基于微分平坦的板球系统反步滑模控制

为改善板球系统轨迹跟踪控制误差大,控制精度低的问题,提出了一种基于微分平坦的板球系统反步滑模控制方法。首先基于欧拉-拉格朗日方程建立板球系统的运动学模型,通过合理简化得到解耦线性状态空间模型。以X轴方向控制器设计为例,利用微分平坦技术获得系统的目标状态量以及前馈控制量,建立误差系统,进而采用反步法实现对误差系统的滑模控制,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。算法中使用双曲正切函数抑制滑模的抖动,实现了对板球系统的轨迹高精度跟踪控制。仿真实验结果表明,该方法控制精度高,具有良好的控制效果。

大型矿用挖掘机履带板故障分析和优化设计

依据现场履带板失效形式,通过理论分析、有限元分析等方法和手段,对履带板现有结构进行改进设计;通过有限元对比分析验证新结构受力状态更好;提供了一种解决现场问题的思路,为以后产品设计和解决现场问题提供理论依据。

工程装备履带板脱胶断裂故障及修复工艺研究

针对工程装备挂胶履带修复过程中所面临的金属基体易断裂等难题,研究履带脱胶工艺及其对基体材质的影响。通过多次加温脱胶试验,分析加温脱胶后金属板体的金相组织结构变化情况,确定了重新挂胶修复后的履带板在使用过程中发生断裂的原因。在此基础上,提出了改进履带板挂胶修复新工艺。采用新的修复工艺后,在脱胶时不损害履带板基材,并且在挂胶修复后质量良好,能够满足使用要求。该修复工艺可以降低修理成本,提高履带板的使用寿命,具有较高的经济效益。

基于视觉的渔船监管关键技术研究与系统开发

当前小型渔船监管的信息化水平不高,依赖人工巡查监管存在漏检误检,易导致渔业生产安全隐患。针对此问题,首先,构建了小型渔船的进出港目标识别以及人员安全检查的系列深度学习模型;其次,开发了一套渔船进出港监管系统,实现了渔业生产管理的智能化;最后,将监管系统成功部署,促进了烟台长岛渔业生产监管的智能化。该系统实现了渔船及人员目标检测与轨迹追踪、船牌识别、救生衣穿着检测等功能,并与年审渔船信息以及违禁出海管理等对接,实现对渔船未年审出海、违章载客、未穿救生衣、违禁出海等违规活动的告警。研究工作提高了渔船进出港监管效率,降低了渔业生产的安全隐患。

工程机械履带板断裂失效原因分析

某工程机械用履带板在使用过程中发生早期断裂。为探究其失效原因,进行宏观断口形貌分析和ANSYS有限元仿真分析,利用直读光谱仪、金相显微镜、扫描电镜来观察断口的微观组织及夹杂物,采用拉伸试验机与冲击试验机来检测断裂履带板的力学性能。结果表明:履带板断裂处存在尺寸较大的非金属夹杂物,严重破坏了钢材基体的连续性,使履带板局部产生应力集中,在主机工作交变应力作用下萌生裂纹并扩展,最终因强度不足而发生早期断裂失效。

基于Harris的遗传粒子滤波及其在车牌跟踪的应用

为了有效解决传统粒子滤波算法所存在的种群多样性衰减问题,消除由此而带来的算法效率、精度下降的弊端,该研究提出利用遗传算法的交叉和变异遗传操作算子来优化其重采样过程。具体而言,在重采样后,对样本集中各个样本粒子依照适应度值排列顺序,再将适应度低于平均值的样本剔除,同时从留下的适应度较优的粒子中随机地选取同等数量样本用于对应补充被剔除样本,再引入遗传算法的遗传操作对粒子进行交叉、变异操作,来完成样本集的更新。同时考虑到传统视觉目标跟踪常用的灰度和颜色直方图特征极易受到背景颜色干扰、对光照变化极为敏感和计算量也较大等问题,提出引入具有容易提取、运算量小、抗旋转或倾斜角影响等优势的Harris特征,配合遗传粒子滤波跟踪框架,得到了一种鲁棒性较高的跟踪算法。将所提出的基于Harris特征的遗传粒子滤波跟踪器应用于高速公路上的车辆车牌定位,应用实验的结果表明经过遗传操作改进的使用Harris角点检测特征的粒子滤波算法精度、数值稳定性都得到了提高,在目标快速移动、光线和背景剧烈变化等场景都能够实现对目标车牌的有效跟踪。

严寒地区板式无砟轨道底座板混凝土粉化整治技术

严寒地区板式无砟轨道底座板混凝土的粉化病害严重影响道床结构的耐久性和列车的行车安全,急需开展整治技术研究。阐明了严寒地区高速铁路无砟轨道底座板混凝土粉化病害的成因,根据底座板混凝土的粉化程度,提出了相应的病害整治技术,涵盖整治方法、材料、工艺。经过对严寒地区高速铁路无砟轨道底座板混凝土严重粉化的试验段整治发现,整治后的底座板没有出现开裂等现象,也没有产生新的粉化病害,整治效果良好。

基于电磁式惯性作动器的四面固支板前馈补偿线性自抗扰振动主动控制

针对基于电磁式惯性作动器的四面固支板振动系统中存在的由相位滞后、功率放大器等模拟器件、数据采集卡的采样时间等因素导致的时间延迟,本文提出了一种基于跟踪微分器(Tracking Differentiator, TD)的前馈补偿自抗扰控制方法.首先,利用振动理论和电磁感应原理,建立了基于惯性作动器四面固支板的振动模型;其次,利用跟踪微分器获得输入信号的跟踪信号及其微分信号,以实现相位超前功能,并根据控制信号与系统输出同步的原则设计了扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)来估计系统状态和总干扰.最后,搭建了一套基于NI PCIe采集系统的振动控制平台,验证所提出的振动主动控制策略的控制性能.开展了传统三阶-线性自抗扰控制、预测估计器的线性自抗扰控制和所提的振动控制策略的对比试验,结果表明了所提的基于TD的前馈补偿自抗扰控制器具有最佳的抗扰和振动抑制性能.

基于图像识别和数据分析的中厚板冷区钢板跟踪方法

现有的多摄像机多目标跟踪方法不能很好地解决网络延迟、目标遮挡、图像模糊等问题,为此,提出了一种基于图像识别和数据分析的多摄像机多目标跟踪方法。该方法采用双流网络的结构,在输入部分增加空间流和时间流,数据分析使用物理规则约束和修正目标行为,能在复杂环境下对跟踪区域内的钢板进行全程实时跟踪,且在钢板消失重现后,也能对钢板进行重定位。通过使用物理规则约束和修正目标行为,消除了网络延迟、目标遮挡、图像模糊对多摄像机多目标跟踪的影响。

变电站二次设备全向巡检机器人精确定位与作业辨识

通过巡检机器人进行变电站二次设备的监测是提升电力设备自动化、智能化管理的重要方式,有利于保障电力工程设备的安全运行。文中开发了一种用于变电站二次设备自动化巡检的Mecanum轮式全向移动机器人,其具备自主导航定位与作业辨识的能力,可极大提升设备巡检效率及保护压板状态识别准确性。通过Mecanum轮的驱动方式实现巡检机器人在狭窄作业环境下的灵活运动与姿态调整,通过多轨道升降平台实现对350~1 800 mm高度范围内的二次设备及压板的图像采集与状态辨识。机器人采用基于激光雷达的即时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)导航方法进行自主定位导航,并结合基于视觉的路径提取与跟踪算法进行姿态位置修正,实现在待测点位置的精确定位。同时,提出了基于颜色辨识的图像排列与状态辨识方法,针对二次设备保护压板连通状态进行识别和判断。实验结果表明,研制的变电站二次设备巡检机器人可以实现自主导航与位置精确定位,在路径跟踪过程中最大偏角和偏距分别为±3°和±8 mm。结合机器视觉与颜色辨识的压板辨识方法可以准确识别压板状态,识别准确率大于95.80%,有助于提升机器人自动化的电力巡检作业水平。

CRTSⅡ型板式无砟轨道层间摩擦参数及性能影响研究

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝后的层间相互作用关系,开展现场运营线及室内推板试验,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道的力学特性分析模型,研究离缝条件下不同层间摩擦参数对轨道结构力学性能的影响。研究结果表明:实际运营状态下的轨道板随着顶推力不断增大,轨道板与砂浆层逐渐脱粘,完全脱粘后发生滑移,轨道板失稳发生水平位移的推力在160~200 kN之间,轨道板发生稳定滑移的水平推力在210~250 kN之间,对应摩擦系数为2.5~3.1;室内试验轨道板与砂浆层之间在无粘结力的最不利状态下,轨道板发生稳定滑移的水平推力在55~56 kN之间,对应摩擦系数为0.79~0.80;随着层间摩擦系数增加,会一定改善轨道结构受力变形,但影响程度有限,摩擦系数由0.7增加至3.1时,宽窄接缝受力最大减小6.6%,钢轨和轨道板最大上拱位移分别减小了4.19%和5.7%;对于已经出现离缝的CRTSⅡ型板式无砟轨道,层间摩擦状态影响较小,应提前预防和避免层间离缝病害的产生,保证层间粘结完好。

降低竖炉带冷机故障及提升冷却效率的措施

新疆昕昊达矿业有限责任公司采用球团竖炉工艺,用带式冷却机对球团矿进行冷却,在生产运行中带冷机故障频繁,经常性非计划停机,设备作业率低,影响竖炉产能的发挥。带冷机主要存在轨道跑偏、漏料严重和小刮板掉道等问题。同时,因原篦子箅缝中卡球团,导致冷却效率降低。利用年修及定期检修对带冷机进行技术改造后,故障发生率降低了90%以上,冷却效率大幅提高。

基于输出延时观测器的板球系统滑模控制

板球系统由于传感器迟滞效应会导致小球位移和速度信号的测量延时,进而产生轨迹跟踪误差。为解决这一问题,提出了一种基于输出延时观测器的滑模控制方法。利用牛顿定律和拉格朗日方程,对板球系统进行动力学分析得出状态方程,简化后得到系统线性化模型。据此设计输出延时观测器,通过稳定性条件方程确保观测器的稳定性。设计并分析了滑模控制器,通过Lyapunov函数保证系统的收敛性,基于此设计具有固定测量延时观测器的滑模控制器。最后通过MATLAB软件中的Simulink环境进行仿真,结果表明,该控制器使得系统具有良好的轨迹跟踪性能。

成渝高速铁路路基上拱病害整治

西南山区地形起伏较大,多条既有高速铁路线路在隧道段和深路堑段出现不同程度的软岩基底上拱现象,导致轨道不平顺,严重威胁高速铁路运营安全。利用成渝高速铁路提质改造的有利契机,对成渝高速铁路2处典型路基病害分别采用了“暗挖基床”和“桩板结构重构无砟轨道”进行整治,整治效果良好;成渝高速铁路路基上拱病害整治的成功案例积累了宝贵的经验,成果可为后续病害整治提供技术指导。

Elastic Modulus Limit of Support Layer in Twin-Block Ballastless Track Based on Train Load Effect

The support layer is an important component of twin-block ballastless track. The modulus of the support layer is an important design parameter and must be carefully solved. We studied the bending stress and deformation of track slab and support layer due to train load using the beam-plate finite element model on elastic foundation. The results show that support layer type has great impact on both support layer deformation and the stress on subgrade, but has little impact on the bending stress of either track slab or support layer. The continuous support layer type, and articulated support layer type with shear transfer device at their ends, are recommended. In order to keep the stress in the support layer less than that in track slab, the modulus of the continuous, unit, and articulated types of support layer （ in unit twin-block ballastless track）, and the support layer in continuous twin-block ballastless track, should not be larger than 15, 22, 20.5 and 5 GPa, respectively. In addition, the modulus of the unit-type support layer should not be more than 20 GPa, to ensure the step in support layer remains less than 1 mm.

新型装配式CRTSⅢ型板式无砟轨道“直铺法”施工技术

以货运重载铁路新建铁路临沂临港铁路工程为实例,设计研发了一种新型的装配式CRTSⅢ型板式无砟轨道结构,采用预制装配式底座板,通过集中化、工厂化、机械化的生产方式,极大减少了支撑、模板等周转料具的投入,同时提高了混凝土施工质量。创新提出并应用了路基表层、底座板、轨道板间设置锚固体系限位,底座板与路基表层间设置快凝微表处混合料找平层结构,轨道板与底座板间设置橡胶与聚氨酯组合的减振垫结构等技术,可充分地利用路基沉降评估期的技术间歇时间,开展线上工程与线下工程平行施工,解决传统工艺无法连续作业和高效转序的技术难题,实现了无砟轨道快速化、经济化、优质化的建造目标。

周期性浮置板轨道弹性波传播行为及波动效应

为探究复杂周期性浮置板轨道结构中的弹性波传播行为及波动效应的内在机理,基于无限周期结构的弹性波理论建立浮置板轨道结构模型,计算并分析结构带隙特征、弹性波传播机制以及移动荷载激励下的波动效应。结果表明:复杂周期性浮置板轨道结构在0~300 Hz范围内存在8个带隙,且带隙可阻碍弹性波在结构中的传播;带隙特征主要受结构刚度影响,可通过改变钢弹簧刚度、剪力铰剪切刚度和基础分布刚度来调节带隙范围;由于浮置板、轨道和隧道衬砌结构的弹性波局域共振作用,浮置板轨道结构减振效果在0-√2倍共振频率范围内劣于整体道床轨道结构,而在大于√2倍共振频率时才优于整体道床轨道结构;结构加速度响应峰值由荷载速度线与频散曲线的交点所产生,带隙和通带范围内弹性波存在不同的波动效应,且带隙对弹性波正向多普勒效应具有抑制作用。

基于三步法的板球系统滑模控制器研究

为解决非线性板球系统滑模控制中出现的抖振现象以及轨迹跟踪过程中多扰动问题,提出了一种基于三步法的滑模控制方案。首先,建立板球系统状态空间模型,设计滑模控制律克服系统存在的不确定性扰动;其次,将三步法控制规律与滑模控制算法相结合,设计三步法滑模控制器,避免了滑模控制中存在的抖振现象;最后,通过李雅普诺夫函数证明了闭环控制系统的稳定性。对比仿真实验结果进一步验证该方法在轨迹跟踪控制中的有效性。

轨道板精调的若干测量方法和措施

结合贵广、成渝、成绵乐、成贵、鲁南和汕汕等高速铁路轨道板精调测量的实践,研究轨道板测量所采取的方法和措施。根据换站搭接的薄弱段落,提出了虚拟换站搭接法,提升了精调测量的可靠性。针对大跨度连续梁、拱桥等特殊结构桥梁提出了预加恒载进行施工的方法,从而避免出现因二次加载导致桥梁高程过低的问题。另外,对特殊结构桥梁的长轨精调方法提出一些探讨,以期为类似工程提供参考。

高锰钢履带板铸件晶粒粗大缺陷的分析与改进

对大型挖掘机高锰钢履带板断裂部位进行取样,通过宏观断口观察、低倍酸浸、金相组织检验等方式对履带板早期断裂的原因进行了分析,结果表明组织晶粒粗大导致大型挖掘机高锰钢履带板铸件过早失效。结合生产实际,制定了高锰钢履带板铸件晶粒度改善的工艺措施,通过冶炼、铸造及热处理等工艺的优化,提高了高锰钢履带板铸件的晶粒度水平,提升了产品的质量和使用的可靠性,延长了履带板铸件的使用寿命。