摘要:针对海洋环境中深度与温度智能监测需求,提出了一种多模态感知仿生水母机器人系统。 该系统以形状记忆合金 (shape memory alloy,SMA)水母机器人为仿生载体,并搭载柔性温压传感器以构建多模态感知基础;且设计了由主控制器模 块、电源模块和多路信号采集模块组成的硬件采集电路,使用串口通信、ADC 数据换算、压力模态滤波与动态基线校正等方法 进行软件处理;最终实现多模态信息实时可视化智能监测。 实验结果表明,压力模态能够有效表征水母机器人上浮过程中的 水深变化,并在水平游动过程中反映推进节律引起的周期性扰动;温度模态能够在静止与游动两种情况下稳定表征外界水温 变化,且运动过程不会显著改变其响应趋势。 所设计的系统实现了仿生形态、柔性驱动和多模态感知的一体化集成,在智慧 海洋水体环境监测、柔性水下机器人多模态感知及后续智能决策研究等方面展示出巨大应用潜力。

摘要:螺旋推进机器人以其接地比压小、推动力大、通过性强等优点,在河海滩涂、沼泽、湿地、雪地等湿软地面环境作业中 应用广泛。 概述了 18 世纪以来螺旋推进机器人的发展历程,分析了其行走原理,从螺旋推进机构及其驱动、螺旋推进结构参 数优化、行走机构与环境介质作用机理、推进机构建模及其运动控制等方面对螺旋推进机器人的国内外研究现状进行了系统 总结阐述,展望了螺旋推进机器人的发展趋势和研究热点,即研究多螺旋推进机构更合理的拓扑结构及其更优的参数组合, 进一步揭示了螺旋推进机构与环境介质的作用机理,构建更精确的动力学模型,以及研究螺旋推进机器人智能控制算法,扩 展其多场景应用,以期为螺旋推进机器人的研究与应用提供参考。

摘要:为解决机器人运行过程中工作效率低、能耗损失大及关节磨损严重的问题,提出一种基于非支配排序遗传算法(non- dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)的优化方法,以实现板材安装双臂机器人的时间、能耗与冲击轨迹优化。 首先,建 立机器人正运动学方程,通过改进粒子群算法求解其逆运动学模型,推导双臂紧协调位姿关系;其次,推导七次 B 样条曲线, 得到关节空间轨迹规划曲线;最后,利用具有精英策略的 NSGA-Ⅱ对七次 B 样条曲线进行时间-能耗-冲击多目标优化,采用模 糊评判法筛选 Pareto 解集中的潜在最优解,并通过 Adams 软件进行仿真验证。 结果表明,经模糊评判法筛选的解集与未优化 曲线相比,时间缩短 16% ,能耗与冲击数值分别降低 11% 、12% ,验证了算法的正确性与有效性。 研究成果为双臂轨迹规划提 供了新的研究思路。

摘要:针对七自由度混合关节机械臂轨迹规划中传统算法收敛慢、精度低、难以兼顾平稳性与避障安全性的难题,提出一 种改进遗传粒子群(genetic algorithm-particle swarm optimization,GA-PSO)算法。 首先,基于改进 D-H 参数法构建机械臂运动学 模型并完成笛卡尔工作空间分析,再构建含冲击度、能耗、碰撞惩罚等指标的多目标适应度函数;其次,通过改进拉丁超立方 抽样初始化种群,结合指数递减惯性权重与自适应交叉变异概率优化 GA-PSO 算法;最后,经正交实验确定最优参数后,在无 噪声及 0 ~ 20% 高斯噪声环境下与麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)、鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)开展对比仿真。 结果表明,无噪声场景下改进 GA-PSO 综合适应度中位数为 300,仅为 SSA 的 1 / 4、WOA 的 1 / 7,且关节轨 迹无突变;20% 噪声下其适应度变化率仅 4. 85% ,鲁棒性显著更优。 该算法为多自由度机械臂高精度轨迹规划提供了有效方案。

摘要:为提高砖块打包机焊接机构的工作性能,对常规工程材料在新工况下的摩擦学行为演化规律进行研究,并评估其磨 损性能在实际应用中的适配性。 通过运动学分析确定试验参数,采用有限元分析方法,通过对比 5 种材料的接触力学特性完 成初步筛选,进而对材料进行热力耦合分析,对不同载荷约束下焊接臂材料进行摩擦学试验,分析不同材料的摩擦系数、磨损 量及表面形貌变化规律及特征,综合考量材料的耐磨性和经济性等因素,确定打包机焊接臂材料。 结果表明:由计算结果可 得 Q235 在接触压力、穿透量及热力耦合应力等方面均优于其他材料。 试验表明,Q235 因显著的加工硬化效应,其磨损率随载 荷增加的增速显著放缓,磨损机制以塑性流变控制的磨粒磨损为主。 综合计算与试验结果,确定 Q235 为焊接臂最优材料,并 为同类工业装备的性能导向型选材提供了理论模型与试验依据。

摘要:针对传统针灸机器人穴位定位精度不足、难以实现完整功能集成等问题,研发了一套功能完整的智能针灸机器人系 统。 融合精准穴位识别与定位、末端执行器、六轴机械臂及人机交互界面等四大模块,通过图像分割与深度学习实现人体穴位 识别与定位,借助模块化设计的末端执行器可实现提插、捻转、按压及专家针刺手法复现等功能。 经第三方检测,该针灸机器人 穴位定位与针刺误差不超过 1 mm,同时,动物试验及临床试验等验证了该针灸机器人系统的安全性、功能有效性与可靠性。

摘要:针对表面肌电信号(surface electromyography,sEMG)动态手势识别中时变性、非线性及传统控制参数调优困难等问 题,提出一种融合粒子群-遗传协同优化(particle swarm optimization-genetic cooperative optimization,PSO-GA)与自适应模糊比 例-微分(adaptive fuzzy proportional-derivative,AF-PD)控制的机械臂控制系统。 首先采集 8 通道 sEMG 信号,提取多维特征,构 建端到端控制架构。 提出 PSO-GA 协同优化算法,并行优化动态时间规整(dynamic time warping,DTW)的路径约束参数与随 机森林(random forest,RF)分类器的超参数,在自建 6 类手势数据集平均识别率达 98. 7% ± 0. 6% ,较传统 RF-DTW 方法提升 5. 2% ,训练时间缩短 40% ,在 NinaproDB1 公共数据集依然有 94. 5% ± 1. 0% 以上识别率,具有良好泛化能力。 设计 AF-PD 控 制器,结合手势库与关节映射策略,实现从离散手势到连续关节运动的平滑转换。 实验验证,系统控制延迟低于 100 ms,任务 操作成功率达 96. 3% 。 对推进康复辅具与人机交互技术发展具有积极意义。

摘要:针对机械臂在工业生产中因完成复杂周期性动作耗时过长而制约生产效率的问题,提出一种多策略改进沙猫群优 化算法(multi-strategy improved sand cat swarm optimization, MISCSO),用于实现机械臂的时间最优轨迹规划。 算法设计了 4 种 改进策略:Tent 混沌映射-折射反向学习初始化种群策略、动态非线性灵敏度策略、自适应螺旋搜索策略以及沙猫伏击-突袭捕 食策略,算法的求解精度与收敛性能得到显著提升。 以六轴机械臂为实验对象,采用 D-H 参数法建立运动学模型,基于 3-5-3 多项式插值函数求解、构建机械臂关节运动轨迹,MISCSO 将机械臂运动时间从 12 s 显著优化至 8. 663 1 s,降幅达 27. 8% ,对 比沙猫群算法综合性能提升达到 9% 。 将 MISCSO 与 4 种较新的改进算法进行了对比实验,结果显示,在机械臂轨迹优化中, MISCSO 的求解性能均优于所有对比算法,在多次运行中的求解标准差最小,展现出最优的稳定性和鲁棒性。 MATLAB 仿真 证实,由此产生的关节运动曲线平滑、连续且无突变。

摘要:针对城市环境障碍物密集、结构复杂且具有动态变化的特点,评估不同感知识别技术与路径规划算法的性能,构建 一套无人机自主避障优化设计方法,保障无人机在城市环境中的安全运行。 首先对视觉传感器、毫米波雷达和激光雷达这三 类感知识别技术的原理、性能与适用场景进行分析比较。 随后选取 A∗算法、快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree, RRT)算法与蚁群算法作为代表性路径规划方法,在 MATLAB 中构建障碍物环境,设计综合评价函数,对三种算法在静态环境 下进行对比仿真;进一步对 RRT 算法在动态障碍物场景下进行仿真。 通过静态环境仿真,验证了三种算法的可行性,并且其 中 A∗算法综合表现最优,RRT 算法耗时最短。 动态环境仿真进一步验证了 RRT 算法的实时性。 城市无人机避障需采用多 传感器融合以提升环境感知准确性并采用分层路径规划策略以兼顾性能和效率。

摘要:针对传统四旋翼无人机存在的欠驱动、结构复杂及续航不足等问题,设计一种基于无斜盘机构与被动铰链的矢量旋 翼无人机。 该无人机仅通过周期调速信号即可实现复杂的周期变距模式和拉力矢量控制,无需额外的变距驱动器,系统结构 简单紧凑。 基于牛顿-欧拉方法建立该无人机的动力学模型以量化所受外力与运动参数的关系,模型包含 12 个输入参数和 12 个输出参数。 最后利用 MATLAB / Simulink 进行动力学仿真验证,结果表明:在运动与姿态解耦实验中,无人机 X 方向位置波 动范围不超过 5 m,且姿态角保持为 0 rad;在悬停实验中,X、Y、Z 三个方向的位置波动范围均不超过 5 m。 研究成果为微型飞 行器动力学设计与控制提供技术支撑,具有重要工程价值。

摘要:爆炸型催泪弹药属于非致命性武器，在反恐维稳、驱散人群和训练演习中发挥重要的作用。本文系统梳理了爆炸型催泪弹药的国内外相关研究进展，分析了弹药的结构组成、作用过程、投放方式、技术发展及安全性问题。未来，弹药结构更为简单，功能更加多样；装填的刺激剂毒性越来越小，刺激性越来越强；投放方式由传统的手投和枪射发展为专用发射器、无人机发射等。爆炸型催泪弹药向高效、精准、安全、多功能、环保等方向发展。

摘要:航空发动机转子系统在机动飞行时会不可避免地承受离心载荷、陀螺力矩等一系列附加机动载荷的作用。这些载荷会影响着转子系统的动力学特性,进而对飞行安全构成潜在威胁。梳理了全机落震试验、机动飞行条件下转子系统动力学特性仿真分析与试验、基础激励载荷下转子系统振动特性建模分析与试验等方面的国内外研究现状,指出了当前研究在真实飞行工况精确模拟、热-固-气等多物理场耦合效应、多向多自由度机动载荷加载设备研发与试验技术等方面存在的局限性。未来研究应聚焦于机动飞行条件下转子系统瞬态响应的精细分析、整机动力学特性的全面建模与深入分析、热-固-气等多场耦合分析方法的创新发展,以及实际服役环境下转子系统动力特性试验技术的体系化构建,以期为航空发动机转子系统在机动飞行条件下的结构安全设计提供参考依据。

摘要:复合材料液体成型工艺对于大尺寸、复杂以及高强度复合材料构件制造具有显著的优势,是业界公认的复合材料低成本制造技术之一。然而,液体成型工艺过程易产生孔隙、干斑、分层、固化变形等缺陷,会直接影响构件的力学性能、尺寸精度和装配质量。随着业界对高精度、低成本制造需求的提升,成型工艺过程及缺陷的实时监测成为研究热点。本文从光纤/电学/压力/温度/超声五个方面出发,系统梳理液体成型工艺中树脂浸润的流动前沿以及固化过程的温度、固化度、残余应力等关键参数的监测方法。综述了有限元仿真技术和先进机器学习算法用于液体成型工艺过程及缺陷监测的研究进展。最后,分析和总结了复合材料液体成型工艺在线监测系统研究存在的问题以及未来发展趋势。

摘要:结构地震响应的快速预测对应急决策至关重要。 近年来,深度学习技术的迅猛发展为解决此类工程难题提供了新 途径。 然而,现有方法仍面临两大挑战:一是获取目标结构数据的成本高昂,二是跨尺度预测任务本身具有较高复杂性。 为 此,提出了一种基于缩尺数据的跨尺度迁移学习框架,以 3D 打印混凝土民居为研究对象,构建融合图注意力机制与位置编码 的 GAE-Transformer-CNN 混合模型,实现对足尺结构地震响应的高效预测。 该框架通过图感知模块显式引入传感器空间先验 与结构拓扑关系,结合 Transformer 捕捉长期依赖关系,并利用卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)提取局部特 征。 在缩尺模型上完成预训练后,仅需少量足尺样本进行微调,最终在独立测试集上取得平均 R2 = 0. 929,能够基于地面加速 度与稀疏传感器观测准确预测关键位置的最大层间位移角。 研究结果不仅验证了缩尺试验数据在地震工程中的应用潜力, 也为结构响应预测提供了新的思路。

摘要:多发性山地滑坡对韧性城市的建设与发展构成了严峻且多维的挑战。仅考虑降雨量及其滞后性特征难以用于高渗透多发性山地滑坡滑坡位移描述。本次研究考虑监测周期、累计降雨量、引水隧道水位、渗流量均值等多因素对滑坡位移的影响。研究表明，滑坡变形具有显著的空间分异特征，前缘以量级显著的、对降雨响应滞后的水平向位移为主；而后缘则以量级较小的垂直位移为主，其变形受水文参数耦合作用控制，并在特定水文周期下易发生阶跃式突变。结合现场多因素监测与分析，将引水隧道水位和渗流量均值等多因素作为因变量纳入滑坡位移预测研究，建立了考虑多因素监测的决策树和梯度提升回归树位移预测模型，填补滑坡位移研究中对人类工程活动和地下水动态响应的不足，可据此建立差异化的分区预警指标体系，从而显著提升滑坡监测预警的精准性与时效性。

摘要:成藏物性下限决定了成藏期油气能否充注储层，为生产中储层含油有效性评价提供重要依据。本文利用钻井、岩心、压汞、包裹体及试油等资料，对准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡八道湾组一段砂砾岩油藏进行了研究。结果表明：（1）利用压汞参数法确定研究区八道湾组一段现今有效储层的孔隙度下限为9.6%，渗透率下限为0.382×10-3μm2。（2）研究区发育两期油包裹体，均一温度分布呈现双峰的两期特征，八道湾组一段经历了燕山期早期充注和喜山期晚期调整的两期油气成藏过程。（3）将研究区中成岩A阶段细分为中成岩A1、A2和A3三个阶段，确定了各个阶段在一定深度下的储层孔隙度影响因素为分选系数和粒度中值。（4）提出了利用PCA算法建立孔隙度综合影响因子F，建立了孔隙度恢复图版，确定了玛西斜坡八道湾组油气充注期的孔隙度下限为21%，油藏调整期的孔隙度下限为15.2%。结论认为，研究区八道湾组一段砂砾岩储层在成藏调整充注期主体进入中成岩A2~A3阶段，孔隙度较低，储层已致密化，研究区经历了“先致密、后成藏”的成岩-成藏演化过程，从而形成了现今的低含油饱和度油藏。研究成果对于低饱和度油藏的成藏机理具有重要的科学意义，同时为玛湖凹陷八道湾组一段大规模的低饱和度油藏勘探开发提供地质依据。

摘要:石英脉型钨矿是我国南岭地区最重要的钨矿床类型，桂东北珊瑚钨锡矿床是典型的石英脉型钨锡矿床，其成矿时代及流体演化机制尚存争议。本研究采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术对珊瑚钨锡矿床最重要的矿石矿物—黑钨矿开展原位U-Pb定年与微量元素分析，获得黑钨矿的成矿年龄为100.5±3.0 Ma，属早白垩世晚期钨锡成矿作用产物。该年龄与邻近盐田岭花岗岩侵位时间（~100 Ma）相吻合，指示成矿作用与区域早白垩世花岗岩浆活动密切相关。黑钨矿中Y/Ho比值为5.04～8.30，Zr/Hf比值为31.19～94.48，两者偏离“电荷-半径控制”（CHARAC）范围，成矿流体具有富F特征，指示F通过络合作用主导钨的迁移；黑钨矿δEu值为1.14～1.85，Eu呈正异常，表明成矿流体在成矿过程中为相对氧化环境。黑钨矿中稀土总量10.54×10-6～38.49×10-6，Nb/Ta为0.02，明显偏低，表明成矿流体远离母岩且经历多阶段演化。综合认为珊瑚钨锡矿床为早白垩世晚期钨锡成矿产物，与形成盐田岭岩体的岩浆活动有成因关联，成矿流体为再平衡岩浆水，具有富F、低pH、高氧化还原电位（Eh）的特征。

摘要:新物体识别(NOR)实验通过比较小鼠对新奇物体和熟悉物体的探索时间差异，评估其识别记忆能力。本文研究正常小鼠在NOR行为学实验中腹侧海马(vHPC)和内侧前额叶皮层(mPFC)之间局部场电位信号(LFPs)的幅值传递熵，旨在探索两脑区在NOR任务中的信息传递机制。实验获取了6只正常小鼠在探索新奇物体和熟悉物体时vHPC和mPFC的多通道LFPs信号，分别计算了各脑区的功率谱密度和脑区间的幅值传递熵。结果显示，正常小鼠对新奇物体的探索时间显著长于对熟悉物体的探索时间。在新奇物体探索阶段，vHPC和mPFC的theta振荡的功率谱密度均显著高于熟悉物体探索阶段。同时，该阶段中从vHPC到mPFC的幅值传递熵也显著增大。以上结果表明，vHPC和mPFC的theta振荡在小鼠对新奇物体的识别中起关键作用，且vHPC向mPFC增强的信息传递可能是识别记忆形成的潜在机制。

摘要:为提高复杂林分阔叶林单木生物量估测精度和效率，基于无人机LiDAR点云估测杨树和榆树的单木生物量。通过单木分割提取单木树高、冠幅为基础自变量，另引入树冠参数树冠投影面积、树冠体积协助设计不同变量组合。采用CAR模型和随机森林（RF）、极端梯度提升树（XGBoost）和分类特征梯度提升树（CatBoost）构建单木生物量估测模型，对比分析不同变量组合和模型估测单木生物量的精度。结果表明，提取杨树和榆树的单木参数与实测值拟合，R2分别为0.84和0.89，分割树高与实测树高具有较高的一致性，可以采取提取值构建估测模型；引入树冠参数可以有效提高生物量估测模型的精度，引入树冠参数后，杨树和榆树的估测R2分别比引入前提升了0.02、0.10、0.06、0.04和0.03、0.10、0.05、0.07；与CAR模型相比，机器学习模型估测单木生物量的效果更佳，杨树和榆树的RF模型拟合效果最好，拟合的R2分别为0.53和0.63。可见无人机LiDAR数据能够通过单木分割提取单木参数估测单木生物量，引入树冠参数的机器学习模型估测单木生物量能取得较好的模型拟合优度和较高的估测精度。

摘要:为提高环境-荷载耦合作用下BFRP拉索疲劳寿命预测的准确性，开展了不同应力比下的BFRP拉索的疲劳试验，获得了破坏模式、S-N曲线，阐明了破坏模式随应力比的演变机制：从低应力比的“纤维断裂”主导，到高应力比的“界面剥离和磨损”主导。评价了五种典型等寿命（Constant Life Diagram，CLD）模型，提出了一种改进的疲劳寿命预测方法：通过理论推导，将二维CLD模型与S-N曲线的幂函数模型相结合，构建了表征疲劳寿命、应力幅值与应力均值三者关系的三维等寿命曲面。结果表明：在低应力比（纤维断裂主导失效）工况下，该模型的预测误差为1.37%~10.1%，达到了较高的精度水平。

摘要:煤矿智能化建设对煤机装备的研发提出了“机械化换人、自动化减人”的具体要求。为满足定向钻机自动化升级需求，本文分析了传统钻机在安全、效率和信息化方面存在的问题，重点研究了钻机的电液控制方式及三项自动化技术。首先，设计了矿用防爆电液控制系统，由数据采集感知单元、液压控制单元、无线遥控单元和控制器局域网( CAN, Controller Area Network )单元组成，实现了钻机全部动作的视距遥控操作。其次，开发了钻杆自动装卸、工具面向角自动调整和水路系统自适应调节功能，通过双机械手二次转运方式解决了钻杆抓取与姿态调整问题，采用双闭环控制实现了工具面向角的精确调整与自动修正，并基于经验模型实现了泥浆泵流量与钻孔参数的自适应匹配。在此基础上，研制了ZYWL-15000DSY型大功率自动化定向钻机，并在山西寺河煤矿开展试验应用，累计钻孔深度超过11 000 m。应用表明：钻机可一次装载钻杆54根(总长度81米)，满足单班作业需求；在自动模式下，单根钻杆的自动装卸时间约90 s；配套电磁波无线测量系统时，顺煤层定向钻孔效率可达13 m·h?1。该技术及装备的应用有效降低了工人劳动强度，提高了作业安全性，初步实现了减人增效的应用目标。

摘要:为明确川中地区沙溪庙组致密砂岩气藏气水分布和演化规律，利用地层水化学分析、岩心分析、地震、测井、试气等资料，系统研究了地层水来源、气水分布主控因素和成因演化。结果表明：川中地区沙溪庙组一段地层水主要为自身古沉积水，束缚水占比高。宏观上气水分布受源-断耦合关系、古今构造和储层非均质性的控制，气水分布成因演化类型分为构造-物性联控型和物性主控型。在成藏期天然气优先向断-砂配置的构造高部位运移；早期胶结致密储层天然气充注程度低，可经由沙溪庙组内部断裂垂向调整；晚期胶结形成的物性封堵既能保存早期充注气藏，又对晚期充注起阻挡作用，在构造变化基础上断-砂配置关系改变，藏内气水分布重新调整，此时主要受储层非均质性控制，在同一条河道气层、气水同层和水层同时存在。

摘要:致密砂岩储层孔隙结构复杂、非均质性强，呈现低孔低渗且渗透率变化大的特征，开展致密砂岩储层渗透率的测井定量预测，是关乎致密砂岩储层高效开发的关键一环。核磁共振测井因能提供与岩石成分无关的孔隙度信息而成为有效的渗透率预测手段，但现有的SDR和Coates两种核磁共振测井渗透率求解模型存在一定局限性。为此，本文基于Coates模型的关键参数，以鄂尔多斯盆地吴堡-佳县勘探区四口参数井作为数据集，构建了深度神经网络模型（DNN-NMR）和长短期记忆网络模型（LSTM-NMR）进行渗透率预测。实验表明，DNN-NMR模型在静态参数拟合中表现良好（R2=0.872），较Coates模型准确率提高14%；LSTM-NMR模型表现最优（R2=0.916）。本研究为致密砂岩储层渗透率的核磁共振测井定量预测提供了高精度、强泛化的解决方案。

摘要:注气排卤工艺盐穴储气库建设的关键环节,其通过向盐腔注采管柱环空注入天然气,驱替腔内卤水以实现储气目标。为了提高注气排卤工艺的效率,本文通过SOLIDWORKS建立了盐腔注气排卤三维有限元模型,并运用有限元分析软件模拟不同工艺参数对排卤过程的影响。基于该模型分析了气液界面高度变化和沉渣运移规律,结果表明:增大注气压力与注气流量可显著促进气液界面下降,提高排卤效率；而增大排卤管管径不利于卤水快速导出,同时排卤管口与沉渣平面间距过低易导致沉渣吸入与堵塞。结合以上规律提出了注气参数的优选方法,并通过现场试验验证了优化参数组合的有效性,为盐穴储气库注气排卤施工提供了理论支持与实践意义。

摘要:针对传统液压缓冲器峰值压力大、缓冲能力低、缓冲过程不稳定等问题,在前期对多头螺旋液压缓冲器研究的基础上,基于能量损失数学模型,研究了不同缓冲位置和进口速度下单头、双头螺旋和阻尼孔三种不同阻尼形式的液压缓冲器的缓冲特性。通过冲击试验验证了三种阻尼形式的液压缓冲器的动态特性和仿真模型的有效性。结果表明:相较于传统阻尼孔式液压缓冲器,单头螺旋结构可将压力峰值降低19.1%,而双头螺旋结构可实现26.8%的峰值压力降幅,螺旋式液压缓冲器在压力控制、能量耗散效率和系统稳定性方面均表现出更优特性。与单头螺旋式液压缓冲器相比,双头螺旋式的压力峰值更小,缓冲过程更稳定,但缓冲能力较小。

摘要:随着“双碳”目标的推进，我国火电机组面临着越来越严峻的灵活调峰任务，超临界锅炉在低负荷工况下的安全性问题日益突出。针对超临界锅炉在低负荷运行条件下水冷壁的安全性问题，建立了660 MW四角切圆直流燃煤锅炉的计算流体力学（CFD）燃烧仿真模型，并结合MATLAB开发的热-水动力耦合计算程序，通过迭代求解螺旋水冷壁各回路的质量流速与壁温分布。研究在660 MW、500 MW、330 MW和231 MW四种负荷下进行。结果表明，螺旋水冷壁壁温呈周期性波动，且波动幅度随负荷降低显著增大；在231 MW负荷下，局部壁温升高至352 ℃，存在传热恶化风险。各回路吸热量与质量流速呈负相关，低负荷下流动分布不均性增强，可能引发水动力不稳定。所建立的耦合模型预测精度高，与实测壁温误差控制在5%以内，可为低负荷运行工况下锅炉安全性评估与运行优化提供理论支持

摘要:针对储能变流器在并离网切换工况下产生的功率突变和冲击电流问题，本文在恒功率（Power Quality ,PQ）控制和虚拟同步发电机 (Virtual Synchronous Generator,VSG) 控制并联运行且共享电流内环的基础上，提出了滑模自抗扰(Sliding Mode Active Disturbance Rejection Contro,SM-ADRC)的内环控制策略。首先，针对传统扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）扰动估计能力不足问题，引入误差变量重构观测器结构，优化了扰动观测的动态特性。其次，为改善传统自抗扰控制鲁棒性不足问题，将双积分滑模控制(Double Integral Sliding Mode Control,DISMC)替代原有的比例微分（Proportional-Derivative ,PD）环节，并设计了一种改进的指数趋近律，旨在增强控制系统稳定性并同时有效削弱滑模控制的固有抖振效应。进一步基于Lyapunov理论证明了本文控制的稳定性。最后，通过系统仿真实验结果表明，该方法相较于比例积分（Proportional-Integral,PI）控制和传统的自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）在并离网切换时有更小的电流冲击和更优越的动态性能，并降低了并网时的谐波含量。

摘要:为提升气象扰动场景下的超短期光伏功率预测精度，提出一种融合改进霜冰优化算法(improved rime optimiza-tion algorithm, IRIME)、时域卷积网络(temporal convolutional network, TCN)、多策略优化时间通道注意力机制(multi-strategy optimization temporal channel attention, MSOTCA)与双向门控循环单元(bidirectional gated recur-rent unit, BiGRU)的组合预测模型(IRIME-TCN-MSOTCA-BiGRU)。首先，采用皮尔逊相关性分析筛选关键气象特征变量，并输入TCN进行初级时序特征提取。其次，设计一种融合多尺度时间信息、气象突变增强和残差协同的MSOTCA机制，以增强模型对复杂气象扰动模式的动态响应能力。进而，提出一种具有气象波动感知能力的IRIME算法，用于自动优化模型超参数；并以BiGRU为时序决策层，输出点预测值。最后，结合蒙特卡洛采样生成预测区间，量化不确定性。基于山西阳高和新疆哈密两座光伏电站的实测数据开展实验，结果表明：与Transformer、Informer等基准模型相比，所提模型的平均绝对误差与均方根误差实现平均降幅19.20%-59.54%和9.22%-49.57%，预测精度与稳定性更优，验证了该方法在气象扰动场景下的有效性与鲁棒性。

摘要:灵活利用既有经验以指导未来行为，是生物智能的核心特征之一。然而，支持此类适应性学习的神经机制，尤其是在多目标环境下的具体实现，仍有待深入探究。本研究提出一种基于海马体反向重放驱动的分层优化导航模型。模型以位置细胞的空间表征为底层结构，通过反向重放调控突触权重形成任务特异性记忆，并利用重放时长的损失调控实现跨任务优化，从而建立可迁移的导航策略。该方法不同于传统的重新训练方式，而是通过调节重放持续时间来间接优化模型的初始参数，实现跨任务知识的快速迁移。通过模拟小鼠在动态变化目标场景中的探索行为，对模型进行了系统验证。实验结果表明，该模型不仅在已知目标导航中显著缩短路径时间，而且在未见目标位置上仍保持较高泛化性能，验证了基于反向重放的分层优化策略在多任务快速适应中的有效性。本研究从神经科学与计算建模的交叉视角出发，为构建具备快速适应能力的人工智能导航系统提供了新思路，也为理解与模拟海马体功能提供了理论依据。

摘要:为实现对铁路沿线接触网绝缘子的自动化清洗，保障电气化铁路供电系统安全，提出一种基于多变量模型预测控制（model predictive control，MPC）的绝缘子水冲洗机器人跟踪冲洗系统。基于MPC控制原理对水冲洗机器人伺服动力部分进行预测模型建立，并设计旋转水炮多变量MPC控制策略，实现对旋转水炮伺服电机转动位置和转速的综合控制；优化终端误差权重矩阵，保持整个跟踪过程中冲洗动作的稳定；融入电流环有限集模型预测控制，提高整体系统的动态响应速度。仿真实验表明：相较传统PI串级控制，该控制策略使水冲洗机器人在瞄准目标绝缘子时的前进响应距离缩短50%以上，在多目标场景下切换平均耗时降低0.215 s。现场实验验证了系统在3～15 m作业距离下的有效性，最大瞄准误差由47 mm降至24 mm，满足实际作业中瞄准误差不大于30mm的冲洗要求。

摘要:针对复杂结构精细化有限元分析引起的大规模结果数据读取和后处理可视化问题，提出一种基于HDF5文件格式的结构分析结果数据快速加载及后处理可视化方法。首先，基于HDF5文件格式特性，重构了一种全新的有限元分析结果数据存储格式，并采用HDF5的C++接口重写了数据应用类；其次，基于HDF5文件常规加载流程，结合有限元后处理分析过程，从数据索引和数据读取两方面进行了重点优化，提出了一种基于HDF5文件的有限元结果数据并行加载和快速读取方法；最后，结合SABRE软件图形渲染流程进行了程序设计和集成。通过测试表明，该方法在大规模结构分析结果数据读取方面具有显著优势，较常规数据处理方案具有更高的I/O效率，为SABRE系统进行高效、准确的后处理显示与分析评定提供了一种全新的数据处理方案。

摘要:植物志记载了植物的物种分类、形态特征、地理分布和经济用途等信息,对植物科学研究、生态环境保护和植物资源开发利用具有重要的参考与指导作用。由于植物志知识以非结构化内容为主,因此传统检索植物志的方法存在效率低、功能有限等不足。本论文尝试基于大语言模型、知识图谱和检索增强生成等技术,融合关系型数据库、图数据库和知识库三类数据存储方式,构建植物志问答系统以解决上述问题。通过利用大语言模型对植物志数据进行结构化提取,构建了颗粒度更细、支持数值型属性检索的关系型数据库；利用大语言模型对实体关系的理解能力构建了适用于多样化属性存储和复杂查询的图数据库；并借助语义检索技术构建了注重语义关联与推理的向量化知识库。通过充分利用大语言模型成熟的语言理解能力、编程能力和语言生成能力,从上述外部数据库和知识库中检索相应的问题结果并进行数据融合,为大语言模型提供植物志垂直领域更准确的参考信息,从而构建了植物志问答系统。该问答系统相比传统检索植物志的方式更加灵活高效,同时有效缓解了通用大语言模型的“幻觉”问题。本研究为实现植物学知识的便捷检索提供了新途径,其构建方法也可为其他地方植物志问答系统的研发提供参考。

摘要:针对云南山地复杂地形下固定光伏支架抗风设计难题,基于谐波合成法与 Davenport 谱生成脉动风时程数据,结合计 算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟与 ANSYS 瞬态动力学分析,系统探究光伏支架倾角(18°、21°、 25°)及平均风速(5、10、15 m / s)对其风荷载体型系数与风振系数的影响规律。 构建固定光伏支架有限元模型,通过剪切应力 输运(shear stress transport, SST)k-ω 湍流模型模拟流场特性,利用单向流固耦合方法分析风致效应。 结果表明:光伏板倾角显 著影响体型系数,25°倾角时平均体型系数达 1. 157,较 18°倾角提升约 16% ,而风速变化对体型系数影响最大仅为 4. 3% ;支 架檩条的风振系数随檩条的位置变化而变化,越接近光伏板顶部其檩条的风振系数越大,且随风速增大呈非线性增长;模态 分析显示支架固有频率(2. 73 ~ 2. 97 Hz)远离脉动风主要能量频段(0. 5 ~ 1. 0 Hz),结构共振风险低。 通过研究光伏板倾角与 脉动风速对体型系数的影响和支架檩条风振系数的分布规律,为山地光伏支架抗风设计提供了理论依据与工程参考。

摘要:干热岩地热能开发过程中,井壁花岗岩需要经过多次高温-冷却循环,岩石孔渗特性发生劣化,进而导致井壁失稳和坍塌。针对此,考虑干热岩钻井工程实际以及所用钻井液流体类型,基于核磁共振方法,研究不同冷却方式和热循环次数条件下花岗岩孔隙尺寸、数量和分布的演化规律,揭示花岗岩微观结构对其物理性质的影响机制。结果表明：(1)高温-冷却循环会进一步增加孔隙结构之间的连通性,导致花岗岩内部孔隙数量和孔隙大小增加,大孔占比增长迅速；(2)花岗岩孔隙度随高温-冷却循环次数的增加而逐渐增大,其增长速度表现为先快速上升,后缓慢增长,最后逐渐稳定；(3)由于热裂纹引起的热传导阻隔效应,随着高温-冷却循环次数的逐渐增加,物理参数增长或衰减率逐渐降低,导致后续高温-冷却循环对孔隙结构的修饰减弱；(4)岩石各项物理参数随等效平均孔隙半径增大呈现不同程度的升高或降低趋势,表明高温后花岗岩孔隙结构的改变是导致其物理性质劣化的主要原因。

摘要:土遗址锚杆锚固质量检测常采用声频应力波法，但目前关于该技术基于土遗址锚固系统理论研究仍较为欠缺。建立土遗址GFRP锚固体简化模型，分析获得激振作用下锚杆自由端质点运动响应表达式，并通过室内试验验证。模拟信号与样品实测信号的差值曲线可反映信号中反射扰动，利用其周期性划分扰动类型，有助于提升土遗址锚杆长度评价准确性。参数分析表明，土遗址锚固体初始响应受锚固段直径和长度影响最大；振动频率与锚固段直径呈非线性反比关系，但受等效弹性系数影响最大，该系数越大，频率越高；信号衰减受等效黏性系数影响最大，该系数大，信号衰减迅速。研究工作对土遗址锚固系统质量检测应力波信号测试、处理和解释等具有重要指导意义。

摘要:山区卵砾石河流床面阻力特性对泥沙运动力学的理论发展和水利工程的实际应用具有重要意义。与深水小粗糙度条件相比，浅水大粗糙度条件下的床面阻力规律更为复杂，以经典曼宁-斯特里克勒公式为代表的床面阻力系数公式难以直接应用。鉴于此，基于量纲分析方法，确定了浅水大粗糙度条件下床面阻力系数的函数关系式；基于非完全自相似原理，提出了一种新的床面阻力系数分析方法，建立了浅水大粗糙度条件下的床面阻力系数计算模型；以水槽实测数据和野外实测数据，对本文模型和文献中经典模型进行了参数率定，确定了各计算模型的最终表达式。采用实测资料对各模型进行了检验，结果表明:床面阻力系数可表示为相对光滑度、能坡和弗劳德数的指数函数；在不影响计算模型精度的情况下，式中相对光滑度可由雷诺数进行替换；本文模型的床面阻力系数计算精度最高，与文献中计算精度最高的Ferro模型相比，拟合优度提升了0.403%~0.413%，计算误差减小率为61.2%~63.7(MER)和35.2%~36.5%(RMSE)。研究成果可为工程实际应用提供参考。

摘要:高模量沥青混合料主要用于改善沥青路面的车辙病害,针对实际服役条件下沥青路面的非均匀温度场效应,推导了沥青混合料黏弹性本构,构建了耦合温度梯度的高模量沥青路面黏弹性动态分析模型,提出了定量表征路面不同深度黏弹性能的方法。通过动态模量试验,构建了基于Boltzmann函数和GaussAmp模型的宽温度域黏弹性主曲线,结合路面实际非均匀温度场的影响,建立了统一的动态模量三维曲面模型。结果表明:温度梯度导致路面结构形成显著黏弹性参数梯度分布,表层高温区(52 ℃)动态模量较深层(40 ℃)下降172%,应力松弛时间缩短一个数量级。构建的路面黏弹性动态分析模型较好的表征了温度梯度、加载速率及间歇时间对沥青路面黏弹性动态响应的影响。耦合温度场的车辙分析显示,非均匀温度场下车辙深度较均匀温度场预测值存在19.3 %~250.9 %偏差,验证了温度梯度效应的不可忽略性。基于自主研发的黏弹性UMAT子程序与梯度参数映射方法,构建了适应复杂气候条件的高模量沥青路面多场耦合分析体系,为沥青路面车辙预估及养护决策提供了理论和技术支撑。

摘要:我国战略性基础设施建设正逐步向西部复杂艰险山区推进。在深大山岭隧道建设过程中，当穿越复杂不良地质条件时，为保障施工安全与结构稳定，通常采用主动防控措施对隧道掌子面进行加固。其中，锚杆加固是一种常见且有效的主动防护手段。为了实现对锚杆拉伸状态下极限承载力的快速评估，改进既有基于常规极限分析的锚杆加固隧道掌子面稳定性分析方法，本研究提出了一种将Von-Mises屈服准则与弹性补偿法(elastic compensation method, ECM)相结合的结构极限分析数值方法。作者详细阐述了在主应力空间中利用Haigh-Westergaard坐标系表达Von-Mises屈服面的坐标变换方法，并进一步说明了在该屈服面上实现弹性补偿法的关键迭代技术。通过Python编程语言对商用有限元软件ABAQUS进行二次开发，实现了基于结构极限分析的锚杆极限承载力评估，为锚杆极限承载力的快速评估提供了一种高效且可行的新途径。在此基础上，引入结构极限分析方法，改进了传统的基于极限分析的隧道掌子面锚杆加固稳定性分析方法。研究结果表明，该改进方法具有高度自动化的特点，迭代计算过程稳定可靠。计算结果进一步显示，锚杆在较弱地层中的加固效果更为显著，且其安全系数对地层强度的变化具有一定的敏感性。

摘要:为提升增程式电动摩托车的燃油经济性，解决传统等效燃油消耗最小策略中工况适应性差的问题，本文提出一种基于自适应等效燃油消耗最小策略(adaptive equivalent consumption minimization strategy, A-ECMS)。研究中通过引入比例积分控制器，根据电池荷电状态(state of charge, SOC)反馈，对等效因子进行动态自适应调节；同时采用遗传算法对控制器参数进行优化，对比分析了不同标准工况下本文所提出的策略与其他策略的控制效果。仿真结果表明:在三种典型工况下，所提出的能量管理策略平均综合百公里油耗为1.42 L/100km，相比工程中常见的基于规则策略的油耗降低26.04%；A-ECMS平均SOC终值偏差仅为0.17%，SOC最大波动幅度控制在0.69%以内；同时，A-ECMS平均单步计算时间为25 ms。可见，所提出的A-ECMS不仅能有效提升燃油经济性，还能维持电池SOC的平衡，并具备在线应用潜力，可为增程式电动摩托车能量管理策略的设计与优化提供参考。

摘要:设计了一种气体激励式小行星采样装置。基于计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）的瞬态网格滑移法，使用Fluent软件与EDEM耦合仿真，对于重力环境下模型实验进行了普适性的实验验证，进而分析了在微重力环境下均压槽出口的形状对颗粒的影响以及不同的进气角度与进气压力对收集颗粒数量的影响。最终设计了一种小行星表面小型颗粒的气体激励采样装置,可以实现微重力环境下对装置底面覆盖的可动固体小颗粒的采样。建立了微重力颗粒的物理模型?流体流动的物理模型；并通过建立计算流体力学-离散元法（computational fluid dynamics–discrete element method, CFD-DEM）[3.1]耦合仿真模型与地面实验确定了上述物理模型的真实性。验证了均压槽结构对于装置内流场的改善作用，并且以流场压力、速度、颗粒速度和收集量为指标优化了装置的进气部分。整体装置的设置为气体激励式采样器的设计提供依据。

摘要:考虑多旋翼飞行器机身振动叠加特性及旋翼间相位对整机振动的调控作用，本文提出一种针对多旋翼飞行器多目标相位调控振动的协同优化计算方法。以某大尺寸变距四旋翼无人机为研究对象，首先基于哈密顿变分原理构建四旋翼/机身耦合振动预测模型，通过均匀抽样并调用理论模型分析机身振动响应,揭示了不同旋翼相位角下飞控系统与摄像头挂点位置两处核心部位振动响应变化的冲突性，其次以支臂与机身连接位置、电池位置、机头等机身次要节点位置振动为约束，结合超体积期望改善（EHVI）加点的动态Kriging代理模型与NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对飞控系统和摄像头挂点部位进行综合寻优设计，最终生成了稳定平飞速度18km/h、36km/h、54km/h及72km/h下双目标的Pareto解集，揭示了飞控系统和摄像头挂点位置在相控振动抑制策略下的权衡关系，进而采用最小距离法确定最终相位布置方案，其相较于0°基准相位方案，四旋翼无人机飞控系统位置减振效率分别为73.1%、72.2%、77.8%、67.1%，摄像头挂点位置处减振效率分别为75.3%、74.3%、76.9%、68.5%，确保了多旋翼飞行器在优异的振动环境下执行高质量航拍测绘等任务，证明了多旋翼相控振动理论的可行性，为多旋翼飞行器振动主动控制设计提供了全新的途径和方向。