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当期目录

    2014年 第44卷 第5期 刊出日期:2014-10-20
      
    控制科学与工程
    陪护机器人云存储系统设计及实现
    周风余, 赵文斐, 田天, 陈宏兴, 陈竹敏
    2014, 44(5):  1-6.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.240
    摘要 ( 1499 )   PDF (1911KB) ( 762 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    陪护机器人适用于家庭、医院、敬老院等多种场所。为了将分布于多区域的陪护机器人信息进行有效管理与共享,将分散的用户健康信息、诊疗情况等进行统一与管理,建立云存储平台显得尤为必要。基于Web服务的方式,通过WSDL(Web Services Description Language)对机器人本体请求服务进行描述,采用SOAP(Simple Object Accessed Protocol)协议作为机器人本体与云端管理中心的通信协议,实现了机器人对云端服务的调用,有效解决了机器人本体海量数据存储处理及并发性问题。实验结果表明,陪护机器人云存储数据系统具有性能稳定、扩展性强等特点,较好地满足了家庭、医院、敬老院等环境下对数据存储的要求,便于资源共享,具有一定的应用推广价值。
    基于实时以太网的开放式运动控制系统
    姬帅, 张承瑞, 孙书仁, 胡天亮
    2014, 44(5):  7-13.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.201
    摘要 ( 1650 )   PDF (2928KB) ( 659 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为满足开放式数控系统的发展要求,开发了一种基于实时以太网Ethernet for Manufacture Automation Control (EtherMAC)开放式运动控制系统。EtherMAC主节点基于标准工业计算机,无需专用网卡和硬实时操作系统,从节点基于可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)硬件逻辑,不依赖专用芯片,从而在硬件结构上保证了系统的开放性。EtherMAC通过选取网络中第一个从节点管理网络的通讯周期和分布时钟,并利用以太网的巨大带宽将IPC强大运算能力和底层FPGA的硬实时特性高效地结合在一起,使系统主节点在软实时的操作系统支持下即可获得严格实时的通讯周期控制。实验结果表明,EtherMAC可以在Windows CE系统上获得小于1 ms的通讯周期,并且其同步精度可以保证在100 ns范围内,满足多轴运动控制系统的实时同步需求。
    基于局部敏感直方图的稀疏表达跟踪算法
    葛凯蓉, 常发亮, 董文会
    2014, 44(5):  14-19.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.090
    摘要 ( 1509 )   PDF (2105KB) ( 916 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为解决目标跟踪过程中光照变化、姿态变化等问题,提出了一种基于局部敏感直方图特征的稀疏表达跟踪方法。对粒子滤波获取的多个候选目标提取局部敏感直方图特征,并根据模板字典,采用改进的L1范数模型求取每个候选目标的稀疏表示系数;然后计算每个候选目标的权重,选取权重最大的候选目标作为跟踪结果。实验结果表明,本算法能很好实现对目标的跟踪,在解决光照变化、姿态变化等问题方面有较好的效果。
    具有执行器饱和耗散Hamilton系统的镇定分析
    贾丹丹, 魏爱荣
    2014, 44(5):  20-28.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.035
    摘要 ( 1299 )   PDF (1078KB) ( 362 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    研究了具有执行器饱和耗散Hamilton控制系统的有限增益镇定问题。饱和现象大大影响控制系统的稳定性和动态性能,严重影响系统的工作性能,利用饱和静态输出反馈使系统达到全局渐近稳定。对系统中的非线性函数做进一步演变, 实现闭环系统的有限L2增益输入输出镇定,并获得增益估计值。把结果应用在励磁—汽门开度饱和的单机无穷大电力系统中,例子的分析与仿真验证了方法的有效性。
    基于链接的无线传感器网络簇中可信模型
    程添亮, 翟玉庆
    2014, 44(5):  29-34.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.286
    摘要 ( 1309 )   PDF (1984KB) ( 611 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过引入社会网络中链接的概念,提出1种无线传感器网络簇中可信模型,以更有效地检测非正常节点。模型把对节点的信任分成持久信任和即时信任,在即时信任和持久信任的基础上计算每个节点的信誉,利用信誉检测非正常节点。通过实验分析了阀值的取值并将本研究模型与其他模型进行比较。实验结果表明,在检测非正常节点方面,基于链接的簇中可信模型比GTMS(group-based trust management scheme)和RFSN(reputation-based framework for sensor network)更为优秀。
    土木工程
    非饱和土动剪模量与阻尼比影响因素试验
    付昌, 蒋明镜, 申志福, 王华宁, 吴晓峰
    2014, 44(5):  35-41.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.345
    摘要 ( 1303 )   PDF (1555KB) ( 605 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为指导北京某航天着陆冲击试验床的快速铺设,借助DRNEVICH LONG-TOR型共振柱仪开展了若干组试验,研究了含水率、干密度、围压对动剪切模量与阻尼比的影响。试验结果表明:含水率较小时,动剪切模量随含水率增大而增大,而阻尼比无明显变化;干密度增大,动剪切模量增大,阻尼比有减小的趋势;围压增大,动剪切模量增大,阻尼比有减小的趋势。对12组试验结果进行拟合表明,阻尼比与动剪切模量比之间存在很好的线性关系。同时,通过与前人研究对比表明,不同土体其动力特性不同,因此在着陆场地铺设前对土体动力特性进行研究很有必要。
    冻融循环条件下水泥稳定风化集料抗剪强度试验研究
    杨俊, 杨志
    2014, 44(5):  42-48.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.303
    摘要 ( 1218 )   PDF (1885KB) ( 631 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    选取质量分数分别为3%、5%、7%、9%的水泥,掺入到风化集料中,标准条件下养护7 d后,将冻融试验箱的温度调节在-15~15 ℃范围, 分别进行1、3、5、7、9次冻融循环,并在应变式直剪仪上进行直接剪切试验,得到了不同掺量的水泥稳定三峡库区风化集料内摩擦角和粘聚力经过不同次数的冻融循环作用后的变化规律。采用库仑理论计算出不同上覆荷载作用下,水泥稳定风化集料的抗剪强度变化规律,以期为三峡库区风化集料用作道路基层提供理论依据和试验指导。
    大型失控车辆与隧道衬砌的动态相互作用与损伤分析
    高智珺, 崔新壮, 隋伟, 郭洪, 刘航, 李长义, 冯洪波
    2014, 44(5):  49-57.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.156
    摘要 ( 1402 )   PDF (6147KB) ( 629 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    基于动力有限元法模拟不同碰撞条件下隧道衬砌与大型车辆的动态相互作用,研究车辆与隧道结构在撞击作用下的动态响应。结果表明:在碰撞角度相同的情况下,隧道衬砌拉伸损伤值随车速的增大而增大;在失控车速相同的条件下,拉伸损伤值随碰撞角度的增大而增大;碰撞速度与角度越大,则车内人员受到的加速度越大,损伤越严重。对我国京沪高速公路上的蟠龙隧道碰撞事故(2009年)进行了数值模拟,对比分析发现数值模拟结果与蟠龙隧道碰撞事故后衬砌的表观信息及超声波探测结果有很好的一致性,碰撞后损伤区域的混凝土渗透系数明显增大,表明碰撞后衬砌发生漏水的几率明显增大。
    基于断层影响因子与断层分维特征的断层突水危险性定量化分析
    郭信山, 施龙青
    2014, 44(5):  58-64.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.152
    摘要 ( 1122 )   PDF (4062KB) ( 648 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    断层是诱发矿井突水事故的重要影响因素,新汶煤田受奥灰岩溶突水威胁严重,针对断层诱发突水问题,在系统总结新汶煤田矿井断层构造分布特征基础上,建立了断层对奥灰岩溶突水影响定量化分析体系。引入断层影响因子概念,对底板突水危险性进行了定量分析;采用非线性理论对煤矿地质构造发育特征进行定量化研究,揭示了矿井断层分维特征,提出了断层分维特征及其对突水影响危险性分区的原则及方法。采用断层影响因子等值线和断层分维等值线相互融合技术,得到新汶煤田协庄煤矿奥灰岩溶裂隙分布规律。根据不同单元岩溶的富水性,圈定出煤层突水危险区,对煤炭开采防治突水灾害具有指导意义。
    化学与环境
    一种新型改性交联壳聚糖的制备及其对废水中四环素的去除机理
    赵文杰, 孙雪菲, 丁可, 王曙光
    2014, 44(5):  65-71.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.329
    摘要 ( 1319 )   PDF (1709KB) ( 914 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为了提高传统壳聚糖材料的吸附效果,将壳聚糖进行交联并通过负载二氧化锰进行改性。利用扫描电镜对材料进行表征,并研究了二氧化锰的负载量、反应温度、溶液pH、离子浓度对改性交联壳聚糖吸附溶液中TC的影响。研究结果表明,在改性交联壳聚糖颗粒的二氧化锰负载量为0.344 mg/g,温度为318 K, pH为4~11,溶液中阳离子浓度为0时吸附效果最佳。吸附动力学符合伪二级动力学模型,吸附等温线符合Freundich模型,热力学分析说明该吸附过程是自发的吸热反应。另外发现,改性交联壳聚糖填充在管柱中之后对TC的连续吸附处理能力良好。
    碳源类型对反硝化除磷过程中N2O产生的影响机制
    郑楠, 李聪, 谢慧君, 张建
    2014, 44(5):  72-77.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.348
    摘要 ( 1421 )   PDF (1661KB) ( 478 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以反硝化除磷过程中N2O的减量化为目的,分别以乙酸、乙酸和丙酸的混合物、丙酸为碳源,研究了碳源类型对系统中N2O产生的影响。结果表明:以乙酸为碳源时反硝化除磷过程中N2O的产生量最多,以乙酸和丙酸混合物为碳源时N2O产量次之,以丙酸为碳源时N2O产量最少。使用乙酸、乙酸与丙酸混合物和丙酸为碳源时,N2O产生量占总氮(TN)去除的比例分别为8.67%、1.48%和0.72%。不同碳源导致了系统反硝化进程的不同:以丙酸为碳源时,硝酸盐与亚硝酸盐还原速率比值最低,系统中几乎没有亚硝酸盐的积累;同时,在混合酸和丙酸系统中,聚3-羟基戊酸盐(poly-hydroxyvalerate, PHV)成为聚羟基烷酸酯(poly-β-hydroxyalkanoates,PHA)的主要成分,PHV量的增加导致N2O产量减少。因此,以丙酸作为反硝化除磷系统的外加碳源对N2O的减量化有明显优势,但该过程中系统对氮和磷的去除效果还需要进一步优化。
    能源与动力工程
    床层压降对主动配风式生物质气化影响分析
    孙宏宇, 张兆玲, 董玉平
    2014, 44(5):  78-82.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.318
    摘要 ( 1255 )   PDF (2319KB) ( 509 )   收藏
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过实验的方法对生物质气化过程中床层压降的影响进行研究,以空气为气化剂进行了生物质气化特性试验,考察了气化参数对生物质产气质量的影响。分析了压力、温度、热值三者间的内在联系。研究结果表明:在实验工况下,最佳压降范围为1.6~2.9 kPa,此时炉内氧化层温度达到1 000~1 300 ℃,燃气热值为4 900~5 700kJ/m3,焦油质量分数随温度升高而降低,在炉内压降超过2.9 kPa时氧化层温度降低,因此,在最佳压降范围内,压降提高有利于燃气质量的改善,该结论可以对气化炉床层反应动力学研究提供参考。
    螺旋管内流动沸腾传热系数关联式拟合与误差分析
    冀翠莲, 韩吉田, 尹静, 陈常念, 任立波, 孔令健
    2014, 44(5):  83-87.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.020
    摘要 ( 1803 )   PDF (1407KB) ( 1146 )   收藏
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    为了发展适于螺旋管内流动沸腾传热系数关联式,基于流动沸腾传热机理,引入参数Dn数来修正复杂管道对传热系数的影响,并经过回归计算确定Dn数的指数,从而发展了螺旋管内流动沸腾传热系数关联式。进一步分析了传热系数预测值与实验值的偏差随流量、干度的变化情况。利用以R134a为介质的螺旋管传热实验数据验证了该关联式的适用性,并采用平均相对误差(the mean relative error, MRE)和均方根误差(the root mean square error, RMSE)来衡量预测结果的准确性,计算出MRE在8.23%范围内,RMSE为0.532。该平均相对误差值和均方根误差值都比较小,表明回归计算结果符合要求。因此,复杂管道引入参数Dn数建立传热系数关联式是非常适用的,并值得推广应用。
    弱磁场对去离子水及蔗糖溶液过冷过程的影响
    李文博, 赵红霞, 韩吉田, 赖艳华
    2014, 44(5):  88-94.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.004
    摘要 ( 1254 )   PDF (1077KB) ( 418 )   收藏
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    为了研究溶液过冷度和过冷时间在磁场作用下的变化规律,研究了弱直流磁场作用下去离子水和蔗糖溶液的过冷现象。采用亥姆霍兹线圈产生匀强磁场,线圈连接到可以改变输出电流值的直流电源上,从而可以控制磁场强度的大小。研究去离子水以及4种不同质量分数的蔗糖溶液(ω1=2%、ω2=5%、ω3=8%、ω4=10%)在直流磁场作用下的过冷度及过冷态时间的变化,在冷却和冻结过程中记录溶液温度和时间。结果表明:对于去离子水,直流磁场会提高过冷度,过冷时间会有所延长;而对于蔗糖溶液,不同强度的直流磁场对不同质量分数的蔗糖溶液过冷过程的影响呈现多极值现象。该试验结果可以为磁场应用于控制溶液的冷冻干燥过程提供指导。