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应用气浮涡轮主轴的微小孔钻削试验研究
尹韶辉,张振,胡天,毛鹏程,陈逢军,张屹

2017 Vol.44(8) 1-7[摘要](13)

为验证气浮涡轮主轴的加工性能，并优化工艺条件来提高钻孔质量，应用小型气浮涡轮主轴在镁合金AZ31B板材上进行0.5 mm微小孔钻削试验.通过全因子试验设计，考察了转速和进给速度对微小孔出口处毛刺高度、入口处孔径偏差及圆度误差的影响，其中孔径偏差和圆度误差采用图像处理结合最小二乘法计算获得.对试验结果进行分析，并对工艺参数进行了综合优化.结果表明:空气主轴的加工性能良好，且当转速为20 000 r/min，进给速度为0.4 mm/s时，微小孔钻削的综合质量最好. [PDF]()()

微V形槽玻璃元件模压成形有限元应力分析
余剑武，李婵，尹韶辉，朱科军，易成

2017 Vol.44(8) 8-14[摘要](11)

针对微V形槽结构光学元件在模压后存在应力过大等问题，选取D-ZK3型低温光学玻璃，利用MSC.Marc软件建立了微V形槽的有限元仿真模型.采用5个单元的广义Maxwell模型来描述高温下D-ZK3玻璃的粘弹性特性，对V形槽结构在不同模压条件下的填充效果和应力分布进行了仿真研究分析.结果表明：V槽角度越大，填充效果越好，但最大应力也越大；模压速度增大将导致应力和模压力的增大；模压温度增大将导致最大应力的减小. [PDF]()()

基于Atkinson循环发动机的燃油消耗率优化方法对比研究
杨靖，薛川，刘凯敏，江武，张纯标，冯仁华

2017 Vol.44(8) 15-22[摘要](10)

针对利用GT-Power详细模型耦合遗传算法（方案1）优化Atkinson循环发动机燃油消耗率时，存在公认的不易收敛且计算缓慢的问题，提出了神经网络简化模型耦合遗传算法（方案2）进行全局优化并与方案1进行比对.方案1利用GT-Power搭建某Atkinson循环发动机详细仿真模型，应用Heywood公式建立爆震预测模型，并耦合遗传算法对Atkinson循环发动机燃油消耗率进行优化；方案2则利用拉丁超立方算法采集4 500个实验点，将GT-Power详细模型及爆震模型简化为神经网络模型，通过简化模型耦合遗传算法进行优化.研究结果表明：利用方案2可以将Atkinson循环发动机的实际燃油消耗率最多降低4.6%，且仿真优化结果相对实际优化结果的最大误差率仅为7.3%，同时相对于方案1仿真优化时间最大可节省322倍.因此，采用方案2替代方案1用于Atkinson循环发动机燃油消耗率的快速全局优化是切实可行的方法. [PDF]()()

小型车用压气机气动噪声分析
龚金科，朱咸磊，刘冠麟，黄守辉，杨迪

2017 Vol.44(8) 23-28[摘要](10)

以车用压气机为研究对象，基于CFD稳态的RANS方程湍流模拟计算压气机的流场特性和宽频噪声，结果表明叶轮区域是压气机的主要噪声源.基于大涡模拟（LES）和Ffowcs-Williams & Hawkings（FW-H）方程的声比拟方法，以压气机叶轮为声源对压气机离散噪声进行预测分析.结果表明该压气机主要噪声源在叶轮区域.以压气机叶轮为声源进行仿真计算所得声压与实验值大体趋势相同，仿真值比实验值略高，误差在10%以内，表明该仿真计算方法可行，对进一步研究压气机噪声控制具有参考价值. [PDF]()()

基于带约束前沿推进的四边形网格生成方法
汪攀，张见明，韩磊，鞠传明，池宝涛

2017 Vol.44(8) 29-34[摘要](9)

针对当前各种Q-Morph算法在生成四边形网格的过程中容易产生残余三角形这一缺陷，提出了一种带约束的前沿推进算法.该方法是一种基于前沿推进思想的Q-Morph算法，由当前前沿生成两条侧边和一条顶边，并删除其内部的三角形，从而将三角形网格合并生成一个四边形网格，并在前沿推进的过程中加入了约束条件，从而可以有效地避免残余三角形的产生，提高了算法的效率和最终生成网格的质量.数值实验表明，该算法能够全自动生成质量较好的四边形网格. [PDF]()()

考虑切换时间的机器人装配线平衡优化方法
周炳海，康雪云

2017 Vol.44(8) 35-42[摘要](10)

考虑装配过程中的切换时间，以装配线的工位节拍最小为优化目标，建立了机器人装配线平衡问题的数学模型.在此基础上，将自适应策略引入模拟退火遗传算法框架中，构建了自适应模拟退火遗传算法.以轿车制造车身车间左前门内板总成的焊接装配为例，分别对比了标准遗传算法、模拟退火遗传算法及自适应模拟退火遗传算法在解决该问题方面的性能，结果表明自适应模拟退火遗传算法在解的性能和算法收敛性两个方面表现出了较大的优势. [PDF]()()

汽车椅面倾角对驾驶员乘坐舒适性的影响分析
高振海,高菲,沈传亮,程悦

2017 Vol.44(8) 43-49[摘要](12)

考虑到车用座椅椅面倾角变化对驾驶员乘坐舒适性的影响，开展了不同身材驾驶员在不同椅面倾角下的人体骨肌力学特性的仿真分析与实验测试.首先基于人体骨肌力学软件分别建立了第5，50，95百分位中国男性驾驶员在驾驶姿态下的骨肌力学模型；然后通过椅面倾角参数动态调整并结合相关性分析方法，描述了驾驶员下肢腿部不同肌肉的受力情况和激活程度；最后开展了真实驾驶员下肢肌肉肌电测试.结果表明，当座椅椅面倾角增大时，驾驶员的臀大肌、髂腰肌、半腱肌、股直肌、缝匠肌、腓肠肌、胫骨前肌肌肉激活程度较大，10°～16°为椅面倾角的理想变化区间. [PDF]()()

基于初值优化的自适应最稀疏时频分析方法
彭延峰，刘贞涛，程军圣，杨宇，刘燕飞

2017 Vol.44(8) 50-56[摘要](10)

自适应最稀疏时频分析（adaptive and sparsest time-frequency analysis，ASTFA）是一种新的时频分析方法，该方法需要事先确定较为准确的初始值，缺乏自适应性.针对ASTFA存在的问题，提出了基于初值优化的ASTFA方法.该方法使用残余量的能量作为优化目标函数，使用不同的初始值对信号进行分解，当残余量的能量最小时，则认为该初始值为最优初始值.因此，该方法能够自适应地寻找最优的初始值，增加了ASTFA方法的自适应性.采用仿真信号将该方法与原ASTFA方法进行对比，结果表明该方法能自适应地得到更准确的分解结果.对仿真信号和滚动轴承故障数据进行分析，结果表明ASTFA在抑制端点效应和模态混淆、抗噪声性能、提高分量的准确性等方面要优于经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD），并能有效应用于滚动轴承故障诊断. [PDF]()()

智能减压阀压力相关性研究和膜片尺寸优化
童成彪，周志雄

2017 Vol.44(8) 57-62[摘要](9)

智能自力式减压阀（简称智能减压阀）的膜片尺寸对控制部分的密封性能会产生重要影响，进而影响阀门的压力波动范围、寿命、功耗等性能参数.本文提出了一种智能减压阀膜片尺寸优化设计方法，即依据力平衡方程建立智能减压阀压力相关性的理论模型，通过流动实验和实时采样获取原始数据，以此为基础进行回归分析建立实际数学模型，采用有约束条件的最小值优化模型对膜片尺寸进行优化.优化结果表明：采用优化后的膜片尺寸，压差和减少了30%,最大压差极值减少了7.7%,最小压差极值减少了39.6%.这对有效降低控制系统漏率起到了有益的作用. [PDF]()()

X形柔性铰链等效刚度分析及结构特性研究
邱丽芳,王栋,印思琪,杨德斌

2017 Vol.44(8) 63-69[摘要](10)

基于抗压双片段柔性铰链，设计了4片段X形柔性铰链，并对其结构特性进行了研究.X形柔性铰链中的主要变形片段为弯扭耦合片段，分别运用微分法和基于抗压双片段柔性铰链等效刚度算法分析了其弯扭耦合等效刚度，推导出了X形柔性铰链的等效刚度理论计算公式.设计了几组不同尺寸的X形柔性铰链实例，分别利用2种方法对这些实例进行了计算，并在ABAQUS软件中进行了仿真分析，3种分析方法结果表明了理论计算公式和仿真模型的正确性.最后，通过对不同尺寸的X形柔性铰链结构特性的分析，得到了铰链设计时应该尽量避免的结构参数范围. [PDF]()()

电子节气门的非奇异快速终端滑模控制
孟志强，喻文，陈燕东，高信，严国鹏

2017 Vol.44(8) 70-76[摘要](9)

为了提高汽车电子节气门开度控制的响应速度和精确度，研究与设计了一种非奇异快速终端滑模控制策略.建立了电子节气门控制系统的非线性数学模型；利用节气门阀片实际开度与期望开度的误差及误差的导数设计非奇异快速终端滑模面和终端吸引子，使用扩张状态观测器估计开度的一阶导数，设计了不存在奇异控制量且收敛快速的节气门非奇异快速终端滑模控制器，证明了这种控制器的李雅普若夫稳定性；对4种参考输入信号使用非奇异快速终端滑模控制和普通滑模控制在MATLAB/simulink 中进行了仿真.仿真结果表明，相比于普通滑模控制方法，非奇异快速终端滑模控制方法具有更短的调节时间和更小的跟踪误差，在4种参考输入信号的作用下，普通滑模控制器需要1 s甚至1.2 s的时间才可基本实现跟踪，且跟踪误差较大，而非奇异快速终端滑模控制器可确保电子节气门开度在0.1 s实现对参考信号的跟踪，且跟踪误差的绝对值小于0.2°，同时冲击扰动信号作用下的仿真结果表明非奇异快速终端滑模控制器具有较好的鲁棒性. [PDF]()()

一种用于抑制混合动力电驱系统母线电压泵升的前馈补偿控制策略
刘建林，施大发，王辉，罗德荣

2017 Vol.44(8) 77-83[摘要](10)

在应用于工程装备的混合动力交直交电驱系统中，永磁同步电机在进行再生制动时往往回馈过量的电功率至直流母线上，容易引起直流母线电压泵升，影响发动/发电机组的运行性能.为解决该问题，从电机制动时逆变器和储能系统双向DC/DC占空比匹配不一致的角度分析母线电压泵升的原因,在此基础上提出了一种在传统逆变器双闭环矢量控制的转速外环上添加前馈补偿的控制策略，通过将直流母线电压与其参考值的误差进行比例-微分调节，并利用其输出的补偿量作为下垂因子作用于q轴电流给定值上，减小电机制动阶段的转矩电流和逆变器的占空比，限制电机回馈的电功率.仿真结果表明，该控制策略能有效改善混合动力电驱系统电机制动阶段母线电压泵升的问题，能较好地保护母线电气安全. [PDF]()()

多层圆柱形磁屏体磁屏蔽特性研究
张晚英，施乐，张杰峰，刘东辉，申鸿哲，胡雪峰

2017 Vol.44(8) 84-90[摘要](11)

根据高磁导率铁材料和高电导率材料的电磁屏蔽特性，将铜绕组缠绕在铁芯上，圆柱形屏蔽体壳放入由铜绕组产生的均匀磁场中，利用三维有限元法对圆柱形屏蔽体壳的磁屏蔽特性进行了研究.分析磁屏蔽体厚度、屏蔽体的层数和激励频率对磁屏蔽效能的影响，以解决采用高磁导率材料和高电导率材料等不同磁屏蔽材料磁屏蔽体的最佳磁屏蔽方案问题.探索提高磁屏蔽效率的新技术，对电磁兼容问题的解决具有重要理论和实际意义. [PDF]()()

电导率连续变化大地电磁无网格法数值模拟
黄廷哲，嵇艳鞠，黄婉玉，关珊珊，姜曜

2017 Vol.44(8) 91-99[摘要](12)

针对地下空间目标体多为电性参数连续变化且分布形态复杂等特点，结合无网格法物性参数加载方便、计算精度较高、自适应分析便利等优势，基于径向基函数构造了连续导电模型下的形函数，推导了等价线性方程组，进行了电导率连续变化的二维大地电磁数值模拟，给出了形状参数最优值.通过电导率连续变化的水平层状模型验证了算法的正确性，计算结果均方根相对误差不超过0.36%，精度优于有限元法.讨论了电导率连续变化的水平模型与均匀分块模型的电磁响应差异，对连续变化的地堑模型和不同倾斜角度下油藏注水模型进行了数值模拟.研究表明：连续变化模型和均匀分块模型差异明显，在实际反演解释中采用连续变化模型有利于提高反演的精度；TM模式的观测方式对于异常体的倾斜分布具有更好的分辨能力；无网格法避免了复杂的模型输入和网格的生成，更适合计算电性参数连续变化和复杂分布的异常体响应，将成为复杂电性和分布形态下电磁探测高精度数值模拟新方法. [PDF]()()

近地表电磁探测发射系统控制技术
周逢道，连士博，徐飞，黄维宁，孙彩堂

2017 Vol.44(8) 100-105[摘要](10)

结合近地表频率域电磁探测发射系统特点，引入均值电流和电压双环反馈.设计以DSP(Digital Signal Processor，DSP)为平台的数字双环反馈控制系统.构建电路z域反馈补偿模型，使系统稳定运行.实现低频时稳流、高频时稳压，减小了发射天线负载电流幅值的变化范围，降低了对发射天线参数设计的要求，避免天线高频时电流大幅度衰减引起的发射矩不足，以及低频时电流过大导致的发射电流不稳定的问题，同时对电路起保护作用.通过仿真对比引入并联双环反馈后高低频输出电流变化量为开环时输出电流变化量的8.5%.实测结果达到了设计目的，为近地表电磁探测发射系统的改进提供参考. [PDF]()()

基于PSO优化算法的模糊PID励磁控制器设计
王镇道，张乐，彭子舜

2017 Vol.44(8) 106-111[摘要](9)

针对优化发电机励磁控制器控制问题，研究模糊理论及人工智能控制方法，建立数学模型分析励磁控制器，找到将粒子群算法与模糊PID相整合的励磁控制途径，并设计了适用于低压水轮发电机的励磁控制器.粒子群优化算法优化控制系统的初始参数，模糊PID完成对系统的动态控制.仿真结果表明，改进的控制器算法相比传统PID控制和模糊控制PID，响应速度较快（上升时间少于1 s），超调量小（超调量少于5%）.能够满足控制器快速、准确和稳定的要求，是一种先进的控制方法. [PDF]()()

应用于眼压信号检测的低噪声前置放大器设计
曾健平，樊明，陈铖颖，张锋

2017 Vol.44(8) 112-116[摘要](14)

基于SMIC 180 nm CMOS工艺，设计并实现了一款应用于眼压信号检测系统的低噪声前置放大器.该放大器使用二极管连接的MOS管实现GΩ级别的大电阻，在反馈回路中该伪电阻与反馈电容并联在低频段产生高通截止点以抑制直流失调电压和低频噪声，达到较好的噪声性能.后仿真结果显示：低噪声前置放大器的直流增益为40 dB,有效带宽从0.25 Hz到46 kHz，在低频频率100 Hz处的等效输入噪声为197.3 nVrms，采用1.8 V的电压供电，核心电路功耗为32.4 μW，芯片面积为0.75 mm×0.62 mm. [PDF]()()

接触电阻计算新方法
王刚，杜志叶

2017 Vol.44(8) 117-123[摘要](10)

运用模糊系统对接触电阻进行建模.首先通过全因子法进行试验，得到足量试验数据，从试验数据中选出一部分能代表整个样本空间特征的数据作为训练数据训练模糊系统，剩下的作为测试数据对模糊系统进行测试，检测系统可靠性.然后在分析基本遗传算法与递推最小二乘算法特点的基础上，将二者结合形成混合算法，混合算法是在基本遗传算法之后进行递推最小二乘算法的运算.通过训练数据分别利用递推最小二乘算法、基本遗传算法、混合算法训练模糊系统，混合算法的收敛效果优于其他2种方法.通过训练数据建立基于回归分析的接触电阻模型.利用测试数据对各模型进行测试，并比较测试结果，混合算法训练模糊系统所得模型的测试效果是各模型中最好的.测试和比较结果说明若能得到足量训练数据，用混合算法训练模糊系统的方法对接触电阻进行建模是可行的. [PDF]()()

低功耗双带隙结构的CMOS带隙基准源
肖璟博，陈敏，张成彬，刘云超，陈杰

2017 Vol.44(8) 124-130[摘要](10)

随着片上系统的发展，带隙基准源精度和功耗的要求也越来越高.目前的高阶温度补偿方法在工艺兼容、设计复杂度和功耗上还存在一定的局限性.本文推导了一个新颖的电流模带隙基准电路在饱和区工作时的温度特性，并结合双带隙结构在输出支路上采用电流比例相减的方式实现有效的曲率补偿，从而实现了一个新颖的双带隙结构CMOS带隙基准源.在GSMC 0.18 μm工艺下，设计的CMOS带隙基准源版图面积为0.066 mm2.蒙特卡罗后仿真的结果表明，在-40～125 ℃温度范围内平均温度系数为14.27 ppm/℃；在27 ℃时基准电压平均值为1.201 V，标准偏差变化仅为33.813 mV(2.82%)；在3.3 V工作电压下，静态电流平均为9.865 μA，电源抑制为-37.21 dB.本文设计的带隙基准源具有高精度、低功耗、结构简单的特点，是片上系统的良好选择. [PDF]()()

一种结合高精度TDC的快速全数字锁相环
姚亚峰，孙金傲，霍兴华，刘建

2017 Vol.44(8) 131-136[摘要](9)

针对传统全数字锁相环锁相周期长、时间数字转换电路量化误差较大等问题，提出了一种在高分辨率时间数字转换器的基础上能够快速锁相的全数字锁相环.本设计提出的相调模块将量化的相位差还原成时间序列，并在状态机的控制下加入到重构信号中，从而能够在检测到相位差之后的最多两个输入参考时钟周期内使相位一次性对齐，锁相时间控制在0.72 μs之内；设计的上升沿检测电路能够在重构与参考信号同频时，准确地检测两者上升沿是否同时到来并给出相应的使能信号，从而在锁相时关闭时间数字转换电路，大大降低了电路的功耗；优化了多时钟多相位的时间数字转换器粗量化的计算方法，提高了粗量化速度，增大了计数器位宽，扩大了测量范围，并且量化误差控制在0.25 ns之内.最后完成了整体设计的RTL级建模及仿真，结果证明，该全数字锁相环具有锁相速度快、量化精度高、稳定性好、功耗低、输出频率便于调整等特点. [PDF]()()

沃尔什哈达玛变换域的无参考图像质量评价
侯春萍，刘月，岳广辉，冯丹丹，马彤彤

2017 Vol.44(8) 137-144[摘要](9)

图像失真会改变图像低频成份和图像高频成份的统计信息，基于这种特性，提出了一种新颖的无参考混合失真图像质量评价方法.首先对图像进行局部沃尔什哈达玛变换，将空域图像转换为局部沃尔什哈达玛变换图；然后在局部沃尔什哈达玛变换图上进行特征提取，即分别提取反映图像低频成份的零列率项和反映图像高频成份的非零列率项的旋转不变局部二值模式统计特征；最后利用支持向量回归网络训练特征，获得特征到质量分数的映射关系模型.在两个混合失真数据库（MLIVE数据库和MDID2013数据库）上对所提出的算法进行性能验证，实验结果表明，提出的算法具有很好的主客观评价一致性，性能优于目前现有较优秀的全参考图像质量评价算法和无参考图像质量评价算法. [PDF]()()

面向群智感知车联网的异常数据检测算法
徐艺文，徐宁彬，庄重文，陈忠辉

2017 Vol.44(8) 145-151[摘要](8)

群智感知车联网利用普通用户的手机或平板电脑等智能终端获得交通数据，解决了车联网以低成本获取足够数据的问题，但却凸显了数据“质”的问题.为此，在分析群智感知车联网的数据结构及数据异常特点的基础上，提出一种适用于群智感知车联网的异常数据检测算法，并依此剔除异常数据，提高数据质量.算法利用核密度估计理论对车联网数据的概率密度进行估计，进而构建信任函数计算被检数据的信任度，后根据统计学理论将信任度小于0的数据判定为异常数据.最后对该算法的可行性及性能进行了仿真，结果表明该算法的性能可满足实用需求，且对比传统的统计检测法在检测率和误检率上具有更好的性能. [PDF]()()

基于柯西矩阵的最小带宽再生码研究
宋海龙，王伟平，肖亚龙

2017 Vol.44(8) 152-160[摘要](10)

节点的失效在大规模分布式存储系统中是常见现象.为防止数据的丢失，系统必须解决失效节点的自修复问题.利用再生码可以在无需下载整个源文件的情况下即可恢复出失效节点的数据，从而能有效节省修复带宽.本文利用柯西矩阵作为编码矩阵，构造了一种精确修复最小带宽再生码（ER-MBR），可以精确修复失效节点，并通过实例演示了在有限域上进行编码解码及节点修复的过程.理论分析和仿真实验都表明利用柯西矩阵作为编码矩阵，其算法的运算效率优于利用范德蒙矩阵或者随机矩阵. [PDF]()()