摘要:重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用，易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此，针对使用液压串联弹性执行器（series elastic actuators，SEA）作为足部末端在非结构环境下动态性能差的问题，提出了基于环境参数估计的滑模阻抗控制方法（environmental parameter estimation sliding mode，EPESM）。以阀控液压缸的活塞位移传递函数为基础建立了基于位置内环的SEA阻抗控制模型，并以PID作为基础控制器；为改善SEA阻抗控制的动态性能，根据Lyapunov第二法构建稳定的自适应环境参数估计方法对SEA期望位置进行前馈补偿；为提升自适应环境参数估计方法在SEA工作过程中不同阶段的动态性能和环境变化适应性，使用模糊控制方法对自适应环境参数估计方法中的自适应参数进行寻优；以SEA状态方程为基础构建滑模控制器与PID控制器进行动态性能对比分析。仿真结果表明：在变SEA弹簧刚度工况和变环境刚度下，EPESM阻抗控制的响应速度明显更快，可将调节时间从平均5 s缩短到1 s内，能更快地达到预期位移和预期接触力，且能略微降低稳态误差，使接触力误差保持在±6 N内。在动态跟踪工况下，EPESM阻抗控制的动态性能更好，在快速进入跟踪状态后，可以长时间保持0.2 s以内的相位滞后和5.2%的幅值误差。

摘要:针对传统电液控制系统节流损失大、能耗高、效率低的问题，采用液阻全桥网络搭建了具有负载口独立控制特性的新型电液控制系统，详细研究了该系统在典型四象限负载下的节能控制策略。液阻全桥网络电液系统由5个二位二通比例阀组成，根据其具有的负载口独立控制特性，将系统归纳为传统三位四通、负载口独立和负载敏感3种控制模式。传统三位四通下，两负载口开度控制模拟三位四通进出口耦合形式；负载口独立模式下，采用一腔控制流量另一腔阀口全开的控制策略；负载敏感模式下，控制泵出口压力比进油腔压力高一个定值，从而实现负载敏感功能。在超越负载下，3种模式都使用流量再生回路进行节能控制。AMESim+Matlab联合仿真结果表明，与传统的三位四通模式相比，三位四通流量再生、负载口独立、负载口独立流量再生、负载敏感模式分别节能43.38%、65.27%、77.91%、83.58%。

摘要:电磁铁是电液控制系统的核心液压元件，被广泛应用于航空航天和石油工业等领域，但电磁铁工作产生的焦耳热和电磁损耗会导致温度迅速升高、局部热应力和不均匀膨胀变形，严重影响稳定性和使用寿命。笔者采用有限元软件研究电磁铁温度、应力及变形的演化规律，分析导热套筒散热与强制对流散热对其热性能的影响规律。结果表明：随着线圈功率增大，电磁铁的最大温度、热应力和变形量均线性增大；随着套筒厚度增加，稳态的最大温度、变形量和导热量线性减小，温降幅度为12.5 ℃/mm；随着流速增加，最大温度、热应力和变形量显著减小，温降幅度45.5 ℃/(m·s^-1)，说明增强导热和对流均能提高电磁铁热性能且对流更为显著。

摘要:采用原位皂化工艺制备了基于不同类型载液和磁性颗粒的磁流变脂，使用智能磁流变仪分别考察了基础油类型及黏度、磁性颗粒粒径对磁流变脂流变性能的影响，并用自然沉降法考察了基于不同组分的磁流变脂的沉降稳定性。实验结果表明，通过改变基础油类型和调节基础油的黏度可控制磁流变脂的内部骨架结构，有效地改善磁流变脂的磁流变性能和沉降稳定性；增大磁性颗粒的粒径可提高磁流变脂的流动性，增大磁场下磁流变脂的结构强度，增强其磁流变效应。

摘要:针对自动紧急制动（autonomous emergency braking，AEB）系统弯道适应性差及舒适性不佳的问题，提出了一种基于高斯过程运动预测，考虑变曲率弯道和制动舒适性的AEB系统控制策略。基于三次样条曲线建立行车道路模型，对前车进行定位，并计算相对曲线距离。考虑车辆运动的非线性特性以及时间效应，建立基于高斯过程理论的车辆运动预测模型，设计了基于预测碰撞时间的分级预警与制动控制策略。联合仿真结果表明：提出的控制策略能够有效实现车辆的避撞，解决了AEB系统在复杂动态工况下的弯道适应性和制动舒适性问题。

摘要:建立了考虑离合器摩擦系数变化及离合器性能衰减的湿式双离合变速器（dual clutch transmission，DCT）车辆起步过程动力学模型，以车辆起步过程冲击度、滑摩功和起步滑摩时间为优化目标，采用线性二次型最优控制方法获得了车辆起步过程离合器最优传递转矩。针对离合器摩擦系数变化及离合器性能衰减对车辆起步过程离合器压力控制的影响，提出了一种离合器压力非线性鲁棒控制策略，以实现对离合器最优传递转矩的跟踪。结果表明，所提出的非线性鲁棒控制策略能够在离合器摩擦系数变化的情况下实现对离合器最优传递转矩的有效跟踪，跟踪误差不大于0.02 N·m，且能够适应摩擦性能衰减导致不同寿命阶段摩擦系数的不同变化规律，与比例-积分-微分（proportion-integral-differential，PID）控制策略相比具有更精确的控制效果和更强的鲁棒性。

摘要:飞行控制系统作为电动垂直起降（electric vertical take-off and landing，eVTOL）飞行器的关键机载系统，需要具备和民机同样的安全性。为了设计满足eVTOL飞行器需求的飞控系统架构，根据适航规章梳理了安全性要求，并基于安全性要求介绍了eVTOL飞行器飞控系统飞控计算机、传感器和作动器余度设计技术，设计了一种基于安全性考虑的eVTOL飞行器飞控系统架构；分析了eVTOL飞行器旋翼构型下的典型功能危险，并采用故障树进行了安全性分析。结果表明，设计的飞控系统架构的典型功能危险能够满足失效概率的要求。

摘要:三周期极小曲面（triply periodic minimal surface，TPMS）点阵结构因其优异的综合性能受到中外学者的广泛关注。在点阵结构实际应用过程中，常常需要对其进行优化设计以兼顾轻量化与承载性能两方面的要求。目前，对TPMS点阵结构的优化设计主要集中于密度梯度层面，未综合考虑载荷方向对其力学性能的影响。为此，首先研究了TPMS点阵结构的各向异性特征。基于平均场均匀化方法求解了不同类型TPMS点阵结构的等效弹性矩阵，通过Matlab插值计算，绘制了其在三维空间范围内的杨氏模量图。发现不同类型的TPMS点阵结构呈现出不同的各向异性特征，其中W点阵结构在[100]等轴线方向上性能较强，在[111]等斜向对角方向上性能较弱，而P点阵结构则刚好相反。根据TPMS点阵结构的各向异性，同时考虑主应力方向以及相对密度分布对其性能的影响，提出了TPMS点阵结构的密度梯度杂交优化设计方法。以悬臂梁模型为基础，基于载荷边界条件对其进行拓扑优化设计，并将拓扑优化密度云映射为点阵结构的相对密度分布，从而实现密度梯度设计。根据TPMS点阵结构的各向异性特征以及单元主应力方向分别选择W和P点阵单胞填充悬臂梁，使主应力方向位于点阵结构性能较强的方向，避免点阵结构在性能薄弱的方向承受较大的应力。将不同类型的TPMS点阵单元合理分布后，利用激活函数将它们进行杂交连接，实现结构梯度设计。综合相对密度分布和单元结构分布，生成密度梯度杂交点阵结构。采用有限元仿真方法对比分析优化设计前后点阵结构的承载性能，结果表明密度梯度W和P点阵结构的刚度与对应的均质点阵结构相比都有明显提高，而由W和P两种点阵单胞组成的密度梯度杂交点阵结构刚度最大，比密度梯度W和P点阵结构分别提高4.63%和33.63%。该结果表明在密度优化的基础上，根据承载时单元主应力方向将不同类型的点阵结构进行合理分布以及混合杂交设计能够进一步提高结构的整体刚度。建立的TPMS点阵结构密度梯度杂交优化方法为其在轻量化设计等方面的应用提供了一定的指导。

摘要:鉴于无人艇的实际航行需求，所规划的路径应满足顺滑性和经济性要求，为此提出一种基于改进乌鸦搜索算法和新型路径拟合方法的路径规划策略。文中提出一种新型路径拟合方法，用于优化转向点的数量并对转向点进行圆弧过渡处理，从而缩短路径长度，并保证无人艇在航速稳定的情况下实现转向，在此基础上提出一种改进的乌鸦搜索算法，用于优化路径转向点的位置。算法的改进主要体现在3个方面：采用反向学习策略以提高初始种群质量及多样性；提出一种动态变化的意识概率以提高算法局部和全局的搜索能力；采用莱维飞行策略以改善搜索的方向性和有效性。仿真结果表明，所提出的新型路径拟合方法优于B样条曲线拟合方法和直线段拟合方法。迭代计算和方差分析结果表明：在优化新型拟合路径方面，所提出的改进乌鸦搜索算法相较于标准乌鸦搜索算法、差分进化算法和遗传算法具有更高的收敛精度和鲁棒性，能更高效地处理无人艇路径规划的实际问题。

摘要:电力负荷具有时空多变的特性，受众多因素的影响，在短期负荷预测中较多的输入特征会造成维度灾难，导致模型预测性能不佳，因此选择合理的输入特征集至关重要。文章提出一种新的短期负荷预测特征选择方法——mRMR-IPSO双阶段法。利用最大相关最小冗余（max-relevance and min-redundancy，mRMR）判据对原始特征进行排序，考虑输入特征与输出特征之间相关性和输入特征间冗余性，筛选掉一些排序靠后的特征，初选出对预测效果影响显著的特征子集；采用基于改进的粒子群优化算法（improved particle swarm optimization，IPSO）的搜索策略，以LightGBM模型的预测精度为适应度函数，对初选特征子集进行精选，得到最优特征子集。算例结果表明，所提方法能在对原始特征集大幅降维的情况下提升预测精度。

摘要:数字孪生可以实现物理空间与数字空间之间的映射和交互，在工业领域展现出巨大的发展前景。针对天然气脱水性能参数检测效率低和气站工艺参数无法在线优化的问题，将数字孪生应用于化工行业，构建了三甘醇（triethylene glycol, TEG）脱水装置数字孪生系统的整体框架。结合物理设备建立了孪生系统的几何模型，并基于物理数据实时驱动建立了脱水系统工艺流程模型，最后，通过虚实映射模型完成物理空间和数字空间的映射，最终建立脱水装置的孪生模型。该模型可实现物理设备与虚拟设备的并行运行。通过提出的数字孪生系统，能够实现对天然气水露点等脱水性能参数的实时预测；以低能耗为目标，通过孪生模型中的优化算法，可实现对脱水工艺参数的在线优化，提升经济效益。

摘要:随着硅团簇研究的深入，过渡金属原子掺杂硅团簇的研究得到广泛关注。基于密度泛函理论，系统分析了钒原子掺杂硅团簇的几何结构、稳定性及特性。首先，基于粒子群优化算法的卡里普索结构预测程序，对V2Sin-/0(n=8~17)团簇的基态和亚稳态结构进行了系统搜索。B3LYP/6-311+G(d)水平下优化发现，基态结构中2个钒原子的掺杂引起了原硅团簇结构的重构；随着掺杂体系尺寸增大，2个钒原子（形成V-V键）逐渐被硅笼包裹。其次，以此结构为基础，通过分析平均键能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙，研究了体系的稳定性。结果表明，V2Si12-/0团簇在各自体系中具有相对高的稳定性。此外，磁性分析发现，闭壳层V₂Si_n (n=8~17)体系的总自旋磁矩均为零，开壳层V2Sin- (n=8~17)体系分别拥有1 μB的总磁矩。分析极化率发现，V2Si8-/0拥有最大的平均极化率，具有强的非线性光学效应。拟合得到的光电子能谱、红外和拉曼光谱为进一步的实验研究提供了理论支持。热力学特性分析表明，研究体系在热力学上是稳定的。随着温度升高，定容热容和标准熵逐渐增大；随着压强增大，标准熵逐渐减小。