摘要:信息感知、控制器运算以及执行器间隙等因素形成的制动时滞会造成直接横摆力矩控制（DYC）失稳问题.对此，提出了一种考虑制动时滞的稳定性控制方法.首先用一阶惯性和纯延迟环节来表示制动指令的延迟与滞后过程，然后将实际横摆力矩作为状态量引入传统DYC上层被控系统中，并基于状态增广的思想将上层时滞控制系统转化为不含显性延迟的等效无时滞系统，再通过线性二次调节（LQR）算法求解等效横摆力矩.同时，为了进一步提高控制器延迟鲁棒性，在DYC下层控制中还引入了一种预测方法预测车辆在未来一系列控制量输入后的转向状态，并结合传统制动策略提出了新的制动策略.最后基于7自由度动力学模型的仿真试验显示所设计控制器能够在制动时滞下快速将横摆角速度跟踪误差稳定在0左右，且仿真时域上制动频率和制动力也整体降低.同一初速度的双移线路况，车辆在新控制器控制下能以更高的车速通过，直线段质心侧偏角能快速收敛至0，综合验证了所设计控制器有较高的延迟鲁棒性.

摘要:针对电动无人方程式赛车高速循迹场景，提出一种最小化单圈完赛时间的最优控制方法.基于赛车的纵向动力学和动力系统模型，构建时间域内的最短时间最优控制问题，结合非光滑分析与庞特里亚金极小值原理推导得到最优控制问题的解析控制策略.为获取解析控制策略中的关键协态变量，将时间域最优控制问题转化为位置域最优控制问题，并进一步将其转化为二阶锥形式的凸优化问题.采用基于MATLAB的YALMIP和MOSEK求解工具对该凸优化问题进行建模和数值求解，获取关键协态变量的最优轨迹.模拟计算结果表明，结合凸优化给出的关键协态变量，解析控制策略可给出准确的最优驱动和制动操作.

摘要:针对基于采样的RRT*路径规划算法存在采样盲目性、引导策略单一和运动学约束等问题，提出了一种空间探索引导双树RRT*（space exploration guided bidirectional RRT*，SGB-RRT*）路径规划算法.首先，在采样阶段采用空间探索采样策略，探索当前节点周围环境并建立障碍物视角，剔除遮挡区域，降低了采样盲目性.其次，在引导阶段采用衰减探索与权重控制策略，先依据采样次数更新衰减探索式，渐进限制探索能力，引导采样向相对目标点倾向，再通过距离权重控制倾向程度，完善了引导逻辑.再次，在扩展阶段将剔除CCC类型的Dubins曲线与双树融合，解决运动学约束问题，然后以逐级回溯父节点代替Rnear回溯方式，最终快速规划出一条低代价的运动学路径.仿真实验在不同地图中将SGB-RRT*与RRT、RRT*、RRT*-connect进行对比，验证了提出的SGB-RRT*算法在计算速度、路径质量方面的优越性和可行性.

摘要:为了研究行人胸部的损伤机理和车辆前端造型对行人胸部损伤的影响，建立了不同发动机罩前缘高度（BLEH）、发动机罩角度（BA）的车辆与不同姿态的THUMS行人人体模型碰撞的30个仿真案例，提取了行人胸部的碰撞速度，通过肋骨应变值计算出行人胸部的损伤风险.研究结果表明，不同BLEH的车辆与行人碰撞时，行人的运动模式和行人胸部的损伤部位不同.BLEH=950 mm是行人全身倾倒工况和全身推倒工况两种运动模式的切换点.随着BLEH的增加，行人胸部的碰撞速度和胸部的损伤风险先减小后增加；随着BA的增加，行人胸部的碰撞速度和胸部的损伤风险也增加.此外，分析了车辆前端造型对行人胸部损伤的影响规律，研究结果可为车辆安全性设计提供理论依据.

摘要:为解决超高速卷接机组双倍长烟支传递中的掉丝与空头问题，提出一种基于改进粒子群算法（IPSO）的优化方法，通过降低蜘蛛手抓烟速差进而提升系统稳定性.探究抓烟过程中烟支与蜘蛛手吸爪速差形成机理，建立以速差为目标的优化模型.通过引入自适应调整机制，提高了粒子群算法的收敛速度和搜索效率.采用改进后的粒子群算法求解速差优化模型，并对抓烟速差优化结果进行了对比分析.结果表明，改进粒子群算法在抓烟速差优化问题中具有更高的收敛效率和稳定性，优化后的蜘蛛手在抓烟瞬间的速差显著降低，其中75 mm、84 mm和90 mm烟支的抓烟速差分别降低62.1%、99.9%和31.1%.该优化设计方法可根据不同长度烟支的生产需求进行灵活调整，为蜘蛛手烟支交接系统的优化升级提供理论依据.

摘要:针对狭小空间及元件动态运转约束条件下，传统外置电源的传感系统无法适用于旋转设备内部元件状态监测的问题，提出了一种采用拱形耦合线圈的无线传感系统磁耦合供电结构.通过建立耦合线圈的电磁和电路模型，推导出无线供电系统的效率表达式，系统地揭示了耦合线圈结构及位置参数对系统供电能效的影响规律.研究结果表明：增大定子线圈弧心角度及线圈高度、减小耦合线圈空气间隙可有效提升耦合线圈的效率.基于系统的仿真计算对线圈结构参数进行实验优选，当线圈弧心角度为120°、线圈高度为80 mm、耦合线圈空气间隙为2 mm时，系统效率可达到0.571.该研究为面向旋转机械设备状态监测的无线传感系统设计及优化提供了理论支撑.

摘要:提出了一种基于改进鲸鱼算法的门式起重机主梁可靠度优化设计方法.通过引入Sine混沌映射、非线性收敛因子及自适应惯性权重以提高基础鲸鱼算法的收敛速度和收敛精度.此外，改进随机概率p以提高全局搜索能力，防止陷入局部最优解.以刚度、强度、稳定性、几何尺寸及设定的可靠度指标为约束条件，建立了门式起重机主梁结构可靠度优化数学模型，分别采用改进的鲸鱼算法、蒙特卡罗模拟可靠度优化方法和结构体系模糊随机可靠度优化方法对主梁进行轻量化设计.研究结果表明，该结构在满足设定约束条件的前提下，采用蒙特卡罗模拟可靠度和结构体系模糊随机可靠度方法优化后的主梁体积分别减少了12.6%和12.33%，轻量化效果显著.

摘要:基于饱和现象提出了一种基于2∶1内共振的减小悬臂梁非线性振动的方法.以二阶主共振下悬臂梁与利用饱和现象设计的非线性饱和控制器所组成的内共振系统为研究对象，采用多尺度法分析得到闭环受控系统动力学方程的一阶近似解析解.采用龙格-库塔法得到了系统的数值解，使用李雅普诺夫稳定性理论判断解的稳定性，利用MATLAB程序对受控前后的悬臂梁系统响应进行对比，模拟了系统各参数以及时间延迟对饱和控制器性能与受控系统响应的影响情况.结果显示，该系统成功建立了基于内共振的振动能量传递通道，在取得合适的参数情况下，通过该通道，振动能量可以传递到饱和控制器，大幅降低悬臂梁系统响应.悬臂梁振幅不会随着外激力的增大而增大，很好地与饱和现象相吻合，验证了饱和控制器对于主动振动控制的有效性.讨论了解谐参数与时间延迟对悬臂梁受控系统稳定区域的影响.设计了悬臂梁饱和控制器实验平台，开展了控制实验，证明了饱和控制器的有效性.

摘要:堆内构件振动模拟装置是基于中子噪声信号的故障诊断核心装置. 为满足振动模拟装置对不同振动幅度和点位的模拟，振动块需要较大的振动幅度和较小的体积. 首先，根据堆内构件异常振动特性，设计了一种基于电磁耦合的振动模拟装置，通过对电磁线圈的电流信号调节实现振动块的振动信号的控制. 然后，建立了振动块在不同电流下的振动幅值预测模型，预测模型在远离共振区域的振动幅值预测准确度达到95%，在靠近共振区域的振动幅值预测准确度超过80%. 进一步，建立该振动块大振幅和小体积的目标函数，基于NSGA-Ⅱ的多目标优化方法，分别探究了不同振幅和频率权重下的振动块半径、长度、振动幅度和体积的变化规律. 最后，总结了不同频率下的振动块优化设计规律，当弹簧振子优化前的固有频率小于振动块的工作区间的频率时，在优化振动块的振幅时可以达到减小体积的目的. 相同权重下2、3和4组号中 ，优化后的振动块的振动幅度可分别提升92.7%、400%和865% ，优化后的振动块体积分别减小14.5%、29.1%和39.1%. 本文研究可模拟开展狭窄空间内堆内构件异常振动试验，为反应堆中基于中子噪声技术的堆内构件故障诊断和运维提供技术支撑.

摘要:在传统的等距-移距修形摆线针轮啮合副接触分析的基础上，提出了一种考虑齿面等接触应力的摆线齿廓分段修形方法.首先，以参与啮合齿对平均压力角最小为依据对工作区间与非工作区间进行划分；然后，以各齿接触应力大小相等为目标使用多项式拟合工作区间修形函数，以具有合理的顶隙为目标使用三角函数拟合非工作区间修形函数，以齿廓过渡光滑为目标使用多项式拟合过渡区间修形函数；最后，将所拟合的修形函数以等距修形量的形式代入齿廓方程中，设计出修形后齿廓曲线，理论计算修形后各齿接触应力大小并进行有限元仿真验证方法的正确性.理论计算和仿真结果表明，相较于传统修形方法，该方法能够更灵活地控制齿廓形状，使摆线齿廓有更合理的顶隙与侧隙、更均匀的接触应力、更小的最大接触应力、更高的重合度，这为摆线轮的设计提供了一定的参考.

摘要:随着高强度工程塑料的出现，塑料齿轮开始广泛应用于动力传动，但其力学性能参数对温度非常敏感.为准确评估不同温度下聚甲醛（polyoxymethylene，POM）齿轮副的啮合刚度，提出了引入弹性模量-温度效应的塑料齿轮副时变啮合刚度计算方法.首先，结合齿轮脂润滑与对流换热理论，计算了齿轮的摩擦热流密度及对流换热系数，并通过温控拉伸试验获取了POM材料的弹性模量-温度曲线.随后，基于有限单元法构建了含弹性模量-温度效应的齿轮热弹接触模型，并与Blok闪温理论计算的温度对比，验证了其准确性.最后，基于该模型研究了POM圆柱直齿轮副啮合过程的温度场、应力场以及环境温度、转矩、转速对啮合刚度的影响.结果表明：弹性模量-温度效应对塑料齿轮副的稳态温度场影响甚小；但低温时可强化塑料齿轮的啮合刚度，高温也会明显弱化啮合刚度.因此，评估塑料齿轮刚度时，应当考虑温升及模量-温度效应的影响，以避免高估齿轮啮合刚度带来的设计风险.

摘要:现有门窗幕墙型材生产线仍需配置个别单一功能机床，存在用工量大、工艺流程长、产线柔性化不足等问题.为了实现门窗幕墙复杂型材的高效高精加工，本研究首次引入激光加工技术，重点考虑型材材质和形状尺寸、激光加工特点、切削加工工况等因素，结合数学建模方法，开发出高反铝型材激光加工技术、高精加工技术、高效加工技术等关键技术，并深入研究多任务刀具（如光刀、铣断、铣榫、指铣/补刀等）的协同高效加工机制，建立了融合激光切割与高速铣削锯切的复合高效加工技术.通过优化型材上下料支撑装置、定位夹紧装置、激光切割装置和锯切铣削装置等机床关键结构，设计出激光切割和锯切铣削工艺相结合的一站式复杂铝型材加工机床.结果表明：与传统的单一功能型材加工机床相比，本研究开发的机床具备型材自动夹持、自动送料和转位、多工序自动协同等功能，且加工角度范围为30°~150°、加工精度误差小于0.1 mm，实现了复杂型材一站式全工序的高效、高精加工.

摘要:根据实际汽车环境风洞，建立了与其数字孪生的数字环境风洞模型，并根据实际汽车环境风洞流场性能评价指标，针对数字环境风洞的来流速度状态、边界层厚度、轴向静压梯度、车身表面压力分布进行仿真结果与汽车环境风洞试验数据对比验证，证明了数字环境风洞与实际汽车环境风洞在流场性能上有着高度的一致性，能够用于模拟汽车环境风洞内的各种试验场景.以车身表面压力分布实验为例，通过分析实际气动风洞中某SUV车型车身表面压力分布状态、自然环境仿真车身表面压力分布状态以及数字环境风洞中仿真测得的车身表面压力分布状态并将三者进行对比，最终证明本文所建立的数字环境风洞模型具有与实际汽车环境风洞相似的性能，能够用于相关研究，为开展汽车环境性能试验提供更为先进、便捷的方法，为数字孪生在汽车工业的应用提供良好的范例.

摘要:针对单矢量模型预测弱磁控制设定的弱磁轨迹与理想轨迹存在偏差，且电机在弱磁区域内稳态性能较差的问题，提出考虑预测电流误差的模型预测弱磁控制策略.首先，分析预测电流误差边界、逆变器工作区域、弱磁过程之间的关联，提出预测电流误差裕度的新计算方法，将误差裕度通过PI控制器传输至参考电流，实现弱磁闭环控制，完成误差较小的弱磁轨迹设定.其次，采用模型预测切换控制对设定的弱磁轨迹进行跟踪，考虑到在弱磁过程中d轴电流为控制对象，将dq轴电流变化率同时作为切换判据，使电机在动态工况采用单矢量模型预测控制，在稳态工况采用三矢量占空比模型预测控制，实现不同工况下的切换控制.最后，搭建硬件在环仿真平台验证所提控制策略可行性，结果表明：相较于单矢量模型预测弱磁控制，所提弱磁控制策略弱磁轨迹精确度更高，在保持动态性能的前提下，电流脉动和THD分别降低50%和65%.

摘要:新能源发电存在随机性与波动性，为确保电网运行稳定，本文基于拟连续算法，设计了一种滑模自抗扰复合控制策略，并将其应用于储能变流器（PCS）中，以提升PCS运行性能，使系统面对不同扰动时具有更优的暂态特性，保证直流母线电压稳定.PCS控制采用PQ控制策略，通常涉及两个控制回路：功率外环与电流内环.功率外环采用PI控制，在并网过程中保证变流器功率守恒，并为后级电流内环提供参考值；电流内环采用固定时间扰动观测器（FTDO），可对系统状态量与内外扰动进行快速精确的跟踪补偿.同时，设计了拟连续互补滑模作为反馈控制器，确保系统的动态特性平滑且无抖动，保证系统的鲁棒性.最后，搭建了相应实验平台，以证明本文控制策略的可行性.实验结果表明，本文控制策略有效提升了系统暂态响应性能，提高了系统运行稳定性.

摘要:针对T型三电平逆变器驱动永磁同步电机控制系统的开关管开路故障诊断难题，提出一种基于混合逻辑动态（mixed logical dynamic， MLD）模型的故障定位与类型辨识方法.通过解析系统在正常及不同开路故障状态下的电流传导路径与桥臂端电压之间的逻辑关系，建立涵盖系统健康与典型故障工况的MLD数学模型.诊断过程中同步执行双残差计算机制：实时采集逆变器输出电流，并与正常模型的电流估计值比较生成实际残差；同时将预设故障模型的输出电流与正常模型的电流估计值作差，形成理论残差.基于理论残差的幅值、符号及其数学关系特征构建故障类型判别准则，结合实际残差的动态变化特性实现故障开关管的精确位置判定.仿真与实验结果表明，该方法不仅能有效识别多种开路故障类型，还可实现故障器件的精确定位，同时兼具高诊断准确率与快速响应特性，并具备强鲁棒性.

摘要:海上风电低频输电线路故障后，其双侧换流器的控制策略将会影响故障特征，这使得传统电流差动保护将面临灵敏度下降甚至拒动的风险. 针对这一问题，首先基于参数识别的思想， 分析低频线路发生区内、区外故障时的拓扑的差异. 其次对电容模型误差进行改进，将改进后的电容模型和阻感模型进行对比，构建了利用综合模型误差的纵联保护方案.最后，在PSCAD/EMTDC中搭建海上风电低频输电系统模型，对保护方案进行验证.仿真结果表明： 所提方案能够快速、可靠地识别出故障，具有良好的耐过渡电阻、抗噪声和抗干扰能力，且受换流器控制策略及采样频率影响较小.

摘要:本文提出了一种基于惠斯顿电桥的锁频环型片上阻容（RC）振荡器，其主要由惠斯顿电桥、误差放大器、压控振荡器（voltage-controlled oscillator， VCO）、无交叠时钟生成电路以及低压差线性稳压器（low-dropout linear regulator， LDO）等组成.采用惠斯顿电桥通过阻容充放电形式实现VCO输出信号的频率-电压转换；与常规方法相比，惠斯顿电桥节省了芯片面积并提高了频率稳定性.采用LDO为锁频环路核心模块提供稳定电源，有效提升了振荡器的电源抑制能力.采用高阈值MOS管所构成的反相器级联环形振荡器构成VCO；通过将其供电电压设置为低于反相器中N/PMOS阈值电压之和的方式，有效地避免了N/PMOS同时导通而极大地降低了VCO功耗.完成了振荡器的工作原理分析、锁频环小信号模型建模分析及各模块的电路设计；采用CSMC 180 nm BCD工艺完成了流片验证和测试.测试结果表明，在锁频环作用下VCO锁定振荡于1.98 MHz频率而偏离目标频率1%；当电源电压为（4±1.5） V时，其电源灵敏度（line sensitivity）不超过200×10-6/V；在-20~100 ℃温度范围内，频率温漂不超过3%，对应250×10-6/℃；工作电流仅11.26 μA.与同类设计相比，本文所述锁频环型片上RC振荡器具有较低功耗、较高电源抑制能力和较为优良的品质因数（FoM）.

摘要:升弓瞬间产生的钢轨过电压会严重影响轨旁信号设备的安全运行.为了分析AT牵引供电方式下机车升弓电弧对轨道电路过电压的影响，基于Agrawal场线耦合模型建立轨道电路升弓过电压分析模型.首先推导了牵引供电与轨道电路组成的多导体传输线系统的Agrawal场线耦合模型的解，并建立了一个易于实现的宏模型.然后将提出的宏模型与电磁暂态仿真软件PSCAD中“频率相关（相位）模型”组件结合，建立用于分析轨道电路暂态响应的模型.在PSCAD软件中通过动态距离控制、击穿电压判定及电弧能量方程耦合建立升弓电弧模型，并且通过和实测数据对比验证该方法的准确性.最后，分析了道床电阻以及升弓时的接触网电压相位对钢轨升弓过电压的影响.研究结果表明：道床电阻越大，钢轨的升弓过电压峰值越大，其过电压危害越严重；升弓时电压相位角为90o时，钢轨升弓过电压峰值最大.研究结果为轨道电路抗干扰分析及过电压防护提供理论依据.