摘要：水下游动机械臂(underwater swimming manipulator,USM)是一种由水下蛇形机器人和矢量推进器组成的新型水下机器人。USM系统具有高度非线性、强耦合以及不确定性等特点,其动力学模型难以精确建立。因此,实现USM的高精度镇定控制存在挑战。针对这一问题,本文基于反馈线性化和自适应径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN),设计了一种动力学控制方案以实现USM的镇定控制。首先,介绍了USM平台结构,基于Lagrange方程给出了USM的动力学模型,并推导了USM的矢量推力系统模型。然后,设计了基于反馈线性化和RBFNN的动力学控制器,并通过反步法自适应更新RBFNN的权重。其中,权重自适应更新RBFNN用于实时估计系统未建模部分、参数误差以及外部扰动,从而对动力学控制器进行补偿。此外,为了将动力学控制器提供的广义力和力矩转换成各个执行器的控制输入,给出了推力分配策略。最后,进行了湖泊实验,分别对USM的I构型和C构型镇定控制,文章所提出的控制方案在两种构型下的稳态误差均小于0.08 m和10°,验证了所提出的USM六自由度镇定控制器的有效性。

摘要：针对4WID车辆主动安全控制,设计开发了一种基于主动前轮转向(active front steering,AFS)、直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control,DYC)与驱动防滑(acceleration slip regulation,ASR)集成的控制系统.控制系统采用分层控制结构,其中决策层基于滑模变结构控制理论与车辆相平面稳定判据,设计了横摆角速度与质心侧偏角协调控制器,计算保持车辆稳定性所需的附加横摆力矩.此外,基于滑移率门限值,设计了模糊PI控制器,分配AFS模块与DYC模块输入的附加横摆力矩,获得最终附加横摆力矩与附加前轮转角.执行层通过对驱动/制动力矩与前轮转角的控制,实现速度保持,滑移率控制与车辆稳定性控制功能.仿真结果表明,在高速、低附着系数路面的极限工况下,集成控制策略可实现车辆操纵稳定性控制且综合性能优于单独控制.

摘要：为了深入分析热载荷对风冷发动机运行稳定性的影响,通过CONVERGE仿真软件对某四冲程风冷式汽油发动机缸内燃烧过程进行数值模拟计算,获得了完整的缸内燃气侧热边界条件。基于FLUENT仿真软件,建立发动机热流固耦合稳态传热仿真模型,获得了燃气侧不均匀热载荷与机体外复杂空气流动共同作用下的发动机热载荷分布,并通过台架实验验证了稳态传热仿真的准确性。设计喇叭型结构导流罩,分析了导流罩收缩比对导流罩性能的影响,改善发动机的冷却效果。结果表明:发动机稳态传热仿真与台架测试最大误差为3.12%,仿真模型具有较高的准确性;发动机机体最高温度为655 K,出现在排气道端口处位置;随着导流罩收缩比的减小,发动机冷却散热性能增强,收缩比λ为1.94时,冷却强化效果最好,机体最高温度降低8.8 K。研究对风冷汽油机的冷却系统设计及优化具有一定的指导意义。

摘要：以自主开发的低压空气辅助直喷航空煤油发动机为平台,开展了冷起动燃烧特性试验.基于油、气顺序喷射和同步喷射策略分别探究了油、气喷射间隔时间和喷气截止时刻对燃烧的影响;设计并验证了基于过量空气系数的动态油量控制策略对冷起动过程燃烧稳定性的影响.结果表明:随油、气喷射间隔时间的延长,平均最高燃烧压力先增大后减小,3 ms时具有最好的燃烧性能;喷气截止时刻为压缩上止点前180°CA附近,有利于可燃混合气制备,缸内燃烧稳定;油、气同步喷射策略较油、气顺序喷射策略更有利于提高冷起动过程的燃烧稳定性;应用基于过量空气系数的动态油量控制策略,有利于过量空气系数的平稳过渡,燃烧稳定性和平均指示压力均有所提升.

摘要：采用计算流体动力学(CFD)方法对一台二/四冲程可变柴油机在二冲程工作模式下活塞烧蚀的现象进行了研究,分析发现气流运动导致混合气在活塞碗沿处发生燃烧,从而产生了局部高温和局部过高热负荷。设计了两种燃烧室结构形式,通过调整油-气-室的配合以改善燃烧状况,研究发现,增大燃烧室碗口直径可以减少向活塞碗沿上方扩散的混合气,增大混合气在燃烧室内部的扩散空间,从而避免了在活塞碗沿处产生过高热负荷;增大燃烧室凹坑直径则有助于在凹坑内产生涡流,促进混合气的形成,缩短燃烧持续期。模拟计算结果显示,相比于原机,在2800 r/min@46 kW工况下两种优化设计的燃烧室在活塞碗沿上的热负荷得到明显改善,功率分别提高了4.11%和1.96%。加工设计一方案并在相同工况下进行对比试验,结果表明,相对于原机,优化设计后的柴油机油耗降低了6.93%,排气温度降低了21.1 K,活塞表面状态良好,无烧蚀发生。

摘要：针对电动轻型车辆用驱动电机,设计开发了一种新型永磁体内置式永磁同步电机(IPMSM).电机的转子采用永磁体切向充磁(spoke-type)结构,在保证转子机械强度和兼顾电机电磁特性的前提下,提出了一种IPMSM用spoke-type混合冲片转子结构,并采用了非均匀气隙设计.采用有限元法分析计算了电机的空载反电动势波形、齿槽转矩及不同工作条件下的输出转矩特性,并与采用内置V-type转子结构的IPMSM进行对比分析.研究分析结果表明,在保证与内置V-type转子结构的IPMSM相同电磁特性的条件下,采用本文所提出的spoke-type混合冲片转子结构,永磁体的用量可减少32%,从而实现了降低电动轻型车辆用驱动电机的制造成本.

摘要：针对固定飞行任务的油电混合动力无人机,降低混合动力系统瞬时燃油消耗率,增加续航里程的工作需求,设计了可以应用于固定飞行任务油电混合动力无人机的不同能量管理策略,主要包括固定规则、模糊逻辑和动态规划算法的能量管理策略。根据油电混合动力无人机动力源特性,通过理论和试验建模相结合的方法,在MATLAB中建立油电混合动力系统的数学模型、飞行任务相对应的仿真工况及不同能量管理策略的控制程序。重点对比了基于优化的动态规划算法能量管理策略相比固定规则和模糊逻辑策略在燃油经济性和运行稳定性方面的表现。仿真结果表明:动态规划算法策略的累积燃油消耗量相比固定规则、模糊逻辑策略分别下降了4.6%和6.5%,平均瞬时燃油消耗率分别下降了5.1%和5.9%;在应对外部突风扰动时,动态规划能量管理策略的航空发动机最大转速波动相比固定规则的能量管理策略下降了59.7%,应对随机紊流扰动时,动态规划策略航空发动机的最大转速波动相比固定规则和模糊逻辑分别下降了33.9%、25.6%。动态算法作为一种全局最优算法,应用在固定飞行任务的油电混合动力无人机能量管理策略中时,可在提高混合动力系统燃油经济性的同时保证系统运行的稳定性。

摘要：针对发动机标定试验成本大、开发周期长等问题,提出一种基于粒子群算法优化的高斯过程回归(PSO-GPR)模型,用于处理非线性、复杂的发动机性能和排放预测,以提高试验效率。基于一款汽油发动机的点火角标定试验,结合间隔填充试验设计,通过模型使用少量的试验数据预测扭矩、比油耗、IMEPcov及HC、NO和CO排放等发动机性能和排放参数,并引入R~2、RAAE和RMAE对模型泛化能力进行评估。在此基础上研究了不同训练集数量对模型泛化能力的影响,并基于3种不同的机型对模型的普适性进行了验证。结果表明:PSO-GPR模型可以对发动机性能和排放参数进行预测,且精度优于传统的GPR模型和多元多项式回归(MPR)模型,同时该模型具有普适性,为减少发动机标定工作量提供了参考。

摘要：为提高多旋翼混合动力无人机的运行稳定性、输出动力性和能量利用率,利用GT-Power和Simulink进行模型联合搭建,对比基于规则的能量管理策略及等效燃油最小消耗能量管理策略(Equivalent consumption minimization strategy,ECMS),设计开发了基于BP(Back propagation)神经网络优化的自适应ECMS(Adaptive-ECMS,A-ECMS)。仿真研究表明:A-ECMS在运行稳定性上,整体工况转速波动率为7.74%,较基于规则策略和ECMS都有明显降低;A-ECMS在复合扰动下和随机紊流下转速波动率分别为8.32%、7.18%,与基于规则策略和ECMS相比在突发工况下运行更为稳定。A-ECMS能有效提高混合动力系统动力性能,使发动机处于经济工况10 kW;可根据荷电状态(State of charge,SOC)变化实时对电池功率进行调整。A-ECMS平均燃油消耗率为297.585 g/(kW⋅h),整体燃油消耗量为3755.31 g,与基于规则策略和ECMS相比明显较低,在各工况下运行时发动机工况点集中于燃油经济区,有效提高了系统经济性。

摘要：发动机湍流预混燃烧的火焰结构具有自相似性,将分形技术这一新的非线性方法技术引入对湍流预混火焰结构的研究中,基于自行设计的以光学发动机和高速摄像机为核心的试验系统,得到了湍流预混燃烧的火焰结构图像。利用修正数盒法的分形图像处理方法,得到了描述湍流预混燃烧火焰的分形维数特征。在此基础上,对于发动机转速、空燃比、点火提前角和燃料性质等参数对火焰分形维数的影响规律进行了探索性的研究。研究结果表明,湍流预混燃烧火焰的分形维数在燃烧期内先随曲轴转角增加而增加,在达到最大值后,随曲轴转角增加而减小,证明在燃烧中期,火焰锋面具有最大的扭曲度;发动机转速的增加、点火角的提前、混合气的加浓均会使燃烧火焰的分形维数均有不同程度的增加。因此表明上述因素会使燃烧进行得更为剧烈,火焰结构的扭曲程度加强,火焰传播速度加剧。