可调桨系统机桨联控节油技术研究

随着全球能源危机的日益严峻,EEDI(新船能效设计指数)的提出和不断普及,以及IMO(国际海事组织)对于船舶废气排放要求的日益严苛,燃油消耗成为了考核船舶性能的重要指标。“节油模式”机桨匹配过程方法,以主机燃油耗油量为目标值,通过研究主机的万有特性、桨的效率特性,以及船机桨匹配的特点,寻找在不同目标航速下油耗最低时的机桨匹配工况点;通过与传统可调桨控制模式相比较,验证了其节油效果。对于船舶节能系统的研究设计提供了技术储备,对于可调桨“节油模式”遥控系统的研发极具指导意义。

深部矿井软底回采巷道底鼓机理及防治研究

针对山阳煤矿软底回采巷道严重底鼓的难题,采用理论分析、数值模拟和现场应用的方法,基于塑性理论建立了巷道底板岩体滑移线底鼓力学模型。研究表明,巷道底板破坏岩体主要分为3个区,分别为主动极限区、过渡区和被动极限区,推导了巷道底板岩体的最大破坏深度,提出了锚索+卸压槽联合控制底鼓的方法。采用数值模拟的方法验证了联合控制方案的可行性,现场应用效果表明该方法能够有效控制软底巷道底鼓,为相似地质条件底鼓问题的研究提供了一定的帮助。

数字孪生城区防洪排涝及活水自流联控联调平台开发与应用

为响应数字中国战略与数字孪生水利建设,数字赋能提升河网水工程安全运行监控和智能化、精细化管理水平,以苏州高新区为例,分析了数字孪生平台建设需求,提出了包含防洪排涝、水环境保障、水工程管理综合业务的平台建设总体架构。根据研究区已有的基础数据、监测数据、业务数据等数据基础,采用“数字孪生技术+BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)”核心应用技术搭建了平台的数据底板,集成建设了模型平台、孪生融合、知识平台与数字孪生场景,基于算据、算法、算力支撑构建了水工程预报调度与活水自流联控联调平台,提供了多业务应用的“监测预报、动态预警、场景预演、调度预案”4个关键功能,对于推动地方水利设施的精细化管理和智能运维、服务支撑江苏省数字孪生水利建设具有重要参考价值。

钢轨打磨车专用EHA非线性反演控制

为提高钢轨打磨车打磨钢轨的平顺性及稳定性,提出以电动静液作动器(EHA)代替传统液压作动系统作为钢轨打磨车的专用执行器,考虑柱塞泵的总效率波动和液压缸动静摩擦差异大2个非线性因素,建立非线性数学模型;建立EHA的MATLAB、AMESim联合仿真模型,对PID控制、滑模变结构控制、反演控制进行控制策略对比研究,仿真分析验证反演控制在响应快速性及稳定性方面具有良好的表现。搭建四象限平台对EHA进行反演控制负载试验,结果表明:其位移控制精度达0.21 mm,具有较好的控制性能。

基于混合扩张状态观测器的农田平地机液压系统反步滑模控制研究

为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器(HESO)的反步滑模控制器。其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速趋近律设计的反步滑模控制器输出连续光滑的控制量,增强了系统鲁棒性,克服了系统非线性与参数不确定性问题;通过Lyapunov稳定性理论对所提出的观测器和控制器稳定性进行验证,得到误差一致有界稳定结论;通过AMESim和Matlab/Simulink联合仿真与田间试验对本文控制算法的有效性和优越性进行了验证。在两条地貌情况较为复杂波浪地中单次平地和地貌情况较为相似的两田块进行3次遍历试验表明,使用本文控制方法,平地后高程相较于平地前标高的平均绝对误差、最大绝对误差、绝对误差标准差分别为0.053、0.146、0.037 m和0.02、0.041、0.011 m,较PID算法分别降低36.35%、28.32%、31.37%和62.6%、50%、51.83%。

50000 kN液压支架试验台垂直加载液压缸同步控制

针对超大采高液压支架试验台垂直加载液压缸同步控制问题,提出一种基于模糊进程标识符(PID)相邻交叉耦合同步控制策略,利用Creo-Adams及ANSYS建立液压支架试验台刚柔耦合动力学仿真模型,根据垂直加载实际工况添加约束条件。利用AMEsim及Matlab/Simulink建立垂直加载液压系统控制模型,基于各软件之间的接口技术构建Adams-AMEsim-Simulink机液控一体化的试验台多领域协同仿真模型。仿真得到模糊PID和常规PID下相邻交叉耦合同步控制策略的加载液压缸位移跟踪曲线、负载变化曲线、信号控制曲线、同步误差曲线。研究结果表明,相比于常规PID算法,模糊PID算法下的系统具有响应速度更快、控制精度更高等特点,使液压支架垂直加载四缸同步精度误差小于0.1 mm,满足使用要求。研究结论为液压支架试验台垂直外加载系统设计提供参考。

气-液两相流装置的控制和不确定度评定

气-液两相流具有复杂的流动状态从而导致其无法被准确地控制,针对一套气-液两相流装置,对装置的压力-流量控制进行了研究,并对气-液两相的联合控制进行了实验,结果表明压力对控制具有较大影响。在控制过程中需要保证压力的不变,而气-液两相的联合控制具有变化的一致性,可通过研究一致性实现气-液两相的准确控制。同时对该装置的气-液两相流分量分别进行不确定度评定,结果表明,装置气体流量的U_(r)(Q_(v,air))=3.8%(k=2);装置液体流量的扩展不确定度U_(r)(Q_(v,liq))=3.2%(k=2),可对气-液两相的流量进行准确显示。

多自由度机械臂关节角度自动控制方法设计研究

为解决目前机械臂运动轨迹控制与精度补偿中的问题,提出了一种多自由度机械臂关节角度自动控制方案.在对多自由度机械臂的连杆和关节部位的运动过程进行动力学分析的基础上,结合梯度下降法和人工神经系统,提出了能够实现对机械手臂连接部分和控制部分自动控制的策略,建立了针对多自由度的机械臂关节的角度控制模型.实验证明,所提出的控制策略能够很好地控制机械臂关节角度,并且能够很好地跟踪机械臂运动轨迹,有效提高了机械臂抓取精度,抓取精度达到了96%.

计及占用影响的集成楼宇暖通空调负荷群配电网优化方法

提出了一种考虑人员占用影响的集成楼宇暖通空调(heating,ventilation and air conditioning,HVAC)负荷群配电电网优化方法。首先,依据建筑围护热阻热容网络和配电网支路潮流方程构建了集成暖通空调负荷群配电网数学模型。其次,利用梯形隶属度函数模糊化占用人数并考虑其对暖通空调负荷温度调控的影响,形成包含占用松弛函数约束的暖通空调负荷群与配电网联合优化方法。最后,通过模型预测控制方法实现了集成楼宇暖通空调负荷群配电网的滚动优化控制。改进的IEEE33节点配电网系统仿真结果表明,所提出的计及占用影响的联合优化模型,在楼宇侧能够满足人员热舒适性,同时减少楼宇暖通空调负荷能耗,在电网侧则减少配电网线路损耗和节点电压的波动,有效提高楼宇侧和电网侧整体的节能水平。

运动疗法对前交叉韧带重建后康复疗效影响的网状Meta分析

目的:运动干预被认为是前交叉韧带重建后康复的基础。然而,关于何种运动疗法在改善前交叉韧带重建后患者膝关节肌肉力量和功能方面更有效,目前仍未得出明确结论。为此,文章采用网状Meta分析方法,比较运动疗法治疗前交叉韧带重建后的疗效,为选择最佳运动疗法提供循证医学依据。方法:计算机检索PubMed,Web of Science,Embase,The Cochrane Library及EBSCO数据库运动疗法治疗前交叉韧带重建后的随机对照试验,检索时限均从建库至2023-11-20。结局指标包括股四头肌肌力、腘绳肌肌力、膝关节功能评分3个连续性变量。运用EndNote X9.1软件筛选文献。采用Cochrane风险偏倚评估工具对纳入的文献进行质量评价,根据GRADE评分对文章结果的证据强度进行评级,采用Stata 16.0进行网状Meta分析。结果:①共纳入36项随机对照试验,包括1179例前交叉韧带重建后患者,纳入文献整体质量中等;涉及9种运动疗法:等速训练、交叉训练、离心训练、水中康复、血流限制训练、运动控制训练、增强式训练、全身振动训练和综合训练;对照措施为常规康复训练。②网状Meta分析结果显示:与常规康复训练相比,离心训练(SMD=2.08,95%CI:0.56-3.60,P=0.007)对前交叉韧带重建后患者股四头肌肌力的改善效果最佳,其次是综合训练(SMD=1.69,95%CI:0.11-3.27,P=0.249)和全身振动训练(SMD=0.81,95%CI:0.11-1.51,P=0.042);在提升患者腘绳肌肌力方面,综合训练(SMD=2.08,95%CI:0.30-3.86,P=0.022)效果最佳,其次是增强式训练(SMD=1.51,95%CI:0.18-2.84,P=0.026)和等速训练(SMD=1.37,95%CI:0.06-2.67,P=0.039);综合训练(SMD=4.60,95%CI:2.40-6.80,P<0.001)改善膝关节功能评分最有效,其次是离心训练(SMD=1.75,95%CI:0.24-3.25,P=0.023)和水中康复(SMD=1.65,95%CI:0.07-3.24,P=0.041)。结论:低到中等强度的临床证据证实,在改善前交叉韧带重建后患者膝关节肌肉力量和功能方面,综合训练可能是最有效的运动疗法,其次是离心训练、增强式训练、等速训练、全身振动训练、水中康复。未来仍需更多高质量的临床随机对照试验来验证结论的可靠性。

基于温度应力仿真的仙洞沟堆石混凝土坝分缝技术研究

堆石混凝土重力坝是否分横缝及分缝间距对大坝温度应力影响很大,在相同环境下,坝体不分缝或横缝间距越大,温度应力越大,大坝开裂风险也越高;但不分缝或长距离分缝,可有效简化施工工序,实现快速连续施工,能充分体现该坝型优势。该研究针对仙洞沟水库工程实际,对堆石混凝土大坝整体不分缝和超出规范规定的长距离坝段分缝方案进行研究,基于不同的温控措施进行温度应力三维仿真分析,在最终确定大坝的分缝和温控方案的同时,进行有益探索,推动了堆石混凝土筑坝技术的发展。

柔性关节空间机械臂传感容错无模型自适应控制

针对传感信号畸变、丢失等故障状态严重影响空间机械臂控制系统性能的问题,提出基于空间机械臂运动传感器故障观测的无模型自适应容错控制方法。采用动态线性化和递推参数估计思想设计传感故障监测器,实现对传感畸变及数据丢失等故障的判定,并进行运动状态预测估计;建立包含跟踪误差变化率项的无模型自适应控制准则函数,有效惩罚由传感故障引起的参数估计突变问题;设计面向柔性关节空间机械臂的新型传感容错无模型自适应控制(SFT-MFAC)算法。仿真结果表明,在不同传感故障情况下,所提控制策略均能快速准确识别传感故障信息,避免系统瞬时发散,有效延长系统响应时间,增加控制系统的鲁棒性。

洞庭湖四水流域水库群联合防洪优化调度

针对多防洪控制点的混联水库群联合防洪调度中防洪目标难以协调的问题,构建了以多流域协调条件下合成洪水洪峰流量最小为目标的水库群联合防洪调度模型,并采用逐步优化-逐次渐进算法(POA-SA)优化求解。在洞庭湖四水流域开展实例研究,基于防洪需求及各水库的特性,以四水流域下游尾闾控制站洪峰流量最小和四水汇流至洞庭湖的合成洪水洪峰流量最小为目标,提出典型年四水流域水库群联合防洪优化调度方案。结果表明:①针对1998年和2017年两场洪水,水库群联合优化调度后的四水合成汇入洞庭湖的洪峰削峰率比四水单独优化调度分别提高了9.4%和4.5%;②资水的柘溪水库和沅江的五强溪水库通过补偿调节,较好地实现了入湖洪水的错峰。对洞庭湖四水流域水库群联合调度可以保障四水流域自身防洪安全,并为洞庭湖防洪减压,研究成果可为流域水库群联合防洪调度提供参考。

模糊整定PI参数的双柔性机械臂振动抑制

机械臂伺服驱动系统中柔性因素的存在易导致机械臂输出转速波动,甚至引发系统谐振.为抑制系统转速波动,使机械臂传动系统性能稳定,使用模糊理论整定PI控制器参数的控制策略.根据假设模态法和拉格朗日动力学方程建立了考虑LuGre摩擦模型的双柔性机械臂传动系统动力学方程,并分析了动力学方程中耦合非线性项对系统传动特性的影响.使用极点配置策略确定PI控制器参数的取值范围,后根据模糊规则实时调整控制器参数,以减小伺服系统输出转速的波动,进而抑制系统谐振.最后,借助数值仿真分析和机械臂控制实验,与传统PI控制策略对比,发现本文所述控制策略可使电机端转角跟踪误差绝对值的平均值降低43.066%,柔性负载转角误差的标准差降低46.506%,更加验证了所提模糊规则整定PI控制器参数抑振方法的有效性.

美军联合全域指挥与控制的投资

阐述美军联合全域指挥与控制(JADC2)的概念内涵、当前工作内容以及未来发展方向。结合美国国防部2024财年预算请求及Govini公司研究报告,进一步介绍JADC2支出的核算方法,并系统解析美国在JADC2上的资金投入和市场情况、美军联合全域指挥与控制当前面临的挑战。当前,全球安全环境正在发生飞速变化,局部冲突时有发生,搜集、解析和传递信息以保持决策优势的能力将是主导战争胜负的关键。美国国防部提出JADC2战略,旨在构建一个在战场上可以将各部门互联互通的安全网络,以期实现所有战域之间的充分、实时的信息交换。目前美国通过技术研发、合作演习等方式在各个层面积极推动JADC2的建设,并已取得一定阶段性成果。

柔性多关节移动机器人非线性控制轨迹的二次模糊逼近

针对柔性多关节移动机器人在非线性控制轨迹下控制精准度不高的问题,提出一种非线性控制下的模糊逼近方法。建立机器人动力学模型,根据动力学特性设置矢量参数,对误差扰动动态修正。将矢量参数作为初始输入值,采用加权平均和乘积推理法,使得矢量符合自适应规律,通过模糊逼近函数对控制器的输出值实行状态逼近,直至符合初始设定值;凭借李亚普诺夫函数对控制输出值二次实施稳定模糊逼近,完成非线性轨迹控制。以B样条曲线轨迹为例做控制实验,实验数据证明:该二次逼近控制方法在非线性轨迹下的控制精准度较高,控制器输出力矩稳定,实用性能较强。

可控转角摩擦型铰节点滞回耗能研究

提出一种可控转角摩擦型铰节点,介绍了该节点的构造。利用既有试验对有限元软件ABAQUS模型材料参数进行验证,结果表明,试验结果与数值模拟结果吻合较好。建立25个不同参数的节点模型,探究螺栓预紧力、拼板间摩擦系数、梁固定端距销轴轴心距离、梁连接端肋板厚度、梁连接端肋板外伸长度、节点处肋板厚度、节点处肋板外伸长度共7个变化参数对节点滞回耗能的影响。通过拟合获得的数据,建立了节点摩擦反力提高系数与摩擦系数、节点安全储备系数与摩擦系数的关系曲线。结果表明:当节点转角大于设定转角后,节点产生的限位接触使节点反力大幅增加,实现限制节点转角的目的;摩擦系数在0.35左右耗能最大;在节点转角小于设定转角时,滑动摩擦反力与螺栓预紧力的比值约等于摩擦系数;节点最终破坏的总耗能随螺栓预紧力的增加而增大;螺栓预紧力超过规范规定的设计值时,对节点的累积耗能提高程度不明显;梁固定端距销轴轴心距离在梁高的0.95至2倍时耗能最佳;梁固定端距销轴轴心距离过大时,将降低节点的极限反力;梁连接端肋板厚度、梁连接端肋板外伸长度、节点处肋板厚度和节点处肋板外伸长度对节点滞回性能影响不显著。

基于模型预测控制的无人帆船轨迹跟踪方法

[目的]面向无人帆船在水面、水下跨域异构海洋机器人的协同作业场景,提出基于模型预测控制(MPC)的无人帆船轨迹跟踪方法。[方法]针对“海鸥”号无人帆船,建立其动力学模型及运动学模型,通过分析无人帆船动力学特点及执行器约束条件,构建MPC目标函数及系统约束条件,将无人帆船的轨迹跟踪问题转化为优化问题,并利用Matlab软件开展仿真实验验证。[结果]仿真结果表明,与“帆–舵”分离的PID轨迹跟踪控制方法相比,所提出的无人帆船“帆–舵”联合MPC控制方法更便于添加约束条件,其在风向变化的情况下能以更小的轨迹跟踪误差来更快地收敛于指定轨迹,且其可以实现逆风折线航行。[结论]研究成果可为无人帆船的帆、舵控制提供新的思路,提高其轨迹跟踪能力,进一步为无人帆船与AUV的高效协同作业提供技术保障。

微网功频振荡分析及阻尼联合控制策略

针对微电网多虚拟同步发电机(n-VSGs)并联运行时存在功率和频率振荡的问题,提出一种暂态自阻尼和互阻尼联合控制策略。本文首先对单VSG数学模型进行研究,推导出低阻尼比是造成自振荡主要因素;其次对双VSG数学模型进行研究,推导出互振荡环流功率是产生互振荡主要因素;提出自阻尼控制策略,增加暂态情况下的等效阻尼,弥补了由下垂系数和阻尼系数耦合问题导致的系统欠阻尼;提出互阻尼控制策略,利用虚拟阻抗特性,减小多机功频振荡实现互阻尼;最后提出阻尼联合控制策略,通过设计功率前馈提高系统自阻尼,设计频率前馈调整系统互阻尼,不影响稳态功率分配同时,实现多VSG频率功率联合控制。在MATLAB/Simulink中构建4VSG仿真模型,对所提出的控制策略进行验证,与传统下垂VSG控制相比较,阻尼联合控制策略能够协同抑制系统功频振荡,在保证系统功频稳定的同时改善了功频暂态性能指标,频率暂态时间从3.5 s缩减至0.7 s,功率超调量从11.11%抑制到3.70%。

基于分布鲁棒联合机会约束的光储充电站滚动优化调控模型

随着电动汽车的普及和清洁能源装机容量的日益增加,光储充电站展现出广阔的应用前景。针对电动汽车随机接入影响下光储充电站功率难以精准调控的问题,提出基于分布鲁棒联合机会约束(DRJCC)的光储充电站滚动优化调控模型。将基于混合整数规划(MIP)的精确DRJCC模型、基于CVaR-Slim凸松弛的DRJCC模型、基于Bonferroni不等式的DRJCC模型进行对比,通过算例分析验证了所提优化调控模型的有效性。算例分析表明,所提基于CVaR-Slim凸松弛的DRJCC模型能够同时满足更多电动汽车的充电需求。