四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制半物理仿真系统

针对四旋翼无人机强耦合、欠驱动、非线性等特点,以及在实际飞行过程中极易受到干扰的问题,对四旋翼无人机动力学模型进行分析,提出了一种基于联合的四旋翼无人机姿态控制算法,并在此基础上设计了四旋翼无人机半物理仿真系统。首先,针对非线性系统设计滑模控制器,选择跟踪航迹和翻滚角设计位置控制率和姿态控制率。其次,滑模控制器在实际应用中易产生震荡,利用基于信用积分的小脑模型神经网络(CPCMAC)来学习滑模控制的方式。最后,搭建基于LabVIEW的控制站,同Matlab/Simulink进行数据收发控制。仿真结果表明,在跟踪目标相同时,提出的四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制相比于传统的比例积分微分(PID)控制和积分反步法控制优势明显,能够抑制超调和余差,在快速性和鲁棒性方面都更加优越。同时,构建的四旋翼无人机半物理仿真平台能清晰反馈出无人机参数的变化,应用预留的参数接口和地面控制站,降低了无人机飞控算法的开发难度,提高了开发效率,具有明显的实用价值。

半干旱地区秸秆还田对土壤有机碳组分及产量的影响

为了探索半干旱区玉米秸秆还田对土壤有机碳组分和产量的影响,以黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院秸秆长期定位试验田为研究对象,对CK(常规种植)、FM(秸秆翻埋还田)和FG(秸秆覆盖还田)3种处理下土壤颗粒有机碳、水溶性有机碳含量及玉米产量进行分析。结果表明:不同处理各土层均是黏粒(<0.053μm)有机碳含量最高。FM处理4个土层砂粒(>0.250μm)和黏粒(<0.053μm)有机碳含量平均值分别提高了21.78%和20.51%,FG处理分别提高了25.87%和13.52%。FM处理在各土层水溶性有机碳含量最高,在0~10和>10~20 cm土层中顺序为FM>FG>CK,其中FM处理分别较CK增加22.73%和38.25%,FG处理分别较CK提高2.48%和26.32%。在>20~30和>30~40 cm土层中,土壤水溶性有机碳含量依次为FM>CK>FG,其中FG降低幅度分别为14.55%和9.41%,而FM处理增加幅度分别为10.68%和17.85%。不同处理之间穗长、穗粗和穗行数差异不明显。穗粒数顺序为FM>FG>CK,籽粒含水量顺序为FG>CK>FM;产量顺序为FM>FG>CK,FM和FG处理分别较CK增产5.20%和3.20%。

半田间环境条件下叉角厉蝽对草地贪夜蛾幼虫的捕食能力

为科学评估我国优势天敌昆虫叉角厉蝽Eocanthecona furcellata对重要农业害虫草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda的捕食作用,在笼罩条件下,采用功能反应方法评价了叉角厉蝽3龄和5龄若虫及雌成虫对草地贪夜蛾3龄和5龄幼虫的捕食能力。研究表明,除叉角厉蝽3龄若虫不能独立捕食草地贪夜蛾5龄幼虫外,叉角厉蝽其它虫态对草地贪夜蛾幼虫的捕食量均随猎物密度的升高而增加,捕食率则随猎物密度的升高而逐渐下降,经Logistic回归方程判别为II型功能反应。拟合的Rogers’随机捕食者方程参数表明,叉角厉蝽3龄和5龄若虫及雌成虫对草地贪夜蛾3龄幼虫的瞬时攻击率a分别为0.0295、0.0453和0.0965,处置单头猎物的时间Th分别为3.98 h、1.36 h和1.21 h,理论日最大捕食量T/Th分别为6.03头、17.65头和19.83头;叉角厉蝽5龄若虫和雌成虫对草地贪夜蛾5龄幼虫的瞬时攻击率a分别为0.0545和0.0876,处置单头猎物的时间Th分别为3.67 h和4.83 h,理论日最大捕食量T/Th分别为6.54头和4.97头。结果表明,在笼罩条件下叉角厉蝽3龄若虫的捕食能力最弱,除不能有效捕食草地贪夜蛾5龄幼虫外,对草地贪夜蛾3龄幼虫的捕食量也远低于5龄若虫和雌成虫,而叉角厉蝽5龄若虫和雌成虫的捕食能力较强,能有效捕食草地贪夜蛾的3龄和5龄幼虫,两者的捕食量相近。研究结果可为合理利用叉角厉蝽防治草地贪夜蛾提供实践参考。

半封闭式车站列车风压极值分布规律研究

为了研究半封闭式车站内风压极值的分布规律,对高速列车通过高铁站时引起的列车风压进行数值模拟,并通过现场实测数据验证数值模型的准确性。基于验证的数值模型,研究列车分别以250 km/h、300 km/h和350 km/h的速度通过高铁站时,两个典型区域(临近站台区Ⅰ、远离站台区Ⅱ)的风压(头波、尾波的正压和负压)极值分布规律,并提出相应的风压极值经验公式。研究结果表明:风压极值与列车速度之间呈非线性关系;相同的车速下,区域Ⅰ和区域Ⅱ内列车风压极值随着水平距离的增加呈指数函数形式衰减,而衰减的速度与高度成反比;当水平距离小于15 m时,相同高度下区域Ⅰ的头波正压极值总是比区域Ⅱ的大,而区域Ⅰ的头波负压极值的绝对值又总比区域Ⅱ的小;当水平距离超过15 m时,车站内的风压极值逐渐趋于稳定,并且区域Ⅰ内趋于稳定的风压极值要强于区域Ⅱ;所提经验公式能够较为准确地描述半封闭式高铁站内列车风压极值分布规律。研究成果可为半封闭式车站的结构设计提供参考。

集磁器内壁轮廓形状对磁脉冲辅助半固态钎焊接头连接质量的影响

针对磁脉冲辅助半固态钎焊工艺中使用等内径集磁器连接铜、铝管件时存在的界面氧化膜去除效果不均、扩散层深度差异较大等问题,通过数值模拟方法分析了集磁器内壁轮廓形状及其结构参数对界面冲击应力及钎料剪切流变速率的影响。为实现连接区域内界面冲击及轴向剪切流变沿轴向分布的均匀性,对集磁器形状结构参数进行了优化,并针对性地制造了相应的集磁器,在特定的工艺参数下进行了系列钎焊实验。结果表明,相较于常规等内径集磁器,优化后的集磁器能够更好地去除母材表面氧化膜,促进界面扩散反应并减少连接缺陷,扩散层厚度增加且分布更为均匀,接头性能得到有效提升。

饱和地基水泥土复合桩近场主动隔振的BEM-FEM耦合分析

人工振动污染是当前城市发展过程中面临的一个难题,单排或多排桩是人工振动污染防治的一种重要方式。传统基桩施工容易造成泥浆污染、振动等各种负面环境问题,而水泥土复合桩是一种低振动、低噪声、无挤土、少排泥浆的新型基桩,特别适合在城区构建排桩屏障。针对饱和地基中单排水泥土复合桩的近场主动隔振问题,建立了动力机器基础环境振动影响的半解析BEM方程;在此基础上,分别采用半解析BEM对饱和地基、FEM对水泥土复合桩进行建模,根据饱和地基-水泥土桩接触面的平衡和相容条件,建立了水泥土复合桩近场主动隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,给出了耦合方程稀疏矩阵的存储策略,并对单排水泥土复合桩的近场主动隔振效果进行了计算分析。研究结果表明:单排水泥土复合桩能够有效地对动力机器基础引起环境振动进行隔振;等长芯桩复合桩的隔振效果要优于短芯桩。单排水泥土复合桩的隔振效果随着桩数的增加而逐渐提高;较小桩间距并不一定取得更好的隔振效果,建议相邻桩桩间净距取2.0~2.5λ_(R)(Rayleigh波波长)。随着单排水泥土复合桩距振源距离的增加,屏障隔振效果逐渐降低,但降低幅度相对较小。此外,对水泥土复合桩而言,当内插预制桩的外轮廓尺寸相同时,预制芯桩型式对水泥土复合桩隔振效果影响相对较小,可根据实际工程条件选择合适的芯桩类型。

基于多场耦合求解的大规格镁合金扁锭差相脉冲电磁半连续铸造

本文以大规格镁合金扁锭半连续铸造为研究对象,采用基于多场耦合的数值模拟技术模拟了差相脉冲磁场作用下镁合金扁锭半连续铸造过程中的宏观物理场,研究了差相脉冲磁场相位差对电磁力、温度场、凝固过程、溶质元素分布及宏观偏析的影响。结果表明:相位差对凝固中后期影响更明显。当相位差从0°增至72°时,凝固初期换热有所减弱;而凝固中后期换热增强,液穴深度明显变浅,中心部位凝固速度加快,横截面内温度场变均匀。此外,适当提高相位差至72°有利于缓解两相区内贫溶质的问题,减少凝固后横截面内最大负偏析率和整体偏析率;相位差继续增大到108°不仅明显削弱了凝固前期的换热强度,而且还会削弱凝固中后期的换热强度,使液穴变深,凝固速度减慢,偏析率增大。

综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数研究

综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数研究是粉尘防治和尘肺预警的基础。分析了综掘工作面呼吸性粉尘浓度监测关键点,提出呼吸性粉尘浓度传感器测点布置方案;以关键监测点的呼吸性粉尘浓度传感器实测数据作为实时来源,对比剖析了距离加权反比法和克里金法的优缺点,建立了一种扩展的空间插值算法;归纳半变异理论,将呼吸性粉尘浓度变化的时间维度和空间维度引入到半变异函数中,得到一种呼吸性粉尘时空场算法,建立综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型;最后,以河南新桥煤矿2502工作面作为对象,以滤膜称重法为标准,对时空场函数进行了试验验证。结果发现:在综掘工作面司机5~10 m、端头回风侧10~15 m区域内的呼吸性粉尘浓度较高且变化较剧烈,而在回风侧15 m后方呼吸性粉尘浓度开始逐步趋于平稳降低;综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型计算结果相对误差为±14.8%,比克里金法小±10.8%,比距离加权反比法小±22.4%。研究结果表明,综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型将时间维度和空间维度纳入了权重系数中,构建的时空场函数模型能更好地提高插值计算的精度,提升去特异值点的能力。

宁夏‘赤霞珠’葡萄不同发育期晚霜冻害阈值试验研究

【目的】葡萄霜冻温度阈值是葡萄霜冻监测、预测、评估与防御的基础。对贺兰山东麓主栽酿酒葡萄‘赤霞珠’不同发育期低温忍耐力进行研究分析,建立葡萄霜冻温度阈值体系,旨为贺兰山东麓地区酿酒葡萄霜冻预测、防御提供理论依据。【方法】于2022年4—5月采用野外霜冻试验箱原位试验方法对贺兰山东麓主栽酿酒葡萄品种‘赤霞珠’不同发育期绒球、芽、新叶、新梢进行低温处理,测定其过冷却点、相对电导率(REC)及半致死温度(LT50),同时对低温胁迫后的受冻指数进行田间跟踪调查,利用受冻率与低温建立关系模型,计算不同发育期轻、中、重度受冻温度阈值。对不同发育期过冷却点、半致死温度(LT50)及霜冻指标温度阈值进行综合分析,确定不同发育期霜冻温度阈值。【结果】不同低温对‘赤霞珠’绒球期、芽开放期、展叶期和新梢生长期的影响程度不同,温度越低,各发育期的受冻率越大;随发育进程推进,‘赤霞珠’过冷却点温度、半致死温度逐渐升高;绒球期的低温耐受性最强,芽开放期、展叶期次之,新梢生长期最弱。【结论】-7.70℃是绒球期重度受冻的起始温度;芽开放期遭受重度霜冻的临界温度为-4.49℃;展叶期在-2.79℃即遭受不可逆伤害;新梢生长期出现-1.62℃以下的低温会造成严重的霜冻。

CRF机制结合LDA的病历文书后结构化系统的应用

为了提高病历文书结构化分类准确度,提出利用条件随机场(CRF)半监督词典分词算法结合隐式狄利克雷分布(LDA)医学病历文本分类算法,构建出CRF机制结合LDA的病历文书后结构化系统。结果表明:当主题数量为40时,LDA主题建模的困惑度最小值为-6.97,与初始困惑度相比,LDA主题建模困惑度下降9.76%;当主题数量为3时,得到了一致性值的最低值为0.361;当主题数量为40时,得到了一致性值的最大值为0.442,与最低值相比,LDA主题建模一致性值上升22.44%。综上可以看出,研究的CRF机制结合LDA的病历文书后结构化系统具有较好的应用效果。

半固态A356-0.4%Gd合金制备过程的电磁场模拟与试验研究

通过数值模拟研究了半固态A356-0.4%Gd合金熔体中磁感应强度和电磁力的分布,并分析了电流强度和电流频率对其的影响。模拟结果表明:磁感应强度及电磁力由熔体中心沿半径方向逐渐增大,呈“中间小,边缘大”分布,且增大电流强度及频率能明显增大合金熔体边缘区域的磁感应强度及电磁力,合金熔体整体得到充分搅拌的关键在于其边缘区域的电磁力。基于数值模拟结果,结合试验,进一步探明电流强度及频率对合金铸坯中心与边缘区域处初生α相的影响。试验结果表明:在电磁场作用下,铸坯边缘位置的初生相形貌与尺寸皆优于中心位置;当合金熔体于650℃浇注,在搅拌电流5 A、频率30 Hz下搅拌15 s,590℃下保温10 min后,其合金初生相在整体上较为均匀,且形貌最佳。

半直驱永磁同步电动机在油田生产中的应用

游梁式抽油机,具有结构简单,操作方便,野外应用适应性强等特点,但存在皮带传动效率损失、能耗高、有一定操作安全风险等问题。半直驱永磁同步电动机无传动皮带,将电动机的输出转矩直接传递给抽油机减速箱,高效节能,使用安全,符合油田绿色低碳可持续发展的要求。

基于现场监测的“深海一号”能源站在役动力响应状态评估

海洋浮式平台面临台风等复杂的海洋环境条件,准确掌握浮式平台在役动力学状态,对保障平台在役安全具有重要意义。以半潜式平台——“深海一号”能源站为例,开展了环境特征和平台服役动力响应状态评估。基于现场风、浪、流环境监测数据,发现实测风速极值在0~5年回归周期内大于设计条件,5年及以上回归周期则小于设计条件;实测波高频率成分变化显著,固定波浪参数的设计环境条件难以反映波浪的时变特征;实测海流剖面各层流向不同,与传统均匀流、剪切流或梯度流的设计环境条件形式均不一致。进一步通过波浪荷载时频拟合方法,建立了在役浮式平台完整环境荷载矢量时程,通过全耦合动力学计算发现,相同环境条件下设计数值模型的平台运动幅值大于平台真实运动,其原因在于上部设施变动等因素导致了浮式平台的物理参数发生了改变。研究实现了对半潜式平台服役状态的有效评估,证明了“深海一号”能源站设计的安全性和合理性。研究结果为在役浮式平台现场安全保障运维提供了依据,并为未来浮式平台设计优化提供了参考。

一种近场地震结构振动半主动控制方法

【目的】发展一种近场地震结构振动半主动控制方法。采用神经模糊模型来描述SMA应变率、温度相关的非线性力学行为。【方法】基于非支配遗传算法设计了自组织模糊控制器实现对结构的半主动控制,结合近场地震特点,以最大层间位移和各层绝对加速度峰值为性能控制指标,调整模糊管理规则实现多目标启发式优化。最后采用非线性时程分析程序,比对分析了受控和无控三层框架,研究了该方法对近场地震结构振动控制性能。【结果】研究结果表明,近场地震作用下,在不增加结构加速度响应的基础上,有效地减小主体结构位移和损伤,实现了对结构振动的有效控制。

半密封直拉法生长6英寸磷化铟单晶热场研究

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料。InP由于性能优异,在高频电子器件及红外光电器件领域的应用日趋增多。目前,磷化铟器件的价格远高于砷化镓器件,其主要原因是磷化铟单晶成品率低,以及晶圆尺寸较小造成外延和器件工艺成本居高不下。增大InP单晶的直径对降低晶圆及半导体工艺成本至关重要。制备大尺寸InP单晶的主要难点是提高晶体的成品率和降低晶体的应力。目前行业内通常使用垂直梯度凝固(Vertical gradient freeze,VGF)法和液封直拉(Liquid Encapsulated Czochralski,LEC)法制备InP。VGF法在制备6英寸(15.24 cm)InP方面鲜有建树,LEC法制备的晶体往往具有更高的应力和位错密度。本研究展示了半密封直拉(Semi-Sealed Czochralski,SSC)法在生长大直径化合物半导体材料方面的优势,采用数值模拟方法分析了LEC法和SSC法中熔体、晶体、氧化硼和气氛中的温度分布,重点分析了SSC技术的温度分布。模拟结果中,SSC法晶体中的温度梯度为17.4 K/cm,明显低于LEC法中的温度梯度28.7 K/cm。在等径阶段SSC法晶体肩部附近气氛温度比LEC法高504 K。根据模拟结果对SSC法热场进行了优化后,本研究得到了低缺陷密度、无裂纹的6英寸S掺杂InP单晶,证实了SSC法应用于大尺寸InP单晶生长的优势。

不同风况下半潜漂浮式风力机动力学响应分析

针对现有漂浮式风力机在风浪作用下运动响应较大的问题,提出一种具有圆台形浮筒的新型半潜式平台。基于FAST耦合水动力、空气动力和系泊系统等物理场,同时结合水动力学软件AQWA计算的频域参数对不同风况下漂浮式风力机动力学响应进行分析,并在额定风况下与OC4-DeepCwind漂浮式风力机进行对比。分析结果表明:不同风速对漂浮式风力机的纵荡、纵摇及艏摇运动影响明显,对垂荡运动影响较小;与OC4漂浮式风力机相比,新型漂浮式风力机在各风况下纵摇、横摇响应得到明显降低,具有良好的稳定性。

平面幂律塑性Ⅰ型裂纹尖端应力场全解

在航空航天、船舶、石油管道和核电等领域,服役结构或部件在长期极端条件下运行,不可避免地会产生裂纹,因此,为研究含裂纹结构的准静态断裂行为,必须了解裂纹尖端附近区域的应力应变场特点.对于幂律材料裂纹构元,研究平面应变和平面应力条件下Ⅰ型裂纹尖端应力场的解析分布.基于能量密度等效和量纲分析,推导了能量密度中值点代表性体积单元(representative volume element,RVE)的等效应力解析方程,并定义其为应力因子,进而针对有限平面应变和平面应力紧凑拉伸(compact tension,CT)试样和单边裂纹弯曲(single edge bend,SEB)试样,以应力因子作为应力特征量,并构造用于表征裂尖等效应力等值线的蝶翅轮廓式和扇贝轮廓式三角特殊函数,提出描述幂律塑性条件下平面I型裂纹尖端应力场的半解析模型.该半解析模型形式简单,对CT和SEB试样的裂尖应力场的预测结果与有限元分析的结果比较表明,两者之间均密切吻合,模型公式可直接用于预测Ⅰ型裂纹尖端应力分布,方便于断裂安全评价和理论发展.

华胜煤矿房柱群下巷道非对称变形破坏机理及控制技术

在近距离煤层开采中,下煤层巷道的稳定性对于整个矿井的安全生产至关重要。因此,本文以兼并重组矿井华胜煤矿为工程案例,基于上煤层巷道房柱群采空区底板应力分布规律,研究了下煤层巷道的变形破坏机理及控制技术。首先,详细分析了华胜煤矿下煤层巷道的地质概况、围岩力学参数和原有支护方案,并基于现场钻孔窥视结果得到了下煤层巷道顶板房柱的具体位置,分析了下煤层巷道的非对称变形机理。然后,运用半无限平面理论计算得到了上煤层巷道房柱群采空区底板的应力分布规律。结果表明,上煤层中房柱群的不对称分布导致下煤层巷道顶板应力分布不均匀,从而引发了下煤层巷道的非对称变形,且越靠近上煤层房柱群中的煤柱,变形越大。基于此,进一步通过数值分析和现场应用对下煤层巷道位置及支护方案进行了优化和验证。华胜煤矿下煤层巷道在优化后的巷道位置及支护方案控制下整体并未出现非对称大变形。本研究结果对类似工程地质条件的下煤层巷道支护方案设计具有指导意义。

半潜式平台四立柱波浪爬升及气隙试验

采用模型试验方法对半潜式平台近场干涉、波浪爬升和气隙分布等关键问题进行较为系统的研究。在海洋工程水动力学试验规程的指导下完成系泊模式下半潜式平台水池模型试验。通过布设光学非接触式六自由度传感器、电阻式钽丝、力传感器、浪高仪等测量设备,获取平台瞬态运动响应、立柱壁面波浪爬升、内场气隙分布等测量参数,系统地分析不同波陡参数、散射参数对平台气隙的影响。结果表明:波陡参数对内场气隙分布影响较大,当波陡参数取0.12~0.15时,平台运动幅值较大,平台边缘的气隙较小;由于波浪爬升效应,立柱附近气隙小于内场。研究结论对平台设计和安全运营具有一定的指导作用。

半导电层电性参数对站用支柱绝缘子电场分布的影响

本文利用COMSOL计算和分析了半导电层电性参数对站用支柱绝缘子表面电场分布的影响。结果表明:半导电层对潮湿生成的水珠、湿污和干污引起的最大电场均有不同程度的削弱作用,湿污最为显著,电场降幅为41.58%;在高压端涂覆半导电层对电场的改善效果显著,与不涂覆半导电层相比,表面最大电场最大降幅为14.5%;高、低压端涂覆各自最佳相对介电常数的半导电层,其电场改善的综合均衡性较好;在正常瓷件电性参数范围内,半导电层最佳电性参数具有通用性,高压端最佳半导电层相对介电常数为22,低压端最佳半导电层相对介电常数为12,此外,高、低压端半导电层的电阻率至少分别大于1×10^(7)Ω·m和6×10^(7)Ω·m,其最大电场才将小于不涂覆半导电层的情况。