- 缪东晶;张青岩;李建双;刘洋;伏鹏;李茂银;
目的:我国航空航天和高端装备制造领域对姿态控制精度提出了更高的需求，本研究旨在提升姿态测量与校准系统的精度。方法:通过四台激光跟踪仪与三个靶球之间的位置关系，构建世界坐标系和目标坐标系。四台激光跟踪仪分别跟踪固定于刚体上的三个靶球，实现目标姿态在世界坐标系中的表示。为了降低单台激光跟踪仪的坐标测量误差对目标姿态矩阵的影响，本研究利用多路激光跟踪仪提供的冗余坐标信息和空间几何约束关系，构建并求解非线性方程组，实现仪器坐标系的参数自标定，得到目标坐标系的高精度姿态测量结果。结果:水平方向的姿态测角误差标准差小于5.6″;竖直方向的姿态测角误差标准差小于7.8″。结论:该方法能够测量目标的姿态参数，其姿态角测量误差标准差相比于单台激光跟踪仪的一维测角误差降低了54%以上，对提升大空间范围内刚体姿态测量精度具有重要意义。
2025年03期 v.36;No.119 337-347+368页 [查看摘要][在线阅读][下载 1556K] - 王星润;周永刚;李旭娟;刘岳燕;
目的:通过实验分析颗粒物浓度和运行温度对两级式静电除尘器(electrostatic precipitator, ESP)细颗粒物去除效率的影响，为优化结构设计、进一步提高其对亚微米级细颗粒物的去除效率提供参考。方法:采用扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(scanning mobility particle sizer, SMPS)测量分级颗粒物数量浓度并计算颗粒物去除效率；同时，利用COMSOL Multiphysics 5.6仿真软件建立两级式ESP模型，验证实验结果并进一步分析其内在机理。结果:研究表明，随着运行温度升高，荷电区电流增大，导致颗粒物带电量增加；在低于100℃的温度范围内，颗粒物去除效率与温度呈正相关。并且，温度与颗粒物浓度存在显著的耦合效应：当颗粒物数量浓度达到3.9×10~5个/cm~3(平均粒径69 nm),75℃是一个关键的温度阈值；超过这一温度后，温度对去除效率的促进作用减弱；而在颗粒物数量浓度较低的气溶胶体系中，这一温度阈值高于75℃。结论:本研究揭示了运行温度与颗粒物数量浓度对两级式ESP细颗粒物去除效率的协同影响机制，为优化ESP能效比提供了新视角。
2025年03期 v.36;No.119 348-359页 [查看摘要][在线阅读][下载 2134K] - 朱玲;张宝武;刘维;方振远;许子杰;罗贤欢;孙怡;张斌;
目的:为丰富和发展直线度误差测量的理论和方法，提出一种基于Tolansky干涉的直线度误差测量方法。方法:分析了Tolansky干涉测角方法中干涉同心圆环的圆心侧移量与测量反射镜M_1微小偏角之间的理论关系，并据此建立直线度误差测量理论。以长度为1 000 mm的导轨为研究对象，结合虚拟仿真和实验验证，评估所提方法的可行性、重复性、准确性和可靠性。结果:实验结果复现了虚拟仿真呈现的干涉现象。多次测量结果表明，所提方法测量的导轨直线度误差具有良好的重复性，平均误差为23.37μm,达到了丝级精度。虽然该误差值高于自准直仪的测量结果，但两者的误差曲线趋势高度吻合，验证了所提方法的准确性和可靠性。结论:所提出的基于Tolansky干涉的方法能够有效测量导轨直线度误差。
2025年03期 v.36;No.119 360-368页 [查看摘要][在线阅读][下载 1360K] - 付珂欣;王志宇;杨遂军;叶树亮;
目的:研究粉尘分散状态和湍流动能对最小点火能的影响。方法:采用计算流体力学方法模拟蒽醌和ABS树脂粉尘在西维克球和哈特曼管中的分散过程；实验测试两种粉尘样品在不同点火延迟时间(60、120、180 ms)下的最小点火能；综合分析粉尘分散状态、湍流动能与最小点火能之间的关联规律。结果:蒽醌粉尘在西维克球和哈特曼管中的最佳点火延迟时间均为180 ms,测得的最小点火能为6～10 mJ。ABS树脂粉尘在西维克球中的最佳点火延迟时间为180 ms,测得的最小点火能为195～200 mJ;在哈特曼管中的最佳点火延迟时间为60 ms和120 ms,对应的最小点火能为185～190 mJ。结论:西维克球凭借其较大的喷粉压力，实现了较哈特曼管更优的粉尘分散均匀性，但其内部产生的湍流动能也显著高于哈特曼管；随着点火延迟时间的增加，湍流动能显著降低，但粉尘分散均匀性呈现先变好再变差的趋势；在湍流动能和分散均匀性的综合影响下，采用两种装置测得的粉尘云最小点火能接近。本研究为确定最小点火能评估中的最佳点火延迟时间提供了技术支持。
2025年03期 v.36;No.119 369-378页 [查看摘要][在线阅读][下载 2194K] - 杨双;孙建国;潘孙强;郭晓炜;戚海洋;施江焕;程银宝;
目的:研制适用于光散射法油烟颗粒物在线监测仪的校准装置，建立油烟与颗粒物质量浓度的计量溯源方法。方法:以红外标准物质、标准流量计、标准砝码作为量值溯源的基准，构建多层级溯源路径，依据相关标准实现在线监测仪的油烟及颗粒物质量浓度的校准；通过分析校准过程中的各类不确定度来源，依据GUM指南进行校准结果的测量不确定度评定。结果:实验结果表明，在线监测仪的油烟和颗粒物质量浓度的示值误差均小于20%,其扩展不确定度分别为6.8%和3.3%。结论:基于光散射法的油烟颗粒物在线监测仪校准结果满足现行环境行业标准的要求，可溯源至国家计量基准，为餐饮油烟污染治理提供了有效的计量法制保障。
2025年03期 v.36;No.119 379-386+502页 [查看摘要][在线阅读][下载 1211K] - 农晓莹;黎建军;
目的:在磁引导耳蜗手术后，需要通过加热石蜡取出磁铁，但该加热过程可能会对耳内组织造成热损伤。因此，本研究对该加热过程进行热分析，旨在量化加热石蜡对耳内组织产生的热影响，确定安全加热参数，以评估手术的安全性。方法:采用Fluent软件建立磁引导耳蜗的三维模型，模拟其中石蜡的相变过程，研究在不同加热功率密度下耳内石蜡的相变规律。结果:研究表明，石蜡完全熔化所需时间与功率密度呈明显的反比关系；且随着功率密度的增加，熔化所需时间的减小幅度逐渐变缓；石蜡完全熔化时的耳内最高温度随加热功率密度呈线性增长。为了保证耳蜗组织的安全，确定安全加热功率密度应控制在4 270～7 602 W·m~(-2)之间。结论:本研究为磁引导耳蜗手术中的磁体分离研究提供了理论支撑。
2025年03期 v.36;No.119 387-392页 [查看摘要][在线阅读][下载 944K]
- 马鹏飞;周祎博;黄晶亮;吴善强;潘超南;
目的:排洪隧洞环境复杂，现有的单一定位技术难以满足该环境中长距离、高精度的定位需求。本研究旨在解决排洪隧洞探测机器人在定位过程中存在累积误差和鲁棒性不足的问题。方法:提出一种融合里程计、惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)和单目相机的多传感器融合定位算法。该方法结合松组合扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)与图优化方法：前者用于融合IMU与里程计数据，提升短时定位精度；后者通过引入预设的ArUco码(一种用于视觉定位的基准标记)提供绝对位姿观测值，对长距离累积误差进行校正。结果:实验表明，经ArUco校正后的误差均值为4.2 mm。将该校正值作为理论值进行对比：在0～20 m范围内，多传感器融合算法的平均定位误差为0.198 m,较EKF算法(0.225 m)降低12%;在0～40 m范围内，平均误差为0.212 m,较EKF算法(0.581 m)降低64%。结论:所提出的多传感器融合算法能够有效提升排洪隧洞机器人的定位精度，增强其对环境干扰的鲁棒性，为隧洞自动巡检系统的工程应用提供技术支撑。
2025年03期 v.36;No.119 393-401页 [查看摘要][在线阅读][下载 1279K] - 杨健一;张亦涵;汪华;陈新科;马祥;
目的:针对太阳辐照度固有的周期性和随机性变化特性，实现精准的短期太阳辐照度预测。方法:提出一种融合生成式扩散概率模型与改进Transformer网络框架的预测方法。该模型由多层自注意力编码器堆叠而成。首先，通过生成式扩散概率模型引入随机噪声，模拟太阳辐照数据的波动性；其次，采用交叉注意力机制替代传统Transformer网络中的多头自注意力机制，更有效地捕捉历史输入数据与预测输出结果之间的关系；最后，结合旋转位置编码技术，增强模型对长序列依赖关系的特征提取能力，提升模型在长距离预测中的精度和效率。结果:实验结果表明，相较于经典的统计基线模型，本研究的方法有效缓解了多步预测过程中常见的累积误差和预测滞后问题，平均绝对误差指标显著降级，实现了约16.4%的性能提升。结论:本研究提出的预测方法显著提高了短期多步太阳辐照度预测的精度，为光伏发电系统的优化运行提供了重要的技术支持。
2025年03期 v.36;No.119 402-410页 [查看摘要][在线阅读][下载 1155K] - 李强;毛骏;刘丹;施孟松;
目的:针对具有输入未建模动态的时滞非线性系统，研究其固定时间跟踪约束控制问题。方法:基于反步(backstepping)技术，采用一种新型的坐标变换替代barrier函数处理跟踪约束，并据此构建固定时间跟踪控制器。同时，基于M-滤波器处理输入未建模动态，利用神经网络结合Young不等式处理未知函数。通过选取合理的Lyapunov-Krasovskii泛函(L-K泛函),证明在未知时变时滞和合理控制参数作用下，闭环系统输出能够跟踪期望信号，且跟踪误差可收敛至既定的约束域内。结果:仿真实例表明，系统输出信号能够跟踪参考信号，误差收敛至既定约束域内，同时闭环系统内所有信号均满足半全局一致终结有界性(semiglobal uniform ultimate boundedness, SGUUB)。结论:本研究解决了一类时滞非线性系统的固定时间跟踪约束控制问题，且保证了闭环系统内所有信号均满足SGUUB。
2025年03期 v.36;No.119 411-419页 [查看摘要][在线阅读][下载 1027K] - 高毅;郭倩;陈乐文;陈卫民;
目的:提出一种基于量测信息的配电网拓扑变化检测与识别策略，以实现对配电网因运行方式调整所引发的拓扑变化进行快速、准确检测和识别。方法:首先，利用拓扑变化时节点电压幅值的波动特性，采用增广迪基-富勒(augmented Dickey-Fuller, ADF)检验法以及趋势拟合法筛选波动节点，结合波动节点间的电压相关性计算结果，判断支路开关状态是否改变，实现对配电网拓扑变化的快速检测。在此基础上，基于直流潮流法和矩阵法建立有功功率和电压相角量测信息与配电网拓扑之间的映射关系，构建配电网拓扑识别模型，并提出基于概率神经网络的拓扑识别策略。在检测到拓扑变化后，将实时配电网量测信息输入到训练后的概率神经网络，获取各支路开关的运行状态并更新邻接矩阵，实现配电网的拓扑识别。通过仿真实例，分别进行了负荷波动与拓扑改变两种情况下的拓扑变化检测实验，以及单支路与多支路开关状态变化后的拓扑识别实验。结果:建立了基于量测信息的配电网拓扑变化检测与识别模型，并通过IEEE33节点配电网实例进行了验证。结果表明，所提策略对拓扑变化的检测准确率超过99%,在单支路开关动作情况下的拓扑识别准确率均大于98%,在多支路开关动作情况下均大于95%。结论:所提策略能够有效排除负荷波动影响，准确检测配电网拓扑变化，并识别变化后的拓扑结构，为配电网运行的优化提供了支撑。
2025年03期 v.36;No.119 420-428页 [查看摘要][在线阅读][下载 1423K] - 赖勇琪;李璟;邹国平;张丽娟;王子鹏;李代爽;魏凯文;
目的:精准识别空巢电力用户，解决当前识别技术的不足为政府开展针对性帮扶提供技术支持。方法:提出一种基于多层次用电特征分析的空巢电力用户识别方法。首先，通过用户用电曲线分析提取浅层用电特征指标；其次，采用融合多头注意力机制与卷积神经网络的深度学习架构，提取用电数据的深层特征，从而构建多层次用电特征体系。在此基础上构建加权随机森林模型，并将上述多层次用电特征作为输入，一方面在传统随机森林算法中引入加权决策树与基于特征重要性的加权投票机制；另一方面应用改进粒子群算法优化加权随机森林模型的关键参数，进一步提升分类性能。结果:在召回率指标上，相较于极端梯度提升(extreme gradient boosting, XGBoost)、轻量梯度提升机(light gradient boosting machine, LightGBM)和类别梯度提升树(categorical gradient boosting tree, CatBoost)模型，本方法分别提升了6.76%、2.55%和3.85%;在浙江省某地区的实际应用中，模型对空巢用户识别的准确率达到79.69%。结论:本研究为电力大数据在民生服务领域的深度应用提供了有效解决方案，所提方法可为政府相关部门制定和实施助老护老政策提供可靠的数据支撑和决策依据。
2025年03期 v.36;No.119 429-437页 [查看摘要][在线阅读][下载 1295K]
- 俞凯;朱明敏;宋光晓;郁国良;邱阳;王嘉维;朱海斌;周浩淼;
目的:设计基于离子凝胶的储备池计算系统，评估其在图像分类和旋转图像识别中的计算性能，研究离子迁移行为对系统计算性能的影响机制。方法:基于电压调控离子凝胶中离子迁移导致的非线性行为，构建物理储备池计算系统。通过量化离子凝胶的物性参数(弛豫时间、可分离性)和计算系统的循环网络特性参数(记忆容量),表征离子凝胶中离子迁移的非线性调控行为，并将其应用在图像识别任务中。进一步，建立物性参数与系统计算性能之间的关联规律，为基于物理储备池计算系统的硬件设计提供直观参考。结果:记忆容量是影响储备池图像识别计算性能的关键网络参数，与弛豫时间、可分离性等物性参数显著相关。在离子凝胶的电化学窗口边界条件下，系统展现出最优性能：弛豫时间为30.6 ms,可分离性达到20.2%,记忆容量也同步达到最大1.72,图像识别率最优为88.84%。结论:通过建立材料物性参数与储备池计算系统性能之间的调控关系，为基于硬件实现的物理储备池计算系统提供了可量化的设计依据，对开发高效、低能耗的类脑计算系统具有重要的指导意义。
2025年03期 v.36;No.119 438-446页 [查看摘要][在线阅读][下载 1661K] - 张佳龙;周易;万阿敏;焦志伟;
目的:研究稀土化合物RVSb_3家族中SmVSb_3和LaVSb_3的物理性质差异。方法:使用自助熔剂法生长SmVSb_3和LaVSb_3单晶样品，通过X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)和能量色散X射线谱(X-ray energy dispersive spectrum, EDS)表征其晶体结构与化学组分，再使用多功能物理性质测量系统(physical property measurement system, PPMS)测定样品的电输运性质，使用磁学性质测量系统(magnetic property measurement system, MPMS)测量样品的磁学性质。结果:XRD和EDS数据表明，实验成功合成了SmVSb_3和LaVSb_3单晶。磁性研究表明，SmVSb_3单晶在奈尔温度T_N=4.3 K表现出反铁磁性，并表现出显著的磁各向异性；但电输运方面却表现出微弱的各向异性。LaVSb_3单晶表现出顺磁性，在电输运方面具有较为明显的各向异性。两种化合物都表现出明显的正磁阻效应，SmVSb_3在6 K、7 T条件下，正磁阻(magnetoresistance, MR)约为36%;在200 K、7 T条件下，其MR仍保持约6%。LaVSb_3在6 K、7 T条件下MR达到15.8%,且在实验可达到的最大磁场条件下没有观察到饱和现象。结论:尽管SmVSb_3和LaVSb_3为同构同家族化合物，却表现出截然不同的磁有序态和各向异性性质，揭示了稀土元素的替代对该类化合物磁性的调控作用。
2025年03期 v.36;No.119 447-453页 [查看摘要][在线阅读][下载 1575K] - 汪伟;俞晓平;倪力伟;许启跃;叶树亮;
目的:研究酸性条件下果糖脱水合成5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethyl furfural, HMF)的反应机理及动力学。方法:采用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)技术监测反应过程，基于密度泛函理论(density functional theory, DFT)的量子化学计算联合波数线性校正(wavenumber linear scaling, WLS)技术进行光谱计算和校正。运用多元曲线分辨-交替最小二乘法(multivariate curve resolution-alternating least squares, MCR-ALS)解析反应中间体，结合光谱相似度验证反应路径。利用红外光谱定量方法建立动力学模型，并通过控制变量法找出最佳反应条件。结果:反应中间体为环式路径中间体1(cyclic pathway intermediate 1,CIM1),其两步反应的活化能分别为71.5 kJ·mol~(-1)和170.3 kJ·mol~(-1)。最佳反应条件为：反应温度105℃、四乙基溴化铵(tetraethyl ammonium bromide, TEAB)∶水为5∶1、果糖用量10 g以及催化剂用量为果糖摩尔量的10%。结论:阐明了果糖在酸性条件下脱水生成HMF的环式反应路径，计算了关键步骤的活化能，优化了最佳反应条件，为HMF的高效合成提供了理论指导。
2025年03期 v.36;No.119 454-465页 [查看摘要][在线阅读][下载 1996K]