摘要：因为便携、低成本、集成化等优势,微型光谱仪已经成为光谱仪技术发展的重要趋势,其中工作波段在近红外的微型光谱仪,在光纤传感和解调、光纤通信等领域有着非常广泛的应用。但目前的近红外微型光谱仪普遍存在分辨率低、成本高、体积大不便于携带等问题,为此,提出了一种独特的基于双光栅和柱透镜的微型光谱仪结构,开展了理论和实验研究。相对于传统的微型光谱仪结构,新的设计主要有三个特征:使用光纤代替入射狭缝,以减少光能损失;采用双光栅将光束进行二次衍射;使用柱透镜以改变线阵CCD阵列表面的成像尺寸。首先,利用Zemax软件进行了光学设计和仿真分析,光谱范围为1525~1570 nm,光学系统结构在66 mm×40 mm×24 mm的体积范围内,光谱分辨率理论上达到0.2 nm,比未加柱透镜的结构提升了2.5倍。然后,根据理论分析,选购了合适的光电器件进行了系统封装,与匹配的电路模块结合,实现了微型光谱仪的光谱检测功能。光谱仪的光学系统安装在66 mm×40 mm×30 mm的体积范围内,实际测量的光谱分辨率为0.215 nm,与理论结果较为吻合。进一步地,搭建了一套基于该微型光谱仪的光纤光栅温度传感测量系统,该微型光谱仪作为信号解调仪,选择了四个中心波长分别为1534、1538、1542和1545 nm的光纤光栅作为传感器,温度在0~50℃范围内以1℃为间隔连续变化,最终实现了温度实时测量和信号解调,系统温度灵敏度分别达到9.58、9.68、9.69和9.6 pm·℃^(-1),验证了该微型光谱仪的高分辨率和高可靠性。研制的微型光谱仪的子组件可以固定在外壳上,系统内部无可移动元器件,体积小、分辨率高、稳定性好,可应用于其他诸如物质浓度分析、传感信号测量等需要高分辨光谱分析的场合。

摘要：高炉采用高比例球团矿冶炼,可以显著提高熟料率和入炉品位,降低高炉渣量和燃料消耗,同时还可以大幅度降低炼铁工序CO_(2)排放,是实现高炉炼铁绿色低碳的重要技术途径。研究了高炉采用高比例球团矿、炉料结构发生较大变化的条件下,炉料分布及运动行为的变化及其规律,通过炉料运动过程的离散元仿真模拟计算,分析得出球团矿比例提高时,炉料分布和下降运动的特征。根据球团矿还原过程的反应特性,解析了球团矿还原过程中发生还原膨胀的机理及控制机制。从理论上计算并讨论了球团矿入炉比例提高以后,高炉透气性的变化及其规律。为适应高比例球团矿冶炼工艺条件,设计优化了高炉内型参数,以适应高比例球团矿冶炼的工艺特性。试验测定并研究了不同球团矿入炉比例条件下,炉料综合的软化、熔滴等物性参数的变化及其规律。采用高碱度烧结矿、碱性球团矿、酸性球团矿、块矿四元炉料结构时,综合炉料的高温软熔性能参数得到优化,软熔带区域的阻力损失下降,为高炉冶炼稳定顺行创造了有利条件。结合特大型高炉生产实践,研究开发了适用于高比例球团矿冶炼的关键工艺技术。采用炉料精准分布控制技术、富氧喷煤、提高顶压等综合技术措施,使首钢京唐高炉在球团矿入炉比例达到55%条件下,获得了显著的高效低碳生产运行实绩。

摘要：针对仅通过单轴拉伸试验无法准确表征材料在弯曲过程中力学性能变化的问题,设计了基于模糊比例积分微分(PID)控制的金属板材弯曲测试装置控制系统.首先,给出了控制系统的总体设计;然后,为了确保装置运动过程的稳定性,建立了装置的机电耦合仿真模型,并提出基于模糊PID的自适应控制方法,以实现装置工作过程中PID控制器参数的自适应在线整定;最后,搭建金属板材弯曲测试装置控制平台并对高强钢DP980进行弯曲测试试验.结果表明:采用基于模糊PID自适应控制方法的平台定位误差测试结果为±0.005°,降低了轴向力对板材弯曲过程的干扰;弯曲试验获得的高强钢DP980的力学性能参数与拉伸试验得到的参数存在明显差别,利用弯曲数据进行有限元仿真可以更好地描述板材在弯曲过程中的力学性能变化.

摘要：针对现有的污水处理过程存在碳排放机理不清且难以评估,无法通过有效的调控方式降低碳排放总量的问题,设计了一种数据驱动的污水处理曝气过程低碳优化控制方法。首先,通过深入分析碳排放影响因素及其与水质指标的相互关系,获得了曝气过程各水质指标和碳排放之间的关联关系;其次,采用数据驱动的方法,设计了曝气过程能耗与碳排放的优化模型,以获取曝气过程最优化的控制策略;最后,将获取的曝气过程低碳优化控制方法应用于基准仿真模型。测试结果说明该方法能够有效地跟踪控制曝气过程,降低能耗与碳排放量总量。

摘要：随着我国地铁建设的飞速发展和城市用地日益紧缺,建筑物与地铁线路的距离越来越近。对于临近地铁的新建建筑,在设计阶段对于建筑结构开展抑制地铁振动的优化设计渐趋必要。以某临近地铁的待建建筑物为研究对象,采用数值仿真方法,对不同基础形式(桩筏基础和筏板基础)及不同地基类型(非挤土地基和挤土地基)建筑物的地铁振动响应进行对比分析,结果表明:桩筏基础抑制地铁振动的能力略优于筏板基础,基础形式变化对建筑物室外振动的影响不显著,且不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,基础形式不同使建筑室内振动分布发生变化,但变化的规律性不显著;非挤土地基抑制地铁振动的能力明显优于挤土地基,地基类型变化亦不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,但对建筑室外和室内振动响应的影响都较为显著。

摘要：海绵城市作为一种新的雨洪管理理念,能够有效控制径流量以及径流污染,其中植物作为海绵设施的主要组成部分,发挥了重要的作用。植物通过地上枝干与茎叶以及地下根系对海绵设施的雨水滞留、渗透与削减能力造成了影响,还可通过自身对污染物的吸收作用以及植物根系与介质和微生物之间的相互作用影响海绵设施的水质净化能力。综述了植物对海绵设施运行效果的影响及作用机制,同时对各类海绵设施中植物的选择与设计进行了归纳总结,从海绵设施种类、海绵设施运行效果、当地环境条件以及景观效益等方面阐述了海绵设施中植物选择配置的原则和意义,最后提出了海绵设施中植物作用与设计存在的挑战以及未来研究方向。

摘要：城市污水处理运行过程的优化控制方法是提高其运行效率和改善其运行效果的关键.然而,由于城市污水处理过程进水负荷多变,运行过程存在多种工况且变化频繁,导致城市污水处理过程难以实现优化运行.因此,如何设计优化控制策略应对多种工况变化,保证出水总氮和出水总磷等水质指标达标,是城市污水处理过程亟需解决的挑战性问题.本文设计了基于领域自适应的城市污水处理运行过程多工况优化控制方法(multi-operating optimization control with domain adaptive,MOOC-DA).首先,建立城市污水处理运行过程多工况优化目标模型,捕获运行能耗以及出水水质的时间序列特性,实现运行指标的精确预测.其次,设计基于多任务领域自适应粒子群的多工况优化设定方法,保证多工况运行出水水质达标.最后,设计基于多任务模糊神经网络的优化设定跟踪控制方法,实现城市污水处理过程多工况优化运行.为了验证所提出方法的有效性,基于活性污泥模型仿真平台将提出的MOOC-DA与其他优化控制方法进行对比实验.结果表明,该方法能够实现污水处理过程多工况的优化运行,保证出水总氮和出水总磷等水质指标达标.

摘要：针对车辆纵向运动时内部和外部扰动导致的预期功能稳定性问题,基于模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)及改进自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC),设计了一种车辆自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control, ACC)策略。首先,建立车辆运动学模型以及考虑前车速度的安全车间距离模型;然后,设计模型预测控制器和改进自抗扰控制器,利用MPC算法实现对前车的跟踪,并将状态误差作为改进自抗扰控制器的输入,实现车辆在扰动环境下的稳定巡航控制;最后,进行仿真对比实验。结果表明,基于MPC及改进ADRC的车辆自适应巡航控制策略能够有效抑制由于距离误差引起的系统内部扰动和外部扰动,提高车辆在自适应巡航过程中的跟踪性能以及系统的稳定性。

摘要：为提高建筑垃圾再生骨料对实际微污染水的净化能力,采用再生砖骨料(RBA)和再生混凝土骨料(RCA)混合物作为基质构建垂直流人工湿地系统,设置2种配比:CW1(80%RBA+20%RCA)和CW2(50%RBA+50%RCA),并设置以天然骨料(沸石、火山岩、石灰石)为基质的对照组。结果表明:稳定运行期内,CW1和CW2对TP去除率分别为57.5%和42.7%,相比对照组分别提高38.9%和24.1%;提高再生混凝土骨料比例的CW2对NH_(3)-N、TN、COD的去除效果与天然骨料系统接近,去除率分别为70.2%、16.9%和63.5%,达到了以废治污的效果。内梅罗污染指数计算进一步证明,提高再生混凝土骨料的比例有利于提升再生骨料系统的综合控污效能,优于传统天然骨料系统。环境风险评价表明,再生骨料系统在稳定运行阶段出水各污染物的环境风险等级均为理想级,对受纳水体影响较小。经济性分析表明,CW2系统的成本最低,效益显著。采用50%再生砖骨料与50%再生混凝土骨料混合基质的垂直流人工湿地系统成功在温榆河湿地公园进行了示范应用,当进水水质超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准限值时,各出水点出水NH_(3)-N、TP、COD均达到Ⅲ类水质标准。

摘要：在大型索结构中,拉索作为主要受力构件承担较大的荷载。分析断索对结构的影响,成为大型索结构抗连续倒塌设计的关键。选取FAST望远镜、国家速滑馆、卡塔尔卢塞尔体育场、三亚国际体育产业园体育场、日照奎山体育中心体育场、大连梭鱼湾专业足球场等多个大型索结构工程,针对结构中典型拉索发生断索的情况,采用动力分析方法研究断索后结构的动力响应,总结索网(双向正交、三角形网格)、轮辐式索桁架(单环索、双环索、内环带刚性挑棚)等不同类型索结构断索后动力响应的特点以及断索引发的动力系数。研究结果表明:除三角形网格单层索网外,其他类型的索网、轮辐式索桁架等索结构在断索后的动力系数均出现大于规范推荐取值的情况,推荐采用动力分析方法进行断索分析;双向正交单层索网刚度、稳定性和内力重分布能力较三角形网格单层索网小,拉索断索产生的动力效应较大;索桁架交错布置的单环索轮辐式索桁架结构同双环索轮辐式索桁架结构相比,径向索、环索断索后相互产生的动力效应较小;对于轮辐式索桁架结构,当上弦设有与径向索同向布置的膜拱及交叉次索时或当环索处设有刚性挑棚时,可有效降低断索产生的动力效应。