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高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩声发射演化特征及损伤本构模型

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岩土工程学报 2024年

作者：薛熠张智豪刘嘉蔡承政张志镇高峰时旭阳张云西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

通过液氮(LN2)压裂在储层中形成大规模裂隙网络，可以有效提高干热岩储层的热能提取效率。为研究液氮冷冲击作用对不同温度储层的压裂机理和致裂效果的影响，本文对经过高温加热(25℃-400℃)和液氮冷冲击处理后的花岗岩试样进行单轴压... 详细信息

通过液氮(LN2)压裂在储层中形成大规模裂隙网络，可以有效提高干热岩储层的热能提取效率。为研究液氮冷冲击作用对不同温度储层的压裂机理和致裂效果的影响，本文对经过高温加热(25℃-400℃)和液氮冷冲击处理后的花岗岩试样进行单轴压缩试验，分析了花岗岩力学强度及声发射等多项参数的演化特征，并进一步构建了考虑声发射参数的损伤本构模型，用于评价和预测高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩的变形和强度特征。结果表明，高温和液氮冷冲击的联合作用显著劣化了花岗岩力学性能，峰值强度逐渐降低，最大降幅达到32.8%。同时随着加热温度的升高，不同矿物颗粒之间的热膨胀变形存在差异，导致矿物颗粒之间变形不协调。随着初始加热温度的升高，声发射最大b值平均值显著上升，最大增幅达到32.2%，且声发射振铃计数的初始静默阶段对应的应变量大幅度降低，最大降幅达到54.3%。随着加热温度的升高，液氮冷冲击作用使得微裂纹的生长更为密集，花岗岩在外部荷载作用下，微裂隙不断扩展贯通，更容易形成剪切变形，发生剪切破坏的起始应力水平逐渐下降，最大降幅达到62.3%，同时RA-AF散点值在剪切区域占比增加，最大增幅达到29.5%。此外，本文以声发射振铃累计计数为变量构建了考虑声发射参数的损伤本构模型，能够描述不同高温和液氮冷冲击处理后花岗岩各力学参量在变形破坏过程中的演化特征。

关键词：花岗岩声发射高温加热-液氮冷冲击损伤破坏本构模型

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考虑平台运动的浮式海上风机频率响应控制

中国电机工程学报 2024年

作者：梅铭洋寇鹏张智豪田润泽张远航梁得亮电工材料电气绝缘全国重点实验室陕西省智能电网重点实验室(西安交通大学电气工程学院)

受水动力扰动和气动负阻尼两方面影响，浮式海上风机的频率支撑能力随浮式平台运动变化。此外，在调频过程中，浮式平台可能出现大幅纵摇运动，危及浮式风机的安全运行。针对上述两个问题，本文提出了一种考虑平台运动的频率响应控制策... 详细信息

受水动力扰动和气动负阻尼两方面影响，浮式海上风机的频率支撑能力随浮式平台运动变化。此外，在调频过程中，浮式平台可能出现大幅纵摇运动，危及浮式风机的安全运行。针对上述两个问题，本文提出了一种考虑平台运动的频率响应控制策略。该策略以自适应下垂控制为基础，根据浮式平台运动自适应确定下垂系数，从而补偿浮式平台纵摇、纵荡运动对于风轮气动性能的影响。特别地，针对来流风速高于额定风速的工况，设计了针对频率响应的独立变桨控制，显著抑制了浮式平台在调频过程中的大幅纵摇运动。在NREL 5MW和IEA 15MW半潜浮式风机上的仿真结果表明，本文策略不仅实现了浮式风机频率支撑能力的尽限利用，还将频率响应期间浮式平台的纵摇运动减少20%以上。

关键词：浮式风机调频控制策略水动力扰动气动负阻尼自适应控制独立变桨控制

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集成多路单道能谱仪设计与信号处理

核电子学与探测技术 2024年

作者：路书祥张智豪姜丹丹杨洁谷肖飞郑州大学物理学院(微电子学院)

为满足核燃料间隙与核燃料富集度检测的需求，设计集成多路单道能谱仪。采用多阳极光电倍增管读出芯片MPR2进行前端信号成形和甄别，使用FPGA进行控制和计数，通过ARM处理器发送给上位机进行显示。实验测试结果表明，采用该方法设计的... 详细信息

为满足核燃料间隙与核燃料富集度检测的需求，设计集成多路单道能谱仪。采用多阳极光电倍增管读出芯片MPR2进行前端信号成形和甄别，使用FPGA进行控制和计数，通过ARM处理器发送给上位机进行显示。实验测试结果表明，采用该方法设计的能谱仪在脉冲信号在300kHz以下时计数误差为±1，能谱仪最大计数率可达5MHz。该设备自2018年在核燃料棒富集度检测系统运行至今表现稳定，可谱仪满足核燃料间隙与核燃料富集度检测设计的要求。

关键词：单道脉冲分析器多路集成信号处理

考虑多台异步电机的电力系统频率响应动态等效模型

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电工电能新技术 2024年第4期43卷 12-19页

作者：唐震梅铭洋潘捷慕国行杨虹刘宇张智豪寇鹏山西省电力科学研究院山西太原030001 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049 山西省电力调度控制中心山西太原030021

随着越来越多的可再生能源通过电力电子设备接入电网,电力系统的惯量不断下降,频率波动更加剧烈,同时,在负荷侧存在大量直接并网的异步电机可以提供频率支撑,改善频率响应动态。然而,准确建模如此规模的异步电机需要其详尽参数,并伴随... 详细信息

随着越来越多的可再生能源通过电力电子设备接入电网,电力系统的惯量不断下降,频率波动更加剧烈,同时,在负荷侧存在大量直接并网的异步电机可以提供频率支撑,改善频率响应动态。然而,准确建模如此规模的异步电机需要其详尽参数,并伴随着极高的计算代价。为此,本文提出了一种数据驱动的电力系统频率响应建模方法。该方法首先收集频率响应的历史数据,接下来,将等效惯量和等效阻尼的辨识问题描述为优化问题,优化目标为减少模型与历史数据之间的频率差异,并通过启发式算法高效求解。相较于异步电机的机理模型,所提出的动态等效模型具有不需要异步电机的详尽参数、计算负担小的优点。在修改的IEEE 9节点系统上的仿真验证了所提出方法的有效性,并表明:自身惯量为1.5 s,占负荷侧22%的异步电机负荷为系统提供了9%的等效惯量。

关键词：频率响应惯量估计异步电机启发式算法

存在关节死区的空间机器人无扰快速终端滑模控制

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力学学报 2022年第3期54卷 777-785页

作者：张智豪于潇雁福州大学机械工程及自动化学院福州350116 福州大学流体动力与电液智能控制福建省高校重点实验室福州350116

针对机械臂一般操作过程中运动学的非完整特性进行运动规划时没有考虑机械臂与待抓取目标之间的关系与关节的实际特性,研究了存在关节死区的漂浮基平面三连杆空间机械臂拦截目标前最后阶段的载体无扰动空间规划与控制.首先根据拉格朗日... 详细信息

针对机械臂一般操作过程中运动学的非完整特性进行运动规划时没有考虑机械臂与待抓取目标之间的关系与关节的实际特性,研究了存在关节死区的漂浮基平面三连杆空间机械臂拦截目标前最后阶段的载体无扰动空间规划与控制.首先根据拉格朗日第二类方程,建立存在关节死区的载体位姿均不受控的漂浮基平面三连杆空间机械臂的动力学模型,推导出三连杆空间机械臂反作用零空间的数学模型,并对反作用零空间进行向量范数约束算法研究;进而提出了一种具有抗干扰性与高收敛性的非奇异快速终端滑模控制算法实现系统的姿态无扰控制,该方法采用变系数双幂次趋近率与非奇异快速终端滑模面相结合的方式,提高系统状态收敛速度与抗干扰性.为了消除机械臂关节存在的死区特性,设计了自适应死区补偿器,通过自适应控制来逼近死区特性的上界,以消除关节死区对系统带来的影响,确保跟踪控制的有效执行.最后基于Lyapunov函数法证明了系统的稳定性,并通过系统数值仿真结果验证了存在死区情况下机械臂的各关节角跟踪上无反应空间下的期望轨迹的同时载体的姿态处于稳定状态,验证了所提方法的有效性.

关键词：空间机器人反作用零空间关节死区预抓取阶段运动规划快速终端滑模控制

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饱和输入下一类多项式系统的数据驱动控制

大连理工大学学报 2023年第1期63卷 102-110页

作者：楼旭阳张智豪江南大学物联网工程学院江苏无锡214122

研究了饱和输入下一类多项式系统的数据驱动控制问题.针对一类受噪声影响的未知多项式系统,设计了一种直接基于数据驱动的饱和控制器实现系统镇定,其中系统噪声具体形式未知但存在二次型上界.首先,在随机输入作用下离线采集系统的输入... 详细信息

研究了饱和输入下一类多项式系统的数据驱动控制问题.针对一类受噪声影响的未知多项式系统,设计了一种直接基于数据驱动的饱和控制器实现系统镇定,其中系统噪声具体形式未知但存在二次型上界.首先,在随机输入作用下离线采集系统的输入与输出数据.然后,通过采集到的离线数据以及平方和方法确定系统状态反馈控制器增益,引入的饱和约束机制可以对控制输入进行限幅.最后,通过在van der Pol振荡器系统中的数值仿真和电路实验验证了所提出控制策略的有效性.

关键词：多项式系统数据驱动控制饱和约束平方和方法

基于S分量指数加权H分量的圆形直方图阈值法

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计算机工程 2022年第10期48卷 238-244页

作者：张智豪范九伦西安邮电大学通信与信息工程学院西安710021

HSI颜色空间可以用三维空间下的圆锥模型进行解释,基于HSI颜色空间的H分量圆形直方图实现彩色图像分割具有可行性。针对HSI颜色空间的H分量圆形直方图毛刺较多以及相关阈值选取准则分割精度较低的问题,给出S分量指数加权H分量的直方图公... 详细信息

HSI颜色空间可以用三维空间下的圆锥模型进行解释,基于HSI颜色空间的H分量圆形直方图实现彩色图像分割具有可行性。针对HSI颜色空间的H分量圆形直方图毛刺较多以及相关阈值选取准则分割精度较低的问题,给出S分量指数加权H分量的直方图公式,利用S分量信息对H分量直方图的毛刺进行平滑处理,并通过分析给出指数加权因子的最优取值。在此基础上,提出一种圆形直方图阈值分割法,通过对整个圆形直方图进行整体角均值计算而得出新的阈值选取准则。实验结果表明,该圆形直方图阈值分割法具有有效性,在测试数据集上,与3个圆形最大熵阈值分割法以及2个阈值分割准则相比,所提方法的像素精度值平均提高3.2%,结构相似度值平均提高2.5%。

关键词： HSI颜色空间 S分量 H分量圆形直方图阈值分割

面向主动配电网的安全多智能体深度强化学习电压优化控制

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西安交通大学学报 2023年第12期57卷 157-167页

作者：梅铭洋寇鹏张智豪梁得亮西安交通大学电气工程学院西安710049 西安交通大学陕西省智能电网重点实验室西安710049 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

针对主动配电网电压优化控制中模型不确定性和通信代价大的问题,提出了一种基于灵敏度矩阵安全的多智能体深度强化学习(SMS-MADRL)算法。该算法利用安全深度强化学习,应对主动配电网的固有不确定性,并采用多智能体结构实现通信代价较小... 详细信息

针对主动配电网电压优化控制中模型不确定性和通信代价大的问题,提出了一种基于灵敏度矩阵安全的多智能体深度强化学习(SMS-MADRL)算法。该算法利用安全深度强化学习,应对主动配电网的固有不确定性,并采用多智能体结构实现通信代价较小的分布式控制。首先,将电压优化控制问题描述为受约束的马尔可夫博弈(CMG);然后,对无功功率进行适当修改,通过分析节点电压的变化得到灵敏度矩阵,进而与主动配电网环境进行交互,训练出若干可以独立给出最优无功功率指令的智能体。与现有多智能体深度强化学习算法相比,该算法的优点在于给智能体的动作网络增添了基于灵敏度矩阵的安全层,在智能体的训练和执行阶段保证了主动配电网的电压安全性。在IEEE 33节点系统上的仿真结果表明:所提出的算法不仅能够满足电压约束,而且相较于多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法,网络损耗减少了4.18%,控制代价减少了70.5%。该研究可为主动配电网的电压优化控制提供理论基础。

关键词：主动配电网电压优化控制多智能体深度强化学习安全深度强化学习

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管道接箍啮合螺纹结构导波检测方法研究

管道接箍啮合螺纹结构导波检测方法研究

作者：张智豪华中科技大学

学位级别：硕士

管道接箍啮合螺纹结构在石油、天然气等行业应用广泛。由于长期承受环境侵蚀和应力载荷,管道螺纹容易产生断扣、裂纹等缺陷,危及物料的输送安全。啮合状态下管道螺纹被接箍遮挡,常规检测方法难以实现其缺陷的检测。针对管道接箍啮合螺... 详细信息

管道接箍啮合螺纹结构在石油、天然气等行业应用广泛。由于长期承受环境侵蚀和应力载荷,管道螺纹容易产生断扣、裂纹等缺陷,危及物料的输送安全。啮合状态下管道螺纹被接箍遮挡,常规检测方法难以实现其缺陷的检测。针对管道接箍啮合螺纹结构缺陷的检测需求,本论文基于磁致伸缩导波检测技术研究了管道接箍啮合螺纹结构的检测方法,为管道接箍啮合螺纹结构的检测提供支持。首先,在分析了管道接箍啮合螺纹结构特点的基础上,研究了管道接箍啮合螺纹结构的导波传播特性。利用半解析有限元方法建立了啮合螺纹段的数值求解模型,得到了啮合螺纹段的频散曲线和截面振型。基于声波传播理论对整体啮合螺纹连接结构的导波传播特性进行了分析,得到了拧紧力矩对导波在管道接箍啮合螺纹结构中传播的影响。利用仿真和实验对管道接箍啮合螺纹结构导波传播特性进行了验证,并发现了管道接箍啮合螺纹结构具有空间滤波器特性。然后,为了实现管道接箍啮合螺纹结构缺陷的检测,研究了管道接箍啮合螺纹结构缺陷导波检测机理。以管道接箍啮合螺纹结构导波传播特性为基础,分析了管道接箍啮合螺纹结构缺陷导波检测原理。建立了管道接箍啮合螺纹结构缺陷有限元仿真模型,提取了近端反射差分信号峰峰值、远端透射信号峰峰值、远端透射差分信号峰峰值作为表征缺陷深度的特征参数。利用实验验证了特征参数的有效性,得到了管道接箍啮合螺纹结构缺陷导波检测机理。最后,针对管道接箍啮合螺纹结构缺陷部位识别和缺陷深度定量检测需求,研究了基于小样本分类模型的缺陷部位识别和三次B样条曲线拟合的缺陷深度定量导波检测信号处理方法,开发了相应的软件。在分析了缺陷信号特点的基础上,将近端反射信号作为区分近端管道螺纹缺陷部位的特征参数,通过实验构建了用于缺陷部位识别的数据集。利用邻近算法、支持向量机算法对数据集进行了训练和预测,确定了最佳分类模型,实现了缺陷部位识别;利用三次B样条曲线拟合获得了归一化近端反射差分信号峰峰值与缺陷深度的关系曲线,实现了对缺陷深度的定量分析,并开发了管道接箍啮合螺纹结构缺陷部位识别和缺陷深度定量检测软件。

关键词：管道接箍啮合螺纹结构管道螺纹缺陷检测磁致伸缩导波传播特性信号处理