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基于前馈非线性模型预测控制的类车机器人路径跟踪

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工程科学学报 2025年第1期47卷 101-112页

作者：伊力夏提·伊力哈木江孟宇白国星顾青王国栋常鑫睿黄建秀郑燕北京科技大学机械工程学院北京100083 北京科技大学顺德创新学院顺德528399 中国移动通信集团内蒙古有限公司呼和浩特010020

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误... 详细信息

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误差、类车机器人的前轮转角和前轮转角速度出现剧烈振荡现象.针对前述问题,本文基于非线性模型预测控制(Nonlinear model predictive control,NMPC)的滚动优化原理,引入基于逆运动学模型的前馈转角信息,将前轮转向角作为预测模型的第四维,提出了一种基于前馈非线性模型预测控制(Feedforward NMPC,FNMPC)的类车机器人路径跟踪控制算法.并通过Simulink和CarSim进行了联合仿真,结果表明FNMPC有效减小了模型失配导致的振荡现象,同时具有较高的跟踪精度.其中前馈非线性模型预测控制器的位移误差幅值不超过0.1106 m,航向误差幅值不超过0.1253 rad.在相同工况下,线性模型预测控制、前馈线性模型预测控制、纯跟踪控制和Stanley控制误差发散,而本文提出的FNMPC相比已有NMPC跟踪精度更高,且控制增量绝对累计值相比NMPC控制器减小67.53%.通过线控类车机器人底盘作为实验平台完成的测试结果表明,NMPC系统在进入弯道时出现控制失控现象,在相同工况下,FNMPC系统能够有效完成对参考路径的跟踪,同时将位移误差幅值控制在0.1624 m以内,航向误差幅值控制在0.1138 rad以内.

关键词：类车机器人路径跟踪前馈信息模型预测控制平顺性

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基于载锰沸石分子筛的臭氧催化分解特性

工程科学学报 2025年第1期47卷 170-178页

作者：陈浩玥郭卓男刘应书杨雄裴有康李子宜北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 香港中文大学(深圳)理工学院深圳518172 明尼苏达大学机械工程系明尼阿波利斯55455

臭氧作为重点防控的室内气态污染物广泛存在于人类生产、生活中,亟待开发高效的臭氧分解转化器从源头进行净化,催化剂是其核心关键.本文基于金属离子改性沸石分子筛进行臭氧催化性能研究,基于不同沸石拓扑结构、阳离子种类、改性手段及... 详细信息

臭氧作为重点防控的室内气态污染物广泛存在于人类生产、生活中,亟待开发高效的臭氧分解转化器从源头进行净化,催化剂是其核心关键.本文基于金属离子改性沸石分子筛进行臭氧催化性能研究,基于不同沸石拓扑结构、阳离子种类、改性手段及干燥方法,优选得到了采用等体积浸渍法和微波干燥法组合制备的载锰USY沸石Mn-USY-DT/WB,相较商用臭氧分解催化剂具有可逆再生的优势.通过系列表征,提出了可能的长效稳定催化臭氧的机制:单位时间内臭氧分子在沸石上的吸附与催化分解的相互协调,决定了沸石对臭氧的稳态催化分解,呈现宏观所得的脱除效率随时间变化曲线.通过XPS表征分析优选沸石升温可逆再生的潜在原因,再生后Mn-USY-DT/WB的平均化合态(Average oxidation state,AOS)由2.95降至2.81,经过加热处理后部分吸附在活性位点的中间氧物种脱附,氧空位释放,因此催化活性恢复.将优选沸石涂敷制得整体式蜂窝沸石催化剂,在实际应用条件(170℃、50000 h-1空速)下可维持99%臭氧分解效率1000 h以上.本工作为长效低阻臭氧分解催化剂的开发提供了新思路.

关键词：臭氧催化剂沸石分子筛整体式蜂窝催化剂再生

动车组铝合金焊接车体疲劳强度动态可靠度分析

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北京交通大学学报 2025年

作者：卢耀辉江明俊王秋实张雅东鲜于悦恒朱生长西南交通大学机械工程学院西南交通大学唐山研究院

动车组车体在服役过程中承受着复杂的多轴随机载荷作用，而由于焊缝区域是其疲劳薄弱部位，车体焊缝的疲劳可靠性随时间在发生变化，因此研究焊缝部位的动态疲劳可靠度对车体设计、运行安全和维修策略的制定都具有重要意义。本文首先编... 详细信息

动车组车体在服役过程中承受着复杂的多轴随机载荷作用，而由于焊缝区域是其疲劳薄弱部位，车体焊缝的疲劳可靠性随时间在发生变化，因此研究焊缝部位的动态疲劳可靠度对车体设计、运行安全和维修策略的制定都具有重要意义。本文首先编制中间车体垂向及纵向载荷谱，采用代理模型方法将车体所受的多轴随机载荷转化为焊缝部位的动态结构应力，并通过雨流计数法将其修正转化为车体焊缝部位的等效结构应力范围，应用两参数威布尔分布拟合得到应力概率分布；然后由铝合金焊接接头主S-N曲线导出强度数据，结合基于损伤的强度退化模型以及应力概率分布函数和概率密度函数，提出了一种动态应力-强度干涉模型，计算分析车体动态变化的疲劳强度可靠度。结果显示：车体关注部位疲劳强度可靠度在运行初期很高，随着运行里程的增加逐渐降低，在1400万公里服役里程中，位于车体底架垂向载荷输入位置附近的搭接焊缝疲劳强度可靠度降低最多，达0.1165；车体各关注点失效率随着运行里程的增加先减小后增加，呈现出浴盆曲线的早期失效期和损耗失效期特征。本文的研究还表明了采用多项式拟合法计算大型车体结构的动态应力是可行且高效的，可为车体运维及安全可靠度评估提供参考。

关键词：车辆工程焊接车体等效结构应力强度退化动态可靠度

系统化高质量高校学生思想政治工作体系的探索——以北京科技大学机械工程学院为例

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北京教育（高教） 2022年第1期 82-88页

作者：李鹏许文茂王柱王晨鉴北京科技大学机械工程学院

思想政治工作是高校事业发展的生命线。高质量推进高校思想政治工作,对于培养社会主义建设者和接班人的职责使命意义重大。北京科技大学机械工程学院党委牢记"国之大者",坚持守正创新,以继承和发扬"冶金机械"精神为核心,聚焦"三全育人"... 详细信息

思想政治工作是高校事业发展的生命线。高质量推进高校思想政治工作,对于培养社会主义建设者和接班人的职责使命意义重大。北京科技大学机械工程学院党委牢记"国之大者",坚持守正创新,以继承和发扬"冶金机械"精神为核心,聚焦"三全育人"综合改革,广泛凝聚青年学生思想共识、强化思政工作机制建设、抓好思政工作队伍选育、实施思政精品工程建设,不断构建系统化高质量的学生思想政治工作体系,开创学院立德树人工作新局面,为学院事业发展提供坚强保障。

关键词：三全育人思想政治工作立德树人

基于“00后”大学生特点的高校基层团组织建设与作用发挥研究——以北京科技大学机械工程学院为例

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大学（研究与管理） 2021年第11期 6-8页

作者：李鹏王晨鉴许文茂北京科技大学机械工程学院党委北京100083 北京科技大学机械工程学院北京100083

“00后”大学生独有的特点给高校思政教育工作带来了新的机遇与挑战。作为高校共青团工作的基础,高校基层团组织是重要的育人基地,加强高校基层团组织建设,可以进一步做好大学生的思想引领工作,为社会培养可靠人才。本文通过梳理北京科... 详细信息

“00后”大学生独有的特点给高校思政教育工作带来了新的机遇与挑战。作为高校共青团工作的基础,高校基层团组织是重要的育人基地,加强高校基层团组织建设,可以进一步做好大学生的思想引领工作,为社会培养可靠人才。本文通过梳理北京科技大学机械工程学院基层团组织建设的实践,提出了高校基层团组织作用有效发挥的实现路径,以期助力大学生成长成才。

关键词： “00后”大学生高校基层团组织团组织建设

新时代背景下高校课程思政建设与实践——以北京科技大学机械工程学院机器人科创班为例

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北京教育（高教） 2024年第2期 93-96页

作者：郑莉芳杨明明宋琦北京科技大学机械工程学院

新时代背景下,高校在培养创新创业人才时面临全新挑战,如何在科创人才培养过程中融入课程思政是亟须探讨的问题。课程思政建设的重点在“思政”、关键在教师、重心在院系、成效在学生。北京科技大学机械工程学院大力推进课程思政建设,... 详细信息

新时代背景下,高校在培养创新创业人才时面临全新挑战,如何在科创人才培养过程中融入课程思政是亟须探讨的问题。课程思政建设的重点在“思政”、关键在教师、重心在院系、成效在学生。北京科技大学机械工程学院大力推进课程思政建设,推动课程思政建设的模式和方法创新升级,取得了较好的成效。在此基础上,学院建设了机器人科创班,以强化顶层设计、搭建育人团队和全过程联动育人等方面作为抓手,助力培养新时代科创人才、激发教师课程思政热情、使课程思政“润物细无声”,通过多措并举提升科创人才培养过程中的课程思政建设效果。

关键词：课程思政机器人工程创新创业教育

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介质微球超分辨光学成像:原理、技术与应用

北京工业大学学报 2025年第1期51卷 100-120页

作者：李红梅闫胤洲蒋毅坚北京工业大学机械与能源工程学院北京100124 北京工业大学物理与光电工程学院北京100124

光学显微技术在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域扮演着至关重要的角色,为微纳尺度的探索提供了强大的工具。然而,传统光学显微系统受到衍射极限的制约,最大分辨率极限约为光波长的一半(λ/2)。近年来,突破衍射极限、实现更高成... 详细信息

光学显微技术在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域扮演着至关重要的角色,为微纳尺度的探索提供了强大的工具。然而,传统光学显微系统受到衍射极限的制约,最大分辨率极限约为光波长的一半(λ/2)。近年来,突破衍射极限、实现更高成像分辨率成为显微成像领域的研究热点。介质微球透镜通过调控光场,能够将入射光束聚焦于微球底部的极窄区域形成光子纳米射流,打破了阿贝(Abbe)衍射极限,使出射光束半峰全宽小于λ/2。与其他超分辨成像技术相比,微球超分辨成像具有简单直接、无须荧光染料标记、实时成像、可与现有显微系统相兼容等优势,为学术研究和实际应用开辟了新的机遇。该综述首先介绍了介质微球超分辨光学成像原理;随后,详细分析了影响微球超分辨光学成像能力的关键因素,包括微球光学性质、适用环境以及可控性等;最后,探讨了微球超分辨光学成像技术在生物医学、半导体器件、纳米材料科学领域中的应用。此外,还展望了微球超分辨光学成像技术未来发展面临的主要挑战。

关键词：介质微球透镜超分辨成像光学纳米成像远场纳米显微镜光子纳米射流非荧光纳米显微镜

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基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化

郑州大学学报（工学版） 2025年第1期46卷 98-104,112页

作者：于永洁杜昱錡黄仕磊甘芳吉四川大学机械工程学院四川成都610065 成都大学电子信息与电气工程学院四川成都610106

基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨... 详细信息

基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层,在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次,根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法,并通过梯度实验获得最佳匹配参数,使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能,对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。

关键词：柔性超声传感器背衬层匹配阻抗匹配信噪比

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基于改进序列凸优化的多无人机航迹规划方法

智能系统学报 2025年

作者：穆凌霞李筱王斑张友民冯楠薛向宏西安理工大学自动化与信息工程学院西北工业大学航空学院康考迪亚大学机械工业与航空工程系北京科技大学智能科学与技术学院

随着人工智能技术的迅速发展，利用多架无人机执行飞行任务成为研究的热点之一。本文研究多架无人机到达同一目标点的航迹规划问题，首先建立最优控制问题，采用符号距离函数将非凸避障约束进行凸化；接着考虑了无人机离散序列间的避障... 详细信息

随着人工智能技术的迅速发展，利用多架无人机执行飞行任务成为研究的热点之一。本文研究多架无人机到达同一目标点的航迹规划问题，首先建立最优控制问题，采用符号距离函数将非凸避障约束进行凸化；接着考虑了无人机离散序列间的避障约束，保证在连续时间内多无人机的飞行安全；最后提出了自适应信赖域序列凸优化算法，能够保证在每次序列迭代中都能找到近似凸子问题的解，快速求解得到多无人机最优航迹。该算法适用于威胁环境下多无人机协同到达指定的目标点，具有较快的收敛速度。

关键词：多无人机航迹规划避障约束符号距离函数凸优化自适应信赖域近似凸子问题协同到达