一种单信标测距辅助INS的导航方法

传统基于地球物理场的匹配辅助惯性导航方法在基础数据变化特征不明显或数据缺乏等苛刻条件下,难以实现有效匹配定位。为解决这一问题,提出了一种单信标测距辅助惯性导航系统(INS)的方法。首先,在单信标测距解析基准图上引入相关极值匹配辅助导航算法并进行重新建模。然后,采用差分进化寻优算法对该模型进行解算,并设计了一种固定匹配序列长度的建模方法以解决相关极值匹配算法实时性差的缺点。所提方法在缺乏地球物理基础数据条件下,仅需在海底布放单只声信标即可实现局部海域水下高精度实时定位。同时,由于采用的测距基准图为解析形式,所提方法也能较好地解决离散匹配算法定位精度受限于基准图分辨率等问题。最后,设计了相关实测实验,实验结果表明当惯导定位误差累积为1529.4 m时,采用所提方法与单信标匹配,定位误差减小为111.8 m,算法的有效性得到了验证。

缆线在铅垂面内弯曲的大变形曲线微分方程及其数值解法

针对民用与工业应用中经常用到的自然弯曲的软管和柔缆,归纳出5个共同特点,作为本文研究缆线的基本假设。从这些假设出发,根据受力和应力分析,首次推导了缆线在铅垂面内弯曲的大变形曲线方程。列出了多种端部约束条件下相对应的求解大变形曲线的方程组。证明了悬链线与纯弯曲线都是本文的特例。提出了获得数值解的递进法,并针对两端夹持约束的情形给出了具体算例。说明了存在多解的原因以及比较不同解稳定性的方法。

重载机车无模型黏着预测控制研究

重载机车牵引动力的有效发挥依赖于轮对和钢轨接触时形成的黏着力,然而,由于重载机车黏着过程动力学非线性强、变量耦合多、最优蠕滑速度检测难,导致传统控制方法难以对黏着进行高效控制。针对该问题,提出一种无模型黏着集成预测控制方法。首先,分析传统无模型方法存在的问题,建立重载机车蠕滑速度新型扩张超局部模型。其次,设计扩展滑模观测器估计超局部模型中的不确定部分,不同于传统观测方法,该观测器能够“一步式”估算机车当前的黏着系数和蠕滑速度;同时引入一种改进的后调制无稳态振荡极值搜索方法并进行收敛性分析,在有效黏着系数观测的基础上实时寻优期望蠕滑速度。再次,基于最优蠕滑速度极值搜索设计一种离散蠕滑速度预测控制器,避免传统的控制律设计中引入蠕滑速度微分导致的噪声放大问题,并证明闭环控制下的系统稳定性。最后,与传统滑模黏着控制策略进行仿真对比,印证本文所提控制框架能有效降低黏着控制策略设计的复杂度,提升控制转矩的平滑度。在轨面条件突变的情况下,改进无稳态极值搜索方法能够准确搜索适合的最优蠕滑速度,在3种预设工况下都能够准确锁定最优值;离散黏着控制律能够更为精确地控制驱动转矩,与传统的带有蠕滑速度微分的黏着控制律相比极大地降低了转矩抖振。由此可知,该重载机车无模型黏着预测控制方法能够充分发挥黏着系统效能,实现多工况瞬变下的高效黏着控制。

基于极值搜索的柴油机空气系统模型预测控制

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了三入三出线性变参数预测模型;其次,为补偿因模型与发动机之间偏差造成MPC性能劣化问题,将其等效为3个控制通道的总扰动,并采用扩张状态观测器(ESO)进行快速在线观测和补偿;最后,引入极值搜索算法,对MPC权重系数进行缓慢优化整定,仿真结果表明:在1800 r/min油门开度以最大开度10%的步长向上和向下连续阶跃工况下,对比涡前压力控制,瞬态上升时间相同时本算法超调量比较参数全局优化的比例-积分-微分控制(PID)算法降低30.7%.台架试验中,世界统一瞬态循环(WHTC)动态驾驶循环中进气歧管压力和EGR率跟踪误差IAE(绝对误差积分)值比较传统PID算法分别降低28.3%、17.5%.

板壳结构在声振联合试验下的振动响应耦合分析

目的研究具有工程实践意义的板壳组合结构在声振联合作用下的响应预测方法。方法在噪声试验、振动试验和声振联合试验响应曲线的基础上,分析板壳组合结构在噪声和振动同时激励下的响应耦合规律,并根据噪声试验和振动试验的响应极值包络法,来预测在声振联合试验作用下板壳结构的响应分布。结果声振联合试验响应曲线近似于噪声试验和振动试验的最大值包络线,噪声的面激励和随机振动的基础激励在不同的频率范围内对结构响应起着主要影响。试验件的噪声试验和振动试验响应曲线在给定的频率点出现相交,小于交越频率的声振联合试验响应与振动试验高度吻合,高于交越频率的响应则以噪声试验为主。结论在工程实际中,可以直接利用振动试验和噪声试验的响应数据对声振联合试验的响应进行预测。由于交越频率难以事先获得,因此响应叠加法在实践中更易于实现。

VEHICLE SEGMENTATION AND SHADOW HANDLER BASED ON EXTREMUM IMAGE

The shadows similar to the vehicle and the spots caused by vehicle lamps need to be accurately detected in the vehicle segmentation involved in the video-based traffic parameter measurement. Generally, the road surface is different from the vehicle surface in the gray-level architecture. An invariant gray-level architecture-the extremum image in the changing illumination environment is derived and a novel algorithm is presented for detecting shadows and spots. The gray-level structure that is not sensitive to the illumination is employed in the algorithm and the road surface mistaken as vehicles can be removed.

添加新鲜木块对牡丹栽培土及牡丹生长的影响

选用城市树木修剪枝粉碎获得的新鲜木块,作为一种土壤改良添加物进行形态、盛花期、叶片相对叶绿素值(SPAD)比较试验.研究发现,添加新鲜木块显著增加了土壤的总孔隙度、非毛管及毛管孔隙度(Ft=311.502,Fnc=226.41,Fc=92.384,p<0.01),显著改变了牡丹的盛花期、株高年增量、冠幅、基径年增量、叶片SPAD,添加新鲜木块(边长为6 cm)的体积分数为60%时得到最优结果.研究结果为南方牡丹栽培提供了一种具有良好的透气性、保水性、低成本、无副作用、绿色环保等优良特性的土壤改良途径.

基于扰动补偿的高速列车自适应滑模黏着控制

列车安全和平稳运行依赖于牵引力的有效发挥,而牵引力的有效发挥受限于轮轨间的黏着状态。为了解决高速列车行驶在低黏着轨面时牵引力不足的问题,考虑到车重、阻力、坡度等参数不易精确获取,设计一种基于扰动补偿的自适应滑模黏着控制算法。根据黏着计算模型和简化列车模型,建立高速列车轮轨动力学模型。通过设计动态观测精度更高的鲁棒黏着观测器,以精确获取当前轨面提供的黏着力。在此基础上,针对列车工作在最优黏着点附近时能够获得较大牵引力这一特性,采用梯度观测极值搜索算法获取该点附近的蠕滑速度。同时,设计基于扰动补偿的自适应滑模控制器控制电机输出转矩,使高速列车能够在部分系统参数未知的情况下跟踪极值搜索算法输出的蠕滑速度,从而提高列车牵引力。基于扰动补偿的自适应滑模控制,通过观测补偿系统不确定部分和自适应调节开关增益,减少滑模控制律抖振对黏着控制性能的影响。研究结果表明,基于扰动补偿的自适应滑模黏着控制算法在系统中存在未知参数时,能够控制列车在10 s内到达冰雪轨面最优黏着工作点附近,在1 s内到达潮湿轨面最优黏着工作点附近。此外,相比于传统滑模黏着控制和自适应滑模黏着控制,所提算法控制律抖振更低,并且能够更精确地搜寻和跟踪最优黏着工作点。所提算法可以为实际列车黏着控制算法设计提供参考。

基于视野和速度引导的无人机集群避障算法

在未来的多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)空中作战中,无人机集群在未知空域中安全飞行是集群研究中的重要内容。针对无人机集群避障以及集群形态保持问题,提出了一种基于视野和速度引导(visual field and velocity guidance,VFVG)的集群避撞算法。基于视野法设计集群自适应通讯拓扑机制,结合远吸近斥势力原则及一致性方法,在保持集群形态的同时,加速了集群无人机个体间的避障信息的传递。在此基础上,提出将极限环与人工势场法相结合构造避障速度引导项,解决了集群遇障分群困难、避障徘徊停滞等问题。引入避障时间指标,验证了算法的避障效率。仿真结果表明,该方法能够使多无人机以良好的集群形态安全快速平稳地通过复杂障碍区域,有效提高了集群避障成功率和避障效率。

法兰螺栓紧固力超声测量研究

针对法兰螺栓安装过程中紧固力难以测量和控制的问题,建立法兰螺栓超声测量模型并设计了法兰螺栓紧固力超声测试系统。系统首先基于FPGA和以太网技术设计了周期脉冲激励、数据采集、高速通讯传输、信号处理模块实现超声信号的发射和接收,并采用阈值法和极值法相结合来提高对超声渡越时间的测量精度,然后根据法兰螺栓超声测量模型计算得出螺栓紧固力大小。螺栓标定实验表明:法兰超声模型可靠,且标定系数的重复准确度达±2.4%;超声法—应变片法对比试验表明:所设计的测试系统能够实现螺栓紧固力的测量,与应变片法的相对误差不超过5%。

基于PRP共轭梯度法求解代价函数的RSC码参数识别算法

Turbo码是一种常用的信道编码方式,正确识别Turbo码首先要正确识别其子递归系统卷积(recursive system convolutional,RSC)码,由于信道噪声与干扰引发误码,这就要求识别算法具有良好的抗误码性能以及识别能力。利用解调软判决序列,通过编码码元约束方程,构建指数形式的代价函数模型,将识别RSC码的生成矩阵问题转化为求解代价函数全域极值的最优化问题,最后在共轭梯度法的基础上,采用新的PRP步长因子来寻找全域极值点。仿真结果表明,所提算法与现有算法相比,收敛速度更快,在低信噪比下也有良好的识别能力。

机构动作可靠性估计的自适应极值响应面法

针对存在随机-区间混合不确定性的机构动作可靠性估计问题,本文提出了一种基于自适应极值响应面的高效计算方法,将其转化为随机不确定性下的动作可靠度上下界求解问题。使用麻雀搜索算法优化的混合核极限学习机构建从混合不确定性变量到极限状态函数响应值的初始响应面和从随机变量到极限状态函数响应极值的极值响应面;利用结合主动学习与反向学习的自适应加点策略选取极限状态曲面附近的样本点更新极值响应面以提高其精度与效率;最后结合极值响应面和蒙特卡罗仿真算得到动作可靠度上下界的近似解。通过数值案例和回转链式输送机的工程案例对所提自适应极值响应面方法的高效性与准确性进行了验证,为随机-区间混合不确定性下的机构动作可靠性估计提供了一种参考。

基于自适应极值的白光干涉信号解调算法研究

针对传统时域解调算法等光程点定位稳定性差、抗干扰能力弱,而频域解调算法效率低且部分方法受扫描采样步长限制等问题,课题组提出一种基于自适应极值的白光干涉解调算法。从干涉信号统计学规律出发,通过对干涉信号包络曲线加权平均,将它修正为高斯型包络曲线;然后,通过对包络曲线高斯拟合插值得到等光程点,进而得到测量方向的深度信息以及三维形貌;最后,以高度为20μm标准台阶样块为测量对象进行多次实验。结果表明:与传统算法相比,课题组所提出算法的测量重复性和精度均有显著提升。该算法为白光干涉中信号解调提供了一种重复性更好、误差更小的方法。

Extremum of second-order directional derivatives

In this paper, the extremum of second-order directional derivatives, i.e. the gradient of first-order derivatives is discussed. Given second-order directional derivatives in three nonparallel directions, or given second-order directional derivatives and mixed directional derivatives in two nonparallel directions, the formulae for the extremum of second-order directional derivatives are derived, and the directions corresponding to maximum and minimum are perpendicular to each other.

“三全育人”理念下“数学分析”教学案例——以《条件极值》为例

本文以“数学分析”中的条件极值为例,在课堂教学设计过程中,引导学生以问题驱动的形式思考和分析问题,融入思政元素,将知识点与辩证思想联系起来,践行“三全育人”理念,提高学生分析问题和解决问题的能力,逐步培养学生理论联系实际的能力。

齿轮钢中非金属夹杂物检测方法对比及其对疲劳性能的影响

为了更全面和准确地确定齿轮钢中非金属夹杂物的含量,对现行的两种钢中非金属夹杂物含量的测定方法(传统的标准评级图显微检验法和极值分析法),进行对比检测分析,结果表明,极值分析法评价出的钢中非金属夹杂物的含量较为精准。同时,通过旋转弯曲疲劳试验测定齿轮钢锻坯的疲劳性能,得到与用极值分析法评价的齿轮锻坯中非金属夹杂物的最大预测尺寸L max所对应的齿轮钢的疲劳极限,当非金属夹杂物的最大预测尺寸L_(max)=67.47μm时,钢的疲劳极限为701 MPa;L_(max)=48.90μm时,钢的疲劳极限为1011 MPa;L_(max)=35.88μm时,钢的疲劳极限为1070 MPa,得出通过极值分析法测定的钢中非金属夹杂物的最大预测尺寸L_(max)越小,所对应的钢的疲劳极限值越高。当受疲劳试验时间和试验条件等因素限制而无法进行钢材的疲劳试验时,可通过极值分析法评价钢材中非金属夹杂物的最大预测尺寸L max的值来初步判断所选用钢材的疲劳强度是否能达到要求。

轧机浇铸液位自动控制系统研究应用

采用高温铝液专用激光液位计配合步进电机与杠杆机构实现液位的自动控制。由于铝液存储槽的下流口孔口较大,通过锥形塞控制其开度的难度较大,锥形塞的向上或向下的微小变化,会导致流量变化很大,常规PID算法无法实现有效控制。根据步进电机的特性采用变参数增量PI控制算法,通过增量控制算法来控制步进电机正转(或反转),增量控制算法的优劣直接影响着浇铸铝液契口的铝液位控制效果。

威布尔极值分布及其参数估计方法在储罐底板RBI计算中的应用

在常压储罐底板定量风险评估(RBI)过程中,底板腐蚀速率的选取会影响储罐整体风险等级的确定。基于威布尔极值分布理论,针对储罐边缘板,采用最佳线性无偏估计(BLUE)的方法计算了威布尔分布参数;针对储罐中幅板,采用简单线性无偏估计(GLUE)的方法计算了威布尔分布参数,随后通过线性回归理论分别计算了边缘板和中幅板的腐蚀速率,并将其赋予为腐蚀速率专家值对储罐底板进行了RBI计算。结果表明,威布尔极值分布理论计算可以科学合理地预估储罐底板腐蚀速率,边缘板的腐蚀速率为0.133 mm/a,中幅板的腐蚀速率为0.095 mm/a,与理论算法腐蚀速率的误差为3.6%,储罐底板风险等级为中高风险,在一定程度上解决了储罐RBI计算过程中腐蚀速率选取的难题,可为今后检验检测机构RBI的评估工作提供一定的技术支撑。

提高CrMn系弹簧钢夹杂物合格率的冶炼实践

在CrMn系弹簧钢生产过程发现部分炉次钢中B类或DS类夹杂物不合,检验合格率仅为98.5%~98.7%。运用Aspex技术、极值法对工艺流程(转炉→LF→RH→CC→铸坯→成品)所取试样对夹杂物进行了分析,找到了导致B类和DS类夹杂物超标的原因,并提出了具体的改进措施。生产表明,实施改进措施后,CrMn系弹簧钢夹杂物检验合格率提升到99.8%以上。

基于正交试验法的爆破参数优化

为了降低矿石的大块率和贫化率,通过正交试验,利用极差分析方式,研究孔深、边孔角、扇形孔排面倾角三个水平因素对矿石的大块率和贫化率试验指标的影响。经实践证明利用正交试验对爆破参数进行优化,有效改善了地下爆破效果,提高了生产效率,对于大块率和贫化率指标,扇形孔排面倾角是影响最显著的因素。以某金属矿为例,通过优化最终得到最优爆破参数为孔深16m,边孔角55°,扇形孔排面倾角90°,对地下矿山进一步控制大块率和贫化率具有一定的参考意义。