上海工程技术大学学报

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张玲丽, 顾敦罡, 陆嘉麒, 张楠, 胡立江, 李光辉

2023, 37(2): 105-112. doi: 10.12299/jsues.22-0149

摘要:
基于循环式活性污泥工艺（Cyclic Activated Sludge Technology，CAST）和移动床生物膜反应器（Moving-Bed Biofilm Reactor，MBBR），对浙江省某污水处理厂开展CAST-MBBR工艺的建模和模拟研究. 针对工艺机制，将半经验生物膜模型嵌入活性污泥1号模型，描述CAST-MBBR除碳脱氮的生化过程，再与描述颗粒沉降过程的双指数模型复合，形成完整的CAST-MBBR工艺模型，并建立进水、出水水质与模型组分的转换方法. 通过灵敏度分析筛选出对出水指标影响较大的关键性参数并进行调校. 利用污水处理厂全年的实测进水、出水数据对校正后的模型验证，结果显示出水指标的模拟值与实测值总体吻合良好，表明该模型方法可有效应用于CAST-MBBR工艺的模拟.

[摘要](186) [HTML全文] (78) [PDF 939KB](510)

光−臭氧催化氧化型SiC泡沫陶瓷的制备及其在左氧氟沙星降解中的应用

邹敬桃, 李旋坤, 杨洁, 魏铭飞, 张文启, 李光辉

2023, 37(2): 113-119. doi: 10.12299/jsues.22-0189

摘要:
针对抗生素难以降解而造成环境污染问题，以左氧氟沙星（Levofloxacin，LEV）为目标污染物，制备Ce-TiO₂ /SiC泡沫陶瓷复合材料，并由此构建光催化臭氧氧化耦合体系（Ce-TiO₂/SiC + LED + O₃）. 结果表明，该耦合体系能有效降解LEV，去除率为99%，化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）降解率高达85.9%. 该耦合体系体现了较高的协同效应，其一级反应动力学速率常数大于臭氧氧化（O₃）与光催化（Ce-TiO₂/SiC + LED）之和. 另外，Ce-TiO₂ /SiC泡沫陶瓷的稳定性实验表明，在5次重复使用实验后，光催化臭氧氧化活性基本不变.

[摘要](96) [HTML全文] (52) [PDF 1547KB](303)

介孔片状NiO/Co₃O₄催化剂催化碳烟燃烧性能研究

孙红华, 孙彪, 李鹏, 邱健强, 张念陈, 王金果, 王秀通

2023, 37(2): 120-127. doi: 10.12299/jsues.22-0064

摘要:
采用水热结合等体积浸渍法制备一系列NiO/Co₃O₄介孔纳米片催化剂，并以柴油机碳烟催化燃烧为模型反应评价其催化性能. 研究表明，当Ni/Co物质的量比为12%时，所制备的催化剂12NiCo具有最佳碳烟颗粒催化燃烧活性，其T_m为347 ℃，CO₂选择性为100%，主要归因于以下原因：1）二维片状结构及其较高的比表面积有效增大了催化剂与碳烟颗粒的接触界面；2）纳米片具有丰富的介孔孔道，有利于降低传质阻力，进而促进气体反应物的吸附与扩散；3）NiO的引入增强了催化剂的氧化还原能力，促进了氧物种的吸附与活化生成活性氧物种，同时也促进了NO氧化形成氧化能力更强的NO₂参与反应，进一步提升催化活性. 此外，该催化剂12NiCo具有良好的循环使用性能，显示了一定的潜在实用价值.

[摘要](106) [HTML全文] (48) [PDF 2663KB](433)

不同提取方式对北板蓝根多糖含量和抗氧化活性的影响

王玉婷, 彭媛媛, 刘霞, 陈雪琴, 赵琳静

2023, 37(2): 128-132. doi: 10.12299/jsues.22-0054

摘要:
考察不同提取方式对北板蓝根多糖含量及抗氧化活性的影响. 采用常规回流提取法和超声波辅助回流法提取北板蓝根多糖，通过苯酚−硫酸分光光度法测定总多糖含量，采用二苯代苦味酰基自由基（2,2−diphenyl−1−picryhydrazyl, DPPH·）和2,2−联氮−二（3−乙基−苯并噻唑−6−磺酸）二铵盐自由基（ABTS⁺·）清除实验评价体外抗氧化作用. 结果表明，超声波辅助回流法提取的多糖得率为40.07%，显著高于常规回流提取法（13.42%）. 苯酚−硫酸法的精密度高，重复性、稳定性和加样回收率良好，可用于不同提取方法制备的北板蓝根总多糖含量研究. 超声波辅助回流法提取的多糖含量比常规回流提取法提高22.3%，对DPPH 自由基和ABTS⁺自由基的清除作用显著优于常规回流提取法. 研究结果可为超声波技术在北板蓝根多糖提取中的应用提供参考.

[摘要](98) [HTML全文] (49) [PDF 788KB](291)

MXene/聚苯胺复合块体材料制备及电磁屏蔽性能研究

郭蕊, 朱美玲, 任玉洁, 王一丁, 郑琦

2023, 37(2): 133-139. doi: 10.12299/jsues.21-0314

摘要:
电磁屏蔽材料是降低电磁辐射污染的重要手段，其中导电聚合物基复合材料广受关/注. 选用MXene二维材料为功能基元，利用超声、机械搅拌和冷冻干燥的方法将MXene均匀分散于聚苯胺基体中，并通过放电等离子体烧结技术制备新型MXene/聚苯胺块体复合材料. 结果表明，MXene的高电导率和片层堆积结构可有效提高聚苯胺的电磁屏蔽性能. 当MXene质量分数为40%时，复合材料电磁屏蔽性能最优，在8.2~12.4 GHz范围内可达24 dB.

[摘要](274) [HTML全文] (340) [PDF 1614KB](237)

SiC@CNFs锂离子电池负极材料的制备及其循环性能研究

王鑫, 汪丽莉, 刘烨

2023, 37(2): 140-147. doi: 10.12299/jsues.22-0038

摘要:
通过静电纺丝技术结合碳化工艺制备一种SiC增强碳纳米纤维（SiC@CNFs）复合结构. TGA、XRD、XPS及SEM的样品测试结果显示，SiC颗粒含量（质量分数，全文同）为62%，且均匀分布于CNFs的表面. 该结构制备的锂离子电池负极材料既保留了CNFs的高导电性，又获得了SiC增强的结构韧性. 电化学性能测试结果表明，将其作为锂离子电池负极材料，循环500次后，容量保留率高达134.01%，远高于CNFs. 同时，该结构的电化学阻抗值变化较小，导电性能保持较好. 通过静电纺丝技术制备的SiC@CNFs结构作为锂离子电池负极材料，制作成本低，结构可控且性能稳定，是目前对电池负极材料的有益补充.

[摘要](123) [HTML全文] (51) [PDF 1656KB](160)

基于等效滑模控制法的四旋翼无人机自抗扰控制器设计

胡竣耀, 童东兵

2023, 37(2): 148-154. doi: 10.12299/jsues.22-0124

摘要:
针对带有扰动及不确定性的四旋翼无人机的稳定性问题，提出一种基于等效滑模控制法的自抗扰控制器. 首先根据机体坐标系和地面坐标系的转化，结合牛顿第二定律和牛顿−欧拉公式，构造无人机的动力学模型. 然后设计拓展状态观测器，用来恢复系统状态及对系统所有扰动和不确定性估计，以实现误差快速收敛和提高估计精度. 基于自抗扰控制器提出等效滑模控制器的概念，将控制输出分成等效控制项和切换鲁棒控制项，再与非奇异终端滑模控制相结合，避免奇异问题. 通过李雅普诺夫稳定性理论证明，设计的自抗扰控制器可以实现系统渐近稳定. 数值仿真例子验证了抗扰动性能和鲁棒性.

[摘要](222) [HTML全文] (72) [PDF 1195KB](165)

车用扁线电机绕组损耗分析与冷却方法设计

陈林, 闫业翠

2023, 37(2): 155-163. doi: 10.12299/jsues.22-0269

摘要:
车用扁线电机具有体积小、质量轻、功率密度高的特点，但随着车用电机向高速化发展，扁线电机的交流损耗变大，其温升特点不同于传统圆线电机，需要设计与之相适应的冷却方法. 首先建立新能源汽车用高速扁线永磁同步电机的二维有限元模型，分析WLTC-3工况下扁线导体的尺寸、层数以及并联支路数对电机交流损耗的影响规律，获得最优的导体尺寸和绕组连接方式. 然后在损耗分析的基础上，根据电机的温度场分布，设计了电机槽内油冷的最佳冷却方法，降低了温升，提高了电机运行的可靠性.

[摘要](129) [HTML全文] (80) [PDF 2376KB](172)

基于改进的模型预测控制无人驾驶车辆路径跟踪控制

周义棚, 李聪, 杨威

2023, 37(2): 164-172. doi: 10.12299/jsues.22-0251

摘要:
为提高无人驾驶车辆路径跟踪精度和稳定性，提出一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)和高斯过程回归(Gaussian Process Regression, GPR)的模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）参数自适应方法(PSO-MPC). 使用PSO离线优化MPC参数，利用GPR生成最优参数曲面，可在各种工况下提高无人驾驶车辆路径跟踪的性能. 仿真结果表明，改进的MPC方法在整个路径跟踪过程中能保持车辆稳定性，同时实现良好的路径跟踪精度. 最后，在真实的无人驾驶车辆上验证了改进的MPC方法的有效性.

[摘要](176) [HTML全文] (58) [PDF 2594KB](163)

四轴垂直起降喷气式无人机气动数值仿真

姚柏强, 陈赛旋

2023, 37(2): 173-178. doi: 10.12299/jsues.21-0315

摘要:
基于无人垂直起降飞行器对高机动性、高负载、高动态响应的严苛要求，设计一款四轴垂直起降喷气式无人机. 根据流体力学三大基本方程以及湍流$ k-\varepsilon $方程对气动数值仿真模拟，确定无人机飞行时外部流场计算域. 利用ICEM CFD软件对外部流场进行混合式非结构化网格划分，在Fluent求解器中设置流场边界条件，以湍流模型为基本模型，对无人机整机进行气动性能进行模拟并求解，得到无人机各部分表面的阻力系数、流速分布图、压力分布图和湍流动能图. 对其进行气动特性分析，得出无人机上表面顶部、尾部、下表面头部以及喷气支架处存在动能损耗较大、阻力系数较高的问题. 根据仿真结果，对无人机上述部位进行气动造型优化，结果表明，无人机总阻力系数由原来的0.165减小至0.121，有效改善了无人机表面压力、气流流速和湍流度. 优化后气动特性更加优良，气动造型符合设计理念.

[摘要](102) [HTML全文] (60) [PDF 2531KB](197)

二维微动平台柔性机构动力学建模与分析

刘昊, 赖磊捷

2023, 37(2): 179-183. doi: 10.12299/jsues.22-0274

摘要:
提出一种基于并联柔性机构的两自由度平动解耦并联微动平台. 平台采用复合双平行四杆柔性机构模块，采用结构对称约束消除轴间耦合和寄生位移的产生，实现X，Y方向的平动. 采用刚度矩阵法对该并联柔性机构进行理论分析，根据观察法建立微动工作台的整体刚度矩阵，得到系统的运动微分方程，推导出系统各阶固有频率. 采用有限元分析法对微动工作台进行模态分析，得到微动工作台的固有频率和振型. 经过理论分析、有限元计算和试验测试，并对结果进行对比，结果的一致性说明理论分析的正确性和刚度矩阵分析的有效性.

[摘要](106) [HTML全文] (45) [PDF 1707KB](43)

Z型极靴聚磁式磁齿轮设计与仿真分析

张邦京, 朱姿娜, 李开元

2023, 37(2): 184-189. doi: 10.12299/jsues.22-0004

摘要:
提出并研究一种Z型极靴聚磁式磁齿轮（ZP-FFMG）. 在该磁齿轮结构中，Z型极靴可以耦合转子端面和圆柱面的磁通. 通过三维仿真可知，Z型极靴聚磁式磁齿轮中存在有助于传递转矩的轴向和径向磁通分量. 对比分析传统聚磁式磁齿轮（FFMG）和Z型极靴聚磁式磁齿轮，结果表明，与传统聚磁式磁齿轮相比，Z型极靴聚磁式磁齿轮的传递转矩提高42%，转矩密度增加15 kN·m/m³，同时磁通密度也有改善.

[摘要](92) [HTML全文] (46) [PDF 1806KB](58)

基于改进深度森林的表面肌电手势识别方法

黄圣, 茅健

2023, 37(2): 190-197. doi: 10.12299/jsues.22-0173

摘要:
为提高基于表面肌电图（surface Electromyo Graphy, sEMG）手势识别的准确率，提出一种改进深度森林相结合的手部运动识别方法. 将极致梯度提升（eXtreme Gradient Boosting, XGBoost）树引入深度森林模型，与随机森林和完全随机森林共同组成深度森林的级联结构. 深度森林模型在每个层次上集成3种不同的基于树的分类器，共4个决策森林，包括1个随机森林、1个极端随机森林和2个极致梯度提升树，利用不同学习算法之间的互补性来提高分类性能. 为评估该模型性能，采集4名健康受试者的表面肌电信号进行手部动作识别验证试验，并与随机森林、支持向量机、一维卷积神经网络及二维卷积神经网络等算法比较. 结果表明，提出方法对16种常用手部动作的平均识别精度为94.14%，对表面肌电信号实现了较高的分类准确率.

[摘要](125) [HTML全文] (66) [PDF 948KB](198)

基于数字孪生的实时装配工时调度优化

吴昕宇, 张美华, 张立强

2023, 37(2): 198-206. doi: 10.12299/jsues.22-0157

摘要:
针对产品个性化定制过程中装配工时不确定、装配车间动态扰动频发问题，提出基于数字孪生的实时装配工时车间调度模型. 构建基于数字孪生的装配车间调度整体架构，利用射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术实时采集物理装配车间的工时数据，用改进的Rete算法进行实时装配工时处理. 建立基于实时装配工时的装配车间调度数学模型，采用改进的人工鱼群−禁忌算法对模型求解，以实现实时装配工时车间的调度优化. 实证结果表明，模型算法进行实时装配工时车间调度具有一定的可行性及优越性.

[摘要](108) [HTML全文] (54) [PDF 1503KB](47)

圆柱电池模组的热电制冷与温控性能分析

魏鹏, 裔昭臧, 张恒运, 孙海涛, 曾淑贞, 陈运

2023, 37(2): 207-214. doi: 10.12299/jsues.22-0037

摘要:
基于帕尔贴效应提出一种通过热电装置（Thermoelectric Device，TED）实时控制电池温度的方法. 该方法集TED的制冷与加热功能于一体，控温效果良好，可以满足电池模组热管理需求. 电池模组由3×5排列的圆柱电池组成，填充泡沫金属复合相变材料，热电装置布置在电池模组外壳正对大面处. 与液冷试验相比，热电制冷可以在1~5 W单电池产热功率下显著降低电池模组的温度，将模组温差控制在5 ℃内. 温控试验进一步表明，采用温控器实时控制的TED可以有效稳定模组温度，将温度波动控制在2~3 ℃. 此外，建立一维热阻网络，基于稳态理论对TED热性能分析. 结果表明，在制冷工况下，TED的冷端温度随其电流的增大呈先减后增的趋势，热端温度与TED电流成正比.

[摘要](101) [HTML全文] (46) [PDF 1827KB](188)

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2023年第37卷第2期

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