管式固定床反应器中振荡操作研究

在单管固定床反应器中,研究了V_2O_5颗粒催化剂上邻二甲苯催化氧化反应过程振荡操作的特性。在反应器熔盐温度为362—366℃,空速为2000—3500h~(-1)范围内,以浓度、空速的方波形式,进行了周期操作特性的研究。结果表明,反应过程收率与振荡周期有关,在周期为40—100s时的振荡操作与同样条件的定态操作相比,可以提高反应过程收率3%,并能改善反应器操作特性。     

动力锂电池荷电状态的联合估计与实验研究

针对动力锂电池常用的荷电状态(SOC)估计算法存在的扩展卡尔曼滤波法精度低、无迹卡尔曼滤波法收敛速度慢等问题,在动力锂电池的Randles等效模型的基础上,通过脉冲放电实验对模型参数进行辨识;并设计了一种基于迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)与无迹卡尔曼滤波(UKF)联合估计的SOC估计法。在电池实验平台上设计模拟工况实验,实验分析表明:该算法的SOC初值修正速度快于EKF和UKF,计算量比UKF小,且稳态误差不超过1.5%,相对扩展卡尔曼滤波(EKF)提高了40%,是一个收敛快、计算量少、静差小的迭代估计算法。     

基于粒子滤波方法的LiFePO_4电池SOC估计

为了准确获取磷酸铁锂电池的荷电状态(state of charge,SOC),针对直接测量法和扩展卡尔曼滤波方法 (extended kalman filter,EKF)估计SOC存在的不足,在分析电池的充放电过程和电池的Thevenin等效电路模型基础上,基于粒子滤波算法(particle filter,PF)对电池的SOC进行了估计。实验结果表明,PF方法比EKF方法的准确度提高了5%,采用PF算法估计SOC更加准确有效,在实际应用中更有价值。     

低成本姿态测量系统研究

针对由低精度的惯性陀螺、加速度计、磁强计组成的低成本姿态测量系统,该文进行了组合算法研究.设计了有陀螺测量和基于四元数差分法的无陀螺测量2种广义卡尔曼滤波器(EKF);采用四元数避免了欧拉角法的奇异问题;用高斯-牛顿误差最小法将六维观测量转化为四元数,作为观测量的一部分,显著减少了直接使用EKF的计算量.设计了仿真数据进行算法验证,成功地得到姿态估计,并对2种EKF滤波器在低速和高速状态下进行验证,取得良好效果.     

一种限定记忆的自适应扩展Kalman滤波器

为解决扩展卡尔曼滤波器(EKF)鲁棒性差,且无法实时精确跟踪系统突变状态的问题,研究一种基于限定记忆滤波的自适应EKF算法。算法将EKF与限定记忆滤波器相融合,减小旧量测数据对滤波效果的影响,提高估计精度;引入自适应因子与渐消因子,通过实时调节新旧滤波增益阵以及预测状态值,精确地跟踪系统突变状态。仿真实例表明,强跟踪算法与经典EKF算法相比,自适应EKF算法鲁棒性好,滤波精度高,能够有效地跟踪系统突变状态。     

用EKF估计无刷直流电动机转子位置和转速

无位置传感器控制方案是目前无刷直流电动机(BLDCM)控制的研究热点之一。该文给出了一种利用扩展Kalman滤波器(EKF)估计无刷直流电动机转子位置和转速的方法。该方法仅需三相定子反电势反馈即可实现EKF控制,所需计算量小,易于实现低成本系统。推导了基于EKF的转子位置和转速估计数学模型,并分析了转子位置初始误差和噪声统计特性变化对EKF估计效果的影响。仿真和基于数字信号处理器(DSP)的BLDCM调速系统上的实验研究证明,该方法能在初始位置误差不超过π/3电角度时保证电动机正常起动,并准确地估计转子位置和转速。     

金属氢化物反应器的设计与过程模拟

针对工业废热回收装置的要求，提出了一种新型的环盘式化学热泵反应器．该反应器采用多组配对环盘装填金属氢化物，环盘面积取壳体截面积的50％～80％，具有结构紧凑、反应传热均匀、工业调控方便等优点．应用多元价值取向模型进行的多种反应器方案的系统评估表明，新型反应器的综合评价指标优度为0．898，明显优于其他类型．采用有限容积法对描述反应器动态过程的非局部热平衡模型进行了离散求解，模拟结果证明新型反应器的工作过程较为快速和均匀，操作周期在0．5h内，适用于工业热能的回收利用；同时，为平衡氢化／脱氢过程反应传热的不对称性，应尽可能强化氢化传热过程与脱氢反应过程．     

抛物面碟式太阳能接收器与高温反应器的联合传热特性分析

太阳能接收器和反应器的几何结构直接影响其传热特性及化学反应过程,利用光学特性产生高强度辐射通量是营造高温的常用方法。构造了一种基于抛物面碟式太阳能接收器的高温反应器,分为预热区和多孔反应区,通过COMSOL Metaphysics软件建立其三维数值模型,计算焦平面热通量分布规律,在典型运行条件下(DNI=800 W/m~2,u_(in)=0.1 m/s),分析反应器的速度和温度分布规律,以及DNI和反应流体入口速度对反应器传热特性的影响。     

基于中心差分卡尔曼滤波的航天器视觉相对导航算法研究

在航天器视觉相对导航过程中,量测方程的非线性特性会影响航天器相对位姿的估计精度.分析了扩展卡尔曼滤波方法(EKF)将非线性模型线性化时存在的缺点,研究了中心差分卡尔曼滤波方法(CDKF),提出用中心差分卡尔曼滤波方法来解决视觉导航中两航天器的相对位姿估计问题,并给出了EKF与CDKF的仿真结果.仿真结果表明在相同条件下,CD-KF算法比EKF具有更高的精度和稳定性,该方法能够在航天器视觉相对导航中应用.     

基于初距划分的纯方位目标跟踪的EKF滤波器群

利用EKF对纯方位目标跟踪的工程算法进行了探讨.目标初距范围被划分成若干个小单元,每个小单元形成预估初距;在观测器匀速直航下,EKF滤波器群分别估计目标-观测器相对速度与初始距离比值;然后每个滤波器利用新量测方位估计目标参数,同时依据Bayesian公式更新滤波器概率密度;观测器匀速下预估状态初始值,降低了误差影响,提高了推广卡尔曼滤波方法(EKF)收敛率;多滤波器算法便于并行计算和实时处理,符合工程要求.     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.     

对苯二甲酸和乙二醇酯化反应产物质量定压热容的测定

通过差示扫描量热法（ＤＳＣ）测定了３种酯化产物的质量定压热容,并拟合出所需温度范围内质量定压热容的表达式。对３种酯化产物的组成进行了分析,并由组成含量的不同说明了３种酯化产物质量定压热容不同的原因,把质量定压热容应用于热平衡计算,求得了连续酯化反应器的重要设计参数;循环量和加热器中加热介质的进料量。对酯化反应的扩大增容设计具有十分重要的意义。     

基于针铁矿法的沉铁过程动态建模

针对针铁矿法沉铁过程要求苛刻的沉铁环境,为了实现先进优化控制技术在湿法炼锌过程中针铁矿法沉铁过程中的应用,通过分析针铁矿法沉铁过程中气-液和固-液两相反应特点,根据串联连续搅拌槽式反应器(n-CSTR)的特性,基于化学反应动力学和质量守恒定律,分别建立针铁矿法沉铁过程中氧化反应、水解反应和中和反应的动态微分方程;然后,通过带多重时滞的动态微分方程组建立针铁矿法沉铁过程的机理模型,并且由动态微分方程组得到针铁矿法沉铁过程输入、输出关系的状态方程.最后,对该模型的计算值和实际测量值进行比较.研究结果表明:该模型能较好地表征各反应器溶液中Fe2+质量浓度和H+浓度的变化过程,为下一步先进优化控制技术的实施打下了良好的基础.     

分布式不敏卡尔曼滤波状态估计技术

在许多实际的分布式多传感器系统中,系统的动态或传感器的观测方程是非线性的.解决分布式多传感器非线性系统的状态估计问题,通常采用的一种方法是分布式扩展卡尔曼滤波.但由于模型的线性化误差,EKF的滤波效果在很多情况下并不能令人满意.另外,在许多实际应用中,模型的线性化过程比较繁杂,而且也不容易得到.为了有效解决分布式多传感器非线性系统的状态估计问题,提出了一种基于不敏卡尔曼滤波的状态估计技术.不敏卡尔曼滤波是最近提出的一种新的非线性滤波方法.由于不需要对非线性系统进行线性化,不敏卡尔曼滤波可以很容易地应用于非线性系统的状态估计,并且其性能也要优于扩展卡尔曼滤波.仿真结果说明分布式不敏卡尔曼滤波方法的性能要优于分布式扩展卡尔曼滤波方法.     

低浓度甲烷流向变换催化燃烧取热技术

采用国产负载贵金属催化剂在小型中试装置上对低浓度甲烷流向变换催化燃烧反应特性进行了实验研究。考察了床层中间不取热,从一个拟定态到另一个拟定态过渡过程中,床层轴向温度的变化,以及在达到拟定态之后同一换向周期内不同时刻反应器内温度的轴向分布特征。结果表明,甲烷流向变换催化燃烧反应床层的热量是随着反应的进行逐步累积起来的,并且换向周期是一个重要的操作参数。在此基础上,考察了床层中间取热条件下,拟定态床层轴向温度分布特征,并将其与中间不取热温度分布特征进行了比较。结果表明,取热能明显降低热波峰值,防止催化剂被烧坏,并且在一定条件下反应仍能维持自热操作,并能回收一定的热量。     

尿素合成塔模拟计算

从热力学原理出发,建立了尿素合成条件下NH3-CO2-H2O-urea体系的热力学气液平衡机理模型,针对合成塔的操作条件,对部分热力学参数进行了优化。在此基础上,根据尿素合成塔结构及合成反应机理,采用本热力学机理模型,基于塔板上全混流模型对尿素合成塔进行了模拟计算,采用迭代法求解模型组成的非线性方程组,对初值的要求不高,易于收敛,计算结果同设计数据相符较好。     

光电跟踪系统中高频测角信息的攫取研究

为了能够充分利用光电跟踪设备相邻两次激光测距间隔内的高频测角信息,以提高目标跟踪精度,给出了一种航迹“融合”式目标状态估计方法。该方法借助扩展Kalman滤波算法．将无测距信息时刻的目标测角信息代入独立的滤波器,而对有距离时刻的目标测量信息建立另外的滤波器,然后将两滤波器的输出结果进行加权融合,从而在不增加任何硬件成本的前提下,进一步提高了具有激光测距的光电跟踪系统的目标状态估计精度。对模拟数据和靶场实测数据的测试结果表明了该方法的可行性和有效性。     

不同热管工质对热管冷却反应堆堆芯物理参数的影响与分析

热管冷却反应堆采用非能动传热技术,热响应速度快,可避免堆芯单点失效,具有功率密度大、寿命长、环境适应性强、工作性能稳定等特点,是目前空间核反应堆研究的热点。本文基于清华大学开发的反应堆蒙特卡洛中子输运程序RMC (Reactor Monte Carlo code),以美国爱荷华国家实验室(Idaho National Laboratory, INL)设计的热管冷却反应堆INL Design A为研究对象,选取3种热管工质开展热管冷却反应堆堆芯物理计算。计算结果表明：锂热管工质不仅拥有很好的热物性参数,并且使用锂热管工质的热管冷却反应堆缓发中子有效份额最大、中子能谱较硬、燃耗反应性损失最小、增殖性能最佳,有利于热管冷却反应堆堆芯小型化与长寿命。因此,推荐锂为热管冷却反应堆的热管工质。     

乙苯化工过程的分布式无迹卡尔曼滤波方法

乙苯化工过程由一系列连续搅拌釜式反应器和分离器组成的大规模非线性系统,针对这一类系统提出了一种基于分布式无迹卡尔曼滤波的状态估计方案。该方法通过将系统分解,对每个子系统设计局部无迹卡尔曼滤波,它接收局部测量值,并与其他滤波器协同计算局部状态估计值的方法完成整个系统的状态估计。给出了详细的分布式无迹卡尔曼滤波的设计方法和估计算法。在不同的噪声下对分布式和集中式无迹卡尔曼进行了比较分析。仿真结果表明,分布式无迹卡尔曼滤波可以很好地处理强噪声,正常噪声下比集中式无迹卡尔曼滤波有更稳定的性能,但在理想噪声下集中式无迹卡尔曼滤波有更好的表现。