摘要：微型超级电容器具有高功率密度和长循环寿命,有望为物联网设备供电。然而,较低的能量密度阻碍了微型超级电容器的实际应用。电极材料是影响微型超级电容器性能的一个重要因素。石墨烯由于具有比表面积大和导电性高等优势,是微型超级电容器的理想电极材料。当石墨烯用于具有平面构型的微型超级电容器时,其二维表面与电解质离子的传输方向平行,有利于提高电极的离子可及性。因此,构建石墨烯基平面微型超级电容器,引起了研究人员的极大兴趣。本文从电极材料设计的角度,总结了平面微型超级电容器用石墨烯和石墨烯基材料的最新研究进展。这些电极材料包括通过化学气相沉积、液相剥离、氧化石墨烯还原、激光诱导和杂原子掺杂方法获得的石墨烯,及石墨烯基复合材料(碳纳米管/石墨烯、过渡金属氧化物/石墨烯、导电聚合物/石墨烯和二维材料/石墨烯)。讨论了石墨烯基平面微型超级电容器面临的挑战和机遇,并展望了未来的研究方向和发展趋势。

摘要：针对直流推进系统中具有LC滤波器的永磁同步电机驱动系统的母线电压振荡问题,基于逆变器电压设计一种振荡抑制策略。该方法首先利用小信号分析法对电机和LC滤波器进行建模,从系统的阻抗匹配角度分析系统的稳定性。并将阻尼信号注入到脉宽调制的逆变器参考电压信号中,增加了电机的输入阻抗,避免了输入输出阻抗的相互影响,保证了系统的稳定性。同时,为了避免传统滤波器提取信号的相位偏差问题,将锁相环和低通滤波器相结合设计了一种信号提取结构。该结构提高了阻尼信号的提取精度,从而提升了逆变器电压补偿的阻尼补偿效果。最后通过仿真和硬件在环实验平台验证了该方法的有效性。

摘要：基于永磁弹簧、滑轮组和类行星轮系结构提出了一种新型的绳索驱动变刚度机器人肘关节。阐述了关节中应用的原理和样机整体结构设计。利用模型间静力学关系和雅可比矩阵推导得到关节的刚度模型,并给出了关节刚度随磁弹簧刚度和关节位置变化规律。以变刚度关节的动力学模型为基础,设计了变刚度肘关节的刚度与位置解耦控制器。通过变刚度关节的刚度和位置解耦验证实验,验证了解耦控制器的准确性。通过轨迹跟踪实验,给出了关节刚度变化对关节位置控制的影响规律。本文提出的绳驱变刚度肘关节具有更轻的质量与结构,较好的刚度变化性能与运动精度。

摘要：针对一类四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题,考虑系统存在未知外界扰动和模型动态不确定的情况,提出一种基于扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)的吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法.将四旋翼吊挂飞行系统分解为姿态、位置和负载摆动控制三个动态子系统,分别设计非线性控制器实现欠驱动约束下的解耦控制;设计一种扩张状态观测器,用以估计和补偿四旋翼与吊挂负载耦合飞行的未知外界扰动与模型动态不确定性,并验证了闭环系统的稳定性,跟踪误差及吊挂负载摆动所有信号的一致最终有界.最后,利用Quanser公司的Qball2飞行器进行三维空间螺旋轨迹的跟踪控制,仿真结果验证了未知干扰下基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行非线性控制的有效性和优越性,实现了四旋翼吊挂系统轨迹跟踪的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.

摘要：针对传统电火花加工中极间间隙的及时控制问题,提出一种具有高精度、响应快、宽频带、长行程的单自由度磁力驱动器,采用磁力驱动器作为电火花加工的局部执行机构,并设计了一种模糊PID控制方法在线实时修正PID控制参数,优化磁力驱动器控制系统.首先,分析了磁力驱动器装置的动力学模型,获得通入线圈电流与磁力驱动器动子位移之间的变换关系;其次,根据磁力驱动器装置特点设计了常规PID控制器,并引入模糊控制对微定位控制性能进行优化;最后,通过对磁力驱动器的微定位仿真和实验验证了控制器的控制效果.仿真和实验结果表明:该磁力驱动器具有微米级的定位分辨率、大于50 Hz的宽频带和2 mm的定位行程,完全满足电火花加工微调要求.

摘要：为了探讨添加不同食品胶体对马铃薯淀粉凝胶3D打印特性的影响规律,研究了3种胶体的马铃薯淀粉凝胶体系结构和打印特性。以马铃薯淀粉和大豆分离蛋白的糖基化产物作为基础原料,添加明胶、结冷胶和可得然胶作为结构改良剂,采用扫描电镜观察、红外光谱分析、流变仪检测等方法系统分析了不同胶体对马铃薯淀粉凝胶的流变特性、稳定性和质构特性等的影响。研究结果表明:与马铃薯淀粉凝胶相比,马铃薯-明胶、马铃薯-结冷胶和马铃薯-可得然胶复合凝胶硬度分别比马铃薯淀粉凝胶升高了390%、233%、469%,说明胶体的添加可有效提高马铃薯淀粉凝胶的机械强度;3种胶体中,马铃薯-明胶复合凝胶体的储能模量、损耗模量降低最为明显;添加胶体后,3D打印样品的打印直径和高度与贮藏后的直径和高度较为接近,说明胶体的加入显著提升了样品的打印稳定性。通过对比3种不同胶体的添加对马铃薯淀粉凝胶打印特性的影响,发现结冷胶对马铃薯淀粉凝胶的打印特性影响显著,在室温下可长时间存放并保持形状的稳定。研究结果旨在为马铃薯淀粉基材料3D打印的稳定性和精确性的提高,为数字化的食品营养精准设计和调控奠定理论基础。

摘要：针对肢体残障患者的假肢控制问题,搭建了一种基于s EMG(表面肌电信号)的智能假肢手臂系统,实现手臂残障程度较高患者的手-肘协调控制。首先,基于肌肉协同理论,使用非负矩阵分解(NMF)方法提取肌肉协同作用,并进行手部动作识别以及肘关节的连续运动估计。其次,基于意图识别结果构建“前馈-反馈”控制框架,对受试者进行前馈监督与反馈检测;根据前馈-反馈结果调整期望的控制输入,提高假肢系统的舒适性与鲁棒性。然后,针对手部动作,构建一种自适应调整抓握力度的框架,通过力、位信息交替控制,实现不同刚度、不同形状物体的自适应抓握;对于肘部运动,设计一种基于识别结果的阻抗控制算法,实现手-肘一体化假肢的稳定的人机交互控制。最后,由6名健康受试者、1名手臂残障受试者对以上控制策略进行实验验证,对手臂整体运动实现了较为准确的意图识别,同时也完成了稳定的肘部屈伸以及手部抓取,做到了手-肘的一体化协调控制。最终该套系统在北京2022年冬残奥会实现了应用展示。

摘要：为探明不同地下水埋深条件下地下水补给状况及大豆生长动态变化,于2021和2022年利用地下水位自动控制系统开展了4个地下水埋深处理(1 m,D_(1);2 m,D_(2);3 m,D_(3);4 m,D_(4))的栽培试验,探讨地下水补给量、灌溉用水量、植株生长动态和产量与地下水埋深的关系,并采用Logistic模型对株高、叶面积指数和干物质积累等生长动态进行模拟分析。结果表明:与D_(1)处理相比,D_(2)、D_(3)、D_(4)处理地下水补给量在2年中分别降低81.1%、96.8%、97.5%和80.7%、96.7%、97.3%;D_(1)处理大豆仅在播种时灌溉1次,其后整个生育期依靠地下水补给就可以满足生长发育的水分需求,其灌溉用水量在2年中分别较D_(2)、D_(3)、D_(4)处理减少91.7%、93.0%、94.2%和90.9%、92.9%、94.0%。4个处理中,D_(1)处理株高、叶面积指数和干物质积累进入快速生长期和达到最大生长速率的时间最短,最大增长速率最大,成熟期茎干物质分配比例最大,并促进了植株花后同化物的转运,其花后同化物对籽粒的贡献率在2年中分别较D_(2)、D_(3)、D_(4)处理提高15.5%、16.2%、32.6%和45.5%、48.7%、63.3%,最终大豆株高、叶面积指数和干物质积累量均最大,D_(4)处理次之,D_(3)处理处于最低水平。大豆产量和单株荚数、单株粒数、百粒重均随地下水埋深的增加先减小后增大,具体表现为D_(1)>D_(4)>D_(2)>D_(3);大豆产量与地下水补给量呈极显著正相关,与株高、叶面积指数和干物质积累量均呈不同程度的正相关。综上,D_(1)处理地下水补给充足,提高了大豆株高和叶面积指数,增大了全生育期干物质积累量,并协调生育后期植株各部分干物质的分配和转运,产量最高;当地下水埋深较大时(D_(4)),地下水补给不济,若有充足的水分供给,大豆的生长发育和产量也能达到较高水平。

摘要：针对多终端多信道复杂认知无线电-物联网(cognitive-radio Internet of Things,CR-IoT)当中的频谱感知-分配问题,提出了一种基于边缘计算思想的协作频谱感知-分配方法。为了评估边缘计算思想的引入为CR-IoT系统带来的性能提升,设计了一种能够量化对授权用户的干扰以及认知用户的服务质量的性能评估系统(performance evaluation system,PES)。在该系统中,基于排队论以离散时间马尔可夫模型对系统状态进行建模,能够对可配置参数的异构终端进行独立分析,进而对不同的频谱感知-分配方法进行性能评估。使用PES所进行的仿真结果表明,相比于中心感知-分配方法,所提出的边缘计算方案能够实现更低的对授权用户的干扰以及对于认知用户更好的服务质量。这一结果同样证明了,所提出的PES具有帮助网络监管者设计频谱感知-分配方案的能力。

摘要：酚醛泡沫因兼具优异的保温性能和阻燃性能在工程领域得到广泛应用,但其经高温燃烧后质量残留率很低,炭层疏松、强度低,离开火焰后还易出现阴燃现象。目前有关酚醛泡沫燃烧行为的研究大多集中在如何进一步提高酚醛泡沫塑料的阻燃等级或在改善其脆性的同时不降低固有的阻燃性能,还未见关于酚醛泡沫燃烧全过程行为的综述报道。文章介绍了酚醛泡沫在明火燃烧和阴燃状态的燃烧行为,分析了影响酚醛泡沫燃烧行为的因素,并总结了现有酚醛泡沫阻燃研究的进展。目前酚醛泡沫的燃烧行为及阻燃研究主要集中在泡沫的明火燃烧,对酚醛泡沫阴燃问题的研究重视不足,缺乏针对酚醛泡沫燃烧全过程的行为和机理探究。因此,提出应加大对酚醛泡沫阴燃行为的研究投入,注重对酚醛泡沫燃烧全过程的机理探索与阻燃方案研究,设计并研发出解决酚醛泡沫燃烧全过程问题的有效途径。