面向“新工科”人才培养的高校工程技术研究中心发展思考

“新工科”建设的全面启动与部署对未来工科人才的培养和工科学科建设提出了更高的要求,结合高校优秀教育力量与产业领域优质资源的高校工程技术研究中心为实现“新工科”背景下的人才培养提供了一个绝佳的平台,但目前高校工程技术研究中心在“新工科”改革中所发挥的作用不甚明显,一个重要原因是相关的评价机制没有适应“新工科”的发展要求。本文对当前高校工程技术研究中心的评价机制分析基础上,结合高校工科教育现状提出了更加适应未来“新工科”发展需求的工程中心评价指标体系,并在此基础上提出了未来“新工科”背景下工程中心建设与发展建议,为未来工程中心的发展提供相关参考。

智能井盖无线监测节点的温差供电技术研究

智能井盖作为较早提出的概念,其发展受制于远距离无线物联网通信发展和电池续航能力等问题。为此,本文提出了采集井盖热能的温差发电方案。为了提高井盖下表面附近的温差,增加了隔热层和散热器,使温度梯度提高了5℃~10℃。结合室外测试数据,搭建了温差发电模块测试环境,测试分析了温差发电片的性能,结果表明在13℃的温差环境下1 h内产生7.92 J的电能,平均功率2.2 mW。基于NB-IOT技术,设计智能井盖监测节点,实现了对井盖倾斜角的监测。通过休眠待机方法,降低了节点系统的功耗,一次数据采集发射消耗0.185 J电能,静态工作电流仅87.45μA。将自供电技术与低功耗技术结合,验证了利用温差发电可以满足智能井盖的供能需求。

激光诱导击穿光谱(LIBS)结合字典学习对气溶胶光谱数据筛选方法的研究

气溶胶是大气中的重要组分,对气候、生态环境等均有重要的影响。激光诱导击穿光谱(LIBS)在用于气溶胶检测时,由于气溶胶的离散分布,导致采集到大量无效光谱。通过制备7种不同浓度的NaCl气溶胶样品,选取NaCl溶液(10%)的5000条光谱数据进行分类,其中70%作为训练集,30%作为测试集,建立一种结合字典学习对有效光谱数据进行筛选的方法——K-SVD-SVM。当字典基向量数设置为3时,模型分类性能最优,准确率(Accuracy)、精确率(Precision)、召回率(Recall)、精确率和召回率的调和平均(F1)分别达到96%、95%、95%、0.95。此外,采用K-SVD-SVM方法对7种不同浓度的气溶胶样品进行筛选后,输入结合遗传算法的极限学习机(GA-ELM)模型开展定量分析,同时将未筛选的原始光谱数据输入定量模型进行对比。未筛选的原始数据测试集RMSE和R^(2)分别是0.0303和0.8726,筛选光谱后,分别提升至0.0187和0.9809。结果表明,K-SVD-SVM方法有着较好的分类性能,且采用此方法筛选出的有效数据可以为气溶胶中元素定量分析提供数据支撑。

海上风电直流输电的控制策略研究

海上风电场的功率输出使得新型直流输电技术成为近期研究热点之一。在分析含VSC的交直流混合输电系统模型后,得出VSC-HVDC直流输电系统的数学模型,并对系统的非线性模型进行了线性化分析,通过运用分散协调控制理论得出系统的最优控制规律,依照此规律设计了VSC-HVDC的非线性控制器。最后使用仿真软件PSCAD/EMTDC,对文中设计的非线性控制器进行了仿真研究。仿真结果表明文中采用的控制策略是有效的,并能改善输电系统的动态性能。

基于YOLOv3-HM的手部姿态估计方法研究

二维手部姿态估计是人机交互领域的一项关键技术。为增强复杂环境下系统鲁棒性,提高手势姿态估计精度,提出一种基于目标检测和热图回归的YOLOv3-HM算法。首先,利用YOLOv3算法从RGB图像中识别框选手部区域,采用CIoU作为边界框损失函数;然后,结合热图回归算法对手部的21个关键点进行标注;最终,通过回归手部热图实现二维手部姿态估计。分别在FreiHAND数据集与真实场景下进行测试,结果表明,该算法相较于传统手势检测算法在姿态估计精度和检测速度上均有所提高,对手部关键点的识别准确率达到99.28%,实时检测速度达到59 f/s,在复杂场景下均能精准实现手部姿态估计。

基于风致振动效应的微型风能收集器研究现状

在环境能量收集技术领域,基于风致振动效应的微型风能收集器已成为一个研究热点,对其研究现状和发展趋势进行了总结与分析。分别讨论了风到振动、振动到电能的能量转换过程,重点对基于涡激振动、颤振、驰振、共振腔的微型风能收集器的基本理论和典型结构进行了分析。结果发现,目前微型风能收集器的机电转换方式以压电效应为主,风致振动方式以颤振和驰振为主要发展趋势。

一种改进的多变量广义预测控制在球磨机制粉系统中的应用

针对球磨机制粉系统的多变量、强耦合、时变性等复杂特性,提出了一种具有比例、积分、微分结构的多变量广义预测控制算法(MIMOPID-GPC)。具有PID的反馈结构和广义预测控制的预测系统输出功能。采用建立在差分方程基础上的状态空间方程作为预测模型,不需递推求解Diophantine方程,计算量减小,算法简化,实用性增强。李雅普诺夫第二方法证明了推导出的控制律可以保证系统闭环稳定。仿真结果表明,该算法是有效性的。

无刷直流电机调速优化控制与仿真

为了提高直流电机调速系统的响应特性和动态稳定性能,要求对调速系统进行优化设计。但由于传统方法求解得到的直流电机模型参数误差大,且不能获得在线辨识正确参数。为解决上述问题,提出结合ARMAX的预测函数与分数阶PI预测函数的组合控制,在无刷直流电机调速优化中,采用通过递推阻尼最小二乘法在线辨识分数阶PI预测函数(FOPIPFC)的辨识方法。使控制系统输入能根据系统的预测模型的变化而不断滚动优化。仿真结果表明:系统参数辨识效果良好,可为直流电机调速优化控制提供科学依据。

非线性微分–代数系统的输出反馈镇定:基于线性采样控制

对满足指数1和线性增长条件的非线性微分–代数系统,本文证明其采样输出反馈镇定控制问题可解.首先,给出一个线性显式非初始化状态观测器设计;然后,构造出线性的采样输出反馈控制器,使得整个闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了所提控制方法的有效性.

利用检测线圈的开关磁阻电机转子位置估计方法（英文）

本文提出了一种新型的12/8结构开关磁阻电机的转子位置检测方法。该方法将检测线圈绕组与电机主绕组同时绕制于电机定子齿上,检测线圈的结构可有效抑制主绕组工作产生的感应电势。本文亦介绍了该结构检测线圈的参数设计原则。通过注入高频信号,电机的转子位置信号可通过处理采样电阻压降获得。由于检测线圈绕组与主绕组相互独立,因此高频信号无论转速高低均可注入,使得该方法的转速应用范围较宽。最后,本文针对一台12/8开关磁阻电机进行了仿真与实验,验证了该方法的可行性。

融合RRT^(*)与DWA算法的移动机器人动态路径规划

为实现移动机器人在复杂动态障碍物环境中的避障,提出一种改进的快速随机扩展树(rapidly-exploring random tree,RRT^(*))与动态窗口法(dynamic window approach,DWA)相融合的动态路径规划方法。基于已知环境信息,利用改进RRT^(*)算法生成全局最优安全路径。通过消除RRT^(*)算法产生的危险节点,来确保全局路径的安全性;使用贪婪算法去除路径中的冗余节点,以缩短全局路径的长度。利用DWA算法跟踪改进RRT^(*)算法规划的最优路径。当全局路径上出现静态障碍物时,通过二次调整DWA算法评价函数的权重来避开障碍物并及时回归原路线;当环境中出现移动障碍物时,通过提前检测危险距离并转向加速的方式安全驶离该区域。仿真结果表明:该算法在复杂动态环境中运行时间短、路径成本小,与障碍物始终保持安全距离,确保在安全避开动态障碍物的同时,跟踪最优路径。

新型组合控制策略在逆变器控制中的应用

为了改进逆变器输出电压的质量,使其具有跟踪精度高,动态响应速度快的特点,提出了一种新型的基于多变量分数阶PI预测函数控制(MFOPI-PFC)与离散滑模控制的三相PWM电压型逆变器的电压电流双闭环控制方法。将分数阶PI算法与多变量预测函数控制算法相结合,提出了多变量分数阶PI预测函数算法,作为电压外环实现对负载电压的控制。利用离散滑模控制,作为电流内环控制器,实现对输出电流的控制。并在MATLAB平台上进行了线性负载下的调节,瞬态性能与输出端短路仿真实验,结果证明该电压电流双环控制方法具有良好的输出性能与抗负载扰动的能力,以及满意的输出端短路限流能力。

多变量FOPID-MAC在机炉协调控制中的应用

为了克服火电单元机组机炉协调控制中的多变量、强耦合、强干扰、大时滞等问题,提出了一种在状态空间方程形式下的多变量模型算法控制(MAC)与分数阶PID(FOPID)控制相结合的新型模型预测控算法MFOPID-MAC,并利用李雅普诺夫第二方法证明该算法推导出的控制律可以保证系统闭环稳定。将改进的多变量FOPID-MAC算法应用于火电单元机组的机炉协调控制系统,并进行阶跃响应、抗干扰仿真实验与绝对误差积分指标分析。仿真结果充分显示多变量FOPID-MAC控制方法具有良好的设定值跟踪特性与静态特性、较强的鲁棒性与满意的抗干扰性。

感应电机最小定子电流的PI预测函数控制

研究感应电机效率优化问题,针对目前传统控制方法在电动机动态时为使电机能够提高响应性能而无法兼顾效率优化的缺点,设计了一种基于多变量PI预测函数的最大转矩电流比控制策略。通过引入预测输出误差项,构建具有比例、积分性质的多变量预测函数控制器,并应用到感应电机电流环控制中。能够有效地控制定子电流励磁分量与转矩分量,从而实现电动机转子磁链与转速的解耦控制。改进型多变量PI预测函数控制策略具有跟踪效果好、抗干扰能力强、无超调、稳态误差小的优点,兼顾了感应电机的动态效率与转速响应速度。同时该算法与传统预测控制器结构类似,便于广大工程人员设计实现,适用于电动汽车中的驱动电机。

针对远程无线开关的电磁式冲击能量收集器研究

远程无线开关控制面板的应用大大改善了人们的生活质量。研究了一种电磁式冲击能量收集器,实现了无线开关面板的无电池、自供能工作。提出了E型和U型两种铁芯的冲击式能量收集器结构,分析了工作原理。采用ANSYS Maxwell软件分析了收集器的磁力线分布、输出电压、输出功率等性能,完成了样机尺寸的优化设计。加工组装了E型铁芯的样机,完成了测试。结果表明,样机输出电压为12 V,转换的电能为0.66 mJ。以该收集器供电,无线开关面板发送了时长18 ms,1.1 kHz的方波,在接收端实现了LED的开关控制。

智能井盖的钹式压电发电装置研究

智能井盖的应用减小了人工巡查的难度,降低了人们的生命财产安全风险。该文研究了一种钹式压电能量收集器,有效地提高了智能井盖无线监测节点电池的续航能力,降低了人工巡查的成本。分析了收集器的工作原理,采用ANSYS Workbench软件进行仿真优化,研究了对钹式压电能量收集器输出性能影响的关键因素。加工组装了钹式发电装置样机并完成了测试。结果表明,样机在脉冲宽度250 ms、冲击载荷0.5 MPa下,输出开路电压为102 V,输出功率为4.11 mW,有效地提高了井盖监测节点的续航能力。

电网短路电流限制措施的研究与应用

针对短路电流超标的问题,研究分析了包括改变系统运行方式、改善电网结构、采用高阻抗变压器、故障电流限制器等在内的多种短路电流限制措施在电网中的应用情况,并依据短路电流限制措施的仿真,对比提出适应电网实际情况的短路电流限制措施.

多智能体一致性的随机镇定研究

本文给出多智能体随机一致性的数学描述,模拟了环境噪声对多智能体系统一致性的影响,并提出一种运用随机噪声控制多智能体系统的方法。仿真结果表明,添加满足一定条件的随机噪声控制可以令在没有噪声干扰情况下非一致性的多智能体系统达到随机一致性镇定。最后对多智能体的随机一致性镇定进行理论分析,并得到满足控制要求的随机噪声强度的大致下界。所提出的多智能体协调控制方法具有系统能耗小、控制性能更佳的特点。

磁悬浮高速电机系统建模与控制

为实现磁悬浮电机的稳定悬浮运行,研究一种基于最优控制理论的控制器设计策略。在分析磁悬浮电机结构和工作原理的基础上,建立悬浮转子的运动方程,构建以气隙偏移量和控制电流为状态变量的系统状态方程,经线性化处理后,采用最优控制理论,设计闭环控制器。构建闭环系统仿真与试验平台并进行仿真与试验研究,测量径向位移和转子几何中心运动轨迹波形。仿真和实验研究结果表明,基于最优控制理论的闭环控制器可实现磁悬浮电机的稳定悬浮运行,并具有较好的动静态性能。

基于LIBS与GA-PLS的钢铁中Mn,Ni元素定量分析研究

钢材炼制过程锰、镍元素的含量均会对最终产品的硬度脆度产生影响,但由于其添加的含量需要进行严格控制,同时传统的钢铁成分检测的设备成本高、效率低、速度慢,因此需要一种高精度的快速实时分析方法。利用遗传偏最小二乘法(GA-PLS)结合LIBS技术对钢铁样品光谱中的Mn和Ni两种元素进行定量检测,并且与传统PLS的定量分析结果进行对比,以验证GA-PLS模型预测性能。采用购置于钢材市场的12个钢铁样品,其中9个样品的光谱信息作为校正集训练模型,3个作为测试集验证模型定量性能。GA-PLS通过不断提高变量被选频率的阈值,用不同阈值下的变量建立PLS模型,对比选出最低RMSECV时的阈值(Mn和Ni元素的光谱输入变量被选频率的最佳阈值分别为8和7)。结果显示:GA-PLS锰元素预测结果的R^(2)_(P)和RMSE_(P)分别是0.9990和1.3473,相对分析误差(RPD)为2.5;镍元素预测结果的R^(2)_(P)和RMSE_(P)分别是0.9995和0.5254,RPD为8.6,最终预测的结果优于PLS。该结果表明了GA-PLS算法在冶金金属元素分析领域具有可持续性挖掘的潜力,同时也将促进LIBS技术在钢铁冶炼领域更深层次的应用。