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江苏大学学报（自然科学版）
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江苏大学学报（自然科学版）
 
2022年 43卷 6期
刊出日期：2022-11-10
论文
   
论文
621 江浩斌，俞越，李傲雪
基于人类弯道视觉行为和ANFIS的仿人驾驶员模型
为了模仿人类弯道驾驶转向行为，提出了包含视觉感知模块和转角决策模块的仿人驾驶员模型.借鉴人类驾驶员弯道视觉行为的研究结果，建立了视觉感知模块，从车辆运动状态和远近道路信息提取用于转向决策的视觉输入参数（车速、近区横向偏差和远区航向角偏差）.考虑到人类驾驶的模糊推理行为和复杂性，在多曲率弯道上以不同车速进行驾驶仿真试验得到训练数据.采用自适应神经模糊推理系统（adaptive neuro-fuzzy inference system, ANFIS）构建转向盘转角决策模块，在不同道路场景和车速下对仿人驾驶员模型进行PreScan/Simulink 联合仿真.结果表明：所建立的仿人驾驶员模型具有基本的道路跟随能力,生成的转向盘转角变化平稳，能够反映人类弯道驾驶过程中普遍的转向行为，且对其他驾驶工况具有一定的适用性.
2022 Vol. 43 (6): 621-627 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 5431KB] ( 599 )
628 孙馨雨， 赵又群， 邓汇凡， 林涛， 李宇昊
机械弹性电动轮式车辆稳定性博弈协调控制
针对极限工况下匹配机械弹性电动轮(mechanical elastic electric wheel, MEEW)的汽车由于底盘强耦合特性而产生的子系统干涉问题进行研究.以主动前轮转向(active front-wheel steering, AFS)系统与直接横摆力矩控制(direct yaw moment control, DYC)系统为研究对象，利用非合作反馈Nash均衡博弈理论设计了子系统权重可变的博弈协调控制器，通过耦合黎卡提方程及其迭代变换求得在Nash均衡点处的理想输出结果.通过CarSim/Simulink联合仿真平台对控制机构进行车速为100 km·h-1、路面附着系数为0.3的双移线工况仿真试验.结果表明：所设计的协调控制器能够实现AFS/DYC实时协调，在极限工况下，匹配MEEW的汽车在该控制器作用下的稳定性优于单一叠加最优控制器作用的稳定性，且汽车的质心侧偏角和横摆角速度的跟踪误差分别为0.48°~0.81°和0.035~0.425 （°）·s-1.
2022 Vol. 43 (6): 628-635 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 4360KB] ( 473 )
636 李臣旭1， 江浩斌2， 王成雨1， 马世典2
基于传感器信息融合的车辆位姿估算方法
针对自动泊车过程中基于单一定位方法导致的车辆位姿估算精度较低等问题，提出了一种融合轮速传感器信息与视觉传感器信息对车辆位姿进行估算的方法.首先研究了利用轮速传感器信息对车辆进行位姿估算的航迹推算法，分析了误差产生的原因；然后提出了基于扩展卡尔曼滤波算法对轮速传感器与视觉传感器进行信息融合的车辆定位方法，减小系统误差，实现自动泊车过程中的车辆位姿估算；最后利用Simulink仿真对模型和位姿估算算法进行验证，并将航迹推算法与传感器信息融合方法进行比较.结果表明：本研究提出的车辆位姿估算方法能够有效降低系统定位误差，提高泊车过程中车辆位姿的估算精度.
2022 Vol. 43 (6): 636-644 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2490KB] ( 596 )
645 张威1,2， 罗马吉1,2,3， 刘成1,2， 周威1,2
循环压缩对PEM电解池性能的影响
 针对质子交换膜电解池（proton exchange membrane electrolysis cell，PEMEC）组件在使用过程中可能会发生损坏，需要重复装配和拆卸电解池进行更换或维修操作等问题，研究了循环加载压力对PEM电解池性能的影响，对循环试验前后的多孔扩散层（porous transport layer，PTL）表面形貌进行了SEM（scanning electron microscope）电镜表征.结果表明：循环压缩后，PTL的结构发生不可逆的变化，从而影响电解池的性能；在高电流密度区间，电解池性能受循环压缩影响幅度呈现缓慢下降趋势；在较高夹紧压力下，循环压缩次数的增加对电解池性能影响逐渐减弱，适当提高装配压力可以减小重复装配对电解池性能的不利影响.
2022 Vol. 43 (6): 645-649 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 2159KB] ( 566 )
650 杜敏， 孙文涛， 王跃成， 张帅平
燃烧室结构对液体燃料MILD燃烧影响的数值模拟
高速空气射流卷吸高温烟气回流并与反应物快速掺混再燃烧是实现MILD （moderate or intense low-oxygen dilution）燃烧的重要特征，为了实现常温空气条件下液体燃料的MILD燃烧，燃烧室结构参数的优化设计与内部流场组织是关键.采用数值模拟研究了燃烧室高度、燃料和空气喷嘴位置分布对流场、温度场分布和NOx排放的影响规律.结果表明：燃烧室高度通过影响空气射流的速度衰减和燃烧室内部的循环率，决定了燃烧室内整体气流的循环情况；空气喷嘴和燃油喷嘴的位置变化，决定了燃料在燃烧室内的分布以及与高温烟气的混合情况；当空气喷嘴和燃油喷嘴相对距离较小时，强烈的回流会使燃料在燃烧室内的分布更加均匀，烟气稀释新鲜反应物的能力增强，进而使燃烧室内燃烧缓和，峰值温度下降，热力型NO排放降低；当空气喷嘴远离燃烧室出口时，集中的大面积回流区域使反应物在燃烧室内均匀分布，整体的燃烧反应更加均匀和缓和，有利于MILD燃烧的实现.
2022 Vol. 43 (6): 650-656 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 5655KB] ( 435 )
657 冯静安1, 张鹏1, 王伟军1, 齐庆征1, 宋宝2
高地隙喷雾机操纵稳定性直接横摆力矩控制及实现方式
针对自走式高地隙喷雾机低速作业工况下操纵稳定性控制效果差的问题,提出直接横摆力矩控制的操纵稳定性控制方案．首先建立了包含Dugoff非线性轮胎模型的7自由度整车模型,设计了整车力矩控制器,它包括纵向控制和横向控制,纵向控制是根据实际车速和期望车速的误差对车轮驱动力进行PID闭环控制,横向控制主要有滑模控制器和力矩分配器两部分组成,用于弥补纵向控制对驱动力控制的不足;然后针对横向控制力矩实现方式设计了5种实现直接横摆力矩的车轮控制方案;接着以直接横摆力矩实现方案、车速和负载质量为因素设计了二次旋转正交组合试验;最后,通过响应曲面法利用Design Expert软件探究了3种因素与引入直接横摆力矩后作业车辆操纵稳定性优化指标的关系．仿真试验结果表明：整车力矩控制器能有效改善整车操纵稳定性,且以改变内侧车轮的控制方案,1.25 m·s-1的作业速度和1 000 kg的负载组合下使优化指标达到55.2％．
2022 Vol. 43 (6): 657-665 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 2194KB] ( 450 )
666 叶启航1, 鹿鹏1, 刘欣怡1, 黄护林1, 化为卓2, 李益文2
磁流体加速性能影响规律的数值研究
利用数值模拟的方法对改变电极布置,外加磁场强度以及通道扩张角度下的磁流体加速性能进行数值研究．研究结果表明:在增加电极布置对数后,出口速度以及通道内部的最高温度变化不明显;增加磁场强度会使得通道内部温度下降,但当磁场强度增加到2 T后,出口速度会出现下降的情况;保持外加电势一定时,提高扩张角度会导致加速性能的下降;在保持电极总长度的情况下,提高电极布置对数对通道加速性能影响不大,外加磁场强度对加速性能的影响远大于电极布置方式的影响,因此需要适当提高外加电极对数并设置合理的磁场强度以获得最佳综合性能的加速通道．
2022 Vol. 43 (6): 666-672 [摘要] ( 67 ) [HTML 1KB] [PDF 2272KB] ( 459 )
673 刘育东1， 李芳芹1， 任建兴1， 李伟1,2
基于AMR双向阵列的配电网零序电流检测方法
配电网发生单相接地故障时，由于故障电流较小，现有装置无法准确采集故障电流信息，因此提出了一种补偿电磁干扰的零序电流检测方案，以提高零序电流测量精度.该方法采用3个由AMR双向阵列组成的电流传感器，利用每个阵列采集的三相电流合成零序电流.首先建立了测量电流的数学模型，通过Matlab数值模拟确定了传感器阵列的布置位置，并基于此提出零序电流测量方案；然后利用Simulink建立了10 kV小电流接地系统仿真模型，分析该方案的零序电流测量误差；最后通过不同方案试验数据的对比，验证了该方案的准确性.理论分析与仿真试验结果表明该方法能够有效、准确地检测零序电流.
2022 Vol. 43 (6): 673-679 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 1768KB] ( 403 )
680 杨明晖， 李生权， 李喆， 冯波， 李娟
基于超螺旋算法的永磁同步电动机直接转矩自抗扰控制
针对传统永磁同步电动机直接转矩控制存在较大的定子磁链、电磁转矩脉动以及电动机在低速运行段控制效果差等不足，提出了基于超螺旋滑模的自抗扰控制调速方法.首先将传统直接转矩控制系统中的磁链环和转矩环上的滞环控制器替换成超螺旋滑模控制器，以解决由滞环控制引起的定子磁链、电磁转矩脉动的问题；其次将控制系统中速度环采用的PI控制器替换成自抗扰控制器，以改善控制系统在低速运行段控制效果不佳以及转速超调的问题.给出了PMSM数学模型.完成了基于DTC的PMSM调速设计，包括基于STSM的转矩和磁链控制器设计和自抗扰速度控制器的设计.在Matlab/Simulink环境下进行了仿真试验.结果表明：在相同条件下所设计的调速系统没有超调量，相较于传统系统其快速性与抗干扰能力提升近70%，转矩脉动降低近0.8 N·m，定子磁链脉动也获得了有效抑制.
2022 Vol. 43 (6): 680-684 [摘要] ( 45 ) [HTML 1KB] [PDF 1635KB] ( 604 )
685 于来宝1,2, 谢兴旺3, 宋晶2, 袁博2
基于强化学习的过热汽温自适应PI控制器设计
针对锅炉过热汽温模型结构和参数发生较大变化时常规PID控制效果难以令人满意的问题，提出一款基于actor-critic（AC）强化学习（reinforcement learning,RL）的自适应PI控制器.控制器采用径向基神经网络（RBF-NN）实现AC强化学习结构,其中actor网络输出为PI控制器参数,cri-tic网络对actor网络输出进行评判以生成时序差分(temporal difference,TD)误差信号,TD误差信号驱动RBF网络权值在线更新.介绍了锅炉过热汽温控制系统结构特点，给出了RL-PI控制器设计和算法执行步骤.完成了锅炉过热汽温控制系统的设计.以典型的非线性时变锅炉过热汽温系统为被控对象,进行了正常工况、增益增大、惯性增大、增益突变、惯性突变以及加扰动等6种工况下的仿真试验.结果表明：与模型预测控制、模糊控制以及常规PI串级控制方法相比,该RL-PI控制器具有明显的优势,能够极大提高系统适应工况变换的能力,且具有更强的自学习能力,收敛速度更快,鲁棒性更强.
2022 Vol. 43 (6): 685-690 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 1568KB] ( 494 )
691 黄艺
基于偏差补偿量的多场景交互协同控制方法
针对多场景交互时状态变量不一致导致的偏差补偿效果不佳、协同控制一致性和并发性达不到预期效果等问题,提出基于偏差补偿量的多场景交互协同控制方法．首先构建多场景协同控制模型,利用服务器节点优化并发控制效果;其次采用一致性算法调节模型交互需求,获取模型输出结果的偏差补偿量;最后基于偏差补偿量实现对多场景交互操作的仿真协同控制．基于MATLAB2016a仿真平台进行测试,将文中方法与基于AR技术的工业控制交互智能化协同方法与基于对象场景数据库的场景交互控制方法进行了对比,完成了控制补偿效果测试、一致性测试和并发性测试的试验．结果表明：文中方法的一致性保持在1附近,一致性较强;当延迟剧烈变化时,其响应时间也能控制在50～150 ms范围内,响应时间较短,并发性控制效果较好,具有明显的优势,充分验证了该方法的有效性,可以满足预期效果．
2022 Vol. 43 (6): 691-696 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 1503KB] ( 370 )
697 吴中1， 王凌微1， 杨洁1， 方利君2， 杨海飞1
大交织流量快速路的非中断控制优化
针对南京内环快速路交织区高峰期拥堵的问题，提出了二匝道5车道A型交织区交织车流可平均行驶使用4.5车道的非中断交织区控制方案.基于优先保障主线通过能力和提高交织车辆运行速度的思想，通过不同性质匝道车流提前分道增强交织区运行秩序，同时通过匝道单向换道增加驶离快速路交织车流的可利用车道数.分析了交织区通过能力与服务水平影响因素，介绍了缓解拥堵的3种方法（提速、接入控制以及标志标线控制）.对于二匝道5车道A型交织区给出了4.5车道的非中断交织区控制方案，并通过VISSIM进行建模分析，对比各个方案下的主、辅线平均速度.结果表明：在交织区大流量小交织比的情况下，与不采取任何控制措施相比，B方案（控制辅线单侧换道的4.5车道交织）优化主线行驶速度效果显著，平均提升8%以上，D方案（辅线单侧换道与流线分离复合控制）提升辅线行驶速度效果显著，平均提升6%～24%.
2022 Vol. 43 (6): 697-703 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 1942KB] ( 410 )
704 金丹丹1, 赵俣1, 王炳辉2, 李晓文2
砂土粒径变化对桩体动力响应影响的试验分析
为研究冲击荷载作用下砂土粒径对桩-土相互作用体系动力响应的影响,研制了桩-土体系冲击荷载试验装置,开展了不同砂土粒径下桩-土体系冲击试验．结果表明:当桩径一定时,随着砂土粒径增大,桩顶加速度峰值显著减小,加速度衰减时间小幅减小;频域范围内,同一桩顶加速度反应频谱的谱峰随砂土粒径增大而增大,谱峰对应的频率值变化不大,均在10~20 Hz,同时粒径最小时对应的谱宽最宽;较其他粒径范围情形而言，大粒径范围（1.00~2.00 mm）下加速度峰值随径径比值(桩径/砂土粒径)增大的变化趋势线具有更大的斜率，即大粒径范围下，桩顶加速度对径径比值的变化更为敏感；随着砂土粒径增大,同一桩身应变峰值明显减小,相同冲击荷载作用下,桩身稳定所需时间缩短．
2022 Vol. 43 (6): 704-710 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 14275KB] ( 341 )
711 张争奇1， 张天天2， 王相友1， 石荣杰3
不同类型温拌剂对沥青混合料路用性能影响及其效能评价
为评价不同类型温拌剂效能，并推荐其适用地区，选取PRLT、Sasobit、Aspha-min及HH-XⅡ等不同降黏机理的温拌剂，通过SGC旋转压实试验、热力学分析及路用性能试验，分析不同类型温拌剂对SBS改性沥青混合料降温效果、能源消耗及路用性能的影响.同时，基于灰色关联分析法评价4种温拌剂的效能.试验结果表明：4种温拌剂均能降低混合料的拌和温度与压实温度，其中PRLT的降温节能效果最佳，并能大幅度降低能源消耗；Sasobit能够大幅提升混合料的高温稳定性，可用于高温重载地区；PRLT改善了混合料的低温抗裂性及水稳定性，但对高温稳定性不利，适用于季冻区沥青路面建设；Aspha-min沥青混合料的低温抗裂性最优，可用于严寒地区；HH-XⅡ对混合料的高温稳定性和低温抗裂性均产生不利影响，但对水稳定性有利，考虑用于降雨量大的地区；PRLT与混合料性能的关联度最大，综合表现最好.
2022 Vol. 43 (6): 711-718 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 1740KB] ( 439 )
719 王全全1， 宋祖昆1， 史优2， 朱剑1
石墨烯光栅结构表面等离子体的性能
为打破传统光学衍射极限限制，实现传输损耗小和光场的强局域性，基于石墨烯表面等离子体(graphene surface plasmons, GSPs)光波导技术，研究设计了一种基于石墨烯的周期性光栅结构.该结构由空气层、缓冲层、波导层和衬底层组成，利用泄漏模共振效应产生GSPs，并且分别利用品质因子和有效模式面积来分析GSPs性能.通过调整石墨烯材料特性参数（费米能级和载流子迁移率）来优化光栅结构中的GSPs性能.仿真结果表明：费米能级为0.63 eV时，GSPs性能最佳，空间局域性最强；提高载流子迁移率可以改善GSPs的传输损耗，使其拥有更长的传输距离，但对GSPs空间局域特性的影响不明显.
2022 Vol. 43 (6): 719-723 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 1938KB] ( 479 )
724 依蓉婕1， 姜苗1， 依成武1， 贾渊1， 张琪2
甲硫醇恶臭气体治理技术的研究现状及展望
针对甲硫醇（CH3SH）的气味恶臭、嗅阈值低、来源广泛、对人体和环境都会产生巨大危害的问题，阐述了国内外甲硫醇常用治理技术的研究现状，重点介绍了近年来新兴热门的催化分解法、催化氧化法、光催化氧化法以及低温等离子体法等甲硫醇处理技术，并指出了其各自的适用范围和优缺点.结果表明：催化分解法、催化氧化法和光催化氧化法均具有处理效率高、适应性好和产物危害小等优点，但也存在催化剂的活性与稳定性差等问题；低温等离子体法具有高效、灵活的特点，但存在能量利用率低、易产生有毒副产物等缺点；在单一处理工艺很难满足经济性的情况下，要想高效处理甲硫醇，就应协同使用多种处理工艺，同时还需要进一步探究降解机理.
2022 Vol. 43 (6): 724-731 [摘要] ( 66 ) [HTML 1KB] [PDF 2365KB] ( 720 )
732 刘宏， 薛苗苗， 陈明毅， 孔庆红， 赵路遥， 李晨琛
基于Fluent的四氟乙烯爆炸数值模拟
通过Fluent软件建立了四氟乙烯爆炸模型，数值模拟了直径为70 mm、高度为500 mm的圆柱形反应器内四氟乙烯的爆炸状况，分析了反应器内四氟乙烯爆炸时的温度和压力变化规律，并揭示了四氟乙烯爆炸火焰与压力波的特性.模拟结果表明：在四氟乙烯点火发生后20 ms内，反应器内监控点的压力与温度升高速度均较快，之后压力和温度数值平缓升高，温度最大值为2 000 K，压力最大值为608.000 kPa；数值模拟结果与文献中的试验结果吻合较好，验证了所建立的四氟乙烯爆炸模型具有一定的可靠性.研究结果可为氟化工四氟乙烯爆炸后果预测提供技术指导.
2022 Vol. 43 (6): 732-736 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 2631KB] ( 951 )
737 汪欢， 毛伟， 张亚飞， 李持衡， 沈跃
基于水和农药流量同步控制的在线混药系统设计与试验
针对现有的在线混药系统在农业作业中存在无法精确控制混药比、混药量仍然过剩等问题，设计了一种基于水和农药流量同步控制的在线混药系统.该系统主要由混药量的决策模型和控制系统组成.混药量决策模型的输入为变量喷雾系统中施药量决策模型的输出，并与混药量决策模型中的流量调节控制周期结合，用以实时计算系统中水和农药的流量.混药量控制系统中，经过处理后的脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）占空比数据传送至微控制单元 (microcontroller unit，MCU)，再由MCU生成PWM指令，发送至双路PWM驱动电路，并生成期望的PWM占空比数值，从而调节输送泵工作电压，进而同步调节水和农药的流量.试验结果表明：该系统中，蠕动泵和隔膜泵的流量精度分别在可控范围0~135.5 mL和0~18.65 L时，经过指定5.00 L混药量后，实测混药量误差小于5%；在混药比为100、300和500和流量调节控制周期为300、500和600 ms的条件下，进行交叉组合混药，混药比误差都保持在3.24%以内，可见混药效果良好.
2022 Vol. 43 (6): 737-744 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [PDF 3391KB] ( 406 )
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