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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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刃宽对硬岩掘进影响的仿真及试验研究

工程科学学报 2025年第1期47卷 13-24页

作者：尚勇孙靖东姜海峰许顺海段红磊孙朝阳北京科技大学机械工程学院北京100083 中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司河南453000

滚刀在硬岩掘进中极易发生崩刃、偏磨等异常失效,研究硬岩掘进条件下刃型参数对滚刀破岩载荷和破岩效率的影响十分重要.本文采用滚刀破岩试验和仿真分析相结合的方法,从载荷曲线、破岩体积、破岩比能等方面分析了刃宽对滚刀破岩的影响.... 详细信息

滚刀在硬岩掘进中极易发生崩刃、偏磨等异常失效,研究硬岩掘进条件下刃型参数对滚刀破岩载荷和破岩效率的影响十分重要.本文采用滚刀破岩试验和仿真分析相结合的方法,从载荷曲线、破岩体积、破岩比能等方面分析了刃宽对滚刀破岩的影响.基于双线性本构模型及Benzeggagh–Kenane损伤断裂准则建立了岩石材料的内聚力本构模型,通过单轴抗压试验及巴西劈裂试验对内聚力本构模型的微观参数进行了校准,并进一步建立了滚刀破岩的内聚力仿真模型.结果表明:内聚力本构模型可以准确的模拟破岩过程中岩石裂纹的萌生和扩展过程.依据裂纹的萌生和扩展情况,滚刀破岩过程主要分为三个阶段:弹性阶段、裂纹萌生–扩展阶段及岩石破坏卸载阶段.滚刀破岩载荷和破岩体积随着贯入度、刀间距和刃宽的增加而增加;破岩比能随刃宽的增加呈先减小后增大的趋势.对于所选取的硬岩,采用13 mm刃宽滚刀破岩时比能最小,破岩效率最高;7 mm刃宽滚刀破岩时无法形成贯通岩片,相邻滚刀之间仍存在岩脊,破岩效率较低.

关键词：滚刀刃宽 Cohesive模型线切割试验破岩载荷破岩效率

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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

热压合成AlON-VN复合材料的性能与结构

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稀有金属材料与工程 2005年第z1期34卷 451-454页

作者：赛音巴特尔王习东张梅张作泰李文超北京科技大学理化系北京100083 北京科技大学理化系北京100083 北京科技大学理化系北京100083 北京科技大学理化系北京100083 北京科技大学理化系北京100083

对V-Al-O-N体系进行了热力学分析,并证实了添加TiN还可以抑制AlON的分解,扩大了阿隆复合材料的使用范围.在此基础上,热压合成了阿隆-氮化钒(AlON-VN)复合材料.对该材料的力学性能和显微结构进行了分析.结果表明:VN均匀分布于AlON基体中... 详细信息

对V-Al-O-N体系进行了热力学分析,并证实了添加TiN还可以抑制AlON的分解,扩大了阿隆复合材料的使用范围.在此基础上,热压合成了阿隆-氮化钒(AlON-VN)复合材料.对该材料的力学性能和显微结构进行了分析.结果表明:VN均匀分布于AlON基体中形成交织状结构,有利于增韧补强,因此AlON-VN复合材料的力学性能优于纯AlON材料.

关键词：复合材料力学性能显微结构:热力学分析

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高炉异常炉况诊断专家系统

北京科技大学学报 1991年第2期13卷 104-109页

作者：杨天钧张开旗周渝生左广庆徐金梧北京科技大学冶金系北京科技大学机械系

高炉是一个包括复杂物理化学变化和传输过程的高温反应器。由局部反应和区域热平衡、物料平衡建立的机理模型难以适应炉况的迅速变化。用模糊数学理论进行不确定知识的处理,构成了知识库和推理机,从而建立了人工智能高炉异常炉况诊断专... 详细信息

高炉是一个包括复杂物理化学变化和传输过程的高温反应器。由局部反应和区域热平衡、物料平衡建立的机理模型难以适应炉况的迅速变化。用模糊数学理论进行不确定知识的处理,构成了知识库和推理机,从而建立了人工智能高炉异常炉况诊断专家系统,避免了人工可能漏看忽略的仪表微小变化所造成炉况判断的偏差,因而有较高的命中率。

关键词：高炉炉况专家系统高温反应器

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锑对灰铸铁共析转变的影响

钢铁 1995年第5期30卷 46-52页

作者：沈定钊朱玉龙北京科技大学北京科技大学冶金系

随着Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ－Ｍｎ合金中锑含量的增加，合金降温时γ→α转变温度有下降的趋势而升温时α→γ转变温度有上升趋势，无论是升温还是降温，其相变的温度区间均随锑含量的增加而缩小。通过不同锑含量的基体组织的研究发现，随着锑... 详细信息

随着Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ－Ｍｎ合金中锑含量的增加，合金降温时γ→α转变温度有下降的趋势而升温时α→γ转变温度有上升趋势，无论是升温还是降温，其相变的温度区间均随锑含量的增加而缩小。通过不同锑含量的基体组织的研究发现，随着锑含量的增加，珠光体量显著增加，硬度也明显提高；珠光体的稳定性也随着锑含量的增加而显著提高。文章对上述结果进行了理论上的分析和讨论。

关键词：锑灰铸铁共析转变珠光体铸造

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物流系统计算机模拟

工程科学学报 1991年第5期13卷 476-482页

作者：吴清一张伟北京科技大学机械系

阐述了在物流系统分析中,应用计算机模拟的必要性和可能性。重点讨论了物流系统计算机模拟的原理和特点,介绍了物流系统通用模拟程序(GSPLS),给出了应用GSPLS解决问题的两个实例。

关键词：计算机模拟物流系统离散系统

四辊轧机轴向力理论计算模型——四辊轧机轴向力学行为的研究(Ⅰ)

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北京科技大学学报 1993年第2期15卷 176-182页

作者：高永生邹家祥北京科技大学压力加工系北京科技大学机械系

通过对四辊轧机辊间摩擦特性的分析,从微观角度讨论了轧辊表面微凸体在轧辊之间的相互作用,建立了辊间接触表面以及轧辊与轧件间轴向位移场。根据预位移原理,分析了冷轧、热轧不同情况下的辊面粗糙度等级、轧件变形抗力及粘度对轧辊轴... 详细信息

通过对四辊轧机辊间摩擦特性的分析,从微观角度讨论了轧辊表面微凸体在轧辊之间的相互作用,建立了辊间接触表面以及轧辊与轧件间轴向位移场。根据预位移原理,分析了冷轧、热轧不同情况下的辊面粗糙度等级、轧件变形抗力及粘度对轧辊轴向力的影响,得到了对称轧制条件下的轧辊轴向作用力理论计算模型,并对情况较复杂的工作辊轴向力进行了分析。

关键词：四辊轧机轧辊轴向力粗糙度

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铝合金流动应力数学模型

北京科技大学学报 1994年第4期16卷 351-356页

作者：周纪华王再英高永生伦怡馨北京科技大学机械系北京科技大学压力加工系

采用恒应变速率凸轮塑性计，对４种铝合金的流动应力进行了实验研究，分析了变形温度、应变速率及应变率对流动应力的影响。通过对５种不同结构型式的流动应力数学模型的回归分析比较，提出了拟合精度较高的４个铝合金流动应力的数学模... 详细信息

采用恒应变速率凸轮塑性计，对４种铝合金的流动应力进行了实验研究，分析了变形温度、应变速率及应变率对流动应力的影响。通过对５种不同结构型式的流动应力数学模型的回归分析比较，提出了拟合精度较高的４个铝合金流动应力的数学模型，并给出了数学模型的回归系数值。

关键词：流动应力真应力铝合金数学模型