含泥砂河流水轮机增容改造的探讨─刘家峡2~＃水轮机增容改造

本文简要叙述了刘家峡电厂水轮机增容改造中的水力研究、结构设计、中间试验、材料选择以及制造工艺等方面内容,并探讨了减轻泥砂磨蚀的措施。该水轮机的增容改造经验对含泥砂河流水轮机的设计与改造是有益的。     

考虑死区的水轮机调节系统非线性自抗扰控制

针对含死区环节和机械时滞的水轮机调节系统,提出了一种改进状态误差反馈控制律的自抗扰控制方法。首先,考虑电液随动系统传动过程中存在的间隙特性,建立含非线性死区环节和机械时滞的水轮机调节系统数学模型。其次,通过坐标变换将具有死区和时延特性的状态空间方程转化为可控标准化数学模型。然后,引入PID积分环节,设计新型的自抗扰控制器,消除状态误差反馈控制律处理误差信号过程中出现的抖振现象。最终,基于Lyapunov稳定性定理,分析系统误差方程,证明了扩张状态观测器的收敛性。仿真结果表明,所提控制器在不同运行工况下的控制效果均优于PID控制和传统自抗扰控制,验证了所设计控制器的有效性和优越性,具有良好的参考价值。     

磁性材料控制与生物医学应用研究进展

磁性材料是一种重要的刺激响应材料,可通过外部磁场穿透组织和器官实现无线远程控制,具有生物兼容性高、磁场控 制简单和调控速度快等特点,广泛应用于医疗机器人、人造器官、生物化学合成和药物递送等生物医学领域。 复杂的工作场景 和多功能需求对磁性材料的精确控制提出了更高的要求,从基于磁力的简单平面驱动,到基于磁力和磁力矩的复杂空间驱动; 从基于材料本身运动变形进行功能实现到作为多功能柔性电子器件载体实现更复杂的环境检测等。 本文介绍了几种常用磁性 材料的磁学特性、磁场控制平台和磁极编程技术,并展示了磁性液体、磁性块体和磁性薄膜 3 种不同形态磁性材料在生物医学 领域的应用进展和面临的诸多挑战,最后对未来的发展趋势进行了展望。     

Incombustible Polymer Electrolyte Boosting Safety of Solid-State Lithium Batteries: A Review

Lithium-ion batteries with their portability, high energy density, and reusability are frequently used in today's world. Under extreme conditions, lithium-ion batteries leak, burn, and even explode. Therefore, improving the safety of lithium-ion batteries has become a focus of attention. Researchers believe using a solid electrolyte instead of a liquid one can solve the lithium battery safety issue. Due to the low price, good processability and high safety of the solid polymer electrolytes, increasing attention have been paid to them. However, polymer electrolytes can also decompose and burn under extreme conditions. Moreover, lithium dendrites are formed continuously due to the uneven charge distribution on the surface of the lithium metal anode. A short circuit caused by a lithium dendrite can cause the battery to thermal runaway. As a result, the safety of polymer solid-state batteries remains a challenge. In this review, the thermal runaway mechanism of the batteries is summarized, and the batteries abuse test standard is introduced. In addition, the recent works on the high-safety polymer electrolytes and the solution strategies of lithium anode problems in polymer batteries are reviewed. Finally, the development direction of safe polymer solid lithium batteries is prospected.     

基于改进Yolov5s的无人机火灾图像检测算法

为了解决现有火灾检测算法模型复杂,实时性差,难以部署在无人机平台的问题,通过改进Yolov5s算法对无人机火灾图像目标检测进行分析研究。利用搭载高清摄像头的无人机设备获取的火灾图像、公开数据集、互联网航拍视频自主建立无人机火灾图像数据集;采用轻量化模型Yolov5s为基础模型,MobileNetV3作为特征提取主干网络,降低模型参数和计算量,解决实时性差和模型部署的问题;模型颈部引入注意力模块CBAM,综合了通道和空间信息,加强网络对高层次语义信息的传递;修改模型检测头部结构,增强小目标检测能力。通过消融试验对比分析各个模块对模型的影响,与常见火灾模型进行对比分析,分析本文算法的优劣。算法在自建数据上的平均精度达到78.2%,模型大小为6.7M,单帧（640×640）图像处理时间为15.2ms。实验结果表明,本文算法模型简单、实时性好,为火灾检测算法部署在无人机平台奠定技术基础。     

一种水下足式机器人的设计方案研究

海洋蕴含着丰富的自然资源,对海洋资源的合理开发与运用可以极大的缓解能源短缺问题,但由于海洋的复杂环境所带来的资源开发难度也不容忽略;针对这系列问题,对一种新型水下航行器进行研究,开展了水下足式机器人的总体设计分析,并通过三维建模对机器人进行结构设计;利用ANSYS对机器人关键运动部件进行应力分析,对机器人的设计进行完善;利用FLUENT软件进行流体模拟仿真,计算得到机器人腿部在水下运动时的受力特性;使用Adams软件对机器人的运动进行动力学仿真,计算机器人腿部扭矩输出特性;结合仿真结果对机器人的硬件系统进行选型,完成水下足式机器人的总体设计。     

磁流变液阻尼器控制下贯流式机组轴系碰摩振动特性分析

针对贯流式水轮发电机组轴系受多振源引发的振动问题,基于线性接触力和库伦摩擦力组成的叶尖碰摩力模型,建立综合考虑不平衡磁拉力、油膜力以及不平衡水力等外激励影响下的机组转子–转轮–轴承系统碰摩动力学模型。为抑制转轮叶片振动诱发的碰摩故障,将一种电流调节式磁流变液阻尼器引入系统,采用数值方法研究有无磁流变液阻尼器在不同转速及转轮质量偏心下对转轮振动的抑制规律。结果表明：磁流变液阻尼器的存在使原本复杂的系统响应形式变得有序,能够减弱机组在转速变化过程中产生的振动,使转轮运动更为贴近同步周期运动形式;同时,可缩减因质量偏心变化造成的混沌行为并减小其振幅波动。磁流变液阻尼被动控制对贯流式水轮发电机组具有良好的适用性,可为贯流式机组轴系减振提供有益借鉴。     

Neural network robust control of a 3-DOF hydraulic manipulator with asymptotic tracking

Multiaxial hydraulic manipulators are complicated systems with highly nonlinear dynamics and various modeling uncertainties, which hinders the development of high-performance controller. In this paper, a neural network feedforward with a robust integral of the sign of the error (RISE) feedback is proposed for high precise tracking control of hydraulic manipulator systems. The established nonlinear model takes three-axis dynamic coupling, hydraulic actuator dynamics, and nonlinear friction effects into consideration. A radial basis function neural network (RBFNN) is synthesized to approximate the uncertain system dynamics and external disturbance, which can greatly reduce the dependence on accurate system model. In addition, a continuous RISE feedback law is judiciously integrated to deal with the residual unknown dynamics. Since the major unknown dynamics can be estimated by the RBFNN and then compensated in the feedforward design, the high-gain feedback issue in RISE feedback control will be avoided. The proposed RISE-based neural network robust controller theoretically guarantees an excellent semi-global asymptotic stability. Comparative simulation is performed on a 3-DOF hydraulic manipulator, and the obtained results verify the effectiveness of the proposed controller.     

基于序列图像与针孔成像的井喷流体流速计算

针对常见井喷流体流速测量方法存在危险性较高、准确性较差的问题,为安全、精确测量井喷流体流动速度,提出了一 种基于序列图像与针孔成像的井喷流体流速计算方法并进行了相应的实验。 该方法利用摄像机和自研井喷模拟装置,通过获 取大量模拟井喷的序列图像,从中选取前后两帧图像后,对这两幅图像分别用 SIFT 算法进行特征点提取,再用 FLANN 算法对 提取出来的特征点进行特征匹配,最后使用 RANSAC 算法进行误匹配特征点消除,得到两幅图之间的准确匹配特征点后,提取 这些像素点的坐标位置并计算出匹配特征点之间的位移距离,最后使用基于针孔成像的方法计算出井喷流体的流速,实验结果 表明,能获得较准确的井喷流体流速,从而更准确估计井喷的危害,保障了现场作业人员人身安全。     

多泥沙电站高水头低出力水轮机水力设计策略

在多泥沙河流运行的水轮机,经常受到严重的泥沙磨损危害,机组的检修周期及运行寿命普遍较低。特别是对于高水头低出力要求的水轮机,机组磨损情况往往更为严重。为提高机组的抗磨损性能,水力设计阶段需专门考虑降低流道流速进而提高抗磨损性能的方法。本文以木扎提河三级水电站小水轮机的设计为例,综合考虑易磨损部位的相对流速及机组水力性能,确定了适用于高水头小流量多泥沙电站的水轮机水力设计策略。研究表明常规降低转速的方法对转轮及导叶出口流速、密封间隙内流动均有显著影响,转速降低的程度应通过流场对比分析合理确定。在高水头电站导叶尾部磨损更为严重,通过采取增大分度圆、优化导叶翼型及相对位置等可有效降低导叶后相对流速。采用长短叶片转轮,可大大降低转轮内部流速,提高在高含沙条件下机组的抗磨损性能,提升水轮机的运行稳定性及安全使用寿命。本文的研究可为多泥沙电站的水轮机设计策略提供有效参考。