抽蓄在联合发电系统中的作用。

基于空间异质运算的结构信息提取辅助遥感影像分类研究

以Landsat-8和高分一号数据为例,采用仅有光谱特征、3种纹理特征(概率统计、灰度共生矩阵、空间异质运算)辅助光谱特征的方法提取影像空-谱信息,并通过支持向量机分类器进行基于像元的地物分类。结果表明:1)纹理特征辅助光谱特征的地物分类精度明显优于仅使用光谱特征的分类,可提高8.62%~24.36%;2)相较于概率统计、灰度共生矩阵方法结果,空间异质运算结果分类精度在GF-1影像中分别提高了13.31%和2.03%,在Landsat-8影像中分别提高了11.62%和7.79%;3)对于线状地物,相较于概率统计、灰度共生矩阵方法结果,空间异质运算结果分类精度在GF-1数据中分别提高了29.31%和0.80%,在Landsat-8数据中分别提高了11.90%和6.64%,有效减小了分类误差。因此,空间异质运算提取的空间结构信息辅助光谱特征的分类方法能显著改善遥感图像的分类精度,为空间结构信息辅助遥感影像地物分类及线状地物的提取提供一种新的思路和方法。

生态系统服务权衡强度与生态恢复优先区的空间差异——以怒江流域施甸县为例

粮食生产服务与土壤保持服务的供给矛盾是制约怒江流域可持续发展的一大阻碍。以流域中心的施甸县为例,使用均方根偏差(Root Mean Square Error, RMSE)方法评估了2000—2020年粮食生产和土壤保持服务权衡强度的空间特征变化。然后将2020年作为基准年,以坡耕地生态恢复作为决策变量,使用多目标线性规划提取了高生态恢复优先的区域,进而识别了权衡强度与恢复潜力的空间分布异同。研究结果表明,(1)两项生态系统服务权衡的空间分异明显,研究期间权衡强度呈增加趋势,RMSE平均值由2000年的0.466增加至2020年的0.499;高权衡强度区域主要集中在研究区的低海拔坝区,而低权衡强度区域分布零散,且高/低权衡强度区域在空间上都表现出聚集的特征。(2)根据线性规划绘制的效率前沿曲线,在土壤保持服务收益达到13.35×10^(6)t hm^(-2)a^(-1)时需要转出3388.51hm^(2)坡耕地,同时粮食生产服务损失达9.59×10^(6)kg,而继续提升会显著增加成本。(3)各权衡强度等级坡耕地的生态恢复潜力为:中权衡>低权衡>高权衡,其中权衡强度在0.4—0.5区间的坡耕地最适宜进行生态恢复。这一研究结果可以为山地区域坡耕地利用模式提供参考,推进可持续发展目标的实现。

基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略

该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

公交导向式慢行系统对交通出行结构影响分析

考虑到合理的公交导向式(TOD)慢行系统规划设计能够引导居民减少私家车出行,优化城市交通出行结构,降低碳排放量,提出了公交导向式慢行系统设计的定义,通过分析公交路线和站点的空间结构,给出TOD+TID模式慢行系统空间布局方案以及模式慢行系统设计流程和方法。采用多目标线性规划模型对城市交通出行结构进行建模,选取碳排放、能源消耗、社会成本、出行舒适度作为目标函数,将路网最佳容量、停车场容量、慢行系统容量作为约束条件构建城市交通出行结构优化模型,计算并对比优化前后交通出行对碳排放变化的影响。最后,结合广州市荔湾区实际案例分析TOD模式下慢行系统对碳排放及能源消耗、交通出行结构的影响,表明TOD模式下慢行系统的合理建设能够降碳减排,优化城市交通出行结构。

含循环换电负荷及充电站的微电网多目标优化调度

电动换电重卡由于具有充电功率高、周期性强的循环换电负荷特性,一旦短时大量接入微电网中,将带来经济性和安全性的挑战。首先讨论电动汽车充电、循环换电负荷的不同特性,建立含循环换电负荷及充电站的微电网模型;提出一种综合考虑微电网经济性及联络线功率波动性的多目标调度优化方法;采用线性加权方法将多目标问题转化为单目标问题;最后利用CPLEX工具对仿真算例进行求解,仿真算例表明,所提优化方案可有效求解综合考虑不同权重下微电网净利润、联络线交换功率及换电站内电池最优调度问题,能在尽可能减小微电网与上级电网交换功率波动性的同时,使得微电网获得最大净利润。

电磁阀半主动悬架线性变参数μ综合鲁棒控制

针对电磁阀半主动悬架系统中的非线性和不确定性问题以及多个性能目标之间的矛盾,设计了一种线性变参数(linear parameter varying,LPV)μ综合鲁棒控制器。建立电磁阀非线性阻尼力力学模型并开展台架试验验证模型的准确性,构建了七自由度悬架系统的非线性LPV模型;对悬架参数不确定性和系统建模误差进行分析,并考虑传感器测量噪声的影响,设计了一种基于非线性和混合不确定性的LPV-μ综合鲁棒控制器;最后进行整车电磁阀悬架系统仿真和实车试验。仿真结果表明:在随机扰动下该控制器使车身垂向加速度均方根值降低46.47%,俯仰角加速度降低46.47%,侧倾角加速度降低50.68%,具有良好的抗干扰能力和可控性。试验结果表明:LPV-μ综合控制下车身垂向加速度、俯仰角加速度和侧倾角加速度均方根值分别降低36.6%、30.14%和39.47%,并且保证悬架动挠度小于0.06 m,验证了该控制策略的有效性。

基于多目标线性规划的本体冲突消除方法

针对本体逻辑冲突消除传统方法未充分利用本体逻辑性质的缺陷,引入Shapley值法刻画本体逻辑性质,构建基于多目标0-1整数线性规划的本体冲突消除方法,使用分层序列法求解多目标线性规划模型。其解遵循理性放弃原则,避免传统方法中目标权重的平均性或随机性。实验结果表明,采用该方法能够令解集遵循理性放弃原则的前提下,利用本体逻辑性质有效减少解集数量,从而提高决策效率。

阀用位移传感器的多目标优化设计与仿真

为解决阀用位移传感器多目标多准则的电磁结构耦合优化设计问题,针对径向尺寸受到严格约束的长行程、高精度阀用位移传感器,运用MATLAB编写优化算法程序,得到以线性度和灵敏度为目标、以结构尺寸参数为约束条件的最优化参数匹配组。根据多目标优化结果,运用Maxwell电磁仿真软件对阀用LVDT进行等效建模,对优化模型和原始模型进行电磁场仿真分析,对比两者的输出特性。结果表明:优化模型的线性度为0.19%,灵敏度为23.12 mV/mm,较原始模型有较大的提高。该方法较完整地解决了LVDT结构优化设计,可为小型化阀用位移传感器的优化与设计提供参考。

无轴轮缘推进器电磁驱动结构优化设计

无轴轮缘推进器对中国水下事业有重要作用,其电磁驱动部分采用大内径内转子永磁无刷直流电机结构。对无轴轮缘推进器电磁驱动部分的永磁无刷直流电机结构进行设计,并基于Maxwell进行电机性能优化分析,以提高其性能。选取效率和起动电流等4个参数为优化目标,选取与槽型相关的6个参数为优化变量。采用反向传播(back propagation,BP)神经网络建立优化变量与优化目标的关系式,采用线性加权法确定适应度函数,对电机进行多目标优化分析以提高其性能。最后将求得的最优解代回到Maxwell电机模型,验证求解结果的有效性。结果表明:优化后电机各项性能有所提升,优化结果较好,达到了预期效果。

基于多层级特征融合的线状柔性体分割方法

为解决线状柔性体分割精度低、速度慢的问题,提出一种改进DeepLabV3+网络。利用轻量化且易收敛的MobileNetV2作为主干特征提取网络,通过CA注意力模块对输入特征进行关键信息的集中关注,提出一种多尺度空洞金字塔池化结构,提升网络的感受野和模型训练效率,在解码层提出改进的级联特征融合模块融合三层浅层特征,提升语义信息的表征能力。实验结果表明,改进网络相比未改进网络MIOU、IOU分别提高2.82%、3.46%,预测时间减少5.2 ms,能够实现复杂背景下线状柔性体的准确分割。

基于新型旋转-直线往复机构的切片机设计分析及参数优化

针对现有糕点切片机切片效率和质量低下的问题,进行基于新型旋转-直线往复机构的切片机设计分析及参数优化。首先对切片机构型设计及椭圆导轨长短径比和转速进行计算,然后进行运动学和静力学分析,接着分别在不同长短径比和转速动力学仿真分析基础上,构建切刀的加速度均值和均方根值三次多项式拟合方程作为目标函数,利用NSGA-Ⅱ遗传算法进行长短径多目标参数优化及转速择优,最后搭建样机完成不同转速对比实验及玉米饼切片性能测试。结果表明,最优长短径和转速分别为190 mm、120 mm和20 r/min,优化后切刀效率提高75%,切刀进刀加速度的最大和平均误差分别减小26%和49%,退刀加速度的最大和平均误差分别减小60%和63%,玉米饼切面整齐美观,验证了设计的可行性。

基于代理模型的永磁直线同步电机多目标优化

针对传统值解析法、有限元等作为分析模型进行电机多目标优化设计,存在建模难度大、时间成本高的问题,提出一种基于代理模型的电机优化设计框架,该框架由遗传算法优化的极限学习机(GA-ELM)以及多目标粒子群优化(MOPSO)算法组成,并用于一台永磁直线同步电机(PMLSM)的结构优化。基于单变量扫描、主效应分析以及试验设计(DOE)的方法建立了模型训练样本库,在保证样本质量的同时降低了样本容量、节约了建模时间;采用GA-ELM搭建了电机的代理模型,进一步提高了原模型精度;基于MOPSO优化算法引入扰乱子完成对模型的多目标寻优,获得了三维Pareto最优前沿解集。最后依据优化结果加工样机,实验验证了该优化设计框架所得优化结果的正确性,且结果表明优化后的电机平均推力提高了11.19%,推力波动降低了21.95%。

基于自适应步长的McCormick包络方法的配电网能源市场交易策略

针对配电网能源市场交易中双线性项非凸且求解精度差等问题,提出基于自适应步长的McCormick包络方法;该方法利用McCormick包络方法松弛双线性项,实现双线性项的线性化处理,采用边界收紧方法迭代收紧双线性项中变量的边界,并基于迭代梯度结果更新步长,在已知可行解基础上,迭代添加原目标函数的上界约束,进一步提升上层模型松弛后的求解质量;将该方法应用于双层能源市场交易模型,对零售商与微电网交易电价引导下的多微电网能源交易运营进行仿真。结果表明,与定步长的McCormick包络方法相比,基于自适应步长的McCormick包络方法实现了配电网侧含双线性项双层模型的有效求解,显著提升交易电价平均值和边界值场景下含双线性项双层模型的求解精度。

耦合调峰与通航需求的梯级水电站群短期多目标优化调度的MILP方法

电网调峰任务与河道通航需求间的矛盾是水电航运梯级调度时所面临的突出问题,区间回水的顶托作用增大了该问题的复杂性。建立考虑回水影响的梯级水电站群短期多目标优化调度的混合整数线性规划模型,模型以剩余负荷平均距与下游尾水位平均距最小为目标,在将非线性约束通过函数聚合后,利用六面体栅格化技术与第二类特殊有序集约束方法实现该约束的线性化。利用法线边界交叉方法对模型进行求解。算例结果表明,所提方法可以充分计及回水顶托的影响,兼顾调峰与通航需求,高效求解多目标调度问题并获得较理想的结果。

郑州市城区中层基坑工程地质环境适宜性评价

基坑工程是地下空间建设的主要开发形式。为了更加科学合理地开发城市地下空间,在对郑州市已有地质资料梳理的基础上,构建适用于中层基坑工程的地质环境适宜性评价指标体系,采用多目标线性加权函数法对郑州市中层基坑工程地质环境适宜性进行综合评价。研究结果表明:郑州市中层基坑工程地质环境适宜性评价指标可划分为5大类13个指标,其中基坑稳定性、潜水水位埋深、含水层富水性对评价结果的影响较大。综合评价结果中适宜性好区位于京广铁路以西,适宜性中等区分布在京广铁路以东、东风渠以南、京广高速铁路以西的区域,适宜性差区分布在龙湖附近及京广高速铁路以东的区域内,禁止建设区沿水库、南水北调工程、铁路、地下文物分布。评价结果表明郑州市中层基坑工程开发条件整体适宜性中等。郑州市中层基坑工程地质环境适宜性评价工作适用性较强,可为郑州市地下空间开发利用规划提供技术支撑,且评价指标体系可用于地质条件类似的城市的地下空间地质环境适宜性评价工作中。