摘要:为探究动力电池极化参数估计在不同工况下的误差收敛特性，采用李雅普诺夫第二法对估计器的稳定性和收敛性进行分析. 基于等效电路模型和遗忘因子递归最小二乘法推导得到极化参数估计误差的状态方程. 采用李雅普诺夫第二法对状态方程进行分析，得到估计器渐进收敛的必要条件，即持续变化的电流输入，并提出一种图解法用于分析误差的动态收敛特性和论证此必要条件的合理性. 采用实验校准的电池模型产生的数据对理论分析过程和结果进行验证. 结果表明，估计器在持续变化的电流输入下能逐渐收敛到真值附近，且在变化剧烈的正负交变工况下具备更好的收敛性.

摘要:针对纯电动汽车动力总成悬置系统（powertrain mounting system， PMS）参数同时具有不确定性和相关性的复杂情形，基于整车13自由度（degree of freedom， DOF）模型开展纯电动汽车PMS稳健性优化设计研究. 首先，基于蒙特卡洛抽样和相关性变换方法提出一种概率参数相关情形下PMS固有特性响应不确定性和相关性分析的UTI-蒙特卡洛（UTI-Monte Carlo， UMC）法；然后，结合相关性变换方法和任意多项式混沌展开，推导一种高效求解PMS响应不确定性和相关性分析的UTI-任意多项式混沌展开（UTI-arbitrary polynomial chaos expansion， UAPCE）法；接着，基于UAPCE法和相关系数赋权法，提出一种考虑响应不确定性和相关性的PMS稳健性优化设计方法；最后，通过算例验证提出方法的有效性，并对比了基于传统6 DOF模型和整车13 DOF模型的分析和优化结果. 结果表明，基于整车13 DOF模型得到的计算结果能更好地反映整车环境下PMS的振动特性；以UMC方法为参考，UAPCE法在求解PMS固有特性响应的不确定性和相关性方面具有良好的计算精度和效率；提出的优化设计方法能够合理配置系统参数，提高系统稳健性.

摘要:针对某商用车更换大功率发动机以满足国六排放和四阶段油耗法规要求，需要优化冷却系统，提升散热能力. 采用格子玻尔兹曼方法（lattice Boltzmann method，LBM）建立热环境数字风洞，高精度预测整车热平衡与热保护性能，仿真与试验对标，冷却液温度预测值与试验测试值之间的误差小于1 ℃. 基于此以散热器水温和中冷器出风温度作为优化目标，分析冷凝器、中冷器、散热器和风扇侵入量之间的交互效应，并据此进行优化设计，提出一套适用于发动机冷却系统虚拟标定的仿真流程. 研究结果表明，风扇侵入量和中冷器高度对散热器散热性能影响较大.经过优化迭代后，散热器和中冷器的进气量分别提升了5.01%和7.87%，冷却模块的表面温度分布更加均匀， 显著改善了发动机舱散热效率.

摘要:对于非稳态传热过程，现有理论无法很好地解决热流密度初始值的问题.提出接触热流密度最大值及接触热流密度常数的概念，在此基础上，提出接触热流密度最大值的计算公式，确定接触热流密度最大值与两物体之间的初始温差成正比，公式中的比例系数为接触热流密度常数. 通过极短时间的平均热流密度逼近瞬间热流密度的试验原理，搭建热流密度测试平台，开展金属薄片温升试验，计算接触热流密度最大值及接触热流密度常数. 试验结果表明，以0.5~5.0 mm厚的不锈钢304金属薄片为试验对象，在温升100 K的范围内，接触热流密度常数为1 022.51 W/（m2·K）.

摘要:为探究工艺参数对7003铝合金型材在线气雾淬火的影响，建立7003挤压铝合金型材在线气雾淬火仿真模型，研究7003挤压铝合金型材在线气雾淬火过程中温度场与应力场的变化，并通过淬火实验验证了型材在线气雾淬火仿真模型的可靠性. 采用响应面优化法探究型材运行速度、纵向喷嘴间距以及周向气雾冷却喷嘴气水比对型材在线气雾淬火时间以及淬火过程中最大等效应力的影响规律，得到该型材在线气雾淬火最优的生产工艺参数. 研究结果表明，该型材的最佳工艺参数分别为：型材运行速度30 mm/s，纵向喷嘴间距155 mm，气水比1.32.与优化前相比，型材在线气雾淬火时间减少了33.1%，淬火过程中的最大等效应力减小了21.2%，最大残余应力减小了62.9%，型材在线气雾淬火的效率及淬火质量显著提高.

摘要:制备了一种正交梯形蜂窝铝材料，代替传统形式吸能盒作为车辆的吸能装置，研究该材料在面内方向低速碰撞下的力学性能及能量吸收特性. 首先，用胶接的手段制备一种正交梯形蜂窝铝结构，用试验方法研究该材料的面内压缩过程，获得材料的应力与吸能特性. 其次，以理论分析方法研究材料的变形与受力情况，获得材料的吸能特性，并与试验结果进行比较. 最后，以仿真手段模拟材料的受载过程，结合优化设计方法，获得材料的最佳吸能参数分别为板厚0.50 mm，上板边长3.0 mm，此时正交梯形蜂窝铝材料质量比吸能可达28.8 kJ/kg，优于传统形式吸能盒结构，这表明正交梯形蜂窝铝代替传统吸能材料的可行性.

摘要:针对高端制造领域焊接机器人焊接效率低、精度差、运行不平稳等多种问题，提出一种基于改进傅里叶级数轨迹的焊接机器人运动学参数辨识方法. 首先，依据MDH（modified denavit-hartenberg）准则建立焊接机器人的运动学模型，并基于微分运动学建立焊接机器人的误差模型；随后，通过模式搜索算法找到最优的改进傅里叶级数轨迹，从中选出50个条件数最小的位姿点作为实验位姿集；最后，提出一种递归最小二乘方-差分进化混合（recursive least squares and differential evolution hybrid，RLS-DEH）算法，能够有效提高参数辨识的精度. 以库卡（KUKA）的焊接机器人作为实验对象，验证上述方法的可行性.实验结果表明，将使用改进傅里叶级数轨迹方法得到的最优位姿集代入误差模型后，经过RLS-DEH算法辨识，焊接机器人的绝对位置平均误差从1 mm降低到0.05 mm以内，相比标定前精度提高了95%，证明了所提方法的高效性与实用性.

摘要:传统的基于数据关联的同时定位与建图（simultaneous localization and mapping，SLAM）方法易引起观测与目标之间的误匹配，进而导致位姿估计精度下降. 结合柱状特征提取方法和随机有限集理论，提出一种基于序贯蒙特卡罗实现的车辆3D激光SLAM方法. 利用M估计抽样一致性算法从分割后的点云中提取稳定的柱状特征，捕获单帧点云中的静态存活特征和新生特征；在Rao-Blackwellized-概率假设密度同时定位与建图（Rao-Blackwellized-probability hypothesis density-simultaneous localization and mapping，RB-PHD-SLAM）框架中引入两种特征，并运用序贯蒙特卡罗方法完成车辆轨迹概率密度和地图后验强度在帧间的传递，实现对环境特征和车辆位姿的同时估计. 模拟数据集和KITTI数据集试验结果显示，与经典的FastSLAM算法相比，本文算法使车辆定位精度提升44.99%，并使环境特征位置估计和环境特征数量估计的平均误差分别降低49.24%和56.22%，显著提升了SLAM的运行精度和鲁棒性，有助于保障智能汽车的运行安全.

摘要:针对随机采样一致性（random sample consensus，RANSAC）算法对含有噪声的点云数据进行平面拟合时效果不佳和容易产生误识别的问题，对算法进行改进. 通过基于密度的噪声应用空间聚类（density-based spatial clustering of applications with noise，DBSCAN）算法改变RANSAC算法初始点集合的选择策略，并使用主成分分析法（principal component analysis，PCA）计算点云各点法向量，以点到平面距离以及点的法向量与平面法向量夹角两个约束条件同时作为RANSAC算法平面拟合模型内点判定的准则. 采用无噪声与分别含有300个噪声点和500个噪声点的点云仿真数据进行测试，本文算法拟合结果均接近理论值且内点距离标准差分别为1.007×10-8、0.003、0.007，优于RANSAC算法. 采用实际工件点云数据在两种工况场景下进行测试，本文算法拟合平面内点比率相对于传统RANSAC算法分别提高24.7%和24.6%，平面提取完整度及准确率同样优于RANSAC算法. 仿真模拟及实例分析证明了本文算法的有效性.

摘要:小模数齿轮加工过程中，滚齿切削时易于产生显著的热变形，进而影响其尺寸精度和服役性能. 基于展成法加工原理和齿坯材料切除机制，提出小模数齿轮断续滚齿切削热力耦合计算模型. 设计多级滚切速度下的钢制小模数齿轮试件试验，测算试件表面缺陷、粗糙度与公法线偏差. 对比公法线偏差测量值和塑性应变仿真值，验证上述计算模型的正确性. 研究齿轮模数、切削速度和传热条件对切削应力、表面温度及热变形的影响规律. 结果表明：切削应力水平与模数负相关，与切削速度正相关；齿面缺陷密集度、表面温度和热变形均与切削速度正相关. 适当降低滚刀转速、减小滚刀直径及强化切削区对流换热，可减小滚齿热变形，提高齿形精度和表面质量.

摘要:滚动轴承运行工况的变化与噪声干扰等随机不确定性因素会导致网络特征提取不完整，从而无法捕捉故障突变等局部奇异信息. 针对上述问题，提出一种并行二维深度可分离残差神经网络（parallel two-dimensional depthwise separable residual neural network， P2D-DSResNet）模型，通过格拉姆角分场（Gramian angular difference field，GADF）和连续小波变换（continuous wavelet transform，CWT）将振动信号转变为二维时频图像，保留了完整的时频域信息. 采用深度可分离卷积替代残差模块中的普通卷积，增强特征学习能力，从而使模型具有更强的特征提取能力，以解决在高噪声和变工况环境中故障诊断效果不佳的问题. 采用滚动轴承故障模拟试验台获取的数据对其进行试验分析并与其他卷积神经网络方法对比，结果表明，优化后的算法模型具有良好的泛化性和准确率.

摘要:针对机床可靠性建模困难、可靠性数据匮乏等问题，从元动作单元出发，提出一种融合寿命信息与多性能退化信息的可靠性评估方法. 利用“功能—运动—动作”（function-motion-action，FMA）分解法将机床分解至最小运动单元，即元动作单元，机床的可靠性水平通过准确评估关键元动作单元的可靠性来保证. 建立随机效应下非线性Wiener过程的性能退化模型，刻画试验样本退化过程存在的个体差异性、共同属性以及退化过程的非线性，在此基础上针对退化数据不足的问题，利用贝叶斯方法建立融合失效寿命信息的可靠性模型. 考虑多性能退化失效相关性，基于Copula函数建立多性能退化可靠性评估模型，利用MCMC-Gibbs抽样算法实现参数估计. 以某型号数控滚齿机的蜗杆转动元动作单元为研究对象，通过实例分析以及验证对比表明所提可靠性评估方法的可行性和优越性.

摘要:针对机械系统存在的一类随机和认知不确定性混合的问题，提出一种基于参数化概率盒（probability box， p-box）模型的系统可靠性分析方法. 基于序列迭代解耦方法获得单失效模式的最小可靠度指标；针对随机与认知不确定性混合的多失效模式问题，建立基于参数化p-box不确定性的系统可靠性分析模型；考虑各失效模式之间的相关性，通过线性相关度分析方法计算得到各失效模式间的相关系数矩阵；提出串联系统和并联系统可靠性求解方法，与传统双层蒙特卡罗采样方法相比，本文方法具有较高的系统可靠性计算效率，能够满足实际工程需求.

摘要:电梯接触器封星和传统电子封星存在中高速阶段封星制动转矩下降的问题，为保证电梯在中高速失控时安全有效地制动，提出一种基于最优电阻的永磁同步曳引机电子封星制动转矩提升方法，不需要额外装置，利用原有驱动系统实现制动转矩的提升. 电机的定子电阻不同，传统电子封星下的制动转矩特性不同，通过分析电子封星下某一固定脉冲宽度调制（pulse-width modulation，PWM）占空比下的电压和电流关系，揭示虚拟电阻与占空比的关系. 根据当前电流幅值、母线电压和转速动态地调整PWM占空比，进而改变永磁同步曳引机的等效电阻，与产生最大制动转矩的最优电阻匹配，以此来达到提高电子封星制动转矩的目的. 通过实验验证了本文方法的可行性和正确性，电梯在中高速时的制动转矩相较于传统电子封星有明显的提升.

摘要:为满足数字X射线系统中光电二极管阵列读出电路对平均性能优越的模数转换器（analog-to-digital converter， ADC）的要求，设计一款高精度流水线逐次逼近混合型模数转换器. 采用带有预放大级的增益增强型放大器结构，实现了高能效运放设计. 使用最低有效位（least significant bit， LSB）平均抗噪声方法，简化第二级比较器结构，有效降低了系统功耗. 运用基于延迟锁相环（delay-locked loop， DLL）反馈环路实现比较器时钟自调节，提高了异步时序鲁棒性. 基于0.18 μm EPI BCD工艺完成对ADC电路设计、版图绘制和后仿真验证. 在5.0 V供电电压、5 MS/s采样率的条件下，有效位数ENOB为15.61 bit，信噪失真比SNDR为95.73 dB，非杂散动态范围SFDR为110.72 dB.

摘要:为解决LCL并网逆变器固有的谐振问题，提出优化的电流控制方法和有源阻尼方法；为减小数字控制系统延时对电流控制和有源阻尼的影响，提出无差拍平均模型和复合型延时消除方法. 由于控制模型是电流控制和延时补偿的基础，通过引入过采样方法并融合信号处理技术，建立逆变器侧电流反馈控制的无差拍平均模型，将传统单样本瞬时控制转化为多样本平均控制，改善控制模型的准确性. 基于所建模型，通过引入结合双重脉冲宽度调制（pulse width modulation， PWM）更新的预测控制，提出预测无差拍平均模型控制方法，提供精确的延时补偿，提高系统的稳定性和鲁棒性. 在预测无差拍平均模型控制的基础上，提出平均电容电压前馈法，消除数字延时对有源阻尼的影响，进一步加强弱电网条件下系统的鲁棒性， 通过实验验证了本文方法的有效性.

摘要:针对直流微电网中储能系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素引起母线电压产生波动的问题，以储能系统中三相交错并联双向DC-DC变换器为研究对象，提出一种基于级联有限时间扩张状态观测器（cascade finite-time extended state observer， CFT-ESO）的微分平坦和改进型超螺旋滑模双闭环复合控制策略. 首先，建立三相交错并联双向DC-DC变换器的数学模型，并根据微分平坦理论将其直流系统转化为微分平坦系统，结合两级具有快速收敛性的有限时间扩张状态观测器提高对系统集总扰动的估计精度. 其次，采用内环微分平坦控制、外环改进型超螺旋滑模控制的双闭环控制系统，既能提高系统动态响应过程，又能利用高阶滑模控制算法抑制抖振，同时解决变换器升压模式中非最小相位问题. 再次，通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性. 最后，利用MATLAB/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对控制策略进行验证，结果表明，本文所提控制策略能够很好地抵抗扰动，提高系统的暂态性能.

摘要:针对具有加性扰动的约束连续线性时不变系统，提出一种基于变时域策略的线性系统事件触发模型预测控制方案. 首先，基于最优状态轨迹与实际状态轨迹之间的偏差设计无Zeno行为的事件触发机制，以减少求解优化问题的频率. 其次，为了降低实际状态趋近终端集时求解优化问题的计算复杂度，设计一种更为高效的指数收缩形式的自适应预测时域更新机制. 再次，基于双模控制策略，提出自适应事件触发模型预测控制算法，并给出了保证算法可行性和闭环系统稳定性的充分条件. 最后，基于质量-弹簧-阻尼系统验证了所提算法的有效性.结果表明本文方案能够在不损失控制性能的前提下有效降低系统资源消耗和求解优化问题的计算复杂度.

摘要:为抑制大风区兰新高速铁路接触网正馈线在挡风墙尾流影响下发生的大幅舞动，基于空气动力学理论，建立了安装气动阻尼片后的接触网正馈线几何模型，结合用户自定义程序（user-defined program，UDF）与动网格技术实现正馈线舞动响应的流固双向耦合求解. 研究结果表明：当固接式气动阻尼片安装角度为140°时，正馈线舞动振幅最小；悬挂式气动阻尼片垂直向下悬挂，安装后具备抑舞效果. 不同悬挂式气动阻尼片结构长度均为0.75D时，正馈线舞动振幅达到最小值，此时气动阻尼片的抑舞效果最好. 气动阻尼片具有一定的压重效果，以抵消部分垂向风荷载，较适应兰新高速铁路接触网大风区段的运行环境，建议采用金属材质气动阻尼片. 安装气动阻尼片后，气流经导线的通道会受到限制，产生压力差，进而导致气体流动速度减慢，气动阻力增强，消耗导线振动带来的能量，从而减少舞动的幅度和频率.

摘要:为了降低鸟粪闪络事故发生的概率，开发了一种新型绝缘包覆引流线，采用高性能硅橡胶绝缘材料对钢芯铝绞线进行全面包覆，并在引流线表面加装伞裙. 通过仿真分析硅橡胶绝缘层和鸟粪对引流线空间电场分布的影响，模拟实验研究了绝缘包覆引流线防鸟粪闪络特性. 仿真结果表明，随着绝缘层厚度增加，其表面电场强度逐渐减小；半导体层厚度增加，引流线表面电场强度减小. 实验结果表明，裸导线包覆绝缘层能显著提高引流线的绝缘性能，且硅橡胶绝缘包覆明显优于卡扣式硅橡胶绝缘护套；硅橡胶绝缘层的厚度每增加1 mm，击穿电压提高约10.7 kV，半导体层可以进一步提高绝缘性能；伞裙可有效阻止绝缘包覆引流线表面电弧的蔓延.