深部岩层原位保真取心主动保温系统创新设计

深部岩层的原位保温是深地钻探、深部资源开发的关键技术,但目前该技术仍是深部岩层原位保真取心研究的难题。考虑到深部岩层的复杂地质条件,大规模开采活动衍生的强扰动和高成本问题限制了深部钻取的作业空间,同时在进行深部钻取作业时保真舱距离地表太远会导致供电、温度控制和数据采集的难度极大。为此,使用功能-行为-结构（function-behavior-structure,FBS）模型对深部岩层原位保真取心主动保温系统进行功能定义描述,初步提出了该系统的功能需求和功能结构布局;结合TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,发明问题解决理论）,对初步提出的主动保温系统设计方案中的技术冲突进行分析和改进,提出了一套由热管、帕尔贴制冷器以及石墨烯加热涂层等组成的高效主动保温系统;通过设定不同的温度梯度来进行恒温控制,实现了不同深度下原位温度的保温模拟,验证了所提出的主动保温系统的可行性。深部岩层原位保真取心主动保温系统的实现可为后续的被动保温以及温压耦合研究提供研究思路和方法。     

月壤钻进取心过程钻具热特性研究

我国探月三期工程采用回转冲击钻对月表月壤进行预计深度为2米的采样作业，采样过程中钻头由于钻削产生的切削热完全由钻具本身导热传递。由于月球的超高真空度以及苛刻的温度环境，导热效率相较于地面钻探低。同时，由于钻进工况的未知性，钻具可能会形成局部高温区域，这会使钻具的整体性能降低，尤其对钻具的取心性能影响最大。通过EDEM软件，建立不同形状及颗粒大小的月壤颗粒微元模型，组成月壤仿真模型，基于高温小颗粒群法，开展钻进过程月壤热特性仿真研究，研究温升颗粒的分布规律，并根据这一分布规律建立温升颗粒数量与温升之间的关系式。另外，在模拟月壤钻进实验中，在原有的取芯钻具上补充若干温度测量点，通过光纤光栅传感技术，开展钻具热特性实验研究，获得了钻头不同位置区域的温升规律，以及回转转速、进给速率对钻具温度的影响规律。温升颗粒数量模型以及常规热特性实验均能实现钻具温升情况的预测，为后续钻具在拟实月球环境及恶劣工况下的热安全性研究提供依据。     

汽车动力总成主动悬置系统分层控制策略研究

针对汽车动力总成主动悬置系统结构特点,考虑作动器动态特性对系统控制精度的影响,提出了一种分层控制方法。在对三自由度1/4车主动悬置系统分析的基础上,推导了悬置系统和电磁作动器控制电路的数学模型,采用分层控制策略对悬置部分和作动器电路部分设计了上、下层控制器。上层悬置控制器采用综合性能较好的LQR控制,并利用遗传算法对其性能指标权重系数进行优化;下层作动器电路部分采用简单实用的PID控制,并利用粒子群算法对其参数进行优化。最后,通过对所设计的主动悬置系统设置两种典型工况进行仿真验证。结果表明:相比于传统控制,按照分层控制策略设计的主动悬置系统能够针对汽车不同工况实施更精确的控制,并且具有较强的鲁棒性和力跟踪性。     

梯恩梯蒸汽倒药自动化控制系统研究

介绍了梯恩梯蒸汽倒药技术的现状,提出利用PLC来实现自动化控制蒸汽倒药的生产过程。介绍了控制系统的硬件组成和软件结构,将蒸汽倒药温度控制为95～97℃、保温沉淀温度控制为85～90℃,并精确控制倒药时间,提高了生产效率、安全水平和产品品质。     

扭转振动工具滑模控制降黏分析

在深部硬地层钻井领域,扭转振动工具具有破岩效果明显和抑制钻头黏滑的作用,但其相应的降黏机理和控制机理研究还不完善。为此,在现有通过扭转振动工具解决黏滑问题的基础之上,建立了钻柱系统的扭转振动方程,提出U1和U2两种滑模控制降黏方法,并在有工具作用时,结合理论方程、给定参数对两种控制方式的降黏效果进行了分析。结果表明:当存在参数摄动时,钻柱系统处于黏滑状态附近,参数的变化会导致钻柱系统的脆弱性,钻柱系统需要加以控制;两种滑模控制方式均能有效对钻柱的黏滑振动进行控制;通过对在不同条件下各控制器的控制性能、鲁棒性的对比可知,滑模控制方式U2整体控制性能较好,且滑模控制方式U2具有更强的鲁棒性,有利于提高钻柱系统的稳定性和可靠性。     

热塑性复合材料自动纤维铺放装备技术

基于热塑性复合材料(TPC)自动纤维铺放(AFP)原位固结技术,开展热塑性复合材料AFP装备技术研究,分析AFP平台的功能需求,提出平台总体规划方案,设计开发热塑性复合材料自动铺丝头,并提出预浸纱张力控制方案、精确送纱及温度闭环控制方案。在此基础上,设计AFP系统可行性验证实验,证明方案的可行性和平台的实用价值。结果表明:本实验平台针对热塑性复合材料铺放特点,优化张力与铺放速度匹配,实现预浸纱动态恒张力铺放,确保成型构件质量;实验平台调控铺放速度与送纱协调,实现精确定位,保障成型构件尺寸;建立了铺放速度与加热功率、热流分布关系,实现高精度温度场分布控制。虽AFP成型构件的力学性能比热模压成型构件的力学性能低约20%,但为热塑性复合材料AFP装备技术的广泛应用奠定了基础。     

基于自适应模糊控制算法的公路桥梁MR半主动控制

摘要：为了有效处理振动控制中结构的非线性和外界荷载的不确定性,提出了基于自适应模糊控制算法（AFLC）的MR半主动控制算法。AFLC通过在线调节规则后件隶属度函数,以自适应模糊控制系统逼近等价控制律。通过引进Lyapunov稳定性理论设计了相应的自适应率。在此基础上结合限幅最优控制算法（clipped optimal）设计了适合MR阻尼器的半主动控制算法（AFLC/clipped optimal）。针对最近提出的公路桥梁控制的Benchmark问题进行仿真分析,结果表明：在不同场地类型和幅值的地震作用下,基于AFLC算法的主动和半主动控制策略都能够有效的抑制结构的地震响应,且MR半主动控制策略的控制效果与主动控制相近,表明了这种半主动控制策略具有很高的工程应用价值。     

超长柔性臂架回转振动主动控制研究

针对超长柔性臂架回转振动过大问题,结合臂架结构特点基于有限单元法建立臂架回转动力学模型,分析臂架回转系统振动特性。采用模态滤波技术及最优极点配置算法进行主动控制策略设计与理论分析,并搭建主动控制试验系统,进行超长臂架回转振动主动控制试验。试验结果表明,该振动主动控制方法能有效提升受控系统阻尼比(增幅920%),显著抑制臂架回转振动衰减时间(减幅73%),振动控制效果明显,不仅对研制更长臂架泵车具有重要的理论及应用价值,且对所有具有超长柔性机械臂高端装备回转振动控制具有重要参考价值。     

地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究

深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明:随着地应力水平的提高,岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低,非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展,但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响;地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性,随着地应力的增大,更多的炸药爆炸能转化为地震波能量,产生的高频地震波随距离衰减更快,且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。     

基于模糊自整定PID算法的压电柔性机械臂振动控制研究

柔性臂运行过程中的振动降低了其定位和操作精度,不同控制算法时的柔性臂抑振效果也不相同。针对刚-柔-电耦合的双连杆压电柔性机械臂,提出基于模糊自整定PID算法的柔性臂振动主动控制方法。利用MATLAB软件中的模糊工具箱,建立有效的模糊规则,实现了PID参数在线自整定模糊控制系统的设计与仿真。与常规PID控制算法相比较,仿真及实验结果表明:两种算法均能抑制柔性机械臂的振动,但模糊自整定PID控制器具有响应快、鲁棒性好、调整方便等优点,并更好地改善了控制系统的动态性能。     

基于同步挤压S变换和集成深层脊波自编码器的轴承故障诊断

针对传统滚动轴承故障诊断算法过度依赖专家经验和故障特征提取困难的问题,提出一种基于同步挤压S变换(SSST)和集成深层脊波自编码器(EDRAE)方法。该方法对轴承振动信号进行SSST变换得到时频图像,并将时频图像进行双向二维主成分分析压缩;利用不同的脊波函数设计不同的脊波自编码器(RAE),并构造相应的深层脊波自编码器(DRAE)且引入"跨层"连接以缓解DRAE的梯度消失现象;将压缩时频图像输入各DRAE网络进行无监督预训练和有监督微调,并通过加权平均法输出识别结果。试验结果表明,基于SSST和EDRAE的轴承故障诊断方法能有效地对轴承进行多种工况和多种故障程度的识别,特征提取能力和识别能力均优于人工神经网络、深度信念网络和深度自编码器等模型。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

两边支撑声学超材料板的低频宽带隔声性能研究

以电力变压器低频隔声为应用背景,提出了一种结构简单轻质的局域共振声学超材料板,它由在两边支撑框架上紧密粘贴高分子聚合物薄板制成,相比四边支撑超材料板,其具有更加优越的低频隔声能力。在声波垂直入射条件下,采用有限元仿真对其隔声特性进行研究,结果表明在248 Hz处出现了一个明显的隔声峰,隔声量达到了31 dB。为拓宽低频隔声频带,在超材料板上布置质量块,仿真结果表明在152~560 Hz范围内出现了三个密集的隔声峰,最高隔声量达26 dB,从而一定程度上实现宽频隔声效果;同时在120 Hz处出现了一个隔声量为18 dB的隔声峰。最后搭建了基于小型箱体的隔声实验平台,可以发现实验测试结果与仿真结果具有较好的一致性,从而验证了轻质声学超材料板良好的低频宽带隔声性能,说明了两边支撑声学超材料板具有广阔的工程化应用前景。     

分散式自适应主动隔振控制算法研究

针对主动隔振中次级通道耦合会影响传统FXLMS算法稳定性问题,提出一种分散式解耦优化控制算法。主要是更新控制滤波器系数时忽略作动器与非临近传感器间的耦合,将多通道控制系统简化为多个并联的单通道控制系统,能降低算法运算量。但在一定程度上也会降低系统的收敛速度,为此,在辨识矩阵的估计模型中引入了作动器与非临近传感器之间的反馈补偿因子。仿真和试验结果表明,该算法可有效降低运算量,提高收敛速度和控制精度,双频线谱激励控制效果显著,振动衰减分别可达24.5 dB和12.4 dB。     

热塑性复合材料自动铺放过程中红外加热技术研究

为保证热塑性预浸料树脂基体在自动铺放(automated fiber placement, AFP)过程中充分熔融,实现热塑性复合材料(thermoplastic composites,TPC)逐层"原位固结"成型,自动铺放成型过程中需精确控制预浸料的加热温度。针对自动铺放过程中铺放速率会在较大范围内变动的特点,本工作提出一种高速率响应的红外线辐射加热技术。通过对红外热源与铺层间能量传输过程的分析,提出红外加热过程中动态恒温控制方程,建立热源辐射强度与铺放速率之间的匹配关系。基于热塑性复合材料自动铺放实验平台,构建红外加热恒温控制系统,该系统采用前馈控制方式,根据动态恒温控制方程,制定相应控制策略,实现对预浸料加热过程中温度的精确控制。实验结果表明自动铺放过程中使用红外加热恒温控制系统满足变速工况下恒温加热要求,且铺放成型实验件的压缩强度及层间剪切强度均接近模压成型实验件。     

电磁驱动主动质量阻尼器控制系统的智能模型

利用模糊神经网络理论的非线性处理能力,以试验数据作为网络训练及验证数据,找出电磁驱动主动质量阻尼器控制系统在更为广泛的条件下其线圈输入电压、质量块相对运动速度和系统输出电磁力之间的关系,建立EMD系统的智能模型,仿真结果表明可以有效改善现有力电关系模型的计算效果。     

Using systemic structural activity approach in identifying strategies enhancing human performance in mining production drilling activity

This article seeks to identify performance-enhancing strategies that could be used to improve and optimise human–technology collaboration in rock drilling ‘activity’ in deep mines. Results from the analysis of miners’ motor actions during rock drilling activity showed that by using procedurally driven strategies, they were able to perform simultaneously two specific tasks that required high levels of concentration and visual control in the normal visual field available to them from inside the protective cabin of the high-technology equipment they were using. The miners simultaneously combine their mental actions and motor actions in recognising and remedying the constraining effects of unfamiliar stimuli during the rock drilling task. It is concluded that the functional efficiency and effectiveness of rock drilling as well as the miner's productive performance in future automated and digitised deep mines could be enhanced by identifying the procedural characteristics of their performance-enhancing actions and operational strategies.     

采用主被动控制技术的自然通风隔声窗研究

现有自然通风隔声窗无法有效解决中低频噪声问题,将有源控制技术应用于自然通风隔声窗上,结合聚氨酯吸声棉、微穿孔板,验证了主被动控制系统分别在100 Hz~400 Hz,400 Hz以上范围内可以有效降噪,且整窗隔声性能等同于普通窗全关状态,并在出风口降噪量可以达到32.6 dB(A)。     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

舟山长白岛1#和2#船坞围堰拆除爆破

在舟山长白岛1#、2 #船坞围堰拆除中,根据围堰不同结构,采用不同的爆破方法和相应的爆破参数,获得较好的爆破效果.尤其是所提出的超深水平孔的钻孔方法和装药技术,具有广泛的推广应用价值.