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基于参数估计-滑模阻抗控制的SEA性能分析

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重庆大学学报 2024年第5期47卷 1-12页

作者：曹学鹏张正李彩红鲁航长安大学工程机械学院机电液一体化研究所西安710064

重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性... 详细信息

重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性能差的问题,提出了基于环境参数估计的滑模阻抗控制方法(environmental parameter estimation sliding mode,EPESM)。以阀控液压缸的活塞位移传递函数为基础建立了基于位置内环的SEA阻抗控制模型,并以PID作为基础控制器;为改善SEA阻抗控制的动态性能,根据Lyapunov第二法构建稳定的自适应环境参数估计方法对SEA期望位置进行前馈补偿;为提升自适应环境参数估计方法在SEA工作过程中不同阶段的动态性能和环境变化适应性,使用模糊控制方法对自适应环境参数估计方法中的自适应参数进行寻优;以SEA状态方程为基础构建滑模控制器与PID控制器进行动态性能对比分析。仿真结果表明:在变SEA弹簧刚度工况和变环境刚度下,EPESM阻抗控制的响应速度明显更快,可将调节时间从平均5 s缩短到1 s内,能更快地达到预期位移和预期接触力,且能略微降低稳态误差,使接触力误差保持在±6 N内。在动态跟踪工况下,EPESM阻抗控制的动态性能更好,在快速进入跟踪状态后,可以长时间保持0.2 s以内的相位滞后和5.2%的幅值误差。

关键词：重载机器人串联弹性执行器阻抗控制模糊-自适应参数估计滑模控制

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基于电化学阻抗谱的电池组不一致性诊断

汽车工程 2024年第7期46卷 1167-1176页

作者：姚晗欣王学远袁永军戴海峰魏学哲同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源汽车工程中心上海201804 上海炙云新能源科技有限公司上海201806

电池组中的单体电池之间可能会存在温度、荷电状态、老化状态(容量和内阻)等不一致。由于“短板效应”的存在,不一致性将会影响电池组的整体性能发挥,及时准确地进行不一致性诊断非常必要。考虑到上述提及的不一致性会对电极过程特性产... 详细信息

电池组中的单体电池之间可能会存在温度、荷电状态、老化状态(容量和内阻)等不一致。由于“短板效应”的存在,不一致性将会影响电池组的整体性能发挥,及时准确地进行不一致性诊断非常必要。考虑到上述提及的不一致性会对电极过程特性产生影响,进而反映在电化学阻抗谱(EIS)和弛豫时间分布(DRT)上,本文在结合等效电路厘清几种不一致性对EIS和DRT的影响规律后,创新性地提出了一种基于EIS和DRT的电池组不一致性诊断方法。通过将异常电池混入一组一致性良好的电池中,对比分析了K-means、AP和DBSCAN等无监督聚类算法性能,结果表明DBSCAN诊断准确率为99.2%,可以实现电池组内单体电池不一致性差异的准确诊断。

关键词：锂离子电池电化学阻抗谱弛豫时间分布不一致性无监督聚类

燃料电池氢气流量控制系统变负载匹配设计与仿真

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1297-1304页

作者：李晶张力邹姜昆明平文同济大学机械与能源工程学院上海201804 同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源汽车工程中心上海201804

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、... 详细信息

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、流量控制阀与氢气循环泵的控制策略,并就某一型号电堆的变负载工况对系统模型与控制策略进行仿真验证。结果表明:电堆阳极压力可快速跟踪给定压力,响应时间约2~3s;氢气流量可适应负载变化需求,其瞬时超调量与压力响应速度成正相关;稳态时氢气利用率维持在95%以上,供氢过量比维持在1.27以上,供气氮含量维持在5%以下,满足电堆性能需求。

关键词：质子交换膜燃料电池供氢系统变负载工况负载匹配控制策略

W/Cr共掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷晶体结构及电学性能的影响

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无机材料学报 2024年第8期39卷 887-894页

作者：黄建锋梁瑞虹周志勇中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领... 详细信息

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领域的实际应用。为了提高CBN压电陶瓷的高温稳定性,采用固相法制备了W/Cr共掺杂的CaBi_(2)Nb_(1.975)W_(0.025)O_(9)-x%Cr_(2)O_(3)(CBNW-xCr,0体结构和电学性能的影响。结果表明:W/Cr元素共掺杂使压电陶瓷晶体结构由正交晶系向四方晶系转变,晶体结构畸变程度增强,并且压电性能和绝缘性能显著提高。当x=0.1时,CBNW-0.1Cr压电陶瓷的居里温度为931℃,压电系数为15.6 pC/N,600℃时电阻率达到106Ω·cm量级,介电损耗仅为0.029,该体系在高温压电领域有重要的潜在应用前景。

关键词：高温压电陶瓷晶体结构压电性能赝四方畸变

基于含氧氢化钆薄膜的宽波段调制光致变色智能窗

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无机材料学报 2024年第4期39卷 441-448页

作者：李众少李明曹逊中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段... 详细信息

光致变色窗户因结构简单、被动调光和零能耗输入而被认为是一种高效的节能智能窗,然而有关光致变色智能窗的研究很少涉及中红外(MIR)波段,这限制了节能效率。本研究通过在ITO衬底上生长稀土含氧氢化物(ReO_(x)H_(y))薄膜,实现了宽波段调制的能力。所开发的光致变色智能窗口能够通过感应光强度自动调节发射率,同时保持可见光和近红外(NIR)调制(ΔT_(sol)=35.1%,ΔT_(l um)=37%,Δ(ε8-13μm=0.12))。研究还通过优化制备气氛,实现了GdO_(x)H_(y)的一步制备并提高了稳定性,通过综合表征分析了光致变色机理。总之,这种跨越可见光-近红外-中红外的被动协同调制方法有望推动光致变色智能窗的发展。

关键词：光致变色稀土含氧氢化物智能窗动态辐射制冷

基于电化学机理模型的锂离子电池早期内短路电热特征研究

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上海理工大学学报 2024年第1期46卷 10-20页

作者：吴文涛乔冬冬王学远魏学哲戴海峰同济大学新能源汽车工程中心上海201804 同济大学汽车学院上海201804

锂离子电池的内短路故障是诱发其热失控的主要原因之一,早期内短路特征研究能够为电池管理系统的故障诊断和安全预警提供支撑,对提高电动汽车的安全性具有重要意义。构建了锂离子电池内短路电化学机理模型,实现了不同内短路阻值下的锂... 详细信息

锂离子电池的内短路故障是诱发其热失控的主要原因之一,早期内短路特征研究能够为电池管理系统的故障诊断和安全预警提供支撑,对提高电动汽车的安全性具有重要意义。构建了锂离子电池内短路电化学机理模型,实现了不同内短路阻值下的锂枝晶内短路故障模拟。结果表明,由锂枝晶导致的电池内短路产热98%以上来源于正负极产生的焦耳热,早期内短路过程中正负极集流体表面的温升小于1.5 K,不显著的外部热特征无法用于早期内短路故障诊断。与正常电池相比,内短路故障将使得电池充电速度变慢,放电速度变快,端电压异常下降,上述电特征可以为构建早期内短路故障诊断方法提供依据。

关键词：锂离子电池早期内短路电化学机理模型

ML组合的CYGNSS海面风速反演质量控制模型

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 20-29页

作者：张云赵星宇杨树瑚孙聪韩彦岭尹继伟上海海洋大学信息学院上海201306 上海海洋大学上海市海洋智能信息与导航遥感工程中心上海201306 上海航天空间技术有限公司上海201109

卷积神经网络(CNN)可用于气旋全球导航卫星系统(CYGNSS)的海面风速反演。虽然在模型训练前设置了质量控制指标来检测和削弱CYGNSS的异常观测数据,但CYGNSS观测数据中仍存在异常值导致模型反演精度降低,甚至出现错误反演结果。因此,提出... 详细信息

卷积神经网络(CNN)可用于气旋全球导航卫星系统(CYGNSS)的海面风速反演。虽然在模型训练前设置了质量控制指标来检测和削弱CYGNSS的异常观测数据,但CYGNSS观测数据中仍存在异常值导致模型反演精度降低,甚至出现错误反演结果。因此,提出一种基于机器学习(ML)组合的海面风速反演模型。在基于CNN回归模型的CYGNSS反演海面风速基础上,ML分类模型生成CNN回归结果的质量标志位,该标志位可以检测并删除CNN回归结果的异常值,进一步提高风速反演结果的数据质量,ML分类模型能够更好地考虑各种数据误差之间的相互作用,而不是单独使用每个条件的阈值,以达到更优的海面风速反演精度的效果。实验对比了Logistic回归(LR)、决策树(DT)、朴素贝叶斯模型、K最邻近(KNN)算法、神经网络(NN)模型、支持向量机(SVM)算法等6个分类模型,其中,基于KNN算法的分类模型对风速反演质量控制的效果最优。所提风速反演组合模型显著提高了反演结果的精度,在0~20 m/s区间内,异常样本过滤率为81.27%,在所有被过滤的数据中,过滤正确率为86.03%;风速反演误差的均方根误差从无ML分类模型的1.7 m/s降低到有ML分类模型的1.44 m/s,其中,训练样本为0~10 m/s的反演结果精度提升效果较为明显,证明了所提风速反演组合模型对风速质量控制的有效性。

关键词：气旋全球导航卫星系统风速反演质量控制机器学习组合模型卷积神经网络 K最邻近算法

生态型水源水库浮游甲壳类群落结构对水环境因子和生物因子的响应

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环境科学学报 2024年第4期44卷 401-410页

作者：毛嘉欣陈皓若李丰郭印陈立婧上海海洋大学环境DNA技术与水生态健康评估工程中心上海201306 上海农林职业技术学院上海201699

生态型水源水库是将生态学原理与传统水库管理相结合,通过连续的生物监测,为水库建设合理的生态结构和保证饮用水的安全提供依据.本研究以上海金泽水库为例,于2019—2021年对该水库进行原位调查,探讨水环境因子、藻类和鱼类对浮游甲壳... 详细信息

生态型水源水库是将生态学原理与传统水库管理相结合,通过连续的生物监测,为水库建设合理的生态结构和保证饮用水的安全提供依据.本研究以上海金泽水库为例,于2019—2021年对该水库进行原位调查,探讨水环境因子、藻类和鱼类对浮游甲壳类群落结构的影响.结果表明,金泽水库3年内共鉴定出浮游甲壳类61种,其中,枝角类29种,平均生物密度为3.8 ind.·L^(-1),生物量为0.139 mg·L^(-1);桡足类32种,平均生物密度为4.8 ind.·L^(-1),生物量为0.445 mg·L^(-1).长额象鼻溞(Bosmina longirostris)、细巧华哲水蚤(Sinocalanus tenellus)和中华窄腹剑水蚤(Limnoithona sinensis)在3年中均为优势种.枝角类优势种的生物密度由DO、TP、Chl.a、WT主导,桡足类优势种的生物密度由DO、WT、TDS主导.浮游甲壳类优势种与藻类优势种的关系显著,其群落结构易受藻类上行作用的影响,第1优势种长额象鼻溞与颗粒直链藻(Aulacoseira granulata)呈显著正相关(p≤0.001).浮游甲壳类的生物量与滤食性鱼类鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Aristichthys nobilis)的生物量具有一定的负相关性,且鲢、鳙的放养会使得浮游甲壳类趋向于小型化.

关键词：生态型水源水库浮游甲壳类水环境因子藻类滤食性鱼类相关性分析

基于时间序列分析的青草沙水库浮游植物群落结构的变化

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环境科学 2024年第10期45卷 5800-5810页

作者：汪欣澜郭印李丰王文婷申利亚陈立婧上海海洋大学环境DNA技术与水生态健康评估工程中心上海201306 上海农林职业技术学院上海201699

青草沙水库是上海重要水库之一,为饮用型水源地.于2014~2021年每月在该水库采样,分析浮游植物群落结构和水环境因子,以期为城市水库调度管理、水资源保护以及开发利用提供合理的参考依据.结果表明,8 a共鉴定出浮游植物8门561种,以硅藻... 详细信息

青草沙水库是上海重要水库之一,为饮用型水源地.于2014~2021年每月在该水库采样,分析浮游植物群落结构和水环境因子,以期为城市水库调度管理、水资源保护以及开发利用提供合理的参考依据.结果表明,8 a共鉴定出浮游植物8门561种,以硅藻门、绿藻门和蓝藻门为主,分别占总物种数的34.94%、34.58%和17.65%.年度优势种共有4门26种,蓝藻门最多,占比为50%.浮游植物丰度变化范围为8.391×10^(5)~2.115×10^(7) cells·L^(-1),平均为6.345×10^(6) cells·L^(-1).浮游植物生物量变化范围为0.113~11.903 mg·L^(-1),平均为1.538 mg·L^(-1).时间分布上,丰度最大值出现在夏季、生物量最大值出现在春季.空间分布上,生物量和丰度最大值都出现在库中.浮游植物群落结构与水环境因子的冗余分析(RDA)表明,水温(WT)、溶解氧(DO)和营养盐(TN、TP)是影响浮游植物群落结构的重要环境因子.鲢、鳙和鲤鱼与易消化藻类的RDA分析表明:在春季、秋季和冬季,易消化藻类生物量与鲢鳙鱼和鲤鱼生物量呈正相关关系.这些结果说明藻类的易消化性改变了滤食性鱼类的资源利用效率,导致浮游植物的群落结构发生变化.

关键词：青草沙水库浮游植物群落结构理化指标易消化藻类