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基于DMM-EKF的超级电容器剩余使用寿命预测

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机械工程学报 2024年第14期60卷 306-316页

作者：楼功茂林文文王宇作宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 宁波大学先进储能技术与装备研究院宁波315211 宁波大学浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室宁波315211

超级电容器是一种新型的电化学储能器件,具有循环寿命长、功率密度高、工作温度广等优势,已在轨道交通、工业节能和电网调频等领域广泛应用。准确评估超级电容器的健康状态及剩余使用寿命,对优化储能管理系统,消除安全隐患至关重要。为... 详细信息

超级电容器是一种新型的电化学储能器件,具有循环寿命长、功率密度高、工作温度广等优势,已在轨道交通、工业节能和电网调频等领域广泛应用。准确评估超级电容器的健康状态及剩余使用寿命,对优化储能管理系统,消除安全隐患至关重要。为此,提出一种基于衰退模式匹配(Decay mode matching,DMM)和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter,EKF)的预测方法,实现超级电容器剩余使用寿命的准确预测。在历史衰退数据库的基础上,采用豪斯多夫距离来选取与被预测超级电容器衰退模式最匹配的历史衰退过程,即相似衰退过程。基于双指数经验模型建立面向容量衰退的系统模型和量测模型,以相似衰退过程的双指数拟合结果作为初始参数,使用扩展卡尔曼滤波算法进行超级电容器的剩余使用寿命预测。试验结果表明,所提出方法具有较高的预测精度,且鲁棒性好,在两种不同噪声下不同工况单体预测误差均低于1.4%。

关键词：超级电容器剩余使用寿命扩展卡尔曼滤波双指数模型衰退模式匹配

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基于嫦娥五号月壤粒形特征的离散元模拟方法

岩土工程学报 2024年第4期46卷 833-842页

作者：王思远蒋明镜天津大学建筑工程学院天津300350 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009 同济大学土木工程减灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院岩土工程系上海200092

为满足当前中国探月任务中的“堪测、采、建”战略规划,获取更加贴近真实的月壤物理力学特性,考虑月壤颗粒形状的影响,结合嫦娥五号探月任务中的月壤颗粒图像,将月壤粒形特征与颗粒级配联系起来,提出考虑中国月壤粒形特征的离散元数值... 详细信息

为满足当前中国探月任务中的“堪测、采、建”战略规划,获取更加贴近真实的月壤物理力学特性,考虑月壤颗粒形状的影响,结合嫦娥五号探月任务中的月壤颗粒图像,将月壤粒形特征与颗粒级配联系起来,提出考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模拟方法。首先,基于嫦娥五号探月任务获取的部分月壤颗粒图像,对颗粒的形状特征及尺寸信息进行提取,依据其球度特征将月壤的颗粒形态分为6类,并同月壤颗粒的粒形特征与颗粒尺寸建立对应关系;其次,结合本团队开发的三维离散元月壤接触模型,引入形状参数用以表征月壤颗粒的抗转动能力,进而在离散元中考虑月壤颗粒的粒形特征,最终建立考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模型;通过与已知月壤试验结果的对比表明,该方法可将月壤颗粒形状的可变性直接映射到离散元中。在此基础上,通过与不考虑粒形特征的数值样进行对比,探究考虑月壤粒形特征的优势。结果表明:含嫦娥五号月壤粒形特征的离散元数值模型可以有效捕捉月壤力学行为的主要特征,为开展月球资源勘探及开发利用研究提供基础。

关键词：月壤粒形特征三轴压缩宏微观特性

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改进粒子群优化多拦截器目标分配方法研究

弹箭与制导学报 2024年第1期44卷 41-48页

作者：苏山马泽远张立周梦平刘昊东上海机电工程研究所上海201109

为提高多拦截器拦截对抗场景下的目标分配效能,对多拦截器目标分配算法展开研究。首先提出了目标分配问题的离散优化模型,其次设计了一种改进粒子群优化算法,引入变邻域搜索算法解决传统粒子群优化算法容易陷入局部收敛的问题,设计目标... 详细信息

为提高多拦截器拦截对抗场景下的目标分配效能,对多拦截器目标分配算法展开研究。首先提出了目标分配问题的离散优化模型,其次设计了一种改进粒子群优化算法,引入变邻域搜索算法解决传统粒子群优化算法容易陷入局部收敛的问题,设计目标分配矩阵以及适应度函数模型解决带约束离散优化问题,同时避免了编解码算法造成的精度损失;再次设计局部跳出算法的启动准则,提高了算法的效率;最后仿真分析表明:改进粒子群优化算法相对传统算法分配效能可提高9.4%,且收敛结果与全局最优偏差不超过0.1%。

关键词：目标分配编解码策略粒子群优化变邻域搜索

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超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝实验

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1077-1084页

作者：韩凤起张德远河北工业职业技术大学智能制造学院石家庄050091 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对钛合金低频扭转振动攻丝效率偏低的问题,提出了超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝方法。进行了超声纵扭振动攻丝实验、不同切削液的复合振功攻丝实验和变参数复合振动攻丝实验,研究复合振动攻丝的工艺效果及参数变化的影响规律。实验... 详细信息

针对钛合金低频扭转振动攻丝效率偏低的问题,提出了超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝方法。进行了超声纵扭振动攻丝实验、不同切削液的复合振功攻丝实验和变参数复合振动攻丝实验,研究复合振动攻丝的工艺效果及参数变化的影响规律。实验结果表明:超声纵扭振动增强了切削液的润滑效果,降低了攻丝扭矩,与普通连续攻丝相比,M3螺纹孔的超声纵扭振动攻丝可降低攻丝扭矩约18%;在所选参数范围内,与低频扭转振动攻丝相比,复合振动攻丝最大可降低攻丝扭矩约30%;复合振动攻丝降低攻丝扭矩的效果,随净切削量、主轴转速的增大和回退量的减小而降低。

关键词：振动攻丝超声纵扭振动低频扭转振动攻丝扭矩切削液润滑

面向光纤多参数传感器的低功耗解调系统研究与应用

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面向光纤多参数传感器的低功耗解调系统研究与应用

作者：吴则功齐鲁工业大学

学位级别：硕士

光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。... 详细信息

光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。但现有的解调系统存在功耗高、成本高、体积大等问题,不适用于所需监测点较少、供电困难的场景中。为解决上述问题,本文开展低功耗、低成本、高精度的光纤光栅解调系统研究。主要研究内容如下:(1)说明了本文的研究背景及意义,并介绍了光纤多参数传感器的发展以及光纤光栅解调技术的进步。阐述了光纤光栅的结构以及光纤光栅的温度、应变感知原理,同时对比现有的光纤光栅解调方法,将扫描激光器法作为最终选择。(2)提出了使用乙炔吸收光谱自校准的光纤光栅解调系统,该系统使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源,并利用乙炔吸收峰作为波长参考用于解调光纤光栅。其中为降低系统功耗未对激光器使用温度控制,通过研究激光器在0～40°C时的波长重叠范围,进而确定解调系统在该温度范围内运行时的波长解调范围。另外设计了散热装置促进激光器散热,使解调系统在间歇工作模式时提高了电能利用效率。在处理乙炔吸收峰的归一化数据中,根据吸收峰的强度不同作为重要的识别特征,提出了基于定位特征峰、辅助峰的吸收峰识别算法,另外使用吸收峰分割算法将识别后的吸收峰序列进行分割,对分割后的各个单峰区域单独寻峰。最终实验结果表明解调系统的波长重复性为±3pm,波长精度为±2pm,运行功耗降低至0.264W。(3)基于低功耗解调系统,搭建了应用于煤矿巷道的多参数监测系统。为了满足实际监测需要,设计了一种大量程的光纤顶板离层传感器,并在实验室中使用低功耗解调系统对光纤顶板离层、锚索应力以及温度等多参数传感器进行测试,实验结果表明低功耗解调系统的位移解调精度为±2mm、压力解调精度为±4k N。在实际应用中使用容量为20Ah的电池供电,计算得到低功耗解调系统在间歇工作模式时的运行时长至少为100天。最终解调系统还监测到巷道顶板的伪顶岩层存在17.5mm的塌陷量,证明了该解调系统在实际应用中具备较好的可行性、可靠性。

关键词：低功耗解调系统光纤多参数传感器乙炔吸收峰垂直腔面发射激光器

基于MC模型和Nelder-Mead单纯形算法的时域组织光谱学

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中国激光 2024年第3期51卷 138-147页

作者：张童刘东远高峰天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室天津300072

生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数... 详细信息

生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数反演在准确性、稳定性和反演速度等方面尚存在一定的局限性。为此,本文提出了一种时域蒙特卡罗模型支持的Nelder-Mead单纯形算法,该算法利用双源探距下的时间分辨漫反射光信号,以循环迭代方式设置不同的基向量,经线性变换后无须求导便可启发式搜索目标函数的最优值,从而实现了高信效度的分层光学参数反演。模拟实验与仿体实验均表明:在组织光学参数反演方面,所提算法的精度优于传统算法,而且该算法具有良好的噪声鲁棒性和临床适应性,为生物组织光学参数的在体测量提供了新方法。

关键词：医用光学吸收系数约化散射系数蒙特卡罗模拟单纯形算法时域测量

气体间隙开关喷射等离子体触发性能劣化及剩余触发寿命预测研究

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电工技术学报 2024年第5期39卷 1497-1509页

作者：董冰冰郭志远合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

喷射等离子体诱导型气体间隙开关用于电力系统过电压防护具有明显优势,但高注入触发能量下多次放电累积效应引起的触发失效问题严重,极限可触发次数具有不确定性,亟须开展触发寿命与触发有效参数的关联规律以及剩余触发寿命预测研究。... 详细信息

喷射等离子体诱导型气体间隙开关用于电力系统过电压防护具有明显优势,但高注入触发能量下多次放电累积效应引起的触发失效问题严重,极限可触发次数具有不确定性,亟须开展触发寿命与触发有效参数的关联规律以及剩余触发寿命预测研究。为此该文搭建了气体间隙开关触发寿命研究平台。结果表明,低容值触发电路可迅速建立触发放电主通道,电弧电流可达3.7kA;高容值触发电路提高了用于解离产气材料而形成喷射等离子体的能量,显著提升了触发腔等离子体喷射触发能力。触发回路电容C_(1)距C_(2)放电时延Δt_(0)、击穿时延Δt_(1)、触通时延Δt_(2)可分别用于表征触发一级腔、二级腔、气体开关导通性能的劣化程度,其变化过程可用于表征气体开关触发失效的阈值范围。以等离子体喷射高度作为预测因子,建立了气体开关剩余触发寿命预测模型ARIMA(1,1,2),预测值与试验结果基本吻合,剩余触发寿命预测误差在10%以内。研究结果可为气体间隙开关实现稳定触通及触发寿命预测提供理论参考和工程应用指导。

关键词：气体间隙开关等离子体喷射触发失效寿命预测过电压与接地

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灵活性资源聚合参考模型与量化指标体系

电力系统自动化 2024年第3期48卷 1-9页

作者：王思远吴文传清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 新型电力系统运行与控制全国重点实验室清华大学北京市100084

高比例新能源并网给电网带来了显著的波动性和不确定性,使受端电网面临可调节资源能力不足的问题,需要充分利用大量的灵活性资源参与电网调度并提供辅助服务。然而,灵活性资源的数量众多、分布广泛且特性各异,给资源的集中调控带来了新... 详细信息

高比例新能源并网给电网带来了显著的波动性和不确定性,使受端电网面临可调节资源能力不足的问题,需要充分利用大量的灵活性资源参与电网调度并提供辅助服务。然而,灵活性资源的数量众多、分布广泛且特性各异,给资源的集中调控带来了新的挑战,需要以集群的形式对灵活性资源进行管理和调度。为了更加准确地评估集群在电网调控中的作用,需要将灵活性资源进行聚合,并根据应用需求采用适当的量化指标衡量其性能。基于灵活性资源集群在电网调度和电力市场中的应用需求,提出了评估灵活性资源集群可调节能力的量化指标体系。根据物理特性,将其分为类发电机特性、类储能特性和共有特性3类。为了实现不同应用场景下对集群灵活性指标的量化评估,构建了由等效发电机和等效储能所组成的灵活性资源集群的聚合参考模型。此聚合参考模型具有直观的物理意义和良好的多重嵌套特性,并适用于多种时间尺度和多种能量形式,可以被用于计算特定应用场景下的量化性能指标,以及应用于分布式资源集群的异步调度、综合能源系统的联合优化调度、虚拟电厂参与电力市场的投标报价等多个场景中。

关键词：灵活性资源聚合参考模型量化指标体系高维多面体投影电力系统

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扫描近场光学显微术的研究进展(特邀)

光学学报 2024年第10期44卷 233-246页

作者：陈宇昕李志远华南理工大学物理与光电学院广东广州510641

扫描近场光学显微镜(SNOM)因其具有可达10 nm量级的超高光学分辨率与光谱分析能力,为物理、化学、材料科学和生命科学等领域的若干重要前沿基础科学问题提供了强有力的高时空分辨的光学表征工具。本文聚焦高分辨SNOM技术近期的研究进展... 详细信息

扫描近场光学显微镜(SNOM)因其具有可达10 nm量级的超高光学分辨率与光谱分析能力,为物理、化学、材料科学和生命科学等领域的若干重要前沿基础科学问题提供了强有力的高时空分辨的光学表征工具。本文聚焦高分辨SNOM技术近期的研究进展,首先回顾了SNOM成像技术的基本原理和SNOM探针的发展历史。接着重点介绍了将SNOM成像技术应用于研究微纳尺度上光与原子、分子、二维材料、生物大分子、非线性结构等物质相互作用的时空细节,并阐述了所揭示的微纳尺度上光和物质相互作用的深层次物理、化学和生物学一系列新现象和新规律。最后针对SNOM技术未来的发展趋势,以及可重点关注及进一步研究的关键性科学问题进行了分析和展望。

关键词：扫描近场光学显微镜高时空分辨光谱分析光与物质相互作用