摘要:针对风电并网问题，综合考虑并网发电误差、时段功率波动和电池荷电状态，提出了一种电池储能补偿发电计划曲线误差及平抑风功率波动的多目标优化控制策略.首先，通过分析风储联合发电特性，建立包含多项考核指标的评价体系，并构建电池储能系统输出功率的多目标优化控制模型；然后，结合NSGA-Ⅱ智能优化算法及模糊综合评价方法对多目标优化控制模型进行求解和决策，实时优化电池储能系统的输出功率指令；最后，基于某风电站的实测发电数据进行对比仿真，验证所提出的多目标优化控制策略能够在有效提高跟踪发电计划曲线的能力、降低风功率频繁波动的前提下，通过优化电池储能系统有功出力及荷电状态来延长储能电池的使用寿命.

摘要:为了解决现代城市智慧照明线路用电设备日益复杂造成的照明能耗监测难题，基于LoRa物联网技术设计城市道路照明能耗与窃电监测系统.系统是由具备LoRa无线通信功能的集中控制器、LED照明灯具和其他用电设备组成的LoRa无线通信网络；集中控制器为系统主机，LED照明灯具和其他用电设备为监控节点.提出了一种两步无线通信、分时同步采集所有监测节点电力数据，由集中控制器实现照明线路照明功率与能耗计算，判别窃电行为的实时照明能耗与窃电监测策略.介绍了集中控制器的硬件模块设计，详细给出了策略的软件实现方法，包括集中控制器程序设计和LED灯具驱动电源程序修改.照明能耗与窃电监测系统测试平台的实验结果验证了系统能有效实现无线照明能耗同步采集与窃电监测功能，可更好地满足城市路灯智能化管控的要求.

摘要:为抑制大风环境下兰新高铁接触网正馈线强烈舞动及线间放电现象，基于接触网结构和正馈线舞动特点提出一种新型绝缘防舞装置，其绝缘保护套可提高线间绝缘裕度，扰流段可改变导线整体气动特性.通过仿真分析了不同风速下安装防舞装置前后正馈线气动特性和舞动响应，研究不同覆盖率、扰流段高度和绝缘保护套厚度参数影响下装置的防舞效果，最后分析了新型绝缘防舞装置的电场特性.结果表明：安装新型绝缘防舞装置可以抑制导线舞动且防舞装置覆盖率越高，防舞效果越显著.安装四段防舞装置后导线垂向和横向舞动幅值最高分别下降57.76%和54.68%.装置的扰流段高度为75%绝缘保护套外径且护套厚度为3 mm时防舞效果更明显.装置安装后正馈线表面最高场强下降52.96%，距正馈线4 mm圆周平均场强下降36.71%.研究成果可为兰新高铁大风区段接触网正馈线及其他架空输电导线舞动提供合理有效的防舞方案.

摘要:为了更好地获取电池储能系统当前的运行状态，提出了基于神经网络融合的电池储能系统SOC估计方法.首先，对比分析了前馈（BP）、门控循环单元（GRU）和长短时记忆（LSTM）神经网络算法的优劣，BP计算时间较短，LSTM对时序数据估计精度较高；然后，利用KL散度、皮尔逊相关系数和灰色关联度分析了不同输入参量和SOC的相关程度，并和LSTM估计结果相比对，筛选出对电池储能系统SOC影响较大的特征参量；最后，应用经验模态分解算法将SOC数据分解为多个分量，利用样本熵将分量聚合为高低两个频段，进而应用BP、LSTM神经网络算法分频段估计，和单一策略相比，该方法在提高SOC估计精度的同时，减少了计算时间.

摘要:针对单电感双输出Buck-Boost变换器两输出支路va和vb间存在交叉影响，暂态性能差等问题，提出一种基于级联扩张状态观测器（CESO）的自抗扰控制（ADRC）策略.首先，根据ADRC理论将主路和支路分别拟合为相互独立的系统，减少支路间的交叉影响；其次，设计CESO对系统总扰动进行估计，消除因传统扩张状态观测器不完全估计而造成的观测残差，并利用CESO对电路传感器高频噪声的抑制作用，进一步提高观测值的估计精度；然后，将观测值作用于ADRC的状态误差反馈控制率，以提高系统的暂态性能；最后，利用Lyapunov理论证明了控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明：本文所提控制策略有效减小了两输出支路va和vb间的交叉影响，同时提高了系统的暂态性能.

摘要:为了提高锂电池荷电状态（SOC）估计精度，在容积卡尔曼滤波（CKF）算法中引入误差补偿机制，提出一种核极限学习机（KELM）和CKF相融合的估计方法.通过递归最小二乘法（RLS）动态跟踪等效电路模型的参数，由CKF算法得到SOC的初步估计值；以锂电池的工作电压、电流、CKF算法的残差均值和方差作为输入，初步估计值与真实值的偏差作为输出，采用KELM算法，在联邦城市驾驶工况（FUDS）下进行训练，得到CKF算法估计误差的预测模型；利用KELM预测模型的回归预测能力对初步估计值进行误差补偿，从而达到降低估计误差的目的.为了验证所提方法的有效性和先进性，采用Arbin电池测试平台的实验数据进行仿真分析，结果表明在多种工况下所提方法均具有更高的估计精度、更强的泛化性和鲁棒性.

摘要:针对滑模观测器中观测值存在脉动误差及由前级低通滤波器带来的相位滞后，提出一种基于单相锁相环无相移同步旋转滤波结构.首先，基于电机数学模型建立滑模观测器，分析传统同步旋转滤波器产生相位滞后的原因；其次，省去前级低通滤波器，经过dq变换滤除反电动势中的高次谐波与抖振，采用旋转坐标系下的单相锁相环计算转子位置和转速；最后，搭建Matlab/Simulink仿真模型，建立永磁同步电机无位置传感器矢量控制实验平台，对传统同步旋转滤波器和基于单相锁相环无相移旋转滤波器分别进行性能比较.仿真和实验结果表明所提方法相较于传统同步旋转滤波结构，跟踪性能更好，观测精度更高.

摘要:电网发生不对称故障会造成公共连接电压（Point of Common Coupling，PCC）跌落、储能变流器（Power Conversion System，PCS）输出电流幅值增大等不利影响，严重时可能引起PCS切机.针对上述问题，提出了一种不对称故障下的PCC电压动态支撑策略.首先，分析了不对称故障下PCS的运行特性，得到了电压支撑方程；然后，根据并网标准划分了故障穿越运行区域，基于电压支撑方程和故障穿越运行区域设计了PCC电压动态支撑方案；同时对PCS输出电流幅值进行限制，在保证电压支撑效果和容量充足的情况下，进一步对负序电压进行抑制；最后，在Matlab/Simulink中验证了所提策略的有效性.

摘要:为满足高性能射频前端接收部分对高线性度的需求，基于SiGe BiCMOS工艺设计并实现了一款工作在2.4 GHz频段的高线性度低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）.该放大器采用Cascode结构在增益与噪声之间取得平衡，在Cascode结构输入和输出间并联反馈电容，实现输入端噪声与增益的同时匹配.设计了一种改进的动态偏置有源电流镜以提升输入 1 dB压缩点及输入三阶交调点的线性度指标.为满足应用需求，LNA与射频开关及电源模块集成组成低噪声射频前端接收芯片进行流片加工测试.测试结果表明：在工作频率2.4 ~2.5 GHz内，整个接收芯片增益为14.6 ~15.2 dB，S11、S22<-9.8 dB，NF<2.1 dB，2.45 GHz输入1 dB压缩点为-2.7 dBm，输入三阶交调点为+12 dBm.芯片面积为1.23 mm×0.91 mm.该测试结果与仿真结果表现出较好的一致性，所设计的LNA展现出了较好的线性度表现.

摘要:针对雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode， APD）雪崩前后电流数量级相差大、I-V特性曲线变化剧烈的特点，在对I-V特性数据进行对数化、归一化预处理的基础上，采用浅层神经网络完成I-V函数拟合，并进一步优化神经网络结构以提升模型准确性. 在此基础上，使用Verilog-A硬件描述语言实现APD的SPICE模型，并应用Cadence软件设计电路验证模型的有效性和准确性，引入相对误差评估模型的准确度.结果表明：优化后的神经网络学习的I-V特性函数与TCAD仿真数据的均方误差损失为2.544×10-7，SPICE模型验证电路采样数据与TCAD仿真数据的最大相对误差为3.448%，平均相对误差为0.630%，构建SPICE模型用时约50 h，实现了高精度、高效率的器件SPICE模型构建，对新型APD的设计与应用具有重要指导意义.

摘要:针对一类具有非对称时变输出约束和输入时延的不确定非线性系统， 提出有限时间反步控制策略. 首先， 设计新型非线性变换函数将约束系统转化为无约束系统， 解决非对称时变输出约束问题； 其次， 为了处理反步控制的“计算爆炸”问题， 构造新型的有限时间滤波器， 且通过误差补偿机制消除滤波误差， 采用Pade近似法和中间变量补偿输入时延对控制系统的影响；再次， 根据Lyapunov理论证明闭环系统的实际有限时间稳定性， 且输出不会违反约束； 最后， 通过滤波器的对比仿真和机械臂系统的仿真验证新型滤波器和有限时间控制策略的有效性.

摘要:在采用虚拟空间矢量调制策略的二极管钳位型三电平变换器中，参考矢量经过的小三角形区域多，电压畸变率高，且虚拟中矢量幅值无法随着调制比的变化而调节电压畸变率.针对该问题，提出了一种减小线电压谐波畸变率的基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略.首先分析了传统虚拟空间矢量调制策略的小三角形区域划分方法，指出其参考矢量经过的小三角形区域多，电压畸变率高；然后提出了一种基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略，该策略在虚拟中矢量幅值与传统中矢量幅值的比值等于调制比时线电压总谐波畸变率取得的最小值；最后在Matlab/Simulink平台上验证了所提虚拟空间矢量调制策略，仿真结果证明所提出的调制策略简单、正确、有效.

摘要:利用无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）参与灭火是解决城市高层建筑消防问题的一种有效手段.针对无人机云台运动的控制问题，提出一种基于约束跟随理论的云台水枪喷嘴跟踪控制策略.根据高层建筑实际灭火需求，设计了云台水枪喷嘴两自由度驱动结构，采用Denavit-Hartenberg（D-H）方法对云台系统进行建模并由此完成云台运动学方程的建立.根据拉格朗日方程构建云台无约束动力学模型，把云台水枪喷嘴的期望轨迹作为约束，在不引入诸如拉格朗日乘数等任何变量或伪变量的情况下，基于Udwadia-Kalaba方程得到可以满足约束跟随需要的驱动转矩解析式，实现状态连续反馈控制，以达到水枪喷嘴轨迹跟踪的目的.为了减小跟踪误差，采用 Baumgarte 约束违约法进行稳定性处理，并在MATLAB/Simulink环境下对其轨迹跟踪控制进行仿真. 搭建以数字信号处理器（Digital Signal Processor， DSP）为控制核心的实验平台进行轨迹跟踪控制实验.仿真和实验结果表明，基于约束跟随理论的轨迹跟踪控制算法能够有效地完成跟踪任务并实现对期望轨迹的高精度跟踪.

摘要:目前关于栓接结合部动力学特性的非线性建模研究忽略了栓接处有效接触区域的影响，所建立的等效模型与结合部实际装配特征存在较明显的偏差.对此，提出一种考虑局域接触特征的栓接结合部动力学建模方法.引入柱状正交非线性虚拟材料模型表征结合面在外载荷作用下表现出的柔性结合特征；通过建立虚拟材料微单元应力应变分析模型，基于最小势能原理和吉村允孝法，理论推导虚拟材料的物理参数计算方程；基于深度神经网络（Deep Neural Network， DNN）建立栓接结合部接触区域的几何参数预测模型，实现栓接结合部不同接触状态与接触特性区域直径的非线性映射，最终建立具有结合部实际装配特征的栓接结合部动力学模型.以自由边界状态下的螺栓组连接钢板试件为实验测试对象，采用上述方法建立有限元仿真模型，将模态仿真与实验测试的结果进行对比，验证了模型的有效性和准确性.与未考虑局域接触特征的虚拟材料建模方法对比表明，该方法建立的模型在均方根误差（Root Mean Square Error， RMSE）综合评价指标上有明显提升.

摘要:基于导重法构建了惯性载荷作用下的多材料结构拓扑优化数学模型，在体积约束下使得其结构柔度最小.将多材料拓扑优化问题分解为一系列单材料拓扑优化问题，采用材料属性有理近似模型（Rational Approximation of Material Properties，RAMP）来表达密度与弹性模量间假定的非线性函数关系，利用导重法建立惯性载荷下设计变量的迭代表达式并通过数值算例验证导重法在考虑惯性载荷作用下多材料结构拓扑优化的有效性.算例结果表明：RAMP插值方法相比其他常用插值模型得到的拓扑构型更清晰，灰度单元更少，在算例1的对比中结构柔度最高降低了35.2%.受惯性载荷影响越大的设计区域其分布的材料弹性模量越大，且高模量密度比能够显著提升结构刚度.

摘要:针对干气密封微米级开槽深度和粗糙度控制难的问题，提出相应评价方法，建立加工深度和粗糙度模型，并通过数值模拟系统地研究了激光填充间距S、光斑直径ds与开槽深度ha、粗糙度Ras之间的关系.结果表明：开槽深度和粗糙度均随填充间距的增大而减小，当填充间距S<7 μm时填充间距对槽深和粗糙度的影响十分显著；光斑直径对开槽深度的影响基本可以忽略，粗糙度随光斑直径的增大呈先缓慢增大后迅速升高的趋势，临界值也位于ds=7 μm 左右.实验结果对数值计算中槽深的分析结果支持度较好，与粗糙度的分析结果略有出入.进一步采用TOPSIS综合评价方法优选出最佳工艺参数范围：考虑加工效率时，最佳参数区间为 8 μm ≤ S ≤ 15 μm，9 μm ≤ ds ≤15 μm；不考虑加工效率时，最佳参数区间为5 μm ≤ S ≤ 10 μm，5 μm ≤ ds ≤ 15 μm.研究结果对进一步提高干气密封微米级槽深的加工效率、精密度有一定指导意义.

摘要:为改善列车底部流场结构，进一步减低高速列车的气动阻力，基于底部导流的思想，设计了一种列车底部转向架舱前后位置布置、截面为三角形的导流板并开展其气动减阻特性研究.以300 km/h的速度明线运行的三车编组CRH380B型高速列车为研究对象，采用Realizable k-ε湍流模型，对4种典型的导流板安装位置进行探讨，并选择减阻效果最好的导流板安装位置，分别探究了5种角度和5种高度的不同组合下的导流板减阻特性差异，对比了安装导流板前后车体、转向架以及转向架舱上的阻力变化情况、压力分布变化情况以及转向架区域的流场结构变化情况.结果表明：仅在各转向架舱前双向开行的来流方向安装导流板时的减阻效果最佳；安装导流板后，车体、转向架舱上的气动阻力虽有所增加，但转向架上的阻力明显减少，转向架区域流速降低，前后压差减小，底部流场显著改善.同时发现，15°、100 mm组合的导流板减阻效果最佳，三车减阻率达7.08%.数值仿真证明了底部导流板能有效减小列车运行阻力.

摘要:多槽凹小圆弧成形砂轮难以高精度、高效率修整的问题严重限制了其在精密磨削的应用.本文阐述了成形电极电火花修整凹小圆弧成形砂轮的原理，通过单因素试验研究设计出最佳加工参数组合，利用高精度车刀装置修整了紫铜电极车成砂轮对应的V形槽轮廓形状后进行逐级减能的电火花修整多槽凹小圆弧成形砂轮研究，完成了2 500#粒度和1 000#粒度成形金刚石砂轮修整验证，并磨削了石墨片试件进行检测.试验结果表明该方法在较高效率下控制了砂轮表面质量与轮廓精度，具有一定指导作用.

摘要:车载多线激光雷达与GNSS/IMU系统间的数据融合可以提高智能驾驶定位系统的精度，两传感器间外部参数的标定是完成数据融合的前提.针对车辆传感器间外部参数手动测量困难、标定自动化程度低的问题，提出了一种不依赖标志物的自动标定方法，首先构建线、面两类特征点云地图并采用闭环约束减小累积误差，对两类点云地图分别提取面特征体素和线特征聚类，并将每一激光帧中的激光点与面特征体素和线特征聚类进行关联，结合基于运动标定的约束，构建最小二乘问题优化求解外部参数，最后通过实车实验验证了所提出算法的有效性和鲁棒性.

摘要:随着机械系统复杂程度及运行可靠性要求的逐渐提高，电磁式磨粒在线监测传感器被广泛研究并逐步应用于机械设备磨损状态监测领域.针对润滑油液中金属磨损颗粒运动速度的随机性导致电磁式磨损颗粒检测传感器检测结果一致性差的问题，建立了交变磁场中金属球体磨损颗粒磁特性模型，研究磨损颗粒局部磁感应强度分布规律以及磁能扰动计算方法；同时提出并实验测得了非铁磁性磨损颗粒的磁能损耗系数，进而对传感器输出的颗粒信号进行补偿.实验表明该方法可以消除磨损颗粒运动速度对传感器输出信号幅值的影响，极大地提高传感器对非铁磁性磨损颗粒检测结果的一致性.

摘要:基于一阶剪切变形理论，研究了热环境下弹性地基上多孔功能梯度材料（Functionally Graded Materials，FGM）圆板的自由振动特性.首先，考虑含孔隙的Voigt修正混合幂律模型，并给出统一温度场描述材料受温度依赖，利用Hamilton原理，推导热环境下弹性地基上多孔FGM圆板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化；然后，应用微分变换法对无量纲控制微分方程和边界条件进行变换，得到计算无量纲固有频率和临界温升值的代数特征方程.将问题退化后并与已有文献结果进行对比以验证其有效性；最后，计算并分析了梯度指数、孔隙率、边界条件、厚度与半径比、温升值和Winkler 弹性刚度系数对多孔FGM圆板无量纲固有频率的影响以及各相关参数对临界温升值的影响.结果表明，梯度指数影响频率，反映材料从陶瓷向金属过渡的特点，孔隙率削弱刚度进而影响固有频率大小，Winkler地基对刚度有着增强的作用，温度增大使结构发生热屈曲而失稳等.

摘要:在传统内凹六边形蜂窝结构的基础上，结合甲虫鞘翅结构提出一种新型负泊松比蜂窝结构，基于有限元软件Abaqus/ Explicit仿真计算比较所提出的新型负泊松比结构与内凹六边形结构的抗冲击能力和能量吸收能力，以初始碰撞峰值力和比吸能为评价指标，结果表明新型负泊松比结构相较于内凹六边形结构的初始峰值力降低了28%，在压缩后程进入密实化阶段前结构吸能能力提高了35%.以胞元角度作为梯度变换参数来构造不同梯度排列的新型负泊松比结构，计算分析和对比不同梯度结构与均匀新型负泊松比结构的缓冲性能以及各结构在冲击过程中的变形模态，结果表明四种梯度结构均可强化结构的抗冲击能力，但在能量吸收性能上，分层递变正梯度结构（C3）的吸能能力较强.使用3D打印技术制作C3结构和均匀新型负泊松比结构的实验样件，进行准静态冲击实验，通过对比分析验证了仿真结果的正确性.本文研究结果表明：合理的梯度分布排列方式对提高结构的抗冲击性能和能量吸收能力有重要意义，为后续探索结构缓冲设计提供参考.

摘要:为解决柔性生物质颗粒在食品加工和生物能源制备等出现的取向无序性问题，设计了一种三角形沟槽通道.基于计算流体动力学-离散元方法（CFD-DEM），建立三角形沟槽通道内柔性颗粒运动的气固耦合模型.其中，采用双链黏结球模型表征柔性生物质颗粒.设计正交实验，研究气体速度、颗粒长度、通道倾斜角和沟槽角度对柔性颗粒取向的影响规律.结果表明：柔性颗粒取向角为0~10°的比例高达0.9；通道倾斜角β对颗粒取向有序性的影响最大，随着颗粒长度颗粒的增大，通道倾斜角和沟槽角度的减小，取向有序性增强.优化模型中，颗粒取向角为0~10°的比例为0.96，取向有序参数S为-1.911，颗粒取向与沟槽方向基本一致；颗粒运动平均速度为2.467 m·s-1.该成果为颗粒取向的研究提供了一定的理论依据.