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• 2021年, 42卷, 第5期
  刊出日期：2021-09-10

    

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  主动后轮转向四轮独立驱动车辆的协调控制

  付翔1,2,3,4, 杨凤举1,2,3,4, 黄斌1,2,3,4, 何宗权1,2,3,4, 裴彪1,2,3,4

  2021, 42(5): 497-505. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.001

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  为了改善四轮转向车辆在高速工况下的转向灵敏度不足问题，并提高四轮转向车辆在低附着路面下的稳定性，以主动后轮转向/四轮独立驱动车辆为研究对象，基于分层协调闭环控制策略，设计了主动后轮转向(active rear wheel steering，ARS)和四轮转矩分配(four-wheel torque distribution，4WTD)的协调控制系统.首先，以车辆质心侧偏角为控制目标，设计了前馈+反馈的主动后轮转向控制器；然后以车辆横摆角速度和期望纵向车速为控制目标，设计了四轮转矩分配控制器；最后设计了基于规则的协调控制器，合理分配各子控制器的工作区间.通过搭建CarSim/Simulink联合仿真平台，对所设计的协调控制系统进行了仿真验证.仿真结果表明，所设计的协调控制系统达到了提高四轮转向车辆性能的控制目标.
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  纯电动汽车坡道行驶驱动转矩优化控制策略

  张金成1， 王陶1, 王良模1, 邹小俊2, 宋伟2

  2021, 42(5): 506-512. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.002

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  针对纯电动汽车坡道行驶过程中转矩不足的问题，基于模糊控制算法，提出一种以道路坡度、加速踏板变化率为输入，驱动转矩为输出的优化转矩控制策略.为了有效识别道路真实坡度，采用坡度识别算法进行道路真实坡度的识别.在Matlab/Simulink中建立车辆模型和控制算法模型进行了仿真分析，采用4%的坡道工况对车辆上坡加速性能进行仿真分析，对比了2种控制策略下的车速.结果表明：优化转矩控制策略能够更好地识别和响应驾驶意图；在优化转矩控制策略中，车速为0~50 km·h-1的上坡加速时间为10.65 s，比基准转矩控制策略降低了11.62%，车速为50~80 km·h-1的上坡加速时间为8.60 s，比基准转矩控制策略降低了14.85%；该策略能够有效提高车辆的上坡加速性能和经济性.
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  基于模型预测的阻尼与车身高度协同控制

  于文浩, 周蓥

  2021, 42(5): 513-519. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.003

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  为有效协同空气悬架中的阻尼与车身高度控制，基于模型预测控制理论，以整车综合评价指标为成本函数，当前状态下车身高度与可调阻尼减振器所能生成的悬架力为约束，设计了模型预测控制器，求解当前状态下的最优悬架力.利用可调阻尼减振器改变阻尼系数配合车身高度充放气操作使悬架生成该最优悬架力，以此获得阻尼与车身高度的协同.结果表明：所提协同控制策略切实可行，可大幅改善悬架的簧上质量加速度和轮胎动载荷均方根值；在有减速带工况下，协同控制策略能有效缩小25%的簧上质量加速度峰值和19%的簧下质量加速度峰值，而在转弯工况下，能缩小17%的簧上质量侧倾角峰值.
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  单模复合功率分流系统的建模与仿真

  储爱华1,2， 袁银男1， 张彤2

  2021, 42(5): 520-525. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.004

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  针对一款单模复合动力分流混合动力系统，分析了混合动力系统的主要工作模式和不同挡位的特点.在LMS/AMESim环境中建立了混合动力系统的关键部件物理模型，并通过应用程序接口与Matlab/Simulink建立的系统控制模型集成联合仿真模型.利用该联合仿真模型进行了整车经济性仿真，并与实际转鼓台架试验结果进行了比较.结果表明：混合动力汽车与基础车型相比综合节油率达到38%，建立的物理模型精度较好，与实车测试结果较为贴近，仿真误差均在5%以内，能够服务于系统优化和策略开发，减少了实际开发过程中的复杂测试过程，大大提高了开发效率.
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  双吸离心泵多工况振动特性试验

  陈建华1， 黎义斌2， 刘欣2

  2021, 42(5): 526-532. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.005

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  为研究某双吸离心泵在不同工况下的振动特性，采用LMS Test.Lab测试系统对该离心泵机组进行不同工况下的壳振测试和轴振测试.共测试了该泵在5个流量工况点和5个转速下的壳振、轴振和轴心轨迹，并通过数据处理得到其壳振、轴振随流量和转速变化的频谱图.试验结果表明：壳振振动烈度随流量的增大呈现出波动，而随转速的增大整体上呈上升趋势，不同测点、不同方向的壳振大小和变化趋势不同；轴振位移峰值随流量和转速的增大而增大，但并非是线性增大；不同测点、不同方向的壳振频谱图呈现差异，显示存在较多的流致振动；轴振随流量、转速变化的趋势在相互垂直的2个方向上表现相近；流量、转速的变化对轴心轨迹有比较明显的影响.
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  基于模糊神经网络的茶园拖拉机远程故障诊断系统

  梁军， 马志怡， 盘朝奉， 陈龙

  2021, 42(5): 533-539. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.006

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   针对茶园拖拉机传统故障诊断对故障信息的采集存在严重滞后性的问题，提出一种基于模糊神经网络（fuzzy neural network,FNN）的茶园拖拉机远程故障诊断系统（remote fault diagnosis system,RFDS）.该方法融合模糊算法和神经网络的优点，通过对车辆运行的实时监控，远程处理车辆信息，获取车辆潜在的故障和实时故障信息，避免了传统方式需进行的大量检测，为维修争取到了更多的时间，提高了生产效率.该系统以仿真软件Carsim为基础，利用Carsim实时模拟车辆运行情况，通过训练集和测试集对算法模型进行训练和验证，结果表明：FNN诊断算法满足系统性能要求，准确率可以达到90%以上，可远程准确诊断茶园拖拉机故障.此外，RFDS技术对于车辆的开发也有重要的作用，可以在车辆的研发阶段通过远程故障诊断系统进行车辆性能评估，节省了大量的人力资源.
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  语音技术在农业智能化中的应用展望

  刘继展， 侯广宇

  2021, 42(5): 540-545. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.007

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  针对农业智能装备工作环境复杂、操作不便捷与作业效率低的问题，对语音技术在农业智能化中应用的前景进行了展望，并提出农业装备中语音系统软硬件整体架构，把语音技术分为语音提示、语音报警、语音控制、视觉语音4部分.在ROS开发环境中，运用python编译语言建立控制软件系统框架，将成套控制软件分为农作物信息检测单元、作业信息检测单元、接收语音信号单元、作业命令控制单元、语音播报-报警单元，把各功能单元进行模块化编程，实现整套系统的多功能同步协调运行.以葡萄采摘机器人为例，分别实现采摘机器人作业信息语音提示功能、语音控制采摘机器人运动功能、田间葡萄品种与成熟度信息识别储存并语音播报功能，对推进语音技术在农业智能化中的应用具有一定价值.
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  融合微博热点分析和LSTM模型的网络舆情预测方法

  刘定一1， 沈阳阳2， 詹天明2， 刘亚军3， 应毅1

  2021, 42(5): 546-553. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.008

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  当前互联网已成为公众获取信息、表达观点的重要平台，也带来社会舆情事件易发生的风险，通过对网络舆情走势的提前预测，能够准确判断热点事件的发展态势，为政府相关部门应对舆情危机提供参考.针对单一预测模型预测精度不高和社交媒体对舆情走势影响较大的问题，提出了融合微博热点分析和长短期记忆神经网络（LSTM）的舆情预测方法.利用网络爬虫和PyTorch机器学习平台构建了用于舆情时序数据分析的网络舆情预测系统；在此系统内，考虑微博的强时效性，采用网络热点分析技术计算微博热度分值；改进LSTM网络，设计由2个隐含层组成的MH-LSTM预测模型；将MH-LSTM模型用于舆情事件百度指数的定量预测中，通过试验验证了模型的正确性，证实了该预测模型拥有较好的预测效果.
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  基于联合特征学习和多重迁移学习的肝脏病变分类

  蒋瑞， 刘哲， 宋余庆， 陈鹏， 郝文

  2021, 42(5): 554-561. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.009

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  为了实现对不同肝脏肿瘤病变的精确分类，提出了一种基于联合特征学习和多重迁移学习的肝脏肿瘤病变分类方法.首先通过扩充通道的预处理方式对输入网络的图像进行数据增强处理，使得网络能从原始输入图像中提取到更多的特征信息；然后设计了联合特征学习双流卷积神经网络提取特征，避免由于网络深度增加造成部分特征信息丢失的问题；采用了集成分类器实现最终的分类，并通过多重损失约束方法对整个集成分类器进行约束优化；最后在模型的训练过程中结合参数迁移和域适应来减少损耗并提高模型的拟合性能.采用155张腹部平扫CT图像进行试验，设计了特异性、灵敏性、精确度、F1-score、准确率和误差率几种评价指标.结果表明，此方法能够实现对肝细胞癌（HCC）、转移性肝癌（MET）、血管瘤（HEM）以及正常肝脏组织的分类，平均分类准确率达到96%. 
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  江苏省现代农业物流系统动力学建模及优化

  何美玲， 安勇峰， 蒲俊

  2021, 42(5): 562-568. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.010

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  为了确定江苏省现代农业物流系统中农业物流需求、供给、农业生产产值和地区人口之间的相互作用关系，以及物流信息技术使用对农业物流系统产生的影响，对江苏省现代农业物流系统进行建模及优化.首先采用定性分析的方法，选取13个评价变量，根据各个变量之间的关系，利用Vensim PLE软件绘制因果关系图；其次采用定量分析的方法，在因果关系图的基础上绘制系统流图，并利用江苏省统计年鉴、中国交通运输发展公报和SPSS数据分析软件，建立各个变量的系统动力学方程；最后对模型进行检验以及仿真分析.结果表明，将物流信息技术投资比例分别增加1、2和3倍时，江苏省农业物流供给量平均提升2.25%、4.49%和6.73%，农业物流成本平均下降0.63%、1.22%和1.82%，这表明在农业物流活动中推广使用现代信息技术能够对整个物流系统产生积极影响.
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  区块链技术在智能电网稳定控制系统中的应用

  雷鸣1， 崔晓丹1,2， 杨天舒1， 梁师哲1， 吴家龙1， 许剑冰1,2

  2021, 42(5): 569-574. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.011

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  针对当前稳控系统控制模式存在工作效率低、过程难追溯、在线监管及数据更新难等问题，将区块链技术内嵌在稳控系统控制框架中.利用区块链技术优势，将稳控系统控制过程各阶段涉及的数据信息进行区块化封装及分布式控制，使得关键数据信息实现可追溯、不可篡改，进而可对全生命周期进行控制.构建了基于区块链的稳控系统管理运行、控制应用架构，给出了区块数据结构，采用了股份授权证明共识（DPOS）机制.针对目前正在进行的某稳控系统控制项目，开发了基于区块链的稳控系统管理应用平台.结果表明，在稳控系统运维管理阶段，策略文件和定值文件实现了上链存证和一致性检验等实时监管，进一步提高了稳控系统控制的智能化和自动化水平.
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  电力用户对供电可靠性敏感度的评价与分类方法

  张宇轩1, 苏娟1, 贾涛2, 陈进2, 刑占礼2

  2021, 42(5): 575-581. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.012

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  为了督促供电企业切实履行政治、经济和社会责任，并实现对需求侧资源的有效调动和配电资源的高效管理，研究了电力用户对供电可靠性敏感度的评价与分类方法.分析电力用户敏感特性，提出电力用户敏感度定义；从政治、经济和社会3个因素建立电力用户敏感度评价指标体系，建立了评价指标矩阵，并给出定量、定性指标的数据预处理方法；介绍了基于层次分析(AHP)算法和模糊C均值聚类(FCM)算法的电力用户敏感度评价算法以及基于两者的综合评价方法；将该评价算法应用于某省科技核心区，对该区域内的工商业用户、居民用户和公共服务类用户进行敏感度评价.结果表明，此算法可得到各个用户的敏感度等级，为该区域的配电网规划与建设提供参考. 
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  立式旋转智能株间机械除草装置设计与试验

  权龙哲， 王旗， 张景禹， 冯槐区， 吴冰

  2021, 42(5): 582-588. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.013

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  为满足玉米苗株间机械除草作业需求，设计了一种基于立式旋转机构的智能株间机械除草装置.对除草装置的总体结构和避苗除草原理进行了阐述，通过理论分析和EDEM仿真试验，对除草装置的关键部件进行参数设计，并对除草刀的土壤铲切性能进行仿真评估.以作业速度、除草刀角度和入土深度为试验因素，以除草率和伤苗率为评估指标进行正交试验.结果表明：各因素对指标影响的主次顺序依次为作业速度、入土深度和除草刀角度；最优水平组合为作业速度0.5 m·s-1，入土深度50 mm，除草刀角度60°；以最优水平组合进行田间除草试验，平均除草率为89.57%，平均伤苗率为4.54%.
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  基于二维码的相机位姿求解

  吴飞， 介远航， 余神志

  2021, 42(5): 589-595. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.014

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  针对视觉机器人定位问题，提出基于二维码的相机位姿求解方法，以实现视觉机器人的精准定位.利用开源计算机视觉库（open source computer vision library，OpenCV），首先对二维码的标准位置和相机进行标定；其次对图像进行预处理，得到二维码准确的边缘轮廓；然后利用循环遍历和最大距离算法求解特征点，对于像素过低导致的边缘失真采用“像素突变”算法进行优化；最后利用特征点通过坐标变换求解出相机位姿.在实际场景中对该方法进行测试，试验结果表明算法的旋转轴误差为±0.18 m，旋转角误差为±2°，平移量总误差为±0.02 m，可以有效地对视觉机器人进行精准定位.
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  系统频率电磁调谐的双层薄膜声学超材料

  吴卫国， 刘闯， 毕佳楠

  2021, 42(5): 596-601. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.015

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  为了拓宽声学超材料对低频声波的隔声带宽，设计了1种系统频率电磁调谐的双层薄膜声学超材料,该超材料由双层硅橡胶薄膜、薄膜之间的羰基铁粉、附加铅质质量块、铝质框架和电磁场加载装置等组成.运用COMSOL Multiphysics 5.5仿真和试验等方法，对声学超材料的声学性能进行了研究.研究结果表明：该声学超材料在低频范围内可实现良好的隔声效果；通过输入不同电流改变磁场强度，可以实现声学超材料固有频率的定向调节；与被动声学超材料相比，主动声学超材料实现了声学超材料隔声性能的非接触主动调谐，拓宽了声学超材料的声波控制带宽；在此基础上，通过进一步探讨材料参数对声学超材料声学性能的影响，发现双层薄膜的厚度越厚，杨氏模量越大，声学超材料将获得更宽的隔声带宽.
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  基于能量法的斜坡中楔形基桩屈曲稳定性分析

  张锐， 李传勋， 金丹丹

  2021, 42(5): 602-608. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.016

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  考虑了桩侧摩阻力以及桩后土体滑坡推力的影响，采用非线性桩侧土水平弹性抗力分布形式，基于Rayleigh-Ritz法，对斜坡中楔形基桩的屈曲稳定性问题进行了研究，得出了斜坡中楔形基桩屈曲临界荷载的表达式.分析了坡角、桩后土体滑坡推力分布形式、桩身埋置率、桩侧摩阻力及桩身嵌固率对斜坡中楔形基桩屈曲稳定性的影响.研究结果表明：与等截面桩相比，桩端直径不变时，不同桩径变化率下的斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载均有了不同程度的增加；桩径变化率越大，斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载增加的幅度也随之增大.坡度、桩身埋置率以及桩身嵌固率对斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载影响较大；桩侧摩阻力能够提高斜坡中楔形基桩的屈曲临界荷载，但是提高的幅度有限.桩后土体滑坡推力的大小和分布形式对斜坡中楔形基桩屈曲临界荷载影响很小，以上两者均可以忽略不计.
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  新型混杂BFRP和SFCB配筋梁的裂缝宽度分析

  杨洋, 潘登, 夏留佳, 邢翔, 徐成

  2021, 42(5): 609-615. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.017

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  针对采用玄武岩纤维增强复合材料(Basalt fiber-reinforced polymer,BFRP）筋和钢连续纤维复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB）制备的新型纤维复合材料和钢筋组合的混杂配筋（hybrid reinforced concrete，Hybrid-RC）梁多采用非对称配筋，可能导致结构产生的裂缝宽度过大的问题，设计7根混凝土梁，研究了非对称配筋形式下Hybrid-RC梁的裂缝.试验结果表明：等效配筋率ρe及钢筋和FRP筋之间的轴向拉伸强度比γ会对Hybrid-RC梁的裂缝宽度产生较大影响；分别给出美国混凝土协会（ACI）规范和加拿大规范（CSA）计算Hybrid-RC梁裂缝宽度时粘结系数kb的建议值.
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  FRP约束橡胶混凝土的轴心受压承载力分析

  曹玉贵1， 李龙龙1， 谯理格2

  2021, 42(5): 616-620. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.05.018

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  为准确计算纤维增强聚合物（fibre reinforced polymer，FRP）约束橡胶混凝土的抗压强度，对相关文献的 FRP 约束橡胶混凝土抗压强度模型进行归纳与总结，并采用已发表相关文献的122个试验数据，对相关文献抗压强度模型的准确性进行评估，得到了影响FRP约束橡胶混凝土抗压强度模型准确性的关键参数，即混凝土粗、细骨料的橡胶颗粒体积替换率和FRP的种类.在评估结果的基础上，通过考虑橡胶颗粒替换率系数和FRP种类，建立了抗压强度模型.新建立的抗压强度模型预测值与试验值更为接近，误差评估指标值仅为0.09.