工程技術大學學報

王旭，黃鵬，顧明

工程技術大學學報

基于臺風“梅花”的近地層湍流積分尺度實測分析

王旭，黃鵬，顧明

目的：隨著電子儀器以及計算機技術的迅速發(fā)展，風荷載現(xiàn)場實測技術得到了較大的提高。但由于目前實測數(shù)據(jù)的限制，針對臺風天氣條件下的湍流積分尺度的分析研究工作還較為匱乏。本文基于10 m、20 m和40 m高度處臺風“梅花”影響下的上海浦東地區(qū)近地風現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，分析了湍流積分尺度隨平均風速、觀測高度及平均時距等因素的變化規(guī)律。方法：為了采集臺風“梅花”天氣條件下的用于分析湍流積分尺度的基礎風速數(shù)據(jù)，在上海浦東近海岸邊建造了一座40 m高的測風塔。測風塔位于北緯：31°11' 46.36''，東經(jīng)：121°47' 8.29''，緊鄰臨海泵站入?？谔?。根據(jù)試驗目的，將 RM Young81000型、RM Young85106型超聲波和RM Young05305V型螺旋槳式風速儀分別安裝于10 m、20 m、30 m及40 m高度處，用以采集來流風速數(shù)據(jù)。風速儀向正南安裝，風向角定義北風為0°，按俯視順時針增大?；?0 m、20 m和40 m高度處臺風“梅花”影響下的上海浦東地區(qū)近地風現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，采用基于Taylor假設的自相關函數(shù)積分法進行對湍流積分尺度進行計算，分析了湍流積分尺度隨平均風速、觀測高度及平均時距等因素的變化規(guī)律。結果：基于近地層臺風“梅花”實測數(shù)據(jù)對湍流積分尺度隨平均風速、觀測高度及平均時距等因素的變化規(guī)律進行了研究，得到以下結論：1）湍流積分尺度，和的均值均隨著實測高度的增大而增大，并且相同高度處湍流積分尺度均值。湍流積分尺度在各實測高度變異系數(shù)的均值為1.07，而和分別只有0.65和0.55。10 m、20 m和40 m高度處，分別為1︰0.54︰0.07、1︰0.65︰0.11和1︰0.73︰0.1。2）各高度處實測結果與美國規(guī)范的經(jīng)驗結果相比明顯偏小，與日本和歐洲規(guī)范相比偏大，而與印度規(guī)范最為接近?；诒疚牡膶崪y數(shù)據(jù)對湍流積分尺度均值，和隨高度的變化做了形如的擬合，并給出了相應的擬合參數(shù)。3）發(fā)現(xiàn)湍流積分尺度比值隨平均時距的比值T/3600呈線性關系，通過線性擬合處理得到了湍流積分尺度均值和隨平均時距變化的經(jīng)驗表達式。4）為得到特定時距（0～60 min）和高度處（0～40 m）湍流積分尺度，通過擬合得到了包括實測高度和平均時距的湍流積分尺度雙參數(shù)經(jīng)驗表達式。5）湍流積分尺度在不同高度之間（10 m vs 20 m和10 m vs 40 m）的相關系數(shù)整體上小于和的結果。

來源出版物：同濟大學學報（自然科學版）, 2012, 40(10): 1491-1497

入選年份：2014

再生混凝土框架結構模型振動臺試驗

王長青，肖建莊

摘要：目的：以1︰4縮尺的2跨2開間的6層再生混凝土空間框架結構模型為研究對象，通過模擬地震振動臺試驗再現(xiàn)地震動過程，系統(tǒng)研究再生混凝土框架結構的抗震性能，填補這個方面的研究空缺。方法：采用結構模擬地震振動臺試驗方法，再生混凝土框架結構模型幾何相似關系取為 1/4，模型設計成為欠質(zhì)量人工質(zhì)量模型。模型為2跨2開間6層的框架結構，模型平面布置尺寸為2175 mm×2550 mm，1～6層層高均為750 mm，柱截面尺寸 100 mm×100 mm，梁截面尺寸 62.5 mm× 125.0 mm和50.0 mm×112.5 mm，板厚30.0 mm。模型中受力鋼筋采用8號（直徑為4.01 mm）和10號（直徑為3.53 mm）的鍍鋅鐵絲模擬，箍筋采用14號（直徑為2.21 mm）鍍鋅鐵絲模擬。選取了2組天然波和1組人工波作為模擬地震振動臺臺面的輸入波，分別為汶川地震波（WCW）（N-S），El Centro波（ELW）（N-S）和上海人工波（SHW）。結構模型上共布置30個加速度傳感器、14個位移傳感器和8個應變傳感器，主要測試模型的位移、加速度、梁柱節(jié)點的應變以及每個構件的開展、塑性鉸發(fā)育情況。試驗開始前首先對模型結構進行加速度峰值取為0.05 g的白噪聲測試，然后依次對模型結構進行9個地震水準的測試，分別為0.066 g（7度多遇）、0.130 g（8度多遇）、0.185 g（7度基本）、0.264 g（9度多遇）、0.370 g（8度基本）、0.415（7度罕遇）、0.550 g、0.750 g（8度罕遇）和1.170 g（9度罕遇），每次地震試驗后，再進行一次白噪聲激勵，測試結構的動力特性變化。通過模擬地震振動臺試驗，觀測地震動對結構產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象；考察再生混凝土框架結構的動力特性；分析再生混凝土框架結構在不同強度地震動激勵下的力學性能。通過試驗現(xiàn)象和結構動力響應分析評估再生混凝土框架結構的抗地震能力。結果：0.066 g地震試驗中，模型未發(fā)現(xiàn)可見裂縫，表明結構處在彈性工作階段。0.130 g地震試驗中，雖然沒有發(fā)現(xiàn)可見裂縫，但根據(jù)結構動力特性分析，結構已進入非線性工作階段。0.185～0.550 g地震試驗中，在1～2層框架梁KL1，KL2，KL5，KL6端部首先出現(xiàn)自下向上和自上向下發(fā)展的細微彎曲裂縫。0.750 g地震試驗中，在1～2層框架梁KL1，KL5右端和框架梁KL2，KL6左端出現(xiàn)垂直裂縫貫通現(xiàn)象，裂縫寬度約1.5 mm；2層框架柱KZ1上端，1～2層框架柱KZ6上、下端首先出現(xiàn)細微垂直裂縫。試驗模型的x方向1階平動自振頻率為3.715 Hz，y方向1階平動自振頻率為3.450 Hz。說明模型結構在x和y方向布置是非對稱的，x方向的抗側移剛度大于 y方向的抗側移剛度。隨著混凝土裂縫的發(fā)展，模型結構抗側移剛度隨之下降，輸入不同地震波時，結構抗側移剛度的變化不一樣，SHW地震波下結構抗側移剛度退化最明顯。模型結構在不同試驗階段的振型主要是平動，位移曲線和基本振型曲線形狀比較接近，再生混凝土框架模型在不同試驗階段的地震反應都受控于第一階振型。隨著輸入地面峰值加速度的提高，框架模型的損傷不斷積累，結構阻尼比隨之變大。在同一工況中，各個測點的加速度放大系數(shù)總體上沿樓層高度方向逐漸增大；隨著地震加速度峰值的提高，結構剛度退化，加速度放大系數(shù)在總的趨勢上是逐漸降低的。隨著結構破壞的加劇，結構受高階振型的影響也隨之增大，加速度放大系數(shù)分布形式會發(fā)生變化。總體上再生混凝土框架結構其加速度分布特征與普通混凝土結構的類似。隨著地震強度不斷加大，模型各樓層相對位移隨之增大；在地震試驗中輸入不同地震波時，結構的位移變形曲線的形狀大致相同，位移變形值隨地震動幅值的增加而變大；總體上，模型樓層位移曲線是很光滑的，位移曲線上沒有明顯的彎曲點，這表明結構的抗側移剛度沿模型高度方向的分布是合理的；從樓層位移曲線形狀可以看出，該框架模型結構變形曲線呈剪切型，這與第一階振型曲線分布特征一致。隨著地震強度的不斷加大，樓層層間最大位移也隨之增大。再生混凝土框架結構在 0.130 g（8度多遇）、0.370 g（8度基本）、0.750 g（8度罕遇）地震試驗中2層最大層間位移分別為2.676 mm、9.995 mm和25.945 mm，相應的層間位移角分別為1/280、1/75、和1/29。除0.130 g地震模擬試驗外，在其他各地震水準下2層層間位移最大，約占屋頂總位移的20%～40%，其次是1層層間位移。在同一工況中，隨著地震強度的增加，各樓層層間位移的增長幅度也不相同，模型1層和2層的層間位移增長幅度較大。試驗結果表明在地震中再生混凝土框架結構的1層和2層為薄弱層，遭受到嚴重的破壞。根據(jù)對振動臺試驗模型的破壞形態(tài)和層間變形可以看出，在0.066 g地震試驗中模型的最大層間位移角為1/824，小于1/500，結構處于彈性工作狀態(tài)，模型保持完好。在0.130 g的地震試驗中模型的最大層間位移角為1/266，小于1/200，模型發(fā)生很輕微破壞，結構進入彈塑性階段。在 0.370 g的地震試驗中模型最大位層間位移角為 1/75，小于 3/200，模型發(fā)生中等破壞。在 0.750 g的地震試驗中模型的最大層間位移角為1/29，小于1/20，模型發(fā)生很嚴重破壞。結論：1）結構在進入彈塑性狀態(tài)后，梁是主要的耗能構件，而柱子基本保持完好，再生混凝土框架結構能夠?qū)崿F(xiàn)“強柱弱梁”這一抗震設計的基本原則；2）試驗模型的自振頻率隨地面峰值加速度的增大而降低，阻尼比隨著結構損傷程度的增大而增大，結構的位移曲線與模型的1階振型接近，變形曲線呈剪切型；3）在同一工況中，各個測點的加速度放大系數(shù)總體上沿樓層高度方向逐漸增大；隨著地震強度的增加，結構出現(xiàn)一定程度的破壞后，模型抗側移剛度退化、結構的阻尼比增大，加速度放大系數(shù)呈逐漸降低的趨勢；4）在0.130 g的地震試驗中模型的最大層間位移角為1/266，小于1/200，模型發(fā)生很輕微破壞，結構進入彈塑性階段。在0.370 g的地震試驗中模型最大位層間位移角為 1/75，小于 3/200，模型發(fā)生中等破壞。在0.750 g的地震試驗中模型的最大層間位移角為1/29，小于1/20，模型發(fā)生很嚴重破壞。經(jīng)過多次的重復的地震試驗后，盡管再生混凝土框架的破壞較為嚴重，但在1.170 g地震試驗后仍沒有倒塌，這說明再生混凝土框架結構有良好的變形能力和抗震能力。

來源出版物：同濟大學學報（自然科學版）, 2012, 40(12):1766-1772

入選年份：2014

MBR-CANON工藝處理生活污水的快速啟動及群落變化

張肖靜，李冬，梁瑜海，等

摘要：目的：全程自養(yǎng)脫氮工藝（CANON）是近年來發(fā)展起來的基于厭氧氨氧化反應的一種新型脫氮工藝，該工藝相比傳統(tǒng)脫氮工藝可以節(jié)省63%的曝氣量，被認為是最經(jīng)濟、高效的脫氮路徑之一。該工藝已經(jīng)在實驗室中成功應用于高溫高氨氮工業(yè)廢水的處理，關于常溫生活污水的研究未見報道。為了考察該工藝處理生活污水的可行性、對生活污水中各污染物的去除能力以及不同階段微生物的種群變化特征，在膜生物反應器（MBR）內(nèi)進行了CANON工藝的研究。方法：采用內(nèi)置中空纖維膜組件的MBR反應器，其中膜孔徑0.1 μm，有效面積0.2 m2。在試驗過程中，通過水浴控制反應器內(nèi)部溫度為常溫25℃。接種取自城市污水廠的普通活性污泥，首先通過人工配水快速啟動亞硝化工藝：保持進水氨氮為80 mg/L左右，DO為0.2 mg/L，采用逐漸縮短水力停留時間（HRT）進而提高進水氨氮負荷（ALR）的策略在限氧條件下快速富集氨氧化菌（AOB）；之后減小曝氣量控制DO為0.1 mg/L，并進一步縮短HRT富集厭氧氨氧化菌（Anammox），從而啟動CANON工藝。啟動成功并穩(wěn)定運行之后，將反應器用于處理取自某小區(qū)的生活廢水，考察對廢水中COD，氨氮和SS的同時去除效果。在反應器運行的各階段取泥樣，通過梯度凝膠電泳技術（DGGE）分析微生物種群的變化，考察進水基質(zhì)及反應條件的變化對微生物種群的影響。結果：MBR反應器中的膜組件有利于厭氧微環(huán)境的存在，同時保證了長SRT，因而有利于CANON工藝中功能微生物AOB和Anammox的富集。在DO為0.2 mg/L，進水氨氮為 80 mg/L左右的條件下，當 HRT從8 h逐漸降低到3.5 h，ALR增加到0.7 kg·m-3·d-1以上時，AOB得到成功富集，實現(xiàn)了亞氮積累，成功啟動了亞硝化，啟動時間為32 d；亞硝化啟動成功后，進一步減小曝氣量為0.2 L/min，同時進一步降低HRT為1.9 h，成功啟動了CANON工藝，啟動時間為78 d；CANON啟動成功之后，通過適當增加曝氣量及無機碳濃度可以分別提高AOB和Anammox的活性，最終均有效提高了總氮去除負荷（NRR）。在配水階段，總氮去除率最終達80%，NRR達0.95 kg·m-3·d-1。從第179天起，將穩(wěn)定運行的CANON工藝應用于某小區(qū)生活污水的處理，實現(xiàn)了COD、氨氮和SS的同時高效去除；NRR達0.97 kg·m-3·d-1以上，COD去除率達80%以上，出水濁度小于1 NTU，出水可用于校園草坪及花圃的澆灌等。DGGE結果表明，微生物種群在反應器運行的不同階段發(fā)生了較大的變化，穩(wěn)定運行的MBR-CANON反應器中檢測到的氨氧化細菌為亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas），厭氧氨氧化菌與Candidatus Kuenenia stuttgariensis的相似度高達99%，這兩種微生物共同完成了高效的CANON脫氮。結論：MBR是適合運行CANON工藝的反應器，MBR-CANON工藝可以有效應用于常溫生活污水的處理，實現(xiàn) COD、氨氮及SS多種污染物的同時高效去除。

來源出版物：哈爾濱工業(yè)大學學報, 2014, 46(4): 25-30

入選年份：2014

提高鋼筋混凝土剪力墻抗震性能的思想與方法

蔣歡軍，王斌，呂西林

摘要：目的：鋼筋混凝土剪力墻是高層結構的主要抗側力構件之一。位于高層結構底部的剪力墻往往承受較大的軸力、彎矩和剪力，在強震作用下容易發(fā)生受壓剪切或者壓潰破壞，震后難以修復。如何改善底部剪力墻的抗震性能，是高層結構抗震設計的關鍵問題之一。本文通過分析以往地震中剪力墻結構震害的原因和對剪力墻構件的數(shù)值模擬及參數(shù)化分析，提出了提高鋼筋混凝土剪力墻抗震性能的思想和方法。方法：從 2010年智利地震和2011年新西蘭地震中剪力墻的震害現(xiàn)象出發(fā)，分析可能造成鋼筋混凝土剪力墻破壞的主要原因。在對剪力墻軸向受壓能力和剪力墻抗剪機制兩方面分析基礎上，提出了改善剪力墻抗震性能的思想與設計方法?；?OpenSees程序，采用循環(huán)軟化膜理論對內(nèi)置鋼板組合剪力墻進行了數(shù)值模擬和參數(shù)化分析。結果：軸壓比過大和缺少邊緣構造措施，導致剪力墻易發(fā)生混凝土壓潰和鋼筋屈曲破壞，是智利地震和新西蘭地震中剪力墻破壞的主要原因。對于厚度為1000 mm的普通墻體來說，采用3.5%配鋼率的內(nèi)置鋼板組合剪力墻，可以使軸壓比降低27%。對于剪力墻的抗剪承載力來說，增加豎向鋼筋或水平鋼筋對其效果不是很明顯，但是通過改變墻體的配筋形式，如采用斜向配筋形式，墻體的抗剪力能提高41%。軸壓比是影響組合剪力墻抗震性能的一個重要參數(shù)。對于軸壓力較大的構件，在加載后期隨著混凝土的壓碎剝落，鋼板分配的剪力逐漸增大。整個構件的后期承載力主要由鋼板承擔。由于組合剪力墻中鋼板的貢獻，使構件保持較高的承載力，能明顯改善超高層結構底部剪力墻的抗震性能。和普通鋼筋混凝土剪力墻相比，內(nèi)置鋼板組合剪力墻可以非常有效地提高構件的承載力、延性和滯回耗能能力。配鋼率越大，構件承載力和滯回耗能能力則越大。結論：通過提高墻體的軸向受壓能力和抗剪承載力可以有效地改善鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能。在墻體內(nèi)部配置鋼板可以有效地改善剪力墻構件的受壓行為，可以明顯提高構件的承載力、延性和耗能能力，能有效地改善鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能。

來源出版物：同濟大學學報（自然科學版）, 2014, 42(2): 167-174

入選年份：2014

基于自適應陷波濾波器的在線機械諧振抑制

楊明，郝亮，徐殿國

摘要：目的：針對不斷拓展的伺服系統(tǒng)帶寬將會超過系統(tǒng)固有機械諧振頻率而引發(fā)機械諧振，為了提高伺服系統(tǒng)性能，克服原本被忽略的彈性部件的影響，本文通過FFT法在線實時分析電磁轉(zhuǎn)矩電流，快速辨識機械諧振特征；并以此辨識結果在線整定陷波濾波器參數(shù)，實現(xiàn)在線自動抑制機械諧振。方法：本文采用自適應陷波濾波器進行在線機械諧振抑制。首先，對雙慣量彈性負載模型進行理論分析，解釋及驗證機械諧振機理及現(xiàn)象。其次，在線機械諧振特征辨識算法只需通過FFT蝶形算法原理對交軸電流進行采樣分析，電機電磁轉(zhuǎn)矩的頻率特征即為系統(tǒng)機械諧振頻率特征。最后，采用自適應改進型雙 T 網(wǎng)絡陷波濾波器的方式，根據(jù)在線獲取的諧振特征自動整定濾波器陷波帶寬及陷波深度參數(shù)，消除系統(tǒng)傳函中的諧振極點。將自適應陷波濾波器串入速度環(huán)控制環(huán)路中，對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩指令進行濾波，對電機輸出電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生抑制，最終達到抑制機械諧振的目的。結果：從電機轉(zhuǎn)速與電機電磁轉(zhuǎn)矩之間的傳遞函數(shù)可以得出，機械諧振點在傳遞函數(shù)上引入了一對共軛的零極點，共軛零點為抗諧振頻率點ARF，共軛極點為自然振動頻率點NTF。電機與負載間的轉(zhuǎn)速差振蕩仿真結果表明，振蕩頻率明顯分為兩段：當速度調(diào)節(jié)器飽和，系統(tǒng)處于速度控制開環(huán)階段，此時電機和負載側都以NTF頻率振蕩；當電機速度達到給定速度，速度調(diào)節(jié)器退飽和，進入速度控制閉環(huán)階段，電機和負載速度振蕩頻率為ARF頻率。離散后系統(tǒng)穩(wěn)定裕度減小，離散系統(tǒng)和機械諧振的共同影響會使系統(tǒng)在原本穩(wěn)定范圍的 Kp下就會發(fā)生振蕩現(xiàn)象，無論暫態(tài)還是穩(wěn)態(tài)都系統(tǒng)將以NTF持續(xù)振蕩；而在線自適應濾波器無需對控制器參數(shù)進行改變，即可滿足系統(tǒng)高剛度控制的同時抑制諧振。此外，由不同離散化頻率時的對轉(zhuǎn)速差的FFT分解結果可以看出：不同采樣頻率下都會有NTF的諧振頻率存在，而且附加的頻率為二分之一的采樣頻率。由于數(shù)據(jù)保持原理，實際系統(tǒng)在采樣后會有一個低通濾波器進行濾波，采樣頻率成分較容易被濾除，所以在實際系統(tǒng)中只體現(xiàn)NTF諧振頻率。對交軸電流選擇1024點的采樣點數(shù)，從而進行 FFT分析得到系統(tǒng)自然諧振頻率值，F(xiàn)FT分析出的161 Hz的諧振頻率與系統(tǒng)速度、交軸電流響應的時域結果吻合。陷波濾波器的設計應盡可能減小濾波寬度和深度，從而降低相位滯后的影響。無論速度給定的階躍值大小如何（200 rpm或2000 rpm），只要控制器剛度覆蓋自然諧振頻率，系統(tǒng)就會產(chǎn)生持續(xù)振蕩。通過采樣和FFT分析，自動辨識的數(shù)據(jù)輸入給陷波濾波器，系統(tǒng)開啟抑制功能，在線計算的總時長為1087 ms，與實驗波形完全吻合。開啟在線自整定濾波器后的抑制效果明顯，系統(tǒng)保持了高剛度控制的同時，能夠有效地抑制機械諧振。結論：本文重點分析了離散系統(tǒng)的諧振狀況，并提出了一種基于自適應陷波濾波器的在線機械諧振抑制方法。在建立帶彈性傳動裝置的雙慣量系統(tǒng)模型后，分析系統(tǒng)機械諧振機理：暫態(tài)系統(tǒng)諧振頻率為 NTF，連續(xù)系統(tǒng)速度控制閉環(huán)狀態(tài)下的諧振頻率為ARF；離散系統(tǒng)中，如果控制系統(tǒng)的剛度大，由于諧振特性和速度控制器飽和的影響，系統(tǒng)會以NTF頻率在穩(wěn)態(tài)持續(xù)振蕩。采用FFT技術在線分析出諧振特征可以不用考慮是何種類型的諧振頻率。根據(jù)諧振特征的辨識結果在線自動整定陷波濾波器參數(shù)。仿真及實驗結果證實了該在線自適應濾波器可保證高剛度控制的同時自動抑制機械諧振。

來源出版物：哈爾濱工業(yè)大學學報, 2014, 46(4): 63-69

入選年份：2014

我國大規(guī)模地區(qū)開發(fā)的演化機制模型及其推演

汪勁柏

摘要：目的：政府推進大規(guī)模地區(qū)開發(fā)，一直是我國地區(qū)發(fā)展的重要方式，但當前面臨冷熱共現(xiàn)的“困局”，既有的研究成果尚不足以解釋這類開發(fā)模式演變的內(nèi)在邏輯，本文致力于通過對建國以來從大項目主導到政策區(qū)主導地區(qū)開發(fā)的演進機制的解析，對我國大規(guī)模地區(qū)開發(fā)的演化邏輯做出解釋，并對其前景做出預期。方法：研究提出一個研究假設：建國以來從大項目主導到政策區(qū)主導地區(qū)開發(fā)的演進，實際上是一種類似的發(fā)展思路和發(fā)展邏輯在不同的環(huán)境和階段下的體現(xiàn)，其演化邏輯可以用“集中資源調(diào)配”與“分散資源利用”的消長關系來概括。可通過兩個線性函數(shù)和一個負相關曲線函數(shù)的聯(lián)立建構其邏輯關系模型，包括反映“集中資源調(diào)配”的子要素 R（wide resource，廣域資源）和子要素G（government control，集中控制）的線性函數(shù)；反映“分散資源利用”的子要素S（self-interest small group，自利小群體）和子要素C（competitive utilization，競爭性利用）的線性函數(shù)；反映G和C之間負向關系的曲線函數(shù)，即集中控制越強，競爭性利用的程度呈現(xiàn)非等速的降低，反之亦然。三個方程聯(lián)立形成大規(guī)模地區(qū)開發(fā)的核心機制解釋模型P＝f［J（G,R），F(xiàn)（S,C）］。對這個模型進行圖示化呈現(xiàn)，并演繹出從高度集中控制到高度分散利用之間過渡的 4種情境模型，包括：“集中式資源調(diào)配”占絕對主導地位時的情境1；“集中的資源調(diào)配”有所收縮但仍居主導地位、“分散化的資源利用”有所擴大但仍居次要地位的情境 2；集中式資源調(diào)配進一步縮小到居次要份額、而分散的資源利用進一步擴大到居主要份額的情境3；集中的資源調(diào)配幾乎不發(fā)揮作用，基本由自利小群體在本地資源基礎上的競爭性利用來完成地區(qū)開發(fā)的情境4。將4種情境模型的演進關系與中國大規(guī)模地區(qū)開發(fā)的歷史進行比對擬合，從模型推演的角度對實踐的演化做出理論解釋和前瞻預期。結果：建國 60余年以來大規(guī)模地區(qū)開發(fā)的演進，實際上就是從模型情境 1往情境2、3演化的過程，其中集中控制和調(diào)動廣域資源的程度逐次降低，而自利小群體與資源的競爭性利用程度逐級提高?；蛘哒f，是地區(qū)開發(fā)從中央政府為代表的大一統(tǒng)群體主導，向地方政府和企業(yè)為代表的小群體競爭性利用過渡。這種過渡有其客觀必然性。結論：我國大規(guī)模地區(qū)開發(fā)的核心機制是“集中資源調(diào)配”與“分散市場化開發(fā)”的結合作用，其演化是從集中大一統(tǒng)體制向分散化小群體競爭體制的必然過渡，其前景不宜走向絕對的分散化體制，而應是集中與分散體制在特定環(huán)境下的某種組合?；诖祟愰_發(fā)模式對中國城鄉(xiāng)發(fā)展的重要意義，推進了關于城鄉(xiāng)發(fā)展模式與城鎮(zhèn)化機制轉(zhuǎn)型的討論，對未來的區(qū)域開發(fā)實踐也有指導意義。

來源出版物：同濟大學學報（自然科學版）, 2014, 42(1): 1-8

入選年份：2014

考慮需求側管理的微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行

吳雄，王秀麗，崔強

摘要：目的：隨著整個電力系統(tǒng)向智能電網(wǎng)的演變，微網(wǎng)作為一種新型的供電模式得到了廣泛的關注。微網(wǎng)的負荷水平在幾十千瓦到幾兆瓦，具有很好的參與需求側管理的潛力，但當前研究卻鮮有關注。本文建立了微網(wǎng)需求側可控負荷的管理模型，提出了考慮需求側管理的微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行模型，研究了微網(wǎng)負荷側的管理和分布式電源的協(xié)調(diào)運行。方法：考慮需求側管理的微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行的目標是：在滿足各分布式電源正常運行以及負荷側的消納約束條件下，通過合理安排各可控單元的發(fā)電計劃以及負荷調(diào)整，使微網(wǎng)的總運行費用最少。對于可再生能源機組，由于其利用光照、風能等自然資源發(fā)電，發(fā)電成本很小，可以忽略不計。微型燃氣輪機與燃料電池的發(fā)電成本包括燃料成本、啟動成本和維護成本。微網(wǎng)作為一個整體與外部電網(wǎng)并網(wǎng)，當內(nèi)部電源不足或自行滿足內(nèi)部負荷已不經(jīng)濟時，可以從外部電網(wǎng)購電，因此微網(wǎng)運行的總費用中還包括購電費用，此外需求側的負荷轉(zhuǎn)移需要一定的補償費用。以上費用總和的最小化構成模型的目標函數(shù)。模型的約束條件包括系統(tǒng)約束、分布式發(fā)電機組約束、儲能設備約束、負荷側約束等。負荷側分為固定負荷、可轉(zhuǎn)移負荷、隨機負荷，其中可轉(zhuǎn)移負荷具有可調(diào)控特性，本文用約束條件刻畫了其可調(diào)控特性。建立的優(yōu)化問題為混合整數(shù)非線性問題。對模型中的非線性因素進行線性化處理，將問題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，然后采用成熟的混合整數(shù)規(guī)劃軟件IBM ILOG CPLEX求解。結果：采用CPLEX軟件進行編程計算，計算結果繪制在圖中。從結果可以看出，微型燃氣輪機在電價峰時段時，其按額定功率運行的發(fā)電成本比電價低，微型燃氣輪機啟動發(fā)電滿足部分負荷需求，而在其他時段其發(fā)電成本較高，則停機。蓄電池在整個運行周期中在電階峰時段放電，在谷時段充電，充分利用峰谷電價差減少系統(tǒng)運行的費用，在其他時段則不出力，以減少充放電的損耗。從微網(wǎng)負荷的變化情況可以看出，大部分可控負荷從峰時段轉(zhuǎn)入到谷時段，且總轉(zhuǎn)移量不超過設定的值，為微網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)提供了具體的轉(zhuǎn)移指令。從計算得出的負荷優(yōu)化結果可以看出，可轉(zhuǎn)移負荷從電價高的時段轉(zhuǎn)入電價較低的時段，實現(xiàn)了微網(wǎng)側負荷管理的經(jīng)濟性，同時高峰時段的負荷也得到了很好的削減。為了說明微網(wǎng)分布式電源和需求側負荷聯(lián)合優(yōu)化帶來的經(jīng)濟效益，本文計算了3種情況下的總運行費用。情況1為負荷側不可調(diào)節(jié)，總費用為879.20元。情況2為微網(wǎng)分布式電源和負荷側分別獨立管理，總費用為860.38元，其負荷側的優(yōu)化管理減少了總的電費，相比情況1的總費用減少了2.14%。情況3為微網(wǎng)分布式電源和負荷聯(lián)合管理，其運行費用最少為845.50元，相對于負荷側不可調(diào)節(jié)的情況的總費用減少了 3.83%。結果：表明，當負荷側經(jīng)過優(yōu)化管理后，其系統(tǒng)費用有所降低，當微網(wǎng)分布式電源與負荷側管理協(xié)調(diào)運行時，其經(jīng)濟效益更顯著。結論：建立了考慮需求側管理的微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化模型。將微網(wǎng)的電力負荷分為3個部分：固定負荷、可轉(zhuǎn)移負荷、隨機負荷，其中可轉(zhuǎn)移負荷的管理是需求側管理的主要內(nèi)容，也是微網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化運行的重要目標。在分時電價的環(huán)境下，建立了微網(wǎng)中分布式電源與需求側負荷優(yōu)化管理的協(xié)調(diào)運行模型。通過函數(shù)線性化將該優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一個混合整數(shù)規(guī)劃問題，采用專業(yè)混合整數(shù)規(guī)劃軟件求解。仿真結果表明，考慮需求側管理的微網(wǎng)經(jīng)濟運行相比不考慮時的總費用減少了3.83%，具有較好的經(jīng)濟效益。

來源出版物：西安交通大學學報, 2013, 47(6): 90-97

入選年份：2014

利用蟻群優(yōu)化的非均勻分簇無線傳感器網(wǎng)絡路由算法

張榮博，曹建福

摘要：目的：由于傳感器網(wǎng)絡硬件節(jié)點的能量和運算能力的限制、以及野外部署和長時間工作的使用場景需求，無線傳感器網(wǎng)絡路由算法要求同時具備可自組網(wǎng)、穩(wěn)定可靠和較高能量效率的特點，以達到無線組網(wǎng)可以在較長的時間內(nèi)保持工作，并且保證通訊質(zhì)量。能量有效非均勻分簇算法（EEUC）是一種能量有效非均勻分簇無線傳感器網(wǎng)絡路由算法，其采用非均勻分簇的方式考慮了簇內(nèi)和簇首間的能量均衡問題，具有較好的生命周期和自組網(wǎng)特性，但EEUC需要周期性隨機競選，且沒有考慮鏈路可靠性和實時性問題，本文采用基于定向擴散的蟻群優(yōu)化算法（ARAWSN）中的蟻群算法對EEUC進行優(yōu)化，并且修改了EEUC的簇首選舉策略和路由選擇算法，以進一步延長非均勻分簇算法的生命周期的同時，提高通信的可靠性和實時性，進而提出一種新的非均勻分簇無線傳感器網(wǎng)絡路由算法ACOUC（ant colony optimizationfor energy efficient uneven clustering）。方法：ACOUC繼承了EEUC的非均勻分簇結構，但是通過蟻群優(yōu)化改變了非均勻分簇算法的周期性簇首選舉方式、路徑搜索方式、數(shù)據(jù)傳輸、簇內(nèi)調(diào)整和路由更新方法。ACOUC只在第一輪執(zhí)行簇首選舉和路徑搜索，其他輪次采用簇內(nèi)調(diào)整和路由更新方法。簇首選舉采用競選法，所有節(jié)點參與競選，并且將節(jié)點剩余能量和節(jié)點到匯聚點的距離共同作為評價標準，以保證簇內(nèi)能量效率最高的節(jié)點成為簇首，負責簇內(nèi)通信和簇間消息轉(zhuǎn)發(fā)；路徑搜索采用蟻群算法進行，由匯聚節(jié)點以其為中心向四周分別釋放前往各個簇首的路徑搜索螞蟻，螞蟻通過相鄰簇首節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，螞蟻記錄所經(jīng)路徑上的簇首節(jié)點能耗、通信質(zhì)量等信息，直到到達目的簇首，建立從匯聚節(jié)點到各個簇首的初始路徑；數(shù)據(jù)傳輸過程中通過記錄在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中的通信延時和通信質(zhì)量來更新路由的蟻群信息揮發(fā)因子，重新計算下一跳路由概率；簇內(nèi)調(diào)整和路由更新在每一輪結束時執(zhí)行，簇首重新評估簇內(nèi)最優(yōu)簇首節(jié)點，選擇最優(yōu)節(jié)點進行簇內(nèi)調(diào)整、并且通知鄰居簇首，更新路由，如果最優(yōu)節(jié)點沒有變化，則本簇不做相應更新。結果：仿真分析表明，ACOUC的網(wǎng)絡存活時間比LEACH和EEUC都有顯著提高；誤碼率和丟包率雖然比LEACH差，但是比EEUC具有更好的可靠性。算法消息復雜度方面，AOUC的消息復雜度較高，但是當網(wǎng)絡規(guī)模較小時，ACOUC每輪的消息數(shù)目和EEUC差不多，網(wǎng)絡負擔相當。結論：可見ACOUC算法改變了傳統(tǒng)EEUC方法的簇首選擇方法，有效減少了簇首選舉和路由維護的開銷，通過簇內(nèi)調(diào)整和路由更新能實時尋找性能更好的路由，在能耗和鏈路可靠性方面比EEUC算法的性能更好，即在較長的時間內(nèi)具有更多的存活節(jié)點，網(wǎng)絡丟包率更小，有更好的通信質(zhì)量。

來源出版物：西安交通大學學報, 2010, 44(6): 33-38

入選年份：2015

兩擋電動汽車動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)設計

秦大同，周保華，胡明輝，等

摘要：目的：目前小型電動汽車多采用固定速比的一擋減速器，對牽引電機提出了高轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)矩的要求。同時，采用固定速比的一擋減速器存在電機利用效率較低的問題，進而浪費了部分電池能量從而使續(xù)駛里程減小。本文基于國內(nèi)某公司提出的電動車設計要求，通過增加變速箱檔位，優(yōu)化速比和換擋控制策略，對采用兩檔變速箱的電動汽車進行了降低牽引電機設計要求，提高電池能量利用效率從而增加電動汽車的續(xù)航里程的研究。方法：按照汽車基礎理論，借鑒傳統(tǒng)汽車發(fā)動機參數(shù)的確定方式，對電機的額定功率、峰值功率和最大轉(zhuǎn)矩參數(shù)通過計算和試選的方法進行設定。確定電機的基本參數(shù)之后，對兩檔自動變速器的速比進行優(yōu)化設計。電動汽車傳動系的速比優(yōu)化是一個多目標、多變量的優(yōu)化問題，其中優(yōu)化目標包括動力性和經(jīng)濟性。鑒于本文的研究目的，將兩擋自動變速器傳動比的優(yōu)化處理為一個多不等式約束的非線性單目標優(yōu)化問題，在滿足整車動力性要求的前提下，優(yōu)選電動汽車傳動系速比，使整車的能耗經(jīng)濟性達到最優(yōu)，并采用基于ECE循環(huán)工況的Simulink模型進行優(yōu)化，以完成整個ECE循環(huán)工況所消耗的電池能量最少為優(yōu)化目標值。此外，為使采用兩檔變速箱的電動汽車充分發(fā)揮其能耗經(jīng)濟性高的優(yōu)勢，對電動汽兩擋變速器的換擋控制策略進行了研究，以提高能耗經(jīng)濟性為目標，制定了整車經(jīng)濟性換擋控制策略。結果：采用兩擋自動變速器后，新匹配的驅(qū)動電機峰值功率降低了 8.57%，最大轉(zhuǎn)矩降低了 8.50%。在原車型改進后整車的動力性滿足的原車型設計要求，且0～50 km·h-1起步加速時間減少了0.26 s，最高車速提高了22.84 km·h-1。而在經(jīng)濟性上，采用兩擋自動變速器使整車的能耗降低了6.6%，續(xù)駛里程延長了7.1%。采用兩擋自動變速器，可以使電機更多地工作在高效區(qū)域內(nèi)，其原因是采用兩擋變速器時，電機的工作轉(zhuǎn)矩比采用固定擋減速器小得多，這樣就減小了電機的工作電流，降低了電機的繞組損耗，提高了電機的工作效率。結論：1）采用兩擋自動變速器的電動汽車傳動系統(tǒng)，可以降低對驅(qū)動電機的性能要求，使電機的峰值功率和最大轉(zhuǎn)矩均有明顯降低。2）從提高電機工作效率的角度，通過對兩擋自動變速器速比進行優(yōu)化，以整車ECE循環(huán)工況所消耗的能量為指標，在滿足整車動力性的前提下優(yōu)選出了可使整車能耗經(jīng)濟性最優(yōu)的兩擋變速器速比。與采用固定擋減速器的電動車相比，電動汽車能耗經(jīng)濟性及續(xù)駛里程均有明顯提高。針對兩檔自動變速箱，本文以車速和油門開度作為換擋參數(shù)，為了降低整車能耗，以電機效率作為換擋依據(jù)，制定出了最優(yōu)經(jīng)濟性換擋規(guī)律，保證汽車總是以使電機工作在最高效率的擋位行駛，從而降低蓄電池能耗，使整車有更大的續(xù)駛里程。

來源出版物：重慶大學學報, 2011, 34(1): 42741

入選年份：2015

風電機組傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡化狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設計

馬婧華，湯寶平，韓延

摘要：目的：風電機組通常安裝在野外幾十米的高空中，在變風載、大溫差等惡劣工況下，風電機組的主軸、齒輪箱等傳動部件很容易出現(xiàn)故障。較之其它故障，風電機組傳動系統(tǒng)故障導致機組停機時間最長，且安裝維護困難，維護費用高，嚴重損害風力發(fā)電的經(jīng)濟效益。本文針對現(xiàn)有風電機組監(jiān)測系統(tǒng)無法對傳動系統(tǒng)早期故障進行有效診斷的問題，結合流形學習、信息融合、模式識別等方法，研發(fā)了一套基于B/S和C/S混合架構的風電機組傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡化狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。方法：首先本文根據(jù)用戶類型、使用需求以及風電機組的結構特點，設計了基于B/S和C/S混合架構的系統(tǒng)整體框架。當需要遠程訪問數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)采用具有良好系統(tǒng)開放性和通用性的B/S架構；當需要現(xiàn)場處理大量數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)則采用安全性高、交互性強的C/S架構。再結合數(shù)據(jù)采集設備，研發(fā)了一套基于。net和 SQL Server平臺的風電機組傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，包含網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集、信號分析、遠程狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和數(shù)據(jù)庫服務器等模塊。其中網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集模塊通過有線以太網(wǎng)、3G無線網(wǎng)或GPRS網(wǎng)絡，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫服務器或監(jiān)測分析診斷模塊。信號分析模塊包括信號預處理、圖譜分析、時頻分析等子模塊，能夠有效剔除原始信號中的干擾，直觀形象地描述信號中蘊含的風電機組狀態(tài)信息，為后續(xù)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷提供有效輸入。遠程狀態(tài)監(jiān)測模塊主要通過對風機狀態(tài)特征量設置預警閾值和告警閾值實現(xiàn)閾值分析，并通過判別測量點幅值曲線的斜率實現(xiàn)趨勢分析。故障診斷是本系統(tǒng)的核心功能，系統(tǒng)通過特征提取、流形學習降維，以及K最近鄰分類器和支持向量機等多種模式識別方法，對所提取的特征進行識別以實現(xiàn)早期故障診斷。數(shù)據(jù)庫服務器模塊存儲并管理所有有關風電機組及其零部件的信息、傳感器及其測點信息、各種參數(shù)、原始信號、分析結果、報警數(shù)據(jù)以及故障樣本數(shù)據(jù)等等。結果：1）選取2013年4月23日所測風電機組齒輪箱低速軸X方向（徑向水平）的振動信號進行分析，自譜分析得到的有效值幅值譜圖和功率譜圖所示?？梢钥闯?，功率譜比有效值幅值譜更能突出主要頻率成分。在分析了多組風電機組的振動數(shù)據(jù)之后，發(fā)現(xiàn)各測點的頻譜中，普遍存在高速軸軸承故障頻率的倍頻成分和高速軸轉(zhuǎn)頻的倍頻成分，且幅值較大。說明此高速軸在風電機組中振動最激烈，其振動幅值此時高于其他零部件的振動幅值，并且可以通過傳動系統(tǒng)激起整個風電機組傳動系統(tǒng)的振動，它們引起的振動幅值大，頻率廣，對整個風電機組各個零部件的振動貢獻也最大。倒譜分析圖中可以看到以為時間間隔的諧波成分，而在有效值幅值譜圖中，該邊頻成分18.964 Hz被其他頻率成分掩蓋，難以辨識，經(jīng)過倒譜分析可以降低傳遞路徑對信號的影響，有效提取邊頻成分。2）對某測點的 4個壽命階段的數(shù)據(jù)分別進行特征提取和狀態(tài)識別，其中齒輪箱高速軸軸承徑向T3階段測試樣本識別率達為92.5%，其他不同壽命階段的平均識別率在80%以上，對于不易區(qū)分的風電機組早期壽命階段，該結果令人滿意。結論：本文所提出的基于B/S和C/S混合架構的風電機組傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡化狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，成功地應用于某風場風電機組傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷?？蓪︼L電機組傳動系統(tǒng)進行監(jiān)測、閾值報警、趨勢預測和早期故障診斷。目前研發(fā)的系統(tǒng)是基于振動的監(jiān)測與診斷，下一階段將考慮融合多源信息，如機組運行參數(shù)（溫度，風速等）和機端電氣參數(shù)（電流、電壓、功率等），進行風電機組傳動系統(tǒng)的智能維護系統(tǒng)的研究。

來源出版物：重慶大學學報（自然科學版）, 2015, 38(1): 37-44

入選年份：2015

強混合動力汽車驅(qū)動模式切換扭矩協(xié)調(diào)控制策略

楊陽，楊文輝，秦大同，等

摘要：隨著我國汽車工業(yè)迅猛發(fā)展和汽車保有量的快速增加，我國的能源和環(huán)境面臨嚴峻挑戰(zhàn)。由于混合動力汽車能滿足整車低排放和低油耗的綜合要求，因此開發(fā)以重度混合動力汽車為代表的新能源汽車已成為汽車工業(yè)技術創(chuàng)新和節(jié)能減排的主要方向。混合動力系統(tǒng)有多種工作模式，可以實現(xiàn)怠速起停、純電動驅(qū)動、發(fā)動機單獨驅(qū)動、功率輔助、再生制動等車輛運行工況，工作模式切換過程十分復雜。在車輛行駛過程中，需根據(jù)整車行駛狀況進行工作模式切換，而切換過程中涉及到混合動力汽車的動態(tài)過程控制，如果控制不好可能造成傳動系統(tǒng)的動力中斷或者轉(zhuǎn)矩波動，影響整車的動力性和平順性。論文以強混合動力系統(tǒng)為研究對象，以行駛平順性為目標，通過分析模式切換過程參數(shù)變化規(guī)律，確定系統(tǒng)在驅(qū)動模式切換過程中的控制策略和扭矩協(xié)調(diào)控制算法，通過建模和仿真分析，驗證控制策略的有效性，可為混合汽車整車控制優(yōu)化優(yōu)化提供依據(jù)。論文分析不同工作模式及其系統(tǒng)各個關鍵部件的運行狀態(tài)及其參數(shù)變化，利用虛擬杠桿原理，建立了混合動力汽車不同模式下的行星齒輪動力耦合機構的轉(zhuǎn)速關系，為模式切換過程的系統(tǒng)狀態(tài)分析奠定了基礎。論文根據(jù)驅(qū)動模式切換過程扭矩波動的嚴重程度及扭矩協(xié)調(diào)控制方法的相似性，將模式切換過程分為3類典型的模式切換過程，即：純電動→發(fā)動機參與工作的運行模式（發(fā)動機單獨驅(qū)動、行車充電、混合驅(qū)動）；有離合器分離過程模式切換過程：發(fā)動機驅(qū)動→純電動和聯(lián)合驅(qū)動（離合器接合）→聯(lián)合驅(qū)動（離合器分離）；有發(fā)動機參與的工作模式之間的切換（發(fā)動機單獨驅(qū)動、聯(lián)合驅(qū)動、行車充電），為驅(qū)動工作模式切換扭矩協(xié)調(diào)控制策略提供了依據(jù)。論文確定了整車控制系統(tǒng)的結構和驅(qū)動工作模式切換扭矩協(xié)調(diào)控制策略，給出了模式切換過程品質(zhì)的評價函數(shù)，制定了混合動力系統(tǒng)扭矩管理策略，設計了動力源協(xié)調(diào)控制方法，設計了濕式多片離合器接合過程模糊控制器，制定了典型驅(qū)動模式切換過程的扭矩協(xié)調(diào)控制策略建立基于 Matlab/Simulink傳動系統(tǒng)仿真模型、整車系統(tǒng)仿真模型，控制策略仿真模型，對強混合動力汽車模式切換過程進行了仿真研究，通過無協(xié)調(diào)控制和有協(xié)調(diào)控制的仿真結果對比，分析典型模式切換過程的切換品質(zhì)。仿真結果表明，利用合理的控制手段，可及時平穩(wěn)地實現(xiàn)電機起動發(fā)動機，能夠有效的降低驅(qū)動模式切換過程的扭矩波動，降低系統(tǒng)沖擊度，提高模式切換的品質(zhì)。

來源出版物：重慶大學學報, 2011, 34(2): 74-81

入選年份：2015

編輯：張寧寧