高校校史名人育人价值及实现路径探究——以北京交通大学机械与电子控制工程学院为例

高校校史名人是高校校园文化及发展过程中一笔宝贵的财富,也是一张闪耀的名片。高校校史名人具有传承红色基因、激发情感共鸣、增强团结凝聚的育人价值。北京交通大学机械与电子控制工程学院探索研究以应尚才教授为代表的校史名人,通过事迹挖掘、文化传播、实践推广等路径实现育人价值。探讨与学科专业发展、教风学风建设、时代主题内涵相融合,有效发挥高校校史名人立德树人功能的经验启示。

智慧高速铁路运行控制系统发展趋势综述

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等问题,提出高速铁路运行控制系统的智能化、智慧化是解决上述问题的重要手段,是保持和提升我国高速铁路技术整体竞争力的核心组成部分。新时期的智慧高速铁路运行控制系统以实现列车(群)全天候全无人自主追踪运行控制为目标,主要包括移动闭塞、列车运行净空感知、列车状态智能监测、列车自主追踪、智能调度指挥、车-地动态自组网通信等关键技术。结合新一代使能技术,研究高速铁路运行控制智能技术的应用及其发展趋势,对我国智慧高速铁路的发展具有参考价值。

四足机器人腾空跳跃的轨迹优化与控制方法

针对四足机器人难以跨越大尺寸障碍物的问题,提出了一种仿生腾空跳跃的轨迹优化控制方法 .首先,对马里努阿犬的越障运动进行测试和仿生学分析,得到腾空跳跃的参考轨迹.其次,根据摩擦锥、轨迹平滑、运动学和动力学等约束条件,基于轨迹优化的方法对仿生参考轨迹进行离线优化,生成四足机器人的期望跳跃轨迹,得到跳跃所需的足端位置、关节力矩和关节角度序列.再次,设计分阶段的跳跃控制器,采用关节和质心PD(Proportional Derivative)的组合控制策略,实现对期望跳跃轨迹的跟踪,采用变刚度虚拟模型控制实现对落地姿态的调整和足底力的缓冲.最后,在Webots仿真环境中完成了1 m高度的自由落地和跳跃0.75 m高度桌子的仿真实验.研究结果表明:仿生轨迹优化与控制算法能够使四足机器人跳跃大尺寸障碍物并且具有平稳落地的效果,对于提高四足机器人的高性能运动能力以及拓展其应用环境具有参考价值.

阀控缸系统线性矩阵不等式凸优化算法鲁棒模型预测控制

针对阀控缸系统力跟踪控制过程中受到位置干扰,导致控制精度难以保证的问题,提出一种基于线性矩阵不等式凸优化算法的鲁棒模型预测控制策略。将一般模型预测控制的最小化性能指标转化为求解满足线性矩阵不等式组的最优化问题,对其进行稳定性分析。考虑输入输出受约束的离散时变不确定性系统,讨论该控制策略对系统参数不确定性的鲁棒性以及对系统外扰动的抑制能力。结果表明,在不同频率位置干扰信号作用下,该控制策略比一般模型预测控制具有更好的跟踪效果和鲁棒性。

低周疲劳的结构应变法在铁路货车上的工程应用

为了开展铁路货车车体焊接结构的低周疲劳寿命预测,详细推导了理想弹塑性结构应变计算理论,基于计算理论进行了程序设计,并通过焊接接头试验进行了验证.进一步开展了平面应变焊接接头模型的仿真计算结果和结构应变法计算结果的对比,探讨结构应变法的使用条件.最后,将虚拟台架与结构应力变结合开展了快捷货车的低周疲劳寿命分析的工程应用.结果表明:提出的低周疲劳的结构应变方法及其计算程序,当结构应力与屈服强度的差值在150 MPa以内时,理想弹塑性结构应变计算结果与实际结果一致,能够解决铁路货车低周疲劳寿命预测问题;当结构应力与屈服强度差值超过150 MPa后,随着结构应力的增加,误差也增加.该文的研究为低周疲劳的结构应变法工程推广应用提供了良好的技术支撑.

嵌入式机器人控制系统实践教学模式研究

本文深入探讨了嵌入式机器人控制系统实践教学中的问题及改革方法。首先,分析了当前实践教学存在与先修课程重复、实践场景单一、与人工智能技术关联少以及对机器人基础知识介绍不足等问题。为解决这些问题,本文对课程知识体系进行重构,围绕课程目标构建了精简高效的知识体系,去除重复内容,突出关键知识点,并加强对机器人发展历程及基础知识的介绍,以强化学生对核心概念和技能的掌握。此外,本研究通过虚实结合的教学方法丰富实践场景,加强人工智能技术应用,以提升学生的综合能力和对机器人技术的全面认识。最终,课题组通过实验课程的目标达成情况进行了教学模式改革的验证,证明了相关改革措施有助于提高教学质量,培养学生的实践能力和创新精神。

BOPPPS教学方法在材料工程实验方法课程中的应用

材料工程实验方法是研究、开发、生产和应用结构材料 等各类材料过程中所使用的科学实验方法。材料工程实验方法课程较强的学科交叉背景、多元的知识体系以及新材料的迅速发展对课程教学和人才培养提出更新更高的要求。将新型高效的BOPPPS教学法应用到课程教学中,可有效增强学生互动和教学反思,显著提升学生参与度,切实改善教学质量,充分发挥材料工程实验方法课程在新时代材料工程领域人才培养的重要作用。

基于最短路径的复杂机械产品装配过程质量控制点公差带在线优化方法

为提高复杂机械产品的装配精度和装配质量稳定性,提出一种基于最短路径的复杂机械产品装配过程质量控制点公差带在线优化方法。对关键工序的质量控制点公差带进行细粒度划分;从装配精度角度出发,引入田口工序能力指数构建质量损失—公差函数;综合考虑装配过程中两种作业(基本作业和辅助作业)类型的时间调整损失,建立装配时间调整费用—公差函数;在上述两函数的基础上,通过加权聚类建立装配损失—公差函数模型,以描述质量控制点的总损失与公差的关系;构建基于最短路径的公差带在线优化模型,将装配损失—公差函数作为权函数,以最小损失为目标进行搜索,实现对后续质量控制点公差带的在线优化。以某型发动机缸盖螺栓拧紧过程为应用实例,验证了上述方法的可行性和有效性。

北京地铁电能与水量消耗分析

由于北京地铁大运量的特点,使总能耗量相当巨大,因而节能降耗十分必要.本文针对北京地铁每条线路的实际能量消耗、列车的牵引用电消耗和其他所有动力用电消耗进行了分析,对于地铁各线路的水量消耗作了调查,所得结论可为节能型地铁的设计和运营提供依据.

ZL50装载机自动换挡电子控制单元的开发研究

开发了ZL50装载机液力传动变速箱自动换挡操纵系统及其电子控制单元(ECU)。针对装载机作业过程中换挡操纵的复杂性,该系统采用了人机协同配合的多模式换挡控制方式;完成了控制软件设计、硬件电路及可靠性设计,并对研制的自动换挡操纵系统进行了台架试验和环境试验,验证了系统功能的实用性和工作可靠性。试验结果表明:自动换挡操纵系统可按驾驶员选择的控制方式工作,实现自动选挡功能及换挡过程的平稳性控制。

北京地铁信号系统综述及其发展建议

北京地铁发展历史悠久,制式种类繁多,技术水平先进,对北京轨道交通的信号系统及设备进行了全面调研和分析,包括信号设备、维修维护、备品备件、人才培训等。分析北京地铁在线运营的信号系统特点,如多制式并存,多家供货厂家并存,多数线路开通时信号系统不能实现全功能开通,信号系统故障不可避免等。特别提出未来的城市轨道交通发展目标是:自主研发信号系统并实施工程应用,建立信号系统的统一制式和设备标准,培养和储备优秀的专业维修人员队伍。

轻型柔顺机械臂结构设计与控制

为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空间;设计机械臂的位置控制实验,通过MTI位姿传感器来获取机械臂末端位姿,提出了MTI位置误差修正的方法.实验表明:当机械臂处于自由状态时,通过对比机械臂各关节和MTI末端位置的跟随性能,得知1,2,3各关节的位置跟随误差分别为7%,5%,2%,末端X,Y,Z3个方向的最大位置误差分别为19.25%,14.43%,6.4%,证明该机械臂末端具有较好的位置跟随性.

果园有机肥机械化环沟施肥方法及其实现

环状沟施肥在传统上被认为是一种果园精准施肥方法,但其高肥效的机理尚不明确,且其机械化作业依然是巨大的挑战。针对上述问题,该研究分析了果园机械化环沟施肥技术的相关农艺要求,并提出有机肥机械化环沟施肥方法及其实现装备。通过分析矮砧密植苹果树根系分布、肥料养分迁移与吸收、肥-土混合的农艺机理,阐明了果园环沟施肥机械化技术的优势和必要性,并确定环沟轨迹基圆半径。提出密植苹果园有机肥机械化环沟施肥方法,在树行单侧以连续曲线沟对根区形成包围,并同步施肥和混肥。研制了履带自走式果园有机肥环沟施肥机。该施肥机借助检测到的树干定位信号,通过电液式环沟轨迹控制系统控制开沟混肥器横向运动。由开沟混肥器的横向运动与施肥机的纵向运动合成曲线轨迹,一体化完成曲线开沟、施肥和混肥。田间试验表明,研制的施肥机能够精准识别果树树干,并围绕树干进行连续的环沟施肥,且肥料与全层土壤混合分布。环沟宽度(210±6.3 mm),施肥深度(300±19.5 mm),平均开沟阻力矩127.32 N·m,开沟混肥器平均功耗5.84 kW,工况稳定。基圆半径为0.7 m时,环沟轨迹和施肥轨迹平均误差分别为0.05和0.03 m。该研究实现了矮砧苹果园有机肥机械化环沟施肥方法,对旱区果园有机肥精准、高效施肥新技术具有促进作用。

一种工业机器人喷涂末端执行器设计及控制

针对特种喷涂任务提出一种安装于工业机器人末端的喷涂执行器。首先对完成执行器结构设计,通过齐次坐标变换矩阵得到工业机器人末端至执行器喷枪头部的坐标表达并实现激光测距传感器至喷枪头部的坐标换算。其次搭配硬件实现满足各部件间高速通讯及计算结果实时输出的电子控制系统。接着通过模态分析得到末端执行器前六阶振型,利用谐响应分析在0-150Hz范围内扫频并施加外部集中力激励得到振动位移、振动加速度随频率变换曲线。最后,提出一种拟合扫描点并拆分拟合轨迹得到末端执行器移动路径点集的路径规划方法,可有效避免干涉碰撞,通过实验验证此方法有效。

学科交叉、产教融合的车辆工程一流专业建设研究

作为首批国家级一流本科专业建设点,北京交通大学车辆工程专业通过学科交叉、产教融合构建了以车辆智能设计、智能制造、智能运维课程群为主线,以人工智能、大数据等前沿技术为支撑的人才培养体系,将现场问题、前沿理论、先进技术融入人才培养过程,打造了校企互补、产教融合的一流“双师型”教学团队,校内外结合、虚实结合,构建了由校内教学实验中心、科研平台、校外实践基地和面向全国的虚拟仿真中心组成的“四位一体”的一流实践平台。

北京地区细颗粒铁尾矿烧结过程与机理研究

针对北京密云地区目前难以利用的泥状细颗粒铁尾矿,采用多种分析手段对其化学成分、粒度、物相组成等进行了表征,并着重探究了密云铁尾矿在高温烧结过程中的物相变化及其机理.结果表明:密云铁尾矿中的SiO2含量(质量分数,下同)约为60%,且含有较多的黏土矿物相;加热过程中,铁尾矿坯体中黏土矿物绿泥石等在500~700℃时发生分解,在约900℃时有正长石、微斜长石和赤铁矿生成;963℃以上正长石、微斜长石与石英、铝硅酸盐形成低共熔物,进入液相烧结阶段;1 000~1 120℃时生成透辉石、普通辉石和钙长石,且其含量随温度升高而增加,同时伴随有赤铁矿相的增加和石英相的减少;随着烧结温度的提高,铁尾矿样品颜色逐渐加深,同时烧结收缩率、质量损失率、密度、维氏硬度均逐渐增大.该型铁尾矿适于用作建筑保温材料的原料.

圆锥体外表面铺贴机械手工作质量评估方法研究

针对圆锥曲面铺贴问题设计一种机械手并对其工作质量进行评估。首先进行机械手构型设计,阐明工作原理并利用修正GK公式计算空间自由度。其次提出铺贴工作质量评估方法,提出表面位移概念用于评价贴合度,分别采集圆周、母线两方向表面位移并计算极差与方差,二方向极差、方差取平均并对其倒数以0.99和0.01为权重加权得到原创铺贴质量评价参数S值。接着以铺贴高度和铺贴力度为变量设计正交试验,采集并计算S值用于得出而变量对铺贴质量的影响程度F值。随后采用不涉及铺贴高度变化的平面铺贴试验文章提出评估方法的有效性。最后在圆锥曲面中应用此方法,结果表明:铺贴力度和铺贴高度中的任意一项单独提升均可提升铺贴质量,在二因素共同作用下,铺贴力度对应F值为10.32,铺贴高度对应F值为3.50。

北京地铁个性化钢轨廓形打磨技术应用效果分析

针对北京地铁某半径350 m曲线段钢轨严重波磨和疲劳伤损的问题,采用个性化钢轨廓形打磨方法对其实施了打磨。打磨后利用实测车轮踏面、实测钢轨廓形、车辆及线路实际参数建立了车辆多刚体系统动力学模型,对打磨前后轮径差、轮轨接触几何关系、接触应力和磨耗指数等关键动力学参数进行了分析;在打磨后6个月时,对该曲线段的钢轨光带、波磨和疲劳伤损等进行了跟踪观测。仿真结果和观测结果表明:实施个性化钢轨廓形打磨后,各项车辆动力学指标明显改善,波磨超限率减少了80%以上、峰峰值最大降低90%,钢轨波磨和疲劳伤损发展得到明显抑制,光带宽度和位置保持良好,仿真结果与现场实测数据吻合良好。说明个性化廓形打磨可有效整治地铁小半径曲线钢轨波磨和疲劳伤损问题,延长钢轨使用寿命。

电驱动机械变速器换挡控制器的硬件设计与测试

在电动汽车中,电驱动机械变速器(EMT)自动换挡控制系统的动态响应性能、稳定性和可靠性直接影响车辆性能。为了提升电驱动机械变速器的综合性能,要求换挡控制器(TCU)对控制系统的输入信号能实现精确测量,包括变速器输入轴和输出轴的转速和转角信号、接合套位置信号、油门踏板开度信号等,并对换挡执行机构实现精确控制。为达到设计要求,基于英飞凌XC2267M核心处理器,设计了适用于电驱动机械变速器的专用TCU,包括信号采集与调理单元、换挡电机驱动单元等。该专用TCU能对输入信号进行精确测量,并通过对换挡执行机构的精确控制,使接合套位移控制精度达到1 mm。最后通过硬件在环仿真和实车道路测试验证系统性能,为电驱动机械变速器实现快速、平稳的换挡提供了硬件基础。

基于人因工程学的轨道车辆无障碍设计

为满足占人口总数近1/3无障碍人群的出行需要,提出了一种基于人因工程学的轨道车辆无障碍设计方法。对国内外轨道车辆相关标准和规范进行分析,明确了轨道车辆无障碍设计的目标人群。从无障碍人群的空间及感官生理特征出发,对轨道车辆空间、设施和信息的无障碍设计方法进行了探讨,建立了轨道车辆无障碍设计的内容框架和设计流程,为我国轨道车辆的无障碍设计提供了科学指导依据。