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28 December 2016, Volume 50 Issue 12 Previous Issue    Next Issue

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基于主动关节机构的航天扰性结构的振动控制 何泉, 刘澜涛, 杨斌堂 2016, 50 (12):  1809-1815.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.001 Abstract ( 26 )   PDF (2608KB) ( 64 )   Save 基于一种主动关节机构,针对航天扰性结构的振动控制问题,提出了新的振动主动控制方法.分别对关节机构的变刚度阻尼特性以及基于关节机构和航天太阳能帆板组合振动控制系统的特性进行了理论建模与分析,在此基础上,搭建了实验测试平台并进行了振动控制实验.关节机构自测实验结果表明,在-15°～15°的范围内,关节机构的扭转刚度与励磁电流近似成线性关系;通过改变电流的大小,可以实现其刚度在0.391～1.362N·m/rad范围内的变化.另外,对航天太阳能帆板系统的振动测试实验表明,利用关节机构进行振动主动控制,可以提高系统的固有频率,使振幅衰减9.5 dB,降低到原来的1/3,有效地对航天太阳能帆板的振动进行了主动控制. Related Articles | Metrics

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基于多示例学习径向基函数神经网络的刻蚀设备异常侦测 杨俊刚, 张洁 2016, 50 (12):  1816-1822.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.002 Abstract ( 23 )   PDF (920KB) ( 64 )   Save 针对晶圆制造系统刻蚀设备工作过程中的“时间-晶圆-设备参数”三维结构数据导致常规分析方法难以应用的难题,提出了一种基于多示例学习径向基函数(RBF)神经网络的异常侦测方法.该方法应对常规点间距离无法解决示例间不匹配程度衡量问题的不足,改进了距离计算方式,可用既含正常数据又含异常数据的数据包来训练和侦测.运用实验设计理论优化了神经网络参数,使用交叉验证方法将采集到的刻蚀设备运行数据按晶圆加工批次划分为不同示例,作为RBF网络的训练和测试数据,来侦测刻蚀设备异常,提高侦测的稳定性.实验结果表明,该方法可识别多批次多变量情况下的设备异常,适合于刻蚀设备运行过程中多种产品并存情况下的异常侦测. Related Articles | Metrics

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柔性充气操控臂转动行为数值模拟与试验 刘彧, 张大旭, 陈务军, 何世赞, 邱振宇, 高成军 2016, 50 (12):  1823-1830.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.003 Abstract ( 30 )   PDF (2928KB) ( 60 )   Save 为减小充气臂转动驱动力矩,设计了类似宇航服关节的带有褶皱构造的充气膜关节及绳驱动转动装置.进行了充气臂柔性PVC织物膜材的双轴拉伸和剪切试验,基于正交异性假设计算得到了适宜充气臂双向张力和褶皱状态下膜材的弹性常数.建立了充气臂结构的有限元模型并进行了转动数值模拟和参数分析,将模拟结果与无褶皱构造的圆柱形关节理论分析结果进行了对比,表明褶皱构造关节的弯曲驱动力矩降低很多,实现了低驱动力矩的设计目标.设计和制作了充气臂样机并开展了试验研究,验证了充气臂转动数值模拟的准确性. Related Articles | Metrics

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囊式浮桥囊体充气及动力响应的数值模拟 王欢欢, 杨勋, 金先龙 2016, 50 (12):  1831-1837.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.004 Abstract ( 29 )   PDF (2625KB) ( 56 )   Save 基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解了流体-结构耦合问题,其中囊体部分采用拉格朗日方法进行描述,流体区域采用ALE方法进行描述,并通过罚函数方法实现了两者间的耦合.首先采用该方法模拟了囊体的充气过程,研究了不同充气状态对囊体初始应力的影响;然后建立了囊式浮桥的整体有限元模型,充分考虑了囊体内外部流体的影响,计算了不同内压下的囊式浮桥动力响应问题.研究结果表明,不同的充气压力不仅会在充气阶段对囊体产生影响,而且会在载荷通过时对囊体压缩变形、应力分布及垂向位移等方面产生较为明显的影响.该研究结果可为囊式浮桥囊体设计及整体设计提供参考. Related Articles | Metrics

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水下航行器航路点跟踪控制及其仿真 聂为彪, 冯顺山 2016, 50 (12):  1838-1844.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.005 Abstract ( 28 )   PDF (938KB) ( 58 )   Save 针对水下航行器在水平面内的航路点跟踪控制问题,建立了航行器的运动学和动力学模型.通过使用视线导引算法,设计了航行器的滑模控制器,同时综合应用Lyapunov方法证明了跟踪误差的全局渐近稳定性.在航行器航路点跟踪控制仿真研究中,指定航行器依次通过预先设置的一系列航路点,仿真结果表明,所设计的控制律有效,航路点跟踪误差收敛,可以对未来水下航行器的控制系统设计提供有效的理论指导和技术支持. Related Articles | Metrics

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无人翼伞飞行器路径跟踪反步控制方法 张昊, 陈自力, 蔚建斌, 苏立军 2016, 50 (12):  1845-1852.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.006 Abstract ( 33 )   PDF (1709KB) ( 59 )   Save 为实现无人翼伞飞行器的曲线路径跟踪控制,提出了一种基于模拟对象的可变增益反步跟踪控制方法.首先,基于模拟对象跟踪建立翼伞飞行器的路径跟踪误差模型;其次,针对模型设计了可变增益反步跟踪控制器,通过合理设计增益参数,消除了部分复杂非线性项,避免了传统反步法中虚拟量的高阶导数问题,简化了控制器形式,以有利于工程实现;然后,根据Lyapunov理论设计反馈补偿项,在保证稳定性的同时提高了系统的鲁棒性;最后,将控制器应用于无人翼伞飞行器平面曲线的跟踪控制中.仿真与实验结果表明,所设计的控制器可以实现曲线路径的准确跟踪,且具有很好的鲁棒性. Related Articles | Metrics

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一种多机器人系统平台的结构设计 张立博, 汪苏, 苗新刚 2016, 50 (12):  1853-1856.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.007 Abstract ( 35 )   PDF (761KB) ( 59 )   Save 针对机器人生产线任务复杂化和加工柔性化的需要,设计了一种多机器人系统平台,并依据电路板装配与焊接的多机器人系统平台进行机构设计.由于平台结构设计关系到电路板的安装状况,不合理的设计将导致元件装夹错误、位置装配偏移以及焊接质量差等,所以重点设计了自动预紧传动机构、移动平台解耦机构和独立运转转向工作台机构.在对传动精度、运转形式和供电方式研究的基础上,基于SolidWorks建模分析了机构设计的合理性. Related Articles | Metrics

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轮式水下焊接机器人及其运动学分析 谭谊诚, 薛龙, 黄继强, 黄军芬, 邹勇, 刘宏, 冯静 2016, 50 (12):  1857-1860.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.008 Abstract ( 33 )   PDF (832KB) ( 58 )   Save 针对深水环境中大型构件的自动化焊接问题,设计了一种全位置水下焊接机器人.该机器人采用磁轮式移动平台与4轴旋转机械臂相结合的机构形式,平台通过磁轮吸附在构件表面,以实现大范围的移动,4轴旋转机械臂的姿态变换可实现全位置焊接.为完成预定轨迹的焊接操作,对移动平台与旋转机械臂进行运动学建模,得到平台与各关节的运动学参数.利用机械系统动力学建模对上述运动学参数进行仿真和实验操作,验证了轨迹精度满足要求. Related Articles | Metrics

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一种基于Canny算子的图像边缘检测改进算法 段红燕, 邵豪, 张淑珍, 张晓宇, 王小宏 2016, 50 (12):  1861-1865.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.009 Abstract ( 27 )   PDF (2427KB) ( 56 )   Save 针对传统单一的Canny算子在使用高斯滤波进行平滑处理时丢失大量边缘信息、无法保留大量图像细节的问题,提出一种基于Canny算子的图像边缘检测改进算法,弥补了传统算法在图像边缘检测中的不足.改进算法采用双边滤波代替传统高斯滤波,通过控制双边滤波器权重参数来减少图像边缘信息的丢失;利用小波变换对图像高频系数进行放大,并缩小低频系数,增强图像细节;在配置了开源计算机视觉库的Microsoft Visual Studi0 2010开发环境下,将增强后的边缘信息与传统算法的边缘信息进行比较,以验证其视觉效果及参数效果.结果表明,改进算法较传统算法具有明显优势. Related Articles | Metrics

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基于VPN的远程工业数据采集解决方案的实现与设计 许瀚之, 杨小健 2016, 50 (12):  1866-1872.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.010 Abstract ( 28 )   PDF (1981KB) ( 55 )   Save 从系统构成角度研究了基于虚拟专用网(VPN)技术的远程工业数据采集系统的解决方案,主要研究以下几个问题:①研究提出了远程工业数据采集系统的总体结构方案,并分析了其特点、任务和要求及所需软件、硬件的构成.②在分析VPN网络组建的关键技术IPSec VPN的基础上,利用SINFOR M5X00-Q系列产品在Windows环境下成功组建远程局域网,为数据采集系统的数据传输建立了安全通道.③在已建好的VPN网络环境下分析了采用OPC技术进行数据采集的特点及可行性,并利用OPC客户端进行数据采集. Related Articles | Metrics

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基于模糊系统知识模型的脉冲惰性气体钨极保护焊静态模型建立 丁鸣艳, 聂冰, 李文 2016, 50 (12):  1873-1876.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.011 Abstract ( 25 )   PDF (226KB) ( 55 )   Save 基于知识模型、复合关系、范畴及确切度等概念,分析与建立了脉冲惰性气体保护钨极电孤(TIG)平板堆焊背面熔宽静态知识模型,进行了焊接参数对背面熔池宽度影响的定量计算和定性分析,建立了输入空间筛选后的背面熔宽一致静态知识模型KM*.结果表明,模糊系统的静态知识模型适合在不精确、不完整和不一致数据中发现知识和提取规则. Related Articles | Metrics

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实时跟踪焊缝特征的感兴趣区域特征提取算法 黄色吉, 许燕玲, 杨雪君, 侯震, 陈善本, 韩瑜 2016, 50 (12):  1877-1880.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.012 Abstract ( 26 )   PDF (994KB) ( 54 )   Save 针对国产自主品牌机器人,基于感兴趣区域自适应获取方法设计开发了具有独立知识产权的机器人视觉焊缝跟踪系统,用于实时采集并处理焊缝图像,准确地获取焊缝特征值并进行了相关焊缝跟踪实验.结果表明,跟踪系统实时性好,纠偏准确,鲁棒性强. Related Articles | Metrics

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一种机器人多维光纤光栅力传感器 许会超, 苗新刚, 汪苏, 彭新改 2016, 50 (12):  1881-1884.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.013 Abstract ( 31 )   PDF (923KB) ( 54 )   Save 为实现机器人腕部等结构的多维力传感测量,提出了一种多维光纤光栅力传感器,其弹性体结构主要由2个圆环及4个弓形梁构成,并将光纤光栅分别贴于弓形梁上以实现多维传感.同时,对传感器的理论计算模型及传感原理进行推导,采用有限元分析软件对其弹性体进行力学仿真分析.为进一步分析传感器的基本特性,搭建实验平台并进行了传感器的标定实验.结果表明:所提传感器能准确、有效地完成多维力传感测量,在压力载荷作用下具有良好的线性、重复性和一致性,且灵敏度较高、稳定性较好、抗干扰能力强,能够在恶劣环境下使用. Related Articles | Metrics

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自然时效对铝/钛超声波焊接接头的影响 张慧敏, 赵玉津, 罗震 2016, 50 (12):  1885-1888.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.014 Abstract ( 19 )   PDF (546KB) ( 52 )   Save 对6061-O Al合金和Ti6Al4V合金异种金属进行超声波焊接,分析焊后30 min和自然时效8个月2种情况下接头的维氏硬度、最大拉伸载荷和断裂能,研究自然时效对接头力学性能的影响.结果表明:经自然时效后,接头铝侧的硬度得以提升,硬度分布由“W”形转变为倒“U”形;自然时效可以显著增大接头的最大拉仲载荷,并使其断裂模式由“纽扣”模式转变为“界面”模式;然而,接头的断裂能在自然时效之后反而降低.因此,自然时效可以有效提高铝/钛异种金属超声波焊接接头的力学性能. Related Articles | Metrics

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不等厚高强度钢H220YD/DP590GA电阻点焊接头的组织和性能 王小乐, 朱政强, 赵翔 2016, 50 (12):  1889-1892.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.015 Abstract ( 20 )   PDF (1703KB) ( 53 )   Save 针对不等厚H220YD/DP590GA先进高强度钢焊接时出现的薄板变形严重、力学性能差等问题,在大量前期实验的基础上,选取最优的主焊接工艺参数进行电阻点焊实验,并利用拉剪测试、金相组织分析等手段对试样进行组织和性能研究.结果表明,焊接接头受焊接热影响,使得H220YD钢铁素体晶粒尺寸变大,DP590GA钢板母材的岛状马氏体演变成板条状马氏体,其失效形式为钮扣状断裂. Related Articles | Metrics

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存在流水孔的角焊缝移动焊接机器人跟踪 乐健, 张华, 叶艳辉, 郭亮 2016, 50 (12):  1893-1897.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.016 Abstract ( 21 )   PDF (1175KB) ( 52 )   Save 为提高焊接的质量和效率,研究了一种能够准确跟踪存在流水孔和焊缝终点的角焊缝机器人.起弧后,利用旋转电弧传感器识别焊枪相对于角焊缝的位置,基于轮、水平滑决和垂直滑块的协调运动跟踪连续的空间弯曲角焊缝;同时,研究了利用视觉传感器识别流水孔的起点、终点和焊缝终点的工作原理;研究了基于多传感器融合技术对存在流水孔和焊缝终点的角焊缝的跟踪;并进行了弯曲角焊缝、存在流水孔和焊缝终点的角焊缝的跟踪实验以及焊角形貌观察实验.结果表明,所设计的机器人能够准确地跟踪存在流水孔的角焊缝. Related Articles | Metrics

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基于X65钢的摩擦螺柱焊可行性焊接工艺 田路, 高辉, 焦向东 2016, 50 (12):  1898-1901.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.017 Abstract ( 26 )   PDF (1416KB) ( 53 )   Save 影响管线钢摩擦螺柱焊焊接性能的主要焊接工艺参数包括主轴转速、进给速度、焊接压力.在参考其他摩擦焊研究方法的基础上,以X65钢为对象,利用实验室现有的摩擦焊设备,进行大量不同工艺参数组合下的焊接试验.通过对焊接接头的宏观形貌、金相、力学等性能的测试分析来评定接头质量,期望得出以X65钢为代表的管线钢摩擦螺柱焊的可行性焊接工艺,为实际生产提供指导. Related Articles | Metrics

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激光-氩弧焊电弧复合热源表面熔覆工艺及成形特征 顾玉芬, 苏艳文, 朱明, 曹驰, 魏玉斌 2016, 50 (12):  1902-1905.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.018 Abstract ( 37 )   PDF (830KB) ( 53 )   Save 为研究激光-氩弧焊(TIG)电弧复合热源表面熔覆工艺对熔覆层成形特征的影响,建立了激光电弧复合热源表面熔覆试验系统,分别采用大光斑半导体激光热源、激光与TIG复合热源在Q235母材上进行了Ni60合金粉末单道熔覆工艺试验,分析了激光功率、TIG电流对熔覆层高宽比、稀释率、浸润角等成形特征的影响.结果表明:随着激光功率或TIG电流的增加,熔覆层的熔宽、稀释率呈增加趋势,熔覆层的高宽比、浸润角减小.在复合热源熔覆过程中,引入电弧可以显著降低熔覆所需激光功率,可在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本;引入小电流TIG电弧,可以降低熔覆层边缘的温度梯度,改善熔覆过程中熔覆层的铺展效果. Related Articles | Metrics

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旁路耦合微束等离子弧增材制造 黄健康, 杨茂鸿, 李挺, 于永龙, 石圩, 樊丁 2016, 50 (12):  1906-1909.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.019 Abstract ( 28 )   PDF (1047KB) ( 51 )   Save 在分析旁路耦合电弧焊的基础上,提出了旁路耦合微束等离子弧焊(DE-MPAW)方法.该方法以微束等离子弧焊炬为主路,填充焊丝为旁路,通过可调电阻调节旁路电流大小.在不降低成形效率的基础上,减小成形件的热输入,从而有利于电弧增材制造.在此基础上开展了DE-MPAW焊接方法的初步研究.在DE-MPAW焊实验系统及测控的基础上,对比研究了不同旁路电流下DE-MPAW焊熔滴过渡情况;分析了母材热输入随旁路电流的变化规律,研究了焊缝成形的变化情况;初步开展了DE-MPAW增材制造单道多层的堆垛研究.结果表明:随着旁路电流的增大,其熔滴过渡频率、母材热输入、熔深都相应地减小,且DE-MPAW方法能够较好适用于增材制造. Related Articles | Metrics

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脉冲钨极气体保护焊熔池振荡频率激光视觉测量 石玗, 李春凯, 顾玉芬, 朱明, 樊丁 2016, 50 (12):  1910-1914.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.020 Abstract ( 25 )   PDF (1475KB) ( 53 )   Save 为检测连续焊接条件下熔池振荡频率,提出了一种激光视觉测量的熔池振荡检测方法,介绍了激光视觉测量的原理、搭建了试验平台.采集反映熔池表面振荡变化的图像,并进行了裁剪、中值滤波、顶帽变换、二值化处理;编写程序获取熔池振荡的时域信号,进一步通过快速傅里叶变换算法提取了熔池振荡频率.结果表明:该方法能够实现连续焊接条件下熔池振荡频率的检测;顶帽变换图像算法能将整幅图像背景亮度均匀化,为提取完整的激光条纹及熔池振荡频率奠定了基础. Related Articles | Metrics

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基于图像配准的焊区高动态范围成像信息融合 毕齐林, 蒋晓明, 刘晓光, 赫亮, 程滔波 2016, 50 (12):  1915-1920.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.021 Abstract ( 37 )   PDF (2152KB) ( 55 )   Save 针对集装箱波纹板等高速熔化极活性气体保护焊中熔池及其前区相连焊缝区域照度分布梯度较大,普通工业相机难以对其稳定、完整成像,进而在焊接过程中引导焊枪运动,在双靶面成像系统的基础上,进一步提出一种基于图像配准技术的熔池及其前区相连焊缝感兴趣特征精确、高效及鲁棒性成像信息融合方法.该方法先对获取的不同源图像进行预处理并分别提取感兴趣特征;然后,依据双靶面配准规则,将一成像靶面的成像特征映射到另一成像靶面的坐标系中;接着,基于数组运算对变换后的双靶面图像进行扩展,得到基准、图幅大小一致的图像;最后建立双靶面成像系统的并行融合算法,实现焊区非同源图像感兴趣信息的高效融合,为直视式焊缝跟踪过程中焊枪相对待装配焊缝中心线的实时偏离量的监测提供理论及技术支持. Related Articles | Metrics

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双弧脉冲惰性气体保护焊耦合电弧稳定性控制 卢立晖, 李凯强, 辛鹏, 石圩, 樊丁 2016, 50 (12):  1921-1924.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.022 Abstract ( 34 )   PDF (1428KB) ( 55 )   Save 针对双弧脉冲惰性气体保护焊(MIG)的特点和控制要求,提出了视觉反馈并控制主弧弧长来稳定整个耦合电弧的控制策略.在此基础上,搭建了基于xPC的双弧脉冲MIG焊实时控制系统,设计了主弧弧长视觉提取方案,并进行了基于视觉反馈的耦合电弧稳定性控制实验.结果表明,通过视觉传感并控制主弧弧长的稳定来保证整个耦合电弧稳定的控制策略是可行的,能够满足双弧脉冲MIG焊的控制要求,保证焊接过程的稳定进行,焊接效果良好. Related Articles | Metrics

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包装机真空盖结构优化与有限元分析 王艳虎, 陈希章, 黄磊, 徐淑文 2016, 50 (12):  1925-1928.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.023 Abstract ( 23 )   PDF (1472KB) ( 54 )   Save 针对真空包装机结构工作中易出现裂纹和变形问题,对真空盖进行了改进,采用新型加强筋结构.对改进前后的应力和变形进行了系统分析,结果表明:改进后的结构最大应力值在基本不改变数值的情况下转移到了非重要部位,而原有对角线最大应力范围从原来的100～200 MPa减小至50～110MPa,同时结构的变形大大减少,提高了产品精度和质量.相应分析结果进一步在生产中得到了验证. Related Articles | Metrics

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工程机械负载敏感型自动怠速系统 林添良, 黄伟平, 任好玲, 付胜杰, 陈其怀, 刘强 2016, 50 (12):  1929-1935.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.024 Abstract ( 27 )   PDF (1395KB) ( 55 )   Save 为提高工程机械的节能效果,针对纯电驱动工程机械提出了一种基于电动机调速和液压蓄能器的负载敏感型自动怠速控制系统,分析了新型自动怠速分段控制划分规则.考虑到系统节能效率和操控性能,充分利用液压蓄能器可以瞬时提供动力的特点,提出了具有负载压力适应的负载敏感型自动怠速分段控制策略,并基于所搭建的试验平台展开了系统操控性能和节能效率的试验研究.结果表明:所提出的新型自动怠速分段控制划分规则可行;取消自动怠速时的操控性能优于传统自动怠速控制;提出的系统的节能效率可以达到40％左右. Related Articles | Metrics

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机器人燃料电池混合动力系统优化控制 吕学勤, 马玉超, 刘文明 2016, 50 (12):  1936-1939.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.025 Abstract ( 32 )   PDF (872KB) ( 59 )   Save 建立了包括燃料电池、直流变换器、锂电池和负载等部件的燃料电池混合动力系统的数学模型.对燃料电池混合动力系统的能量管理策略进行设计与研究.对所提出的控制系统进行仿真后结果表明:燃料电池的优化控制策略可提高其耐久性,实现了系统功率的合理分配;蓄电池的荷电状态维持在预定区域;将可拓控制理论应用于变换器的控制中可以改善燃料电池混合驱动系统的动态响应特性,即改善直流电/直流电变换器对输出电流跟踪的鲁棒性及动态响应特性,使燃料电池混合能量系统更有效、安全地运行. Related Articles | Metrics

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城市关键基础设施系统关联异动脆弱性评估 王诗莹, 李向阳, 刘绍阁 2016, 50 (12):  1940-1944.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.12.026 Abstract ( 31 )   PDF (665KB) ( 55 )   Save 针对城市关键基础设施系统(Critical Infrastructure System,CIS)内部复杂的关联关系,提出一种以关联异动为驱动的脆弱性评估方法.选取地理关联和物理关联作为主要研究内容,分析关联异动产生机理.在复杂网络的视角下,以欧几里德距离衡量地理关联程度,以功能完整性函数和损失程度测量物理关联程度,将两者无纲量化后的值作为城市CIS最终脆弱值,反映系统当前状态.将该方法应用于S城市的CIS,给出算法具体评估过程和分析结果. Related Articles | Metrics