神经元自适应性减摇鳍零航速控制系统分析

基于减摇鳍零航速系统使PID控制法不能取得理想减摇效果的难题,分析了改进单神经元自适应控制器机能,在神经元架构不增大复杂性前提下,从根本上提升了非线性处置力,为了减少对减摇鳍零航速伺服驱动系统的需求,依据控制中最优二次型目标理论,在线进行神经元的参数自适应调控,进行了对于驱动功率间接的限制。验证了Lyapunov系统在此控制方法条件下具有的稳定能力,且处于不同海况情形下和PID控制法模拟比对,体现了此方法对于解决减摇鳍零航速非线性控制问题具有强大优势和能力。

计及转速及功率限制的双馈抽蓄自适应调频控制

双馈抽水蓄能机组可以通过变速运行灵活调节功率,在发电和抽水工况下均具备一定的调频潜能.为挖掘双馈抽水蓄能机组在不同工况下的调频能力,分别建立其适应不同工况运行特点的调频控制模块,提出计及转速及功率限制的自适应变参数调频策略.首先,在建立考虑可逆式水泵水轮机动态特性的机组模型基础上,构建发电工况下将频率偏差转换为附加功率指令、抽水工况下将频率偏差转换为附加转速指令的调频模块.其次,分析各调频参数对于频率动态响应的影响,并以系统频率偏差最小为目标,以机组的转速及功率限制为约束,提出基于改进粒子群算法的多工况最优调频参数确定方法,在此基础上形成随机组状态实时调整的自适应变参数调频策略.最后,以含双馈抽水蓄能机组的四机两区系统为例进行仿真分析,仿真结果表明:所提调频策略使机组在不同工况、不同运行状态下均具有良好的调频性能.

某型高速精密电主轴角接触球轴承的失效分析

针对某型高速精密电主轴用7003陶瓷球轴承在极限转速试验中出现异常振动和噪音等问题,从端口位置、形态、显微组织、相组成等方面对轴承失效原因进行了分析研究。首先,采用了洛氏硬度检测的方法对失效轴承的内、外滚道进行了检测,研究了失效轴承内、外滚道的洛氏硬度;然后,采用了金相组织分析的方式,对轴承内、外滚道失效部位进行了分析,研究了轴承内、外滚道失效部位的金相组织成分;最后,采用了扫描电子显微镜(SEM),对轴承内、外滚道,内、外滚道断口以及滚动体失效部位进行了检测与分析,研究了轴承失效部位的表面组织显微形貌及能谱仪(EDS),进而对轴承失效进行了详细分析。研究结果表明:轴承内圈产生失效剥落的主要原因为内圈滚道表面的碳化物、氧化物在应力接触面堆积,从而加剧了其表面的氧化程度。由于内圈制造工艺缺陷将导致轴承发生早期失效,建议产品加工过程中严格执行热处理工艺,避免产生不合格组织。

高速精密角接触陶瓷球轴承设计及试验研究

针对某数控机床主轴轴承低极限转速及低DN值(轴承内径和轴承转速的乘积)的问题,为解决机床主轴轴承高极限转速的问题,满足高DN值、高极限转速及精度P4级的要求,设计开发了一款高速电主轴精密角接触陶瓷球轴承,并进行了轴承温升和振动试验。首先,根据轴承的使用环境选取了角接触陶瓷球轴承主参数,并为降低高转速下轴承发热量选取了合适的轴承材料;然后,利用建立的角接触球轴承动力学模型并联立动力学微分方程进行了求解,以摩擦力矩为目标函数对轴承球径和内外沟曲率半径系数进行了正交优化选取,还进行了动力学和疲劳寿命分析;最后,开展了角接触陶瓷球轴承的极限转速试验,进行了温升和振动分析,验证了该轴承温升和振动指标满足设计要求。研究结果表明:优化后得到轴承的球径D w为6.35 mm、内沟曲率半径系数f i为0.55、外沟曲率半径系数f e为0.52;计算优化后角接触陶瓷球轴承的最大接触应力不超过2100 MPa,滚动体与保持架的最大作用力不超过3 N,保持架受到的等效应力及极限转速下轴承疲劳寿命为84.5 h左右,均满足设计使用要求;且优化后的角接触陶瓷球轴承最小摩擦力矩为102.0331 N·mm;优化后轴承的最高温度为56℃,振动加速度不高于19.6 m/s^(2)。该轴承满足超精密数控机床高速电主轴的应用需求,同时提高了国内现有高速电主轴的极限转速。

铁路限速区域重叠设置完善方案分析

针对我国当前采用CTCS-2、CTCS-3列控系统的线路临时限速命令不允许区域重叠设置问题,文章旨在探索一种同时满足安全性和可用性的解决方案。以既有CTCS体系架构和技术规范为基础,以涉及修改的主体设备为划分依据,探索多种可能组合情况下的修改方案,使列车运行控制系统具备支持临时限速区域重叠设置的能力。此外,从可实施性、安全性、影响范围等多角度对不同方案进行对比分析,探讨每种方案的优缺点。相关研究可为后续制定限速区域重叠设置改进方案提供参考,进而推动我国列控系统临时限速命令管理能力提升,有效减轻调度人员的工作负担。

雾天桥梁可变限速值的效用评估及优化

为改善高速公路桥梁路段雾天环境的交通安全,文中考虑可变限速标志设置对驾驶行为的影响,从服从效应角度提出其量化评估方法,以期获得最优作用效能。文中以鄂东长江大桥为原型,选取该桥梁近年最低能见度(100 m)和自由流服务水平作为测试环境,设计3种限速策略,分别为对照组SⅠ(无限速策略)、实验组SⅡ(90~70 km/h限速策略)、实验组SⅢ(90~70~50 km/h逐级限速策略);依托驾驶模拟器,实现不同限速条件的雾天桥梁场景微观驾驶行为数据的细粒度感知,采用重复测量方差分析方法从驾驶人响应的快速性、稳定性及准确性剖析可变限速标志的作用机理及驾驶人特征表现,并通过模糊综合评价方法评估不同限速策略的有效性。研究结果表明:雾天桥梁可变限速标志能够使驾驶人更早地采取减速措施,车辆在雾区行驶过程的稳定性更好;在雾天能见度100 m情况下,90~70~50 km/h逐级限速策略的稳态频数更大,空间稳定性更好,且速度超调量和跟随比更小,响应准确性更高。模糊综合评估结果显示,90~70~50 km/h逐级限速策略作为最优方案,能够有效地提升雾区驾驶行为的调节适应能力,降低驾驶风险,提高车辆运行的稳定性。本研究成果为雾天桥梁可变限速标志的优化设置提供了解决方案,可为雾天桥梁的主动安全防控提供有效支撑。

基于车路协同的快速路合流区可变限速控制方法

针对快速路合流区通行效率低的问题,利用车路协同环境下实时信息采集与交互技术,基于Gipps安全距离模型,对METANET模型进行改进;将动态安全距离融入可变限速控制中,建立起主线可变限速的控制方法和模型,引导匝道车辆利用主线可插间隙汇入,提高了快速路合流区的通行效率和匝道汇入的成功率;利用VISSIM与MATLAB联合搭建仿真控制环境,在不同流量下对所提出的控制策略进行仿真评估。研究结果表明:在中、高流量下,可变限速的控制策略使得速度分别提升了8.75%、 9.28%,密度分别降低了9.45%、 9.77%,行程时间分别降低了9.29%、 8.88%;延误分别降低了9.21%、 8.84%;证明了该可变限速控制策略能提升合流区通行效率,改善交通流运行状态。

基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略

为解决传统永磁风电机组高电压穿越控制策略存在超速脱网风险问题,提出一种基于桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,首先,按照并网要求向电网提供无功支撑;其次,考虑转子转速限制,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升;最后,通过仿真试验,验证了所提控制策略的有效性。基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略,既能向电网提供无功支撑,又能避免超速脱网。

基于车速平稳过渡的高速公路出口限速方案

研究能够满足出口车速平稳过渡的逐级限速方案,对出口区域车辆平稳运行及安全提升有重要意义。利用无人机采集高速公路出口车辆运行参数,分析出口车辆运行特征,考虑驾驶员对相邻限速标志的认知反应,构建了连续限速标志设置间距计算模型,建立了高速公路出口不同级别的限速方案,利用驾驶模拟试验对设计的不同限速方案进行分析及评价。模型的计算结果显示,二级限速方案中,限速值为60-40 km/h的限速标志间距为160 m;三级限速方案中,限速值为80-60-40 km/h的限速标志间距分别为300 m和80 m,限速值为90-60-40 km/h的限速标志间距分别为300 m和85 m;四级限速方案中,限速值为100-80-60-40 km/h的限速标志间距分别为295、160、80 m。利用驾驶模拟器对模型结果进行验证,试验结果表明:随着限速级数增加,车辆离散幅度显著降低,表明逐级限速方案对出口车辆运行速度有明显管控效果;逐级限速方案的平均减速度指标小于1.3 m/s^(2),均在驾驶舒适性阈值内;四级限速方案可使在分流鼻端车速标准差、平均减速度、分流鼻运行速度V85分别控制在5.23 km/h、0.52 m/s^(2)、54 km/h左右,极大满足了车速平稳过渡要求。可见,借助模型定量优化的逐级限速方案可以显著提高出口车速过渡的平稳性和安全性。

聚合釜用高压水射流三维旋转清洗喷头的结构设计与研究

为了提高高压水射流清洗技术在聚合釜清釜中的除黏效果,对其关键核心部件—高压水射流用三维旋转喷头进行了研究设计及运动学仿真分析。首先结合行星轮系传动原理对其传动方式进行了设计并形成了总体方案及具体结构,然后结合机械端面动密封技术对其密封方式进行了设计及功耗计算,采用磁力限速方式实现了喷头的转速控制,并结合电势平衡原理构建了喷头自旋转转速的稳态计算方程,得到了调整喷头转速的理论方法,最后采用ADAMS软件完成喷头的动力学仿真,验证了设计可行性。研究结果表明:该设计能够满足在设定条件下实现既定转速下的三维旋转动作完成清洗,其为三维旋转喷头的工业化方案实施提供了可靠的理论支撑。

基于多智能体深度强化学习的高速公路可变限速协同控制方法

面向高速公路多路段可变限速协同控制需求,针对高维参数空间高效训练寻优难题,提出了应用多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法的高速公路可变限速协同控制方法。区别于既有研究的单个智能体深度确定性策略梯度(DDPG)算法,MADDPG将每个管控单元抽象为具备Actor-Critic强化学习架构的智能体,在算法训练过程中共享各智能体的状态、动作信息,使得各智能体具备推测其余智能体控制策略的能力,进而实现多路段协同控制。基于开源仿真软件SUMO,在高速公路典型拥堵场景对提出的控制方法开展管控效果验证。实验结果表明,提出的MADDPG算法降低了拥堵持续时间和路段运行速度标准差,分别减少69.23%、47.96%,可显著提高交通效率与安全。对比单智能体DDPG算法,MADDPG可节约50%的训练时间并提高7.44%的累计回报值,多智能体算法可提升协同控制策略的优化效率。进一步,为验证智能体间共享信息的必要性,将MADDPG与独立多智能体DDPG(IDDPG)算法进行对比:相较于IDDPG,MADDPG可使拥堵持续时间、速度标准差均值的改善提升11.65%、19.00%。

考虑智能网联车辆影响的八车道高速公路施工区可变限速控制方法

为提升车联网环境下高速公路施工区交通运行效率及安全水平,提出了一种基于强化学习的可变限速控制方法.选取智能驾驶模型和真车试验模型,分别对传统人工车辆和智能网联车辆的跟驰行为进行建模,构建了以瓶颈下游路段交通流量为效率指标、瓶颈路段速度标准差为安全指标的复合奖励值,利用深度确定性策略梯度算法,分车道动态求解最佳限速值.仿真结果表明,所提可变限速控制方法在不同智能网联车辆渗漏率条件下均能有效提升交通流运行效率和安全水平,且在智能网联车辆渗漏率较低时,提升效果更加显著.当智能网联车辆渗漏率为1.0时,瓶颈下游路段交通流量提升10.1%,瓶颈路段速度标准差均值下降68.9%;当智能网联车辆渗漏率为0时,瓶颈下游路段交通流量提升20.7%,瓶颈路段速度标准差均值下降78.1%.智能网联车辆的引入能够提升至多52.0%的瓶颈下游路段交通流量.

锥面分段开孔高速刀柄的设计方法

根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律,提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法,即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段,并在各段的中等分处周向均布一组盲孔,通过调控盲孔的数量与尺寸使刀柄锥面达到一定的柔度。文章阐述了盲孔开设参数对锥面接触应力、柔度的影响规律和参数确定原则,给出了以HSK-E50为原型的锥面分段开孔设计案例,采用有限元分析其极限转速和锥面接触应力分布情况。结果表明,锥面分段开孔刀柄与原型刀柄相比,极限转速提高了约10.79%,锥面接触应力分布显著均匀。

基于设计指标适应性评价的运营期高速公路提速研究

【目的】为了评价高速公路既有限速值的合理性,需基于设计指标,研究其与实际交通状态的适应程度。【方法】采用基于设计指标适应性评价的方法,结合交通事故数据,对某高速公路的原限速值开展系统性研究,分析既有限速值对于实际交通通行的适应程度,确定建议的限速值。【结果】该条高速公路可从当前的限速100 km/h提高至120 km/h,限速值提高后,经过两年多的通车运营,该条高速公路未发生限速值提高引起的交通事故,说明该方法的实际应用效果良好。【结论】研究成果可为运营期高速公路限速值合理评价及优化提供借鉴。

基于视觉指标的雾天高速公路限速值

为解决雾天高速公路能见度降低和驾驶人视距受限的交通安全问题,提出了一种基于驾驶人视觉指标的限速控制方法。首先,对雾天高速公路行驶速度与驾驶人视觉的变化进行了分析,并确定了能综合表征路况信息和能见度水平的视觉指标;其次,通过UC-win/Road模拟了不同能见度下的驾驶环境,并收集了视觉指标和运行速度数据,进一步分析了雾天视觉指标的影响因素;然后,使用SPSS构建了运行速度和视觉指标间的数学模型,根据能见度与视觉指标间的线性关系提出了不同能见度下的视觉指标参考值;最后,基于能见度、交通流量、视觉指标3个因素,提出了一种考虑视觉指标的多条件限速控制标准。结果表明:在能见度低于200 m的环境下,视觉指标明显低于无雾环境下的视觉指标,降低范围在0.578%~1.407%之间;视觉指标与运行速度两变量间的相关系数达到0.863,这说明雾天能见度降低和视觉指标下降对行驶速度有显著影响;预测运行速度与实测速度的相对误差平均值为2.43%,满足预测精度要求。综上所述,本研究提出的限速控制方法同时考虑了能见度、交通流量和驾驶人视觉,对于保障雾天高速公路的安全行驶具有重要的实用价值。

路段级导航属性信息挖掘

大量的自动或半自动道路提取方法如雨后春笋,但生成的产品通常缺乏导航属性信息,如路段的等级、限速等,制约“大路优先”“限速提醒”等智能导航服务。因此,本文以路段为分析单元,考虑上下游邻接路段强相关性,提出一种改进的路段等级、限速属性信息挖掘方法。首先进行轨迹、路网数据预处理,实现轨迹点与归属路段的连接。然后基于对数据和任务的认识进行多模态道路互补特征设计。最后顾及目标路段及其上下游邻接信息,利用随机森林开展面向路段的等级、限速信息分析。与单类特征相比,集成路网与轨迹特征之后提高了路段等级、限速分类准确率。与仅顾及目标路段进行路段等级、限速分类相比,顾及空间邻接信息进行路段等级、限速分类效果更好。

基于移动荷载谱的高速铁路简支梁桥基频限值分析

控制桥梁振动响应是保证高速列车安全稳定运行的关键,遵循梁体不发生共振或较大位移响应的原则,提出了简支梁桥基频限值频域分析法。首先基于移动荷载列模型,通过傅里叶变换得到了桥梁振动响应谱和移动荷载谱,并从时域角度验证了谱的正确性;然后通过引入间跨比γ和无量纲速度κ,探究了在不同移动荷载列作用下桥梁自由振动发生最大位移响应时,无量纲速度κ和间跨比γ之间的关系;其次根据γ-κ关系曲线分析了24 m、32 m、40 m简支梁桥最大位移响应下的无量纲速度κ;最后为了避免列车激励下桥梁发生共振或较大位移响应,参考国际铁路联盟基频限值规范,基于移动荷载谱给出了移动荷载列在不同设计时速下24 m、32 m、40 m简支梁桥基频限值建议值。研究表明:移动荷载幅值谱与时域计算的桥梁自由振动位移幅值响应规律一致;单节车长25 m左右的移动荷载列以共振速度激励桥梁时,24 m、32 m简支梁桥自由振动都能达到最大位移响应,而40 m简支梁桥仅产生较大位移响应,且在列车运营速度范围内达不到产生最大位移的条件;桥梁基频限值随着列车时速的增加而增大,当最大设计时速400 km/h时24 m、32 m、40 m简支梁桥基频建议下限值分别为6.00 Hz、4.94 Hz、5.66 Hz。

一种新型登机门开启限速装置的设计

登机门是民用飞机舱门中的一个重要部件,其直接影响民用客机结构、功能的完整性和安全性。根据项目研制的需要,针对MA600飞机登机门无阻尼式自由下落导致登机门转轴及舱门损坏的问题进行原因分析,设计了一种限制登机门下落速度的新型开启限速装置。在CATIA中建立了包括登机门、登机梯、开启限速装置在内的虚拟样机模型,在MSC/ADAMS中对安装和未安装开启限速装置的登机门自由坠落进行动力学仿真分析,分析了产品不同设计参数对登机门自由坠落时间的影响,确定出了最优的结构参数,仿真结果表明:所设计的限速装置能够将登机门的坠落时间限制在6 s,有效减少登机门坠落对门体结构冲击,为后续的样件产出和试验提供理论依据。

顾及高低速信息的道路限速识别方法

随着新兴行业对地图细节丰富度和要素完备性的需求,开展精细可导航路网构建研究是大势所趋,然而基于轨迹数据的道路信息挖掘,多聚焦于路网骨架的识别,较少对道路段限速信息进行识别.考虑低速与高速路段的轨迹运行速度分布不同,本文基于轨迹数据对高低速路段分别进行建模,开展轨迹数据限速识别优化.在此基础上融合路网数据限速识别结果,最终完成限速信息的识别.以武汉市二环路区域与成都市二环路区域为例进行实验,验证了方法的有效性.实验结果表明:(1)高低速信息分别建模明显提升了轨迹限速识别准确率;(2)融合轨迹数据限速识别优化结果与路网数据限速识别结果也进一步提升了限速识别结果.

基于强化学习的车道级可变限速控制策略

针对高速公路合流区主线各车道交通流运行状况受合流车辆影响的差异性,研究了1种基于强化学习的车道级可变限速(differential variable speed limit,DVSL)控制策略。由于DVSL控制问题存在高维动作空间求解困难,本文利用限速变化值优化动作空间,确定状态空间以及考虑多因素的奖励函数;在求解过程中,使用优质经验回放技术(prioritized experience replay,PER)进行改进,以提高训练效率和模型性能;同时提出1种车道间的安全检测机制辅助PER-DDQN展开训练,保证车道级可变限速模型可实施性。利用SUMO仿真软件测试所提出策略的控制效果,结果表明:所提出的车道级可变限速策略相较于未实施可变限速控制场景,全程行程时间降低41.88%、平均速度提高5.65%,合流区行程时间降低66.91%、平均速度提高43.42%;且车道级可变限速控制策略下合流区内各车道拥堵时间明显缩短,速度变化更加平稳。此外,还测试了智能网联车(connected-automated vehicles,CAVs)在不同渗透率场景对所提出策略的影响,渗透率在低于60%时实施车道级可变限速策略控制效果明显优于未实施可变限速控制策略,在渗透率为20%、40%和60%的场景中平均全程行程时间分别降低了41.88%、13.38%和7.46%,平均速度提高了6.08%、2.36%和1.61%;当渗透率达到80%以上时,鉴于CAVs车辆能明显改善交通流状况,实施车道级可变限速控制策略改善效果不明显。