基于ISSA-H_(∞)的水电机组鲁棒控制

随着风电、光伏等随机能源大量接入,电网结构变得复杂。在此背景下,水电机组将根据需要经常处于变工况运行,运行环境日趋恶劣,其传统的PID控制策略显然难以实现各种复杂工况下的最优控制。为此,将H_(∞)理论应用于水电机组,并基于改进樽海鞘算法(ISSA)和综合ITAE指标对其参数进行优化,实现了基于ISSA-H_(∞)的水电机组自适应鲁棒控制。仿真结果表明,相比传统的PID控制器,设计的基于ISSA-H_(∞)的自适应鲁棒控制器在不同工况下均有优异的调节性能,实现了水电机组多工况下最优控制。

俯仰力矩下带有预瞄信息的汽车主动悬架H_(2)/H_(∞)控制研究

主动悬架相比于被动悬架多了一个可以产生主动作用力的装置,在路面不平工况中有效调节刚度和阻尼,提高车辆底盘的减振性能和乘坐的舒适性能。结合轴距预瞄信息并借鉴线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)原理,建立了俯仰力矩作用下的半车主动悬架模型,并分别设计了传统H_(2)/H_(∞)状态反馈控制器和带有预瞄信息的H_(2)/H_(∞)状态反馈控制器,对主动悬架进行多目标优化控制,在时域的层面上分别对2种控制器的性能进行仿真试验,结果表明2种控制器均能够有效优化主动悬架的性能参数,但带有预瞄信息的H_(2)/H_(∞)状态反馈控制器优化能力更加突出。

基于遗传算法的重型特种车辆主动悬架H_(2)/H_(∞)控制研究

重型特种车辆的传统被动悬架对不同路况适应能力差,恶劣路况下车辆性能下降明显,无法满足重型特种车辆在不同路况下行驶平顺性和操纵稳定性的需求.针对这一问题,研究建立了三轴重型特种车辆整车9自由度主动悬架模型,设计了H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器,并在满足H_(∞)约束条件下采用遗传算法对H_(2)性能指标进行优化,获取了全状态最优控制律,同时对连续随机路面和凸块路面下主、被动悬架性能进行分析.结果表明:在连续随机路面下,相较于被动悬架,H_(2)/H_(∞)控制主动悬架在时域和频域范围内均具有良好的性能,能够提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性;在凸块路面下,主动悬架能够更快地衰减来自不平路面的振动,并使左前轮胎动载荷的最大值降低了23.5%,提升了轮胎的接地性.H_(2)/H_(∞)控制主动悬架对不同路况具有良好的适应能力,能够满足不同路况下重型特种车辆行驶平顺性和操纵稳定性的提升需要.

NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿催化剂NH_(3)-SCR脱硝活性及SO_(2)/H_(2)O耐受性能研究

采用球磨、微波焙烧方法制备了不同质量分数NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿NH_(3)-SCR脱硝催化剂。通过BET、SEM-EDS、XRD、NH_(3)-TPD、H_(2)-TPR分析了催化剂脱硝活性及SO_(2)/H_(2)O耐受性能。结果表明:NH_(3)SO_(3)改性使催化剂脱硝活性得到了显著提高,10%NH_(3)SO_(3)改性催化剂在300~350℃脱硝活性可达90%左右。SO_(2)/H_(2)O共同作用可将10%NH_(3)SO_(3)改性催化剂脱硝活性提高至97%,其促进作用保持了良好的稳定性,且具有可逆性。NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿后,催化剂比表面积、酸性位点及强度增加,表面活性物质分散度更高,弱化了尾矿矿物晶型,提高了催化剂吸附能力和氧化还原能力,从而提高催化脱硝活性,同时具备优良的SO_(2)/H_(2)O耐受性。

盾构机电液伺服系统可变压力H_(∞)鲁棒控制设计

为了提高盾构机电液执行器能量消耗,结合比例溢流阀和比例方向控制阀优势,提出了一种电液伺服系统,并给出了运动控制方程。为实现节能效果,引入一种新的可变压力控制策略,选择鲁棒方法来达到最小的位置与能量消耗程度,利用Matlab软件仿真测试了执行器的运动控制性能与能量消耗情况。研究结果表明:经过改进处理后,执行器达到更低的位置跟踪误差,形成了0.01 mm之内的波动误差,相对误差不超过5%。对电液伺服系统改进后,在初始5 s时间内执行器消耗了较高功率,在50~130 W范围内保持波动状态,消耗的功率也较低。通过鲁棒H_(∞)方法对电液伺服系统运行过程进行控制时,执行器可以实现对运动位移的快速反应,获得理想的降能效果。该研究可为优化执行器的位置跟踪性能研究提供参考意义。

添加剂H_(2)对SNCR脱硝特性的影响

在管式炉上探讨了选择性非催化还原的脱硝特性,分析了有无气体添加剂H_(2)在不同氨氮比(normalized stoichiometric ratio,NSR)下的N_(2)O、NO、NH_(3)、SO_(2)的排放特性及其随温度的变化规律。分析结果表明:无添加剂的情况下,在温度870℃、NSR为2.0时,NO最大还原效率为90%;N_(2)O生成浓度和NO还原效率的变化趋势接近,NSR越大,NO还原效率越高,N_(2)O排放浓度越大;NO还原温度窗口与N_(2)O生成的温度窗口基本上吻合。氨逃逸量在低于750℃时,明显增大,在高于850℃时,趋于0;SO_(2)浓度随温度的升高呈现与氨逃逸相反的变化趋势;随着H_(2)添加量的增大,NO还原温度窗口显著拓宽,且向低温移动,添加后最大NO还原效率超过90%,对应温度为820℃左右;N_(2)O浓度随温度呈先上升后下降的趋势,随H_(2)添加量的增加,低温区的N_(2)O浓度升高,且峰值向低温区移动,温度窗口变宽;氨逃逸量随温度升高先增大后降低,且这种趋势在低温区更明显,反应温度超过850℃,不同添加比下的氨逃逸量趋于0;添加比对SO_(2)浓度的影响在低温和高温段都不明显,SO_(2)浓度与氨逃逸量呈现相反的变化趋势。所述H_(2)添加后的污染物排放规律可为同类研究提供参考。

新标09CrCuSb耐酸钢的耐50%H_(2)SO_(4)腐蚀性能

通过电化学测试和全浸腐蚀试验,研究了不同温度(25,50,60,70℃)条件下新标09CrCuSb耐酸钢在50%H_(2)SO_(4)溶液中的腐蚀行为。结果表明:随着温度从25℃升至70℃,新标09CrCuSb钢的腐蚀速率整体呈现增大趋势,在70℃时,腐蚀速率达到最高,为2.70 g/(m^(2)·h),这与随温度升高,腐蚀产物中具有保护性作用的Fe_(3)O_(4)含量减少,无保护作用的FeSO_(4)·H_(2)O含量增加以及锈层中微孔变化有关。另外,由于新标调整了09CrCuSb钢中Cu、Mo、Sn、Sb、W等元素的含量,与旧标09CrCuSb钢相比,阳极维钝电流密度J维钝降低,同等温度条件下,新标09CrCuSb钢的耐蚀性得到较大改善。

基于逆系统的立方体机器人H_(∞)鲁棒控制

针对立方体机器人由复杂特性引起的模型不确定性以及易受外界扰动影响的问题,提出了一种基于逆系统的立方体机器人H_(∞)自平衡鲁棒控制策略。首先,基于所搭建立方体机器人的结构和运行方式,建立了其动力学模型并进行了可逆性分析,将构建的逆系统与原系统进行串接构成立方体机器人的伪线性系统;其次,利用线性矩阵不等式设计H_(∞)鲁棒控制策略以实现立方体机器人伪线性系统的自平衡稳定控制,并证明了闭环系统的稳定性。仿真和实测实验结果证明了所设计系统的可行性和有效性。

H_(2)与氨混燃增强火焰燃烧特性模拟研究

氢和氨作为清洁能源受到广泛关注,为深入探究氢-氨混燃的燃烧特性和影响因素,本文借助Chemkin仿真平台建立相关反应模型,以氢-氨混合气体为燃料,空气作为助燃剂,采用Otomo等人提出的一种氨氧化机理对其燃烧过程进行模拟计算,并模拟研究了混合气体的点火延迟时间、层流燃烧速度、绝热燃烧温度、NO排放等燃烧特性随当量比、初始压力以及燃料中H_(2)比例的具体变化规律,对不同工况下的层流火焰结构、H和OH自由基的产率(rate of production,ROP)、NO生成的敏感度进行了化学动力学分析。结果表明:纯氨气体的点火延迟时间长、层流燃烧速度慢,掺氢后燃烧特性均有所改善,且提高了火焰的绝热燃烧温度,但掺氢比例越大,NO排放越多。NO摩尔分数随当量比变化的趋势先增后减,在当量比为0.8左右达到峰值。综合考虑氢-氨混燃的一系列燃烧特性以及掺氢、加压的成本和收益情况,推荐H_(2)占比15%、当量比φ=1.1、压力P=0.2 MPa为氢-氨混合燃烧的最优条件。

带惯性轮的两轮机器人H_(∞)鲁棒控制系统

针对复杂环境中两轮机器人的实用性和平衡控制问题,构建了一种带惯性轮的两轮机器人H_(∞)鲁棒控制系统。首先,介绍了两轮机器人的机械结构及性能,通过惯性轮和底部双轮共同作用增强机体的运动能力,提升机器人对环境的适应性;其次,推导了坡面上带惯性轮的两轮机器人动力学模型;在此基础上,设计了一种基于H_(∞)鲁棒控制器的两轮机器人系统,实现了机器人姿态控制的自平衡稳定性、鲁棒性以及抗扰性;最后,仿真和实测实验验证了所设计机器人系统的可行性和有效性:机器人系统的倾斜角度可调范围更大、控制精度更高,可有效抑制由于机体振动和外界干扰对系统的影响。

电站锅炉-汽轮机系统的LPV鲁棒H_(∞)/H_(2)变增益控制

采用量子粒子群算法辨识得到机炉协调控制系统的全局线性参数变化(LPV)模型,然后通过极值分解组合得到多胞LPV模型。针对多胞LPV模型,在鲁棒H_(∞)/H_(2)变增益控制中引入松弛变量,设计了保守性更低的机炉协调控制系统鲁棒控制器。结果表明:所设计的控制器具有良好的控制效果。

温度对UNS N08825合金在高含H_(2)S环境中耐腐蚀性能的影响

在不同温度(80,90,110,132℃)、高压、高含H2S和高含氯离子环境中对UNS N08825合金进行了72 h浸泡和电化学腐蚀试验,研究了温度对合金耐腐蚀性能的影响,分析了其影响机理。结果表明:在80℃下试验合金几乎不发生腐蚀,90,110,132℃下合金表面出现黑色腐蚀产物,并且110,132℃下的腐蚀产物增多且呈疏松多孔特征;随着温度升高,合金表面的点蚀坑数量增多且深度增加,最大点蚀速率和均匀腐蚀速率均增大;随着温度升高,试验合金的自腐蚀电位、电荷转移电阻和钝化膜电阻减小,自腐蚀电流密度增大。当温度低于90℃时,合金表面钝化膜均匀致密,点蚀敏感性低,具有较好的耐腐蚀性能;当温度不低于90℃时,元素硫的水解加剧,合金表面钝化膜发生破坏,点蚀更易发生,耐腐蚀性能变差。

用于C_(3)H_(6)/N_(2)分离的PDA@PEBA2533膜的制备

为回收聚丙烯制备尾气中的丙烯,采用本实验室独创的浸渍-旋转法在聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)膜表面沉积聚多巴胺(PDA)膜层制备出对C3H6具有更强亲和性的PDA@PEBA2533膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对PDA颗粒和膜进行表征。考察了PDA沉积时间对膜形貌、结构以及分离性能的影响,也考察了温度和压力等操作条件对膜分离性能的影响。探索了PDA@PEBA2533膜对不同C3H6浓度的C_(3)H_(6)/N_(2)混合气的分离效果以及膜的长时间分离稳定性。结果表明,沉积PDA于PEBA2533膜表面有效提高了膜的分离性能。当沉积时间不小于24h时,可得到连续的PDA膜层,随沉积时间的增加,膜层逐渐增厚,气体渗透速率先增大后减小,选择性持续上升,沉积24h所制备的膜分离性能最佳。增大操作温度和压力,膜对C3H6和N2的渗透速率均增大,C_(3)H_(6)/N_(2)选择性则降低。增大混合气中C3H6浓度,膜对C3H6的渗透速率和选择性均呈现先上升后下降的趋势。在所制备的分离性能最好的PDA@PEBA2533膜上,0.2MPa时,对C3H6体积分数为20%的混合气,温度从0℃提高到50℃,C3H6渗透速率从8.25GPU增加到71.42GPU,C_(3)H_(6)/N_(2)选择性从22.92降低至10.14。在130h的气体分离实验中,该膜表现出良好的稳定性。该膜与其他分离C_(3)H_(6)/N_(2)混合气膜相比具有一定的优势。

大豆C_(2)H_(2)型锌指蛋白转录因子家族全基因组鉴定及表达分析

为进一步寻找与大豆产量相关的潜在候选基因,利用生物信息学与转录组学技术,通过拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)C_(2)H_(2)型锌指蛋白(C_(2)H_(2)zinc finger protein)序列BLAST映射,将从大豆(Glycine max)的基因组数据库中筛选出的44个C_(2)H_(2)锌指蛋白家族成员分成11个亚家族,并对其进行系统进化、保守结构域、顺式作用元件、测序数据和转录组数据等相关分析。结果表明:C_(2)H_(2)锌指蛋白家族成员分布于17条大豆染色体中,且每个亚家族的基因结构域较为相近,呈高度保守性。成员启动子部分含有抗逆境胁迫以及激素相关的调控元件。RNA-seq结果显示,有8个基因在不同植物组织内表达差异显著。荧光定量PCR分析表明,3个基因的分析结果为SUPERMAN的转录调节因子,GmC1-1iZFP42为Ln位点的相应基因,参与大豆叶形和籽粒的调控,GmC1-1iZFP12、GmC1-1iZFP30为SUPERMAN基因的转录调节因子,GmC1-1iZFP21可能参与大豆籽粒形成和发育的过程,为调控相关过程的候选基因。本研究为进一步寻找和挖掘大豆高产基因提供方向,也为C_(2)H_(2)型锌指蛋白和生物信息学在植物中的利用提供参考和启示。

基于TDLAS的H_(2)S气体材料表面吸附特性研究

在H_(2)S气体浓度在线监测过程中,因其具有粘附性强的特点,容易发生管线吸附,从而导致测量结果存在偏差,尤其在痕量H_(2)S检测过程中表现最为明显,所以开展H_(2)S气体管线材料表面吸附特性研究尤为必要。本文基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),设计并搭建了一套H_(2)S浓度在线测定系统,并对该系统进行了测量性能检验,在此基础上进行了H_(2)S在不锈钢材料表面常温吸附特性探究。实验结果表明,所搭建H_(2)S浓度在线测定系统具有稳定性强、检测限低和灵敏度高的特点,利用此系统可以实现痕量H_(2)S浓度的在线连续测定。经过一系列探究试验,证明了H_(2)S在不锈钢材料表面存在明显且稳定的吸附作用,得出了H_(2)S在不锈钢材料表面的单位面积吸附量在10^(14)(个/cm^(2))量级。实验结果可以为痕量硫化氢在线精准测量提供一定参考。

低温阶段煤吸附C_(2)H_(4)的吸附特性研究

为研究煤矿采空区封闭区遗煤吸附C_(2)H_(4)的演化特征,以宁夏灵新煤矿不粘煤为研究对象,采用容量法进行煤吸附C_(2)H_(4)试验,分析温压与粒径对煤吸附C_(2)H_(4)过程中的吸附量、吸附速率和吸附热力学等特征变化的影响。研究表明:当温度为30~60℃、压力为0.15~0.45 MPa、粒径为20~120目时,无论是温度降低、压力升高还是粒径减小,C_(2)H_(4)的吸附量均增加;吸附过程随时间由快变慢,进而趋于平衡,吸附速率快速趋于0;温度与粒径不变,平衡压力越大吸附速率越大;温度与压力不变,粒径越小吸附速率越快。吸附量相同,粒径越小等量吸附热越低;各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的等量吸附热为0.69~40.23 kJ/mol,属于物理吸附。引入压力修正系数进行拟合,温度不变,压力和粒径与吸附自由能降低值呈正比关系;粒径不变,温度与吸附自由能降低值呈反比关系。各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的吸附熵均为负值,吸附量增大,温度降低,吸附熵值均增大;吸附量相同条件下,粒径越大,吸附熵值越大。

山茶油对H_(2)O_(2)诱导大鼠H9C2心肌细胞氧化应激损伤的保护作用

目的:探讨山茶油对H_(2)O_(2)诱导大鼠H9C2心肌细胞氧化应激损伤的保护作用。方法:CCK8法检测不同浓度H_(2)O_(2)处理H9C2心肌细胞后细胞存活率,以正常培养的细胞为空白对照组,以200μmol/L H_(2)O_(2)处理细胞24 h,构建氧化应激损伤模型作为模型组。分别用1%,0.1%,0.01%浓度的山茶油预处理细胞24 h后,加入H_(2)O_(2)作用24 h作为实验组。利用β-半乳糖苷酶衰老染色实验,线粒体膜电位实验,EdU细胞增殖染色实验及划痕实验来观察各组细胞衰老,线粒体膜电位,增殖凋亡,迁移的变化。利用试剂盒检测各组细胞超氧化物歧化酶(SOD)活性、乳酸脱氢酶(LDH)活性、丙二醛(MDA)含量。结果:不同浓度H_(2)O_(2)处理H9C2心肌细胞后,细胞活力均受到抑制,且与H_(2)O_(2)浓度正相关(P<0.01)。与空白对照组相比,H_(2)O_(2)模型组细胞衰老阳性率、MDA含量和LDH活性增加(P<0.01);线粒体膜电位、细胞增殖率、迁移率、SOD活性下降(P<0.01)。与H_(2)O_(2)模型组相比,实验组细胞衰老阳性率(P<0.05)、MDA含量和LDH活性降低(P<0.05);线粒体膜电位增加、细胞增殖率和迁移率增加(P<0.05)。结论:山茶油可显著抑制H9C2细胞的氧化应激损伤,发挥心肌细胞保护作用。

不同尺寸单层氧化石墨烯用于膜蒸馏分离H_(2)O/HDO

核电站运行产生的放射性氚化水(HTO)的处理涉及到H_(2)O/HTO分离难题。实验室研究常把无放射性H_(2)O/HDO(氘化水)分离作为研究模型来代替H_(2)O/HTO分离。近年来,基于多层氧化石墨烯(graphene oxide,GO)膜的膜蒸馏分离工艺显示出较好的H_(2)O/HDO分离效果,但进一步提高分离性能仍需开发新型膜材料或结构。本工作采用不同横向尺寸单层GO制备聚四氟乙烯(PTFE)支撑的氧化石墨烯复合膜用于研究膜蒸馏分离H_(2)O/HDO:(1)选用两种不同横向尺寸的单层GO研究GO横向尺寸对膜的H_(2)O/HDO分离性能影响,基于横向尺寸较小GO膜的渗透通量和分离因子分别可达0.944 L/(m^(2)·h)和1.043,整体分离性能比基于横向尺寸较大GO膜高;(2)为结合不同横向尺寸单层GO的结构特点,把不同横向尺寸单层GO混合制备复合膜,当两种石墨烯质量比例为1∶1时,所得GO复合膜的渗透通量可达0.806 L/(m^(2)·h),比基于横向尺寸较大GO复合膜的渗透通量高,而两者分离因子相近;(3)对横向尺寸较大GO进行刻蚀处理,可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。结果表明:单层氧化石墨烯的横向尺寸可影响膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;基于横向尺寸较小单层氧化石墨烯或混合不同横向尺寸单层氧化石墨烯制备的膜具有较好的膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;并且刻蚀处理横向尺寸较大GO也可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。因此,本工作可指导后续发展新型膜材料或膜结构以实现H_(2)O/HDO分离效果更好的膜蒸馏工艺,为含HTO的放射性废水处理问题提供解决方案。

Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR处理NO效能

构建Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR一体化系统,驯化具有同步反硝化及铁还原能力的混合菌种,在维持反应体系稳定反硝化性能的基础上,探究进水Fe(Ⅱ)EDTA浓度、pH值对NO去除效率的影响,分析微生物群落结构.结果表明,Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收耦合H_(2)-MBfR还原一体化系统对NO具有稳定去除效能,最大去除效率为99.50%.提高初始Fe(Ⅱ)EDTA浓度有助于Fe(Ⅱ)EDTA-NO的生成,且体系内的NO平均去除速率随着Fe(Ⅱ)EDTA浓度的提升而提升.在Fe(Ⅱ)EDTA浓度为10mmol/L时,NO最大去除速率达到44.68mg/(m3·h).pH值升高则不利于Fe(Ⅱ)EDTA-NO的生成,控制pH值为6更适合一体化系统运行.微生物群落结构分析发现一体化阶段优势菌门Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes,在该反应器中承担着重要的功能和作用,其丰度占比分别为50.35%,16.43%,14.98%.

CO_(2)分压对S135钢在CO_(2)/H_(2)S共存体系中腐蚀行为的影响

为了给井下油气管材的选择和腐蚀预测模型的建立提供理论依据,利用高温高压反应釜进行S135钢在CO_(2)/H_(2)S共存体系中的腐蚀模拟试验,采用失重法、恒载荷法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、三维轮廓扫描仪等手段研究了CO_(2)分压对S135钢在温度100℃、CO_(2)/H_(2)S共存体系中腐蚀行为的影响及规律。结果表明,随CO_(2)分压升高,S135钢的腐蚀速率增大,屈服强度损伤加剧,CO_(2)分压为5,10,15,20 MPa时,其屈服强度(σs)损伤率分别为1.4%、3.6%、4.5%和15.9%;抗拉强度(σb)损伤率分别为1.2%、3.4%、5.2%和15.4%。S135钢在低CO_(2)分压下发生全面腐蚀,随CO_(2)分压增大发展为以全面腐蚀为主,辅以局部腐蚀。应力腐蚀裂纹在萌生阶段以局部阳极溶解作用(点蚀)为主,随CO_(2)分压增大应力腐蚀裂纹更易生长,应力腐蚀敏感性增加,加剧了基体的腐蚀进程。