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基于自适应噪声完全集合经验模态分解与BiLSTM-Transformer的锂离子电池剩余使用寿命预测

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电力系统保护与控制 2024年第15期52卷 167-177页

作者：刘斌吉春霖曹丽君武欣雅段云凤太原科技大学应用科学学院山西太原030024 太原科技大学计算机科学与技术学院山西太原030024 太原科技大学经济与管理学院山西太原030024

锂离子电池剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)是使用者十分关心的问题,其涉及电池的更换时间和安全。针对锂离子电池的电容量非线性变化趋势,提出了一种基于自适应噪声完全集合经验模态分解与双向长短期记忆网络-Transformer的... 详细信息

锂离子电池剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)是使用者十分关心的问题,其涉及电池的更换时间和安全。针对锂离子电池的电容量非线性变化趋势,提出了一种基于自适应噪声完全集合经验模态分解与双向长短期记忆网络-Transformer的锂离子电池剩余使用寿命预测方法。首先,利用自适应噪声完全集合经验模态分解方法对锂离子电池电容量数据进行分解。其次,使用串联的双向长短期记忆神经网络和Transformer网络对分解后得到的残差序列和本征模态分量序列进行建模预测。最后,将预测的若干本征模态分量序列和残差序列进行求和,并对求和之后的最终预测数据与原始数据进行RUL预测。采用NASA公开的电池数据集对所提方法进行验证,结果表明,所提方法的平均绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差和绝对误差控制分别控制在0.0173、0.0231、1.2084%和3个循环周期以内,能够有效地提高锂离子电池RUL的预测精度。

关键词：锂离子电池剩余使用寿命预测 Transformer网络双向长短期记忆网络完全集合经验模态分解

面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 837-851页

作者：董青胡双贤徐格宁南方磊戚其松太原科技大学机械工程学院山西太原030024

针对当前起重机本质安全所面临的监测力度差、能力指标单一、数据利用率不高导致承载能力评估效率低、评估结果不够全面的问题,本着“虚实互控-互调-互补”的思想,提出面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法。从设备服役场... 详细信息

针对当前起重机本质安全所面临的监测力度差、能力指标单一、数据利用率不高导致承载能力评估效率低、评估结果不够全面的问题,本着“虚实互控-互调-互补”的思想,提出面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法。从设备服役场景出发,结合数字孪生五维模型,设计起重机结构承载能力数字孪生框架;以多指标下的结构承载能力动态综合评估方法为支撑,围绕虚实映射、数据交互与服务交互,分层分级阐述结构承载能力数字孪生系统构建方法;从模块内聚,功能集成的角度,搭建数字孪生系统平台。以YDC20/30轻小型移动式起重机为例,验证了所提方法及系统的有效性,为及时精准判断起重机服役过程中的安全性提供了一种新途径、新策略。

关键词：数字孪生移动式起重机承载能力综合评估虚实映射

Cr_(3)C_(2)/WC的添加对Stellite 12熔覆层耐磨耐蚀性的影响

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表面技术 2024年第1期53卷 135-142页

作者：赵菲张亮吴志生温保安太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

目的提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能。方法将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr_(3)C_(2)、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层。通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电... 详细信息

目的提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能。方法将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr_(3)C_(2)、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层。通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验,分别评价熔覆层的硬度、耐磨性和耐蚀性,并通过超景深显微镜对磨痕形貌进行分析。结果添加碳化物后,熔覆层的微观组织以柱状晶和树枝晶为主,物相主要由γ-Co固溶体和碳化物(M23C6、M7C3)组成;Cr_(3)C_(2)的添加使得熔覆层的硬度降低,由610HV0.2降至530HV0.2,但耐磨性得到提高,磨损量由0.45 mm^(3)降至0.33 mm^(3),下降了28%,耐蚀性得到提高,腐蚀电位由-0.385 V增加到-0.264 V,腐蚀电流密度由9.269×10^(-10)A/cm^(2)降至1.496×10^(-10)A/cm^(2),极化电阻由3.982×10^(7)Ω·cm^(2)提升至2.424×10^(8)Ω·cm^(2),提高了1个数量级;WC的添加使其硬度由610HV0.2提高至750HV0.2,磨损深度变浅,磨损量由0.45 mm3降至0.19 mm^(3),下降了43%,但耐腐蚀性有所降低。3种熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。结论WC的添加可以有效提高熔覆层的硬度和耐磨性,但耐腐蚀性有所降低;添加Cr_(3)C_(2)后,耐蚀性得到显著提高,耐磨性略微提升,但硬度降低。

关键词：激光熔覆复合熔覆层显微硬度摩擦磨损行为磨损机制电化学腐蚀行为

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基于强化学习的挖掘机时间最优轨迹规划

控制与决策 2024年第5期39卷 1433-1440页

作者：张韵悦孙志毅孙前来王银太原科技大学电子信息工程学院太原030024

针对挖掘机的自主作业场景,提出基于强化学习的时间最优轨迹规划方法.首先,搭建仿真环境用于产生数据,以动臂、斗杆和铲斗关节的角度、角速度为状态观测变量,以各关节的角加速度值为动作信息,通过状态观测信息实现仿真环境与自主学习算... 详细信息

针对挖掘机的自主作业场景,提出基于强化学习的时间最优轨迹规划方法.首先,搭建仿真环境用于产生数据,以动臂、斗杆和铲斗关节的角度、角速度为状态观测变量,以各关节的角加速度值为动作信息,通过状态观测信息实现仿真环境与自主学习算法的交互;然后,设计以动臂、斗杆和铲斗关节运动是否超出允许范围、完成任务总时间和目标相对距离为奖励函数对策略网络参数进行训练;最后,利用改进的近端策略优化算法(proximal policy optimization, PPO)实现挖掘机的时间最优轨迹规划.与此同时,与不同连续动作空间的强化学习算法进行对比,实验结果表明:所提出优化算法效率更高,收敛速度更快,作业轨迹更平滑,可有效避免各关节受到较大冲击,有助于挖掘机高效、平稳地作业.

关键词：挖掘机自主作业轨迹规划多智能体 PPO算法智能决策

桥式起重机3D防摇动力学理论模型及控制策略

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控制与决策 2024年第10期39卷 3319-3327页

作者：戚其松操尚峰董青沈舒杰张宇乐太原科技大学机械工程学院太原030024

以桥式起重机为研究对象,针对其在三维复杂欠驱动系统中因状态参量高度耦合而导致动力学方程难以线性化处理和滑模控制器本身控制力输出的高频抖振等系列问题,设计一种基于分层滑模控制的改进超螺旋滑模控制器,以期当负载质量和钢丝绳... 详细信息

以桥式起重机为研究对象,针对其在三维复杂欠驱动系统中因状态参量高度耦合而导致动力学方程难以线性化处理和滑模控制器本身控制力输出的高频抖振等系列问题,设计一种基于分层滑模控制的改进超螺旋滑模控制器,以期当负载质量和钢丝绳长度等参数不断变化时,仍能实现对起重机的精确定位并有效抑制负载摆角.采用Lyapunov函数对控制器稳定性和可行性进行证明,通过搭建物理模型对所研究内容进行验证,仿真与实验结果的一致性证明了所提出的控制器对抑制负载摆动现象具有较好效果.以上结果表明所研究的控制器能够在不降低系统鲁棒性的前提下有效消除系统抖振并抑制负载摆角幅度,具有重要的理论意义与应用潜力.

关键词：桥式起重机欠驱动系统超螺旋滑模控制防摇控制 Lyapunov函数鲁棒性

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掘进机器人行驶状态嵌入式传感系统研究

振动．测试与诊断 2024年第4期44卷 785-792,832页

作者：张宏刘阳陈小兵殷国珠宋佳琪太原科技大学机械工程学院太原030024

针对掘进机器人履带行驶结构作业处于高冲击、碰撞、高湿度和复杂煤岩底质等空间受限环境、受到的外部动载荷通常无法直接测量或测量比较复杂问题,提出了一种可实时监测掘进机器人履带动载荷的嵌入式传感系统无线监测方法。设计了适用... 详细信息

针对掘进机器人履带行驶结构作业处于高冲击、碰撞、高湿度和复杂煤岩底质等空间受限环境、受到的外部动载荷通常无法直接测量或测量比较复杂问题,提出了一种可实时监测掘进机器人履带动载荷的嵌入式传感系统无线监测方法。设计了适用于掘进机器人的特种履带行驶结构,搭建基体-夹板-无线采集模块等组成的多层复合封装防护结构,在封闭环境下对嵌入式传感系统进行无线传输特性及行驶状态下的动应力分布研究,并进行传感系统封装集成的测试精度标定试验。将嵌入式传感系统随机替换履带链环中的一块山型减振垫,对掘进机器人行驶状态周期循环的履带载荷历程进行监测测试。结果表明,该嵌入式传感系统在不改变履带链环整体受力的前提下,能实时采集履带行驶结构的动载荷并无线传输给上位机,动载荷时间历程数据完备、稳定可靠,解决了井下极端工况下掘进机器人履带行驶结构动载荷获取难题。

关键词：履带行驶结构嵌入式传感系统动载荷时间历程无线测试

NiFe2O4/rGO电极材料的制备及电催化HMF氧化性能研究

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材料导报 2024年第14期38卷 27-32页

作者：王洪雷牛彩云朱宏跃李晓明周丹孙志刚胡季帆杨昌平太原科技大学化学工程与技术学院中北大学化学化工学院太原科技大学材料科学与工程学院

利用五羟甲基糠醛（HMF）电合成的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）具有与对苯二甲酸相似的结构和性质，为开发可降解性塑料、减少白色污染提供可能。利用CO2激光成功合成了NiFe2O4/rGO电极材料，其微观形貌呈纳米颗粒镶嵌的氧化石墨烯结构。原... 详细信息

利用五羟甲基糠醛（HMF）电合成的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）具有与对苯二甲酸相似的结构和性质，为开发可降解性塑料、减少白色污染提供可能。利用CO2激光成功合成了NiFe2O4/rGO电极材料，其微观形貌呈纳米颗粒镶嵌的氧化石墨烯结构。原位拉曼光谱表明，与Fe5O12/rGO电极材料相比，在HMF电催化氧化过程中NiFe2O4/rGO表面重构为NiOOH和FeOOH物种，证实了Ni的加入使材料更易发生表面重构。表面重构的NiFe2O4/rGO电极材料在100 mA·cm-2时过电位降低至26 mV,且较制氧反应（OER）过电位降低约182 mV。表面重构后的电极材料拥有更大的比表面积，促进了反应物与电极材料的接触。反应物的转化率、目标产物的选择性及法拉第效率分别为99.8%、99.3%和87.6%。本研究为元素加入促进催化材料表面重构进而提高HMF的电催化氧化活性提供了有效途径。

关键词：电催化 CO2激光 NiFe2O4/rGO电极材料表面重构

液相剥离自组装法制备AgNPs/MoS_(2)复合SERS基底及其性能

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材料导报 2024年第16期38卷 68-74页

作者：周丹刘一鸣王志刚银建中徐琴琴太原科技大学化学工程与技术学院太原030024 大连理工大学化工学院辽宁大连116024

二维纳米材料因其原子级厚度、可调的带隙以及高比表面积等特点,在表面增强拉曼散射(SERS)领域展现出巨大的应用潜力。当二维材料与金属纳米颗粒结合时,其SERS性能显著增强。本工作提出一种简便的复合基底制备方法,结合银纳米颗粒(AgNPs... 详细信息

二维纳米材料因其原子级厚度、可调的带隙以及高比表面积等特点,在表面增强拉曼散射(SERS)领域展现出巨大的应用潜力。当二维材料与金属纳米颗粒结合时,其SERS性能显著增强。本工作提出一种简便的复合基底制备方法,结合银纳米颗粒(AgNPs)优异的导电性能,良好的透光性和弯曲柔韧性,采用天然二硫化钼粉末作为原料,通过一步法实现二维材料直接液相剥离与AgNPs原位合成。通过单因素分析法确定硝酸银与二硫化钼的质量比、机械搅拌转速、超声时间的影响范围,再利用响应面分析法设计优化实验条件。当硝酸银和二硫化钼的质量比为5∶1、机械搅拌转速为1000 r/min、超声时间为3 h时,所制备的SERS基底在检测低浓度孔雀石绿时表现出高的灵敏度和良好的线性关系,增强因子达到四个数量级。

关键词：表面增强拉曼散射光谱二硫化钼基底孔雀石绿

微纳米级天然黄铁矿负载nZVI去除水中Cr(Ⅵ)

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环境工程学报 2024年第4期18卷 1172-1182页

作者：解崇巍高雨欣马鑫辉王婷田慧霞丁庆伟太原科技大学环境与资源学院太原030024

采用机械活化(球磨)的方式,制备了微纳米级天然黄铁矿。同时以此作为载体材料,通过液相还原法制备了微纳米级天然黄铁矿负载纳米零价铁(nZVI/黄铁矿)去除水中的Cr(VI)。分析了nZVI/黄铁矿中黄铁矿和nZVI的质量比、反应初始pH对Cr(Ⅵ)去... 详细信息

采用机械活化(球磨)的方式,制备了微纳米级天然黄铁矿。同时以此作为载体材料,通过液相还原法制备了微纳米级天然黄铁矿负载纳米零价铁(nZVI/黄铁矿)去除水中的Cr(VI)。分析了nZVI/黄铁矿中黄铁矿和nZVI的质量比、反应初始pH对Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并结合动力学、吸附等温线和热力学的拟合结果,对反应机理进行了探讨。结果表明,在nZVI/黄铁矿去除Cr(Ⅵ)的实验中,黄铁矿和nZVI的最佳质量比为1:2,且黄铁矿的负载加强了nZVI在酸性和碱性条件下对Cr(Ⅵ)去除能力。除此之外,nZVI/黄铁矿和nZVI对Cr(Ⅵ)去除过程均符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附曲线,吸附过程由物理吸附和化学吸附共同控制,为极易发生的多层吸附。反应体系中ΔG0、ΔS>0,为熵增吸热反应,可以自发进行。nZVI/黄铁矿对Cr(Ⅵ)具有更好的吸附性能和还原固定效果,反应更容易进行。以上研究结果可为天然黄铁矿和零价铁协同处理重金属的实际应用提供技术支持。

关键词：纳米零价铁天然黄铁矿铬机械活化