在工程实践中,风力机故障诊断面临训练故障与实际故障类别不同的情况,为实现对风力机未知故障的诊断,需要将训练过程中习得的故障特征信息迁移至未知故障中.不同于直接建立故障样本与故障类别间映射关系的传统方法,提出一种基于零样本学习的风力机故障诊断方法来完成故障特征迁移.通过描述每种故障的属性建立故障属性矩阵,将其嵌入故障样本空间与故障类别空间之中;并基于卷积神经网络建立故障属性学习器,基于欧氏距离建立故障分类器,形成从故障样本预测故障属性进而分类故障的诊断流程.最后通过与其他零样本学习方法的对比验证了所提故障诊断方法的有效性和优越性.

综合需求响应作为提升能源利用效率,促进可再生清洁能源消纳的有效途径之一,其本质是通过综合能源设备的多能耦合能力引导用户参与源荷双向互动.为提升综合能源系统的运行控制水平,需要准确评估综合能源设备的响应价值.因此,提出一种基于Sobol全局灵敏度分析的综合能源设备响应价值量化方法.首先,以总运行成本最小为目标函数,考虑多类型需求响应,建立综合能源系统泛化优化模型,并构建基于粒子群-反向传播神经网络的综合能源系统优化代理模型.然后,采用Sobol全局灵敏度方法量化设备效率参数对成本、用户满意度、综合能源利用率以及电能替代率的全局灵敏度指标,用于评估综合能源设备的响应价值并且辨识影响系统状态的关键设备.最后,通过对江苏省某商业园区进行仿真,获得各综合能源设备效率的全局灵敏度系数,分析不同设备效率对系统状态的影响,准确量化综合能源设备的响应价值,验证了所提方法的有效性.

随着需求侧能耗的日益提升,居民用户能源消费产生了大量的碳排放,居民社区具有较大的减排潜力.针对社区综合能源系统低碳经济运行问题,考虑能-碳价格的联动,建立了基于实时碳强度评估的综合能源系统低碳互动管理策略.首先建立了社区综合能源系统架构,在此基础上提出了考虑消纳等效碳减排量的居民侧碳排放计量方法.其次,设计基于实时碳强度评估的低碳需求响应机制,引导用户通过多能互补实现碳减排和新能源消纳.然后,建立了综合能源系统供给侧调度模型和用户侧响应模型,通过供需双侧的多能耦合和供需互动实现低碳经济运行.最后,通过仿真验证了所提实时碳强度评估机制能够有效降低综合能源系统碳排放.

针对耦合单电感双输出(CI-SIDO)降压式(Buck)变换器输出支路间的耦合效应导致交叉影响进而影响系统动态性能的问题,提出基于超螺旋扩张状态观测器(ST-ESO)的串级滑模解耦控制策略.首先,建立CI-SIDO Buck变换器的状态空间平均模型,再通过具有快速收敛性质的ST-ESO 观测估计变换器内外环中的耦合项、内部扰动和未建模部分,并将其视为内外环中的总扰动.其次,结合超螺旋滑模控制器对内外环中总扰动进行补偿,实现系统的解耦,保证系统的鲁棒性和输出电压的稳定.然后,根据Lyapunov理论对ST-ESO和超螺旋滑模控制器进行稳定性分析,理论验证了控制策略的可行性.最后,利用实验平台对所提控制策略进行验证.结果表明所提控制策略实现了系统解耦,抑制了交叉影响并提高了系统的动态性能.

电力电子设备的强非线性、模型误差以及外部系统扰动给配电网的电压稳定控制带来巨大挑战.多逆变器分布式协同抗扰控制是提升配电网电压稳定性的一种新思路.首先,将复杂的逆变器高维模型转换为输入-输出等效模型,利用高增益扩展状态观测器对系统中多种扰动影响进行估计;同时,根据一致性协同控制理论设计多逆变器的分布式协同控制策略,结合扰动估计结果,实现逆变器网络的电压协同控制和主动扰动抑制.为确保协同控制的动态性能,从图论和网络控制的角度提出通信拓扑优选方法.在PowerFactory软件中搭建由4个逆变器构成的配电网测试系统,仿真结果表明:所提控制策略和通信拓扑优选方法能够实现多逆变器的电压协同跟踪调控以及扰动抑制.

为深入理解高温碱金属热管吸液芯内汽液相变的微观传热机理,采用接触线传热模型对不同碱金属工质(钾、钠、锂)的蒸发弯月面区域微观传热特性进行了研究.计算得到了钾、钠、锂在同一饱和汽相压力和壁面过热度下蒸发弯月面区域的液膜厚度、接触角、界面温度、热流密度分布等.研究结果表明,由于碱金属工质钾、钠、锂的导热系数远高于水,其微观传热特性与水显著不同;汽液界面蒸发热阻是碱金属工质在三相接触线附近微观区域内主导的传热热阻,钾、钠、锂的微观传热性能依次增强;吸附液膜的厚度、表观接触角和液膜压力梯度均随着壁面过热度的增加而自适应调节,其中吸附液膜厚度降低,表观接触角增加、液膜压力梯度增加.在吸附液层区,分离压力占据主导地位,导致了非蒸发吸附液层的形成;在薄液膜区,分离压力和毛细压力的共同作用提供了补液所需的压力梯度;在本征弯月面区,汽液界面的曲率几乎维持不变,毛细压力占主导.

网幕通道式液体获取装置具有稳定、高效等优点,在未来低温推进剂的在轨贮存管理系统中有广阔应用前景.提高网幕的泡破压力以适应低温流体的低表面张力特性是一个重要的研究领域,单层网幕的泡破压力提升受到材料强度、输运效率等限制,目前面临瓶颈.对此,提出通过真空扩散焊接形成多层网幕以提升网幕泡破压力.以双层网幕为例,开展泡破压力测量实验,并与单层网幕进行对比分析.结果表明泡破压力在双层网幕上平均有10%~20%的提升,最大可达25%.该现象是双层网幕特征孔径的减小和Jamin效应两个因素导致的.针对不同双层网幕层间角度与泡破压力的关系展开实验,结果表明层间角度对泡破压力没有明显影响.这将为网幕通道式液体获取装置的设计和改进提供一个新的思路.

为探索多孔介质内液体燃料燃烧特性,设计并搭建了基于空气雾化型供油方式的多孔介质液体燃烧系统,采用电预热点火方式成功实现了柴油喷雾的长时间自维持稳定燃烧和火焰定位.实验研究了柴油喷雾在球堆积床型多孔介质内燃烧的火焰特性与温度场变化规律,讨论了空气流量、喷油量对温度分布的影响.实验结果表明:电预热系统具有良好的稳定性和可重复性,维持稳定燃烧所需的最低预热温度为719.2 ℃;在着火阶段和稳定燃烧阶段观察到了不同形态的火焰结构;燃烧器具有良好的温度响应性能;实现空气雾化柴油稳定燃烧的最佳当量比应在0.63~0.84之间.

为隔离车载精密仪器所承受的多维振动,提出基于2-RPC/2-SPC并联机构和磁流变 (MR) 阻尼器的多维半主动隔振系统.通过几何关系和Lagrange方程分别建立多维隔振系统运动学和动力学模型,分别考虑质量、刚度和阻尼不确定因子,提出多维隔振系统鲁棒最优半主动控制策略,在随机路面激励下,研究多维隔振系统频域隔振能力和不确定因子变化对隔振性能的影响规律,与具有相同不确定因子的线性二次型调节器 (LQR) 半主动控制策略在阶跃激励下进行对比分析.研究表明:多维隔振系统可实现沿 x、 y、 z轴和绕y 轴的多维振动有效隔离;质量不确定因子变化对隔振性能影响最显著;存在不确定因素时,鲁棒最优半主动控制策略的隔振能力显著优于LQR半主动策略的隔振能力.

为了解决航空发动机转子结构工作过程中经历多阶共振对结构可靠性带来的不利影响,研究了基于主动变刚度支承的转子系统振动控制策略.在最优控制的框架内,分别设计了基于Bang-Bang控制和支承刚度梯度控制两种变刚度策略,其中支承刚度梯度控制又分为带转速保持控制和不带转速保持控制两种情况,将各控制策略应用在多支承柔性转子的振动控制中,仿真分析了减振效果.结果表明,Bang-Bang控制的变刚度策略下共振峰值衰减率最高可达80%,但该种控制策略对控制器响应的快速性要求很高.支承刚度梯度控制允许支承刚度渐变,同种工况下减振率最高可达25%.最后选择更适合工程应用的支承刚度梯度控制策略,利用形状记忆合金(SMA)变刚度支承-转子试验器进行了控制策略的有效性验证.

为准确预测轨道交通传动系统齿轮箱的温度分布,采用一种基于计算流体动力学(CFD)的混合时间尺度耦合法对齿轮箱进行仿真分析.对齿轮箱的内部流场与温度场同时进行数值模拟,通过数据传输实现齿轮箱流场与温度场的实时双向耦合,最后根据内部温度场计算结果,通过有限元方法得到箱体温度分布情况.另外,分析转速、浸油深度、喷油润滑等因素对齿轮箱稳态热性能的影响.研究结果表明:该数值模型在温度预测方面具有良好的性能,仿真结果与实验测量值之间的最大相对误差为7.4%.随着转速的增加,齿轮箱温度随之上升;而随着浸油深度的增加,除下箱体底部温度逐渐上升外,其余区域温度均下降.相同转速时,喷油润滑下的箱体最高温度对比飞溅润滑,降低幅度可达14%;且转速越高,冷却效果越明显.

掘进机主轴承服役时在磨损、疲劳等多因素影响下容易发生提前失效,寿命难以预测.为准确计算主轴承寿命,从失效形式出发,建立疲劳磨损竞争失效机制的主轴承寿命模型.首先,提出基于连续损伤力学理论和表面粗糙度修正的磨损理论的轴承寿命模型,定义了轴承疲劳与磨损竞争失效机制;其次,通过APDL程序建立滚子与滚道接触有限元模型,确定了轴承最先失效的滚子滚道并实现了寿命模型的数值求解;最后,通过分析接触应力及切应力的变化,发现在前9个循环周期,磨损引起接触应力降低,抑制了疲劳失效的发生,延长了轴承寿命,在第10个循环周期开始,接触应力增高,磨损促进了疲劳失效的发生.寿命模型综合考虑疲劳磨损的相互作用,更符合实际情况.

流场实时感知与预测在航空航海等领域具有十分重要的应用价值,但是往往面临流场维度高和实时测量信息少等挑战.针对该问题,提出一种数据驱动的流场建模方法,通过线下建立稀疏数据与高维流场映射,实现线上流场实时重构.线下建模中,针对流场高维度挑战,使用本征正交分解等方法对数据进行降维,提取主要流场空间模态.采用正交三角(QR)分解方法,挖掘流场模态敏感性特征,优化测点位置.利用时间延迟的动态模态分解,显著降低测点数量.在线上重构中,基于实时稀疏测量数据与数据驱动模型,实现对当前和未来时刻全场流场的预测.在圆柱尾涡流场测试中,使用该方法并采用20个稀疏测点,得到的全场重构误差可达10%以下.

基于机器视觉的在线型钢平直度检测中,对型钢图像关键角点快速、准确地提取是实现精确检测的关键技术问题.针对加速分割检验特征提取(FAST)算法需要人工设定角点筛选阈值和角点提取存在大量伪角点的问题,提出一种自适应阈值生成及校正策略,能够在自动获取初始阈值的基础上,根据角点数是否达到初始角点集要求对阈值实时校正直至达到适当值,以减少关键角点遗漏.在采用FAST提取角点的基础上,利用最小核心值相似区域(SUSAN)算法剔除伪角点,以保证关键角点提取的有效性.试验证明,这种基于自适应阈值的FAST角点检测算法(FAST-A),在检测环境和对象特性发生变化时,仍然可以准确、快速地检测到型钢关键角点,在为型钢平直度检测实时提供精确角点的基础上,提高角点提取的自适应性.

为了快速获得足部形态相关的参数信息并量化足部变形程度,提出一种能够准确定位足部特征点并自动计算足部形态特征参数的算法.首先,使用UPOD激光扫描仪获取93名受试者的足部三维模型.然后,采用随机采样一致性算法和主成分分析方法对模型坐标系进行对齐,结合足部形态特征识别并定位特征点,实现对足部长度、角度和围度形态参数的自动测量.为评估测量结果的准确性、重复性和一致性,使用平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MAPE)、组间相关系数(ICC)和Bland-Altman图进行分析.结果显示,足长和足宽的MAE小于2 mm,跖围、跗围和兜跟围的MAE小于4 mm,MAPE小于2%;3次重复测量的ICC均大于0.99,Bland-Altman图显示95%以上的散点位于一致性界限内.结果证明,该算法可以实现站立姿态下足部模型的坐标系自动对齐、特征点准确定位以及参数的精确测量;测量精度满足临床测量需求,具有较高的测量精度和可靠性;测量结果可为足型分类、智能辅具适配与个性化辅具设计提供数据支持,具有重要的临床应用价值.