基于自适应数学形态学的滚动轴承故障诊断方法

作为一种非线性信号处理方法,数学形态学法对信号的特征提取完全在时域中进行,与其他非线性非平稳的信号处理方法相比,它具有幅值不偏移、不衰减等显著优点.基于此,提出一种自适应的数学形态学和谱相关分析相结合的轴承故障诊断方法.该方法通过基于信号的三角结构元素和非单一形态学开闭运算对已知故障信号加以训练,自适应得到各故障类型的结构元素高和最优开闭运算加权因子,构建形态学模型;之后将测试信号通过形态学模型进行特征提取,并与训练信号进行频域内相关性分析;最终根据相关系数大小识别故障.以西储大学轴承故障数据为例,表明了该方法不仅能识别出不同类型的故障,而且还能识别不同损伤等级的故障,相比传统的方法识别率和可靠性有所提高.     

面向智能挖掘机的最优挖掘轨迹规划

以实现挖掘机的智能化、工作装置的自动轨迹控制为目的,提出了一种基于能耗最小的挖掘轨迹规划方法.通过研究挖掘机铲斗与物料相互作用过程中的阻力特性,并综合考虑物料的重力、铲斗与物料间的摩擦力、挖掘速度以及铲斗两侧物料对挖掘阻力的影响,构建了一种适用于大型矿用挖掘机的动态挖掘阻力预测模型.运用提出的挖掘阻力预测模型,从多种不同堆角的料堆出发,以挖掘单位质量物料的能耗最小为目标函数,在综合考虑结构和性能约束的基础上建立了优化模型,并应用于WK-55挖掘机的控制参数优化,得到了挖掘不同堆角的料堆时的最优挖掘参数.结果表明:对于任意堆角的料堆都有最优挖掘参数可以在保证挖掘效率的前提下使挖掘机以最小能耗进行挖掘作业,为智能挖掘机的研发提供了理论参考.     

基于模糊GO法的惯性导航系统可靠性研究

GO法是一种以成功为导向的系统可靠性分析方法,但GO法不适合评价模糊不确定性系统的可靠性.为解决此问题,将模糊数学与GO可靠性模型相结合,引入三角模糊数和扩展原理分别对输入、输出数据的模糊不确定性进行量化,提出了不确定性多态系统的模糊GO可靠性分析方法——模糊GO法.惯性导航系统(INS)属于典型的小子样复杂机电系统,其可靠性存在一定模糊不确定性.以某平台INS为例,分别用模糊FTA、传统GO法、模糊GO法进行可靠性分析研究,结果表明:模糊GO法有效,是传统GO法的合理推广,可作为一种复杂多态系统可靠性分析方法.     

一种水声宽带双曲调频信号波达方向估计方法

提出了一种基于短时分数阶傅里叶变换的水下宽带双曲调频信号波达方向估计方法.建立了均匀线列阵声呐远场宽带双曲调频信号接收数据模型,在时域将接收信号进行分时段处理,对每一段短时信号分别进行分数阶傅里叶变换,将时域阵列接收数据转化成多段短时分数阶傅里叶域阵列数据,同时将多个时段的时变阵列流形矩阵变换成与每个时段一一对应的多个固定阵列流形矩阵.利用多重信号分类算法估计各短时信号的空间谱,应用求和运算进一步得到整体时段双曲调频信号空间谱,通过谱峰搜索实现对双曲调频信号的波达方向估计.通过仿真实验与分析,对该方法的水声双曲调频信号波达方向估计的有效性进行了验证,分析了该方法在阵列接收信号时域分段数、信噪比、目标方位等参数变化条件下的性能.与传统方法相比,该方法具有更高的方位分辨率和估计精度.     

遭受DoS攻击的短时延网络控制系统保性能控制

针对DoS(Denial-of-Service)攻击,分析了具有短时延的网络控制系统(networked control systems,NCS)的稳定性,设计了该系统的保性能控制器.首先,通过采样周期的重新定义,把该类NCS建模成离散切换系统模型,该模型可以把短时延和DoS攻击统一起来.接着,用离散切换系统的分析方法,给出了一个该类NCS指数稳定的充分条件.进一步,在给定的保性能水平下,设计了相应的保性能控制器.最后,通过一个仿真示例说明了结果的有效性.     

氮掺杂多孔碳包覆钴金属催化去除有机污染物

活化过硫酸氢盐(PMS)产生具有强氧化能力的硫酸根自由基(SO_4~·-)的高级氧化技术在有机污染物降解方面正受到越来越多的关注.选择ZIF-67为前驱体通过两步热处理构建氮掺杂多孔碳包覆钴金属的核壳催化剂(Co@NPC),并通过改变碳化温度调控多孔碳壳的结构与组成,研究多孔碳结构组成对催化性能的影响.实验结果表明,随着碳化温度的升高,介孔孔容与碳壳厚度逐渐增大,催化剂的性能随着介孔孔容与碳壳厚度比值的增加而显著提高.850℃碳化的Co@NPC催化降解苯酚的动力学常数是多相催化剂四氧化三钴的110.8倍,甚至是之前报道过最优的PMS催化剂均相钴离子的4.6倍.此外,当包覆的碳层数大于3时,Co@NPC表现出良好稳定性,钴溶出明显减少.碳壳的介孔孔容与厚度是影响PMS活化的重要因素,Co@NPC的催化性能还受到石墨氮含量的影响.     

一种新型自动化集装箱码头工艺布局仿真

通过仿真建模研究了双轨轮小车回字形布置自动化集装箱码头的工艺布局.设计新工艺系统的不同岸桥配置、堆场布局、低架行车配置的25种工况,分别构建仿真模型,分析不同工况下码头作业指标(岸桥装卸效率等)影响规律.仿真结果表明,岸桥增配可减少船舶平均服务时间8%,堆场纵深和宽度布局可影响岸桥效率5%,低架行车增配可缩短外集卡排队,提高堆场通过能力6%.所建仿真模型可分析新型概念工艺系统性能,双轨轮小车回字形布置自动化集装箱码头工艺布局优选有助于提高其性能指标,如堆场区宽度取1~2箱位,低架行车配5~6台为宜.     

柱式抗风浪环境监测浮标水动力特性研究

针对一种新型的柱式抗风浪环境监测浮标在波浪条件下的水动力特性进行了研究.柱式浮标由舱体、浮架、配重、锚绳组成,通过浮架采集水样,实现垂向不同深度的水质分层监测,可用于海水养殖等海域的环境监测.通过物理模型试验,研究多种波浪条件下柱式浮标的运动和锚绳拉力,分析波高、波浪周期对浮标的横摇、纵摇、摇摆角度、锚绳拉力等水动力特性的影响,得到不同波浪要素下浮标的水动力特征参数.结果表明,三向锚绳系缚作用下,浮标运动轨迹受波高的影响较小,垂向运动幅值随波浪周期增大而增大;在研究条件下,迎波面锚绳的最大拉力受波高的影响较小,但随着波浪周期增大而减小.总体而言,所提柱式浮标具有较好的抗风浪能力.     

应用于海洋工程中水平受荷桩特性分析的修正P-y曲线模型

水平受荷桩特性常采用API规范中的P-y曲线法进行分析,但是对于长期受循环荷载的海洋工程中的水平受荷桩来说静力计算结果往往偏小.为此,首先在API规范的基础上对其中的3个关键参数静止土压力系数K_0、投影角α和初始地基刚度K进行了重新定义和取值,并采用两个试验桩进行了验证,结果证明修正后的P-y曲线模型相对API规范模型和双曲线模型能更有效地预测单桩位移反应性状.同时,在静力分析基础上,针对Rosquo3t折减方法的不足,对其中影响系数a的取值进行了改进,将改进后的折减方法与修正后的P-y曲线模型相结合仍然对前述两个循环荷载作用下桩的水平受荷特性进行了分析,结果表明修正方法得到的计算结果和实测值吻合得很好.     

基于启发式动态规划的盾构土压平衡优化控制

为了避免盾构施工造成地表变形而引发安全事故,建立有效的密封舱土压平衡自动控制方法是至关重要的.为此,提出了一种新的基于启发式动态规划(heuristic dynamic programming,HDP)的盾构土压平衡优化控制方法,该方法能够实现盾构机多参数实时协调优化控制.基于神经网络,构建组成密封舱土压HDP控制器的执行网络、模型网络和评价网络,采用梯度下降算法对网络权值进行在线训练;利用评价网络迭代逼近密封舱土压优化控制代价函数,将多级优化问题简化为单级优化,从而显著降低实时计算负荷;执行网络以最小化代价函数为目标,对多参数同步协调优化,获得推进速度、刀盘扭矩、总推力、螺旋输送机转速的最优值.仿真结果表明,该方法能够有效控制密封舱土压平衡,HDP控制器具有较强的抗干扰能力,并且控制过程更加快速、稳定.