2018年第41卷第4期文章目次

黄伟 , 邓兆祥 , 妥吉英 , 张河山 , 杨攀 , 杨金歌

2018, 41(4):1-10. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.001

[摘要](1016) [HTML](499) [PDF 1.75 M](1430)

摘要:
为解决工程实践中绝对振动位移难以直接测量的问题，提出了一种采用准零刚度技术的新型传感系统。分析了欧拉压杆和传感系统的静力学特性，得到了传感系统具有准零刚度特性的条件；建立了传感系统的动力学模型并对其求解，讨论了传感系统的等效阻尼、欧拉压杆负刚度与弹簧的刚度比和被测信号幅值对测量精度的影响；研究了传感系统在不同激励信号下的动态测量效果。研究结果表明，传感系统可以直接对微幅振动位移进行准确、实时的测量。该新型准零刚度振动位移传感系统可以为全状态反馈振动控制等问题提供一种可行或者更优的测量方案。

2 故障树和人工神经网络在可靠性再分配中的应用

鞠萍华 , 蒋德轩 , 冉琰

2018, 41(4):11-19. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.002

[摘要](863) [HTML](567) [PDF 2.28 M](1051)

摘要:
在产品可靠性设计过程中，通常情况下，可靠性指标的分配并不是一次可以完成的，不同的设计阶段有不同的可靠性分配方法。随着设计过程的深入，初步分配的结果可能会存在不合理的情况，所以在设计阶段中后期，还需要对可靠性指标进行再次分配。在进行指标分配之前，用一定的算法将所有最小割集进行筛选，再将筛选出的需要分配的最小割集利用人工神经网络进行指标分配，最终目标是将可靠性指标分配到故障树的最小割集或基本事件上。通过分配前初始可靠性与分配后的可靠性对比，可以找出产品设计中的薄弱环节进而改进设计，并在一定程度上检验了FMECA（failure mode，effects and criticism analysis，故障模式、影响及危害性分析）的结果。

3 双馈式风电机组的自适应Super-twisting功率控制

陈柳 , 罗治伟 , 张虎 , 王磊

2018, 41(4):20-28. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.003

[摘要](1054) [HTML](280) [PDF 5.88 M](1027)

摘要:
针对使用双馈式感应发电机的风电机组易受电网电压波动、外界风速干扰影响等问题，提出了一种自适应Super-twisting功率控制方法。该方法实现了风电系统随着系统工作的区域（由风速大小所决定）而变化，即在部分负荷区域优化有功功率，在全负荷区域限制有功功率。同时在不同的区域根据需要调节无功功率达到补偿功率因数的控制目标。该方法具有易于实现、鲁棒性强的优点和自适应控制增益可调的特点，适用于带有外界干扰以及参数时变的非线性系统。通过仿真证明，以该方法设计的控制器应用于双馈式风力发电系统中控制有功功率和无功功率具有良好的鲁棒性能，且抖振得到降低，滑模变量在有限时间内迅速收敛于滑模面。

4 一种文化算法优化

谭涛 , 邓兆祥 , 舒红宇 , 杨金歌

2018, 41(4):29-34. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.004

[摘要](876) [HTML](392) [PDF 2.48 M](994)

摘要:
工程中复杂的优化问题很难获得其解析解，通过数值计算方法去获取数值解容易陷入局部最优解。为提高求解高维问题数值最优解的速度和准确性，在传统文化算法基础上将种群分为精英群体和普通群体，分别按照不同的方式进化并对种群做初始化优化，通过MATLAB编程用实例分别对优化前后的算法进行仿真。实验表明，优化后较优化前在速度上有较大的提升，进行初始化改进的文化算法在高维优化问题中能更快、更准确地逼近最优解，为求解复杂的问题提供了一种新的参考方法。

5 用于混合动力汽车的软开关双向DC/DC变换器

王少鹏 , 张安堂 , 王君力

2018, 41(4):35-42. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.005

[摘要](1058) [HTML](701) [PDF 1.59 M](2413)

摘要:
双向DC/DC变换器作为混合动力汽车能量管理系统的核心，在混合动力汽车能量双向转换控制中起到关键作用。根据混合动力汽车对双向DC/DC变换器的要求，选取双向Buck/Boost变换器作为主电路拓扑，减小了重量与体积、提高了系统的工作效率，同时采用半导体软开关技术有效减小开关损耗。推导出变换器在不同工作模式时的动态模型，并对相应模式下的控制器进行设计，提高了系统的稳定性和动态响应速度。最后，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

6 电网可靠性评估的反向等量配对负荷削减模型

焦建林 , 元一平 , 赵渊 , 陆晓

2018, 41(4):43-53. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.006

[摘要](876) [HTML](470) [PDF 5.04 M](1187)

摘要:
为提高电网可靠性评估效率，提出基于潮流灵敏度的反向等量配对负荷削减模型。基于基态潮流的灵敏度信息，推导了故障状态下潮流灵敏度的解析表达式，实现了潮流灵敏度矩阵的快速求解；根据过载支路潮流对节点注入功率的灵敏度，给出了发电机出力调整和负荷控制节点的选取规则；在此基础上，基于潮流灵敏度的反向等量配对思想，提出了配对节点组功率调节量的修正公式，有效消除了传统方法在调整过程中平衡节点机组出力越限以及正常支路反复过载的拉锯现象，也同时避免了反复潮流校验过程，提高了系统状态分析速度。通过对RBTS、IEEE-RTS79与IEEE-RTS96系统测试仿真，验证了该模型的有效性和快速性。

7 基于非平衡数据的随机森林分类算法改进

魏正韬 , 杨有龙 , 白婧

2018, 41(4):54-62. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.007

[摘要](967) [HTML](927) [PDF 1.01 M](1252)

摘要:
随机森林算法作为一种组合分类器有较好的分类性能，适合多样的分类环境。算法同样也存在一些缺陷，例如算法处理非平衡数据时不能很好地区分正类和负类。针对这一问题，通过对抽样结果增加约束条件来改进Bootstrap重抽样方法，减少抽样对非平衡性的影响，同时尽量保证算法的随机性。之后利用生成数据的非平衡系数给每棵决策树进行加权处理，提升对非平衡数据敏感的决策树在投票环节的话语权，从而提升整体算法对非平衡数据的分类性能。通过上述两种改进可以明显提高随机森林在决策树数量不足情况下的分类精度。

8 碳钢高温变形两相区流变应力行为预测

张所全 , 焦四海 , 王全胜 , 王国栋

2018, 41(4):63-70. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.008

[摘要](776) [HTML](692) [PDF 23.68 M](876)

摘要:
部分钢铁材料在两相区高温变形时，流变应力往往不随变形温度升高而降低，而是在两相区内出现流变应力的谷值。为了弄清主要化学成分对两相区内流变应力行为的影响，通过热模拟压缩试验研究不同成分钢铁材料在两相区附近的变形行为，分析变形后的金相组织以及两相区附近流变应力的变化，获得铁素体相变开始温度Ar₃和两相区内流变应力的降幅。通过回归拟合得到C、Si和Mn等主要合金元素对铁素体相变开始温度Ar₃以及流变应力降幅的影响关系。

9 硬石膏膨胀特性及其湿度应力场膨胀本构模型

任松 , 欧阳汛 , 姜德义 , 吴建勋 , 陈结

2018, 41(4):71-79. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.009

[摘要](787) [HTML](410) [PDF 5.92 M](1175)

摘要:
硬石膏岩遇水表现出很强的膨胀特性，且由于地下水分布的动态不均匀性，导致围岩不均匀膨胀。以梁忠高速公路礼让隧道中硬石膏岩为研究对象，采用土工固结试验仪，设置不同初始浸泡水量，对硬石膏进行侧限膨胀试验，研究其吸水率、膨胀应变及应力变化规律。结果表明：硬石膏吸水率呈先快后慢型增长，快速增长过程中硬石膏吸收的水主要转化为结晶水，慢速增长阶段，硬石膏内部自由水逐渐增多；硬石膏膨胀应变及膨胀应力随浸泡水量增加而增大，当浸泡水量为硬石膏完全石膏化理论耗水量的1/4时，达到二者增长率明显减小的转折点；硬石膏吸水率具有时间效应，且吸水率与时间呈负指数关系，基于此，结合湿度应力场理论，得到了硬石膏湿度应力场膨胀时变本构。

10 多排土场间土岩物料流向流量动态规划模型

柴森霖 , 白润才 , 刘光伟 , 董瑞荣

2018, 41(4):80-89. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.010

[摘要](917) [HTML](624) [PDF 15.37 M](759)

摘要:
为进一步优化露天矿山排土场土岩堆置结构，降低排土运输成本，针对现阶段尚未有效解决的多排土场间物料堆置问题展开研究，提出一种面向多排土场的、考虑其内部自身发展建设的物料块体堆置次序优化算法。首先以阶段间物料流运输功最小化为目标函数建模，将排土场设计参数、空间形态以及位置关系作为约束条件，构建堆置次序规划模型；然后以排土程序设计为基本空间约束构建先验条件，提出一种多排土场间决策阶段动态生成算法；最后采用0-1整数规划对整个规划问题进行阶段性求解，得出多排土场内块体模型的最优化堆置次序，并给出排土场内部详细的土岩流向流量规划方案。针对神华新疆黑山露天煤矿随着开采深度加大、卡车排土场运距过大等现实排土运输问题，以运输功最小化为优化目标，运用所提出的算法对该矿排土场内部堆置结构进行了优化。确定了该矿未来11年南、北两外排土场内部结构最优的堆置方案；相比原设计有效的控制了运输能耗，可节省该矿每年1~2亿元的排土运输成本。

11 露天煤矿选采理论及方法研究

白润才 , 刘忠红 , 刘永鑫 , 刘光伟 , 曹博 , 刘鹏

2018, 41(4):90-98. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.011

[摘要](866) [HTML](675) [PDF 982.33 K](1059)

摘要:
针对露天矿开采过程中因选采效果不好而造成的矿产资源损失及贫化问题，通过理论分析与计算，研究选采工艺、开采程序、台阶高度对选采效果的影响。分析不同采掘设备的选采效果，以根据不同煤岩选采类型的特点选择最优的选采工艺。以单个台阶推进模型为研究对象，计算分析露天矿开采过程中不同推进方向的选采技术指标，以矿山经济效益最大化为目标，建立了煤层最小选采厚度优化模型。通过建立数学模型推导出台阶高度与煤炭损失率、岩石混入率、最小可采厚度、最小剔除厚度的的函数关系，进而找出通过优化台阶高度来提高选采效果的方法。以白音华二号露天矿为实例进行了研究，结果表明：通过选择合理的选采工艺、推进方式，优化台阶高度，可以有效提升露天矿选采效果。

12 长线路工程GPS控制网工程椭球建立方法

布金伟 , 金立新 , 左小清 , 常军 , 李小龙

2018, 41(4):99-106. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2018.04.012

[摘要](938) [HTML](307) [PDF 2.36 M](1225)

摘要:
用传统的高斯投影方法处理东西跨度较大的线路时，频繁换带既不能解决参考椭球面投影至高斯平面产生的投影长度变形，也不能解决高程归化引起的长度变形的影响。因此，有学者基于最小二乘法、空间坐标系旋转和椭球变换等理论，提出了一种建立工程椭球的新方法。笔者在此理论基础上，通过高铁GPS控制网的具体实例对该方法进行了验证和分析。试验分析表明：该方法可大大减少投影后横轴方向变形分量，避免高斯投影分带现象，同时有效减小高程引起的投影变形。特别适合东西跨度较大的长线路工程，且数学模型成熟、计算过程清晰，对线路工程测量具有借鉴作用。

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