DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 作为教育结构和人才培养体系的最高层次，研究生教育担负着培养高层次专门人才和发展现代科学技术的双重任务 [ 1 ]。研究生教育的质量如何，对我国社会主义现代化建设具有重大影响。特别是进入2l世纪全球知识经济时代，在科学技术突飞猛进，综合国力竞争日趋激烈的情况下，提高研究生的教育质量，培养研究生的创新能力显得尤其重要。 仿真技术是当前训练和培养交通运输学科研究生创新思维和创新能力的常见手段 [ 2 ]。选用当前市场常见、价格低廉的软硬件产品，设计便捷、合理、可行的集成方案，自主搭建(DIY)具有重复可控的试验工况、高速的仿真运算能力和无风险的极限工况试验特点的微型驾驶模拟半实物仿真平台，再通过反复的、有一定创新的实践活动，研发参数调整方便、操纵简单、记录数据快捷且可靠，满足大幅度缩短试验周期、降低试验成本的仿真系统来验证所学交通流理论、模型及方法，从而达到研究生的创新能力培养与提高的目的。
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user: 2. 国内外研究现状及分析 1) 研究生创新教育研究现状 我国的研究生教育经过60余年的奋斗取得了长足的发展，规模从1952年的2763人，发展到2016年已突破300万大关 [ 3 ]。就在校研究生的总量而言，在世界上仅次于美国的研究生教育规模。然而，在研究生数量扩大的同时，其质量并未同比提升，甚至出现“质量滑坡”现象，尤其是在研究生创新精神和创新能力培养方面呈现严重不足，表现为大多数研究生缺乏创新能力，缺乏个人主见，缺乏创新意识，遇到问题不能很好地做出理性、准确而全面的判断并创造性地加以解决。这样的人才只适合做某些机械性的工作，是一种“再现型”而非“创造型”人才，在实践中很难胜任创造性的工作 [ 4 ]。到底是什么原因造成如此结果呢？我们认为有多方面的原因 [ 5 ]。 ① 教育观念陈旧。在相当长的时期里，研究生教育观念还是盛行“仓库理论”，即单纯重视知识的积累，片面强调记忆的功能，极力推崇博览群书，从根本上忽略了创新意识的培养。还有过重的功利导向，部分研究生在选题和研究过程中拈轻怕重，不愿意挑战新领域，使得他们的综合素质和人格培养受到了一定的制约。 ② 培养方式过时。目前各高校研究生培养部门虽然已按教育部新颁布的学科专业目录修订了培养方案，拓宽了研究生学科专业领域，但在实际操作中，缺少目标管理、过程管理，大多数课程仍以讲授知识为主，其中有的课程是本科阶段作为选修课已学过的 [ 6 ]。课题的研究大多数都是导师布置任务，学生的参与很少，没有积极培养研究生独立思考、勇于探索的意识，对研究生的教育重使用、轻培养，研究生的学习过程就是给导师打工，现在研究生通常称导师为“老板”，是对当前师生关系的一种讽刺。 ③ 非专业素质教育重视不够。目前，研究生教育管理过程中对研究生的综合素质教育的内容比较少，很多培养单位只重视研究生的专业论文数量，忽视了其非专业素质的提高，致使研究生的道德水平、创新人格发展受到了一定的制约。一些研究生在科研过程中抄袭他人成果，篡改实验数据，科研成果不真实，这对科学研究的发展、创新人才的培养将产生很大的影响。 ④ 研究生自身创新意识不强。创新意识是创新的前提，只有具备强烈的创新意识和创新欲望，才有可能做出创造性的成果。 总之，现行的研究生教育在教育体制、教育观念、教学方法等诸多方面存在不足，特别是对创新能力培养的重要性还没有引起足够的重视，甚至是漠视了。这一现象需要引起国家及研究生教育各界的高度重视。 2) 交通流理论教学现状及分析 国内外重点大学都非常重视该门课程的教学和研究，许多重点大学都有自己独立的交通流理论及应用研究所。交通流理论始于20世纪30年代 [ 4 ] ，20世纪50年代开始，随着汽车工业的迅速发展和汽车的逐渐普及，交通量、交通事故和交通阻塞骤增，交通流中各车的独立性越来越小，交通现象的随机性变弱，原有的概率论方法显然已不适用，于是相继出现了车辆跟驰理论、流体动力学模拟理论和车辆排队理论 [ 7 ]。1959年12月在美国底特律举行的首届国际交通流理论学术研讨会，成为较系统的现代交通流理论诞生重要标志。 目前，我国高校一般将其作为交通运输工程硕士学位选修课 [ 8 ] (说明：在本科阶段的交通工程学中用1个章节介绍)，在研究生教学的第1学期或第2学期开设，一般是30课时。由于课时限制，很多院校的教学过程中只介绍理论，较少有实验部分课时。而交通流理论是一门综合性很强的学科，涉及的知识范围较广，理论课时就很难将各知识点讲完讲透，而且由于理论的枯燥性和抽象性，使得教学效果通常很差。因而，在研究生阶段开设交通流理论实践课程很有必要。 随着信息技术的高速发展，人们需要有更强大的问题解决方法和对人类本身思维的模拟，以使得人们可以借助计算机来摆脱一般性的脑力劳动，就像人类开始使用工具是为了从繁重的体力劳动中解脱出来一样。随着网络的普及和国际信息化进程的提高，高精度的仿真软件以及智能化半实物仿真平台等也逐渐成为交通流学习的主要手段和研究热点。教学过程中并不能简单地重复各种交通流理论知识、定义、定理，而是要侧重于实践教学，把抽象的交通流知识转化为形象、真实的(半)实物或实验，让研究生真正理解基本的概念、本质、研究目标，从而提高多角度思维的能力和逻辑推理能力，进一步了解智能交通技术、信息技术、计算机技术发展的前沿，培养研究生学习的兴趣，激发他们对未来技术的追求。 我校自主搭建具有重复可控的试验工况、高速的仿真运算能力和无风险的极限工况试验等特点的自主搭建驾驶模拟仿真平台和在人-机界面Agent支持下的参数调整方便、操纵简单、记录数据快捷且可靠、大幅度缩短试验周期、降低试验成本的原型系统，成为验证上述交通流理论及方法、激发研究生创新能力的关键技术手段。自主搭建驾驶模拟仿真平台是以模拟仿真计算平台为基础，辅以Logitech G27/29驾驶设备及仿真软件PreScan自主搭建而成，如图1所示。其中，PreScan是由TNO公司开发的著名的汽车主动安全仿真软件。平台采用MAAM设计思路，包括：平台层的行车环境感知(提供全局和局部的行车环境数据)；协调执行层集成数据(自动学习、生成/搜索、匹配驾驶行为)；组织层监控系统(确保系统可靠性)，评价单元，控制规律生成单元；决策层(总体集成，形成决策)，使分布在不同位置、不同功能的各种决策统一分布处理，各个部件能够在统一的目标下，有效的相互协作。自主搭建驾驶模拟仿真平台的物理架构复杂。天气状况、时段、道路占用率、行人流量等信息由模拟仿真计算平台通过模拟交通云的全局行车环境感知子系统提供。车距、车速、车道位置、地理位置，以及方向盘操纵行为(转角、力矩、角速度、转向灯信息)、踏板操纵行为(离合行程、油门行程、制动行程)、仪表开关操纵行为(常规指示、车灯仪表、功能仪表、按钮手柄)等由局部行车环境感知子系统实现感知。 因此，通过对硕士研究生自主搭建驾驶模拟仿真平台并在该平台上开发仿真软件的教学手段，探索研究生培养过程中类似交通流理论这类理论性极强课程的教学改革与实践，使之达到培养和提高研究生创新能力的目标。
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user: 3. 基于自主搭建驾驶模拟仿真平台的研究生创新能力培养模式 当前，人类已进入了以计算机和网络技术为基础，数字化、虚拟化、智能化为标志的现代信息社会。交通流理论在一定程度上代表着信息社会技术的前沿，其理论研究与应用开发对我国现行的教育与教学理念提出了挑战 [ 9 ]。在现有的教育体制中增加虚拟仿真技术教学，对全面培养研究生的信息素养，创新的思维方式具有积极的意义。交通流理论与技术的人才培养不仅是信息社会发展的客观需求，也是我国发展国民经济和国家安全的迫切需要。因此，改革与创新交通流理论教学新模式，是当下培养和锻炼交通运输类研究生创新能力提高的必由之路。 以自主搭建驾驶模拟仿真平台的创新教育模式表述为“开放型教学—科学的引导—探究与实践—评估与激励”4个层次，如图2，模式以提高研究生综合素质、培养研究生创新能力为目标，借助该创新平台，将研究生创新能力培养纳入相关专业理论课程和实验课程的教学建设之中，建立一种开放型教学模式，通过科学的引导，培养研究生科技研究的意识，提高发现问题的能力，鼓励进行自主和协作的探究与实践，提高分析和解决问题的能力，建立直观的科研成果评估标准，激发科技创新热情。 在基于自主搭建驾驶模拟仿真平台的创新教育模式中，始终强调以研究生创新思维培养为中心，充分发挥其自主性，导师角色应转变为引导者、组织者，甚至是协作者 [ 10 ]。研究生由知识的接受者转变知 图1. 自主搭建驾驶模拟仿真平台 图2. 创新教育新模式 识和能力的主动获取者、解决问题的独立探索者和科技创新的积极进取者。因此，基于自主搭建驾驶模拟仿真平台的研究生创新能力培养研究目标如下： 1) 通过自主搭建驾驶模拟仿真平台硬件、软件相关知识的学习，解决交通运输类研究生知识面过窄的问题。现代科学技术的发展，使得从事任一学科的研究都需要有坚实的基础知识，同时，学科之间的知识相互渗透，使得仅有单一学科的知识并不足以解决实际问题。 2) 通过自主搭建驾驶模拟仿真平台以及在此平台上自主研发仿真软件来营造研究生创新环境。研究生普遍具有创新动机、对创新有一定的认识，也希望在学习中产生新思想与新理论，积极寻找新的学习方法。由于学校能够提供的条件有限，不能及时传递本学科的最新发展动态，因为学校的教学与企业实际工作环境不能完全吻合，所做工作常常是闭门造车，无法在实际环境中进行验证，这些限制了研究生创新能力的进一步发展。 3) 通过亲自设计和自主搭建驾驶模拟仿真平台的全过程，培养研究生创新技能。研究生随着知识和经验的不断积累，想象力逐渐丰富起来，思维能力，尤其是逻辑思维能力有了很大程度的发展，思维也较敏捷，有灵感，但由于理论和实际脱节，学科之间缺乏合理的整合，缺少横向联系，灵感最终是昙花一现。 4) 传统的教学模式存在一个共同的问题——没有充分考虑学习活动的社会属性，也不重视培养研究生创造性思维的教学活动的设计。研究生获得能力是在一种由任务驱动下完成的。为了解决上述问题，我们将以自主搭建驾驶模拟仿真平台作为整合知识的传递和接受设计、学习环境设计和教学活动的设计，从而构建以自主搭建的驾驶模拟仿真平台为背景的创新能力培养教学模式。
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user: 4. 交通流理论教学改革与实践的思路、过程与方法 4.1. 实施步骤 1) 开放型创新教学 知识的掌握和积累是创新的基础，教学是研究生掌握知识的主要方式。将常规教学与机器人足球相结合可以形成一种开放型教学模式。 开放型教学 [ 11 ] 一方面体现在将自主搭建驾驶模拟仿真平台融入常规教学，赋予常规教学以丰富性、生动性和开放性。自主搭建的驾驶模拟仿真平台涉及到计算机、人工智能、机器人学、通讯、传感、精密机械和仿生材料等诸多领域，与计算机、自动化、机械、材料等专业的许多课程有密切的关系。仿真平台的诸多内容可以作为这些常规课程理论教学的鲜活实例，以及课程实验的最佳载体。自主搭建与常规教学相融合，可以使研究生更深刻理解和掌握本专业知识和技能，促进学生有兴趣地往多学科交叉方面考虑问题和解决问题，培养研究生对科技的兴趣，同时还可以使研究生接触和了解自驾驶模拟仿真。进一步而言，自主搭建驾驶模拟仿真平台创新活动与常规教学相结合，可以将研究生创新能力培养纳入理论课程和实验课程的教学建设之中，溶入教学的每个环节和过程之中。 开放型教学另一方面体现在自主搭建驾驶模拟仿真平台形式多样的非常规教学活动。为了使研究生系统地掌握自主搭建驾驶模拟仿真平台的基本知识、原理和方法，为开展交通流创新活动打下基础，可以采用三个阶段法的非常规教学形式。第一阶段，选修课可以是“驾驶模拟仿真平台”科普，让研究生对驾驶模拟仿真平台有初步的了解并产生一定的兴趣；第二阶段，选修课可以是“场景设计”、“仿真软件程序设计与算法”等，让研究生学会驾驭驾驶模拟仿真平台的能力；第三阶段，选修课可以是“交通流理论模型及方法”，让研究生学会构造具有智能协作的更复杂的交通流仿真。 2) 科学引导型创新教学 科学的引导是培养创新能力的必要手段。创新不是教而得之的，而是在教师的引导下通过研究生自主学习、研究和实践而产生的。建构主义学习理论认为，要以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥研究生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使研究生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。教育学博士黄全愈教授也认为，创造性只能培养而不能“教”，而教育工作者就是要去创造一种适合培养研究生创造性的环境 [ 12 ]。引导的关键就是要注重研究生学习、研究和实践的自主性，从而激发研究生的创造性，强调自主性决不是撒手不管，科学正确的引导会使研究生少走不必要的弯路。 在以自主搭建的驾驶模拟仿真平台为背景的创新能力培养教学模式中，引导的形式可以多种多样，如专题演讲、定期研讨会、兴趣小组的单独指导、网上论坛等。引导的内容可以涉及多个方面。例如，科学研究的基本步骤和基本方法，科学研究应具备的正确的科研态度和品格；在科学技术发展的历程中，科学家们曾面临怎样的困境，又是如何解决的，目前在科学研究的最前沿，科学家们又面临哪些难题，他们为解决难题做了哪些努力；目前交通流理论所涉及到的主要问题，如驾驶人行为特性、车辆跟驰模型、车辆排队模型、连续交通流模型，以及相关的自动推理、规划、机器学习与知识获取、认识建模、系统生态和进化方法等，针对这些问题解决的程度，研究生们是否能够进一步提出新问题新思路。 3) 探究与实践型创新教学 探究与实践是创新的必经之路。在探究与实践的过程中要特别强调研究生的自主性和协作性。所谓探究与实践的自主性，就是让研究生尽可能真正作为主体参与探究与实践活动的各个环节，包括自主地发现问题或选择问题、自主地寻找解决问题的途径和方法、自主地进行设计与制作、自主地总结与分析等。只有强调了探究与实践的自主性，研究生的创新思维才不会束缚在导师思维模式的框架内，创新能力才不会被抑制 [ 13 ]。自主探究与实践的关键在于培养研究生的质疑能力，不具备质疑能力的就不可能开展真正意义上的自主探究与实践。所谓协作性，就是以相同兴趣、不同特长汇聚研究生进行交流、讨论与合作，充分展示各自的知识、能力和思维方式 [ 14 ]。协作的探究与实践更有利于揭示事物的本质，即“真理越辩越明”，更有利于产生创新的灵感，也有利于培养协作能力和组织能力。 以自主搭建的驾驶模拟仿真平台为背景的创新能力培养教学模式为研究生开展自主和协作的探究与实践提供了一个极好的平台。可以根据研究生专业、特长和兴趣组建不同的兴趣研究小组，如何通过该平台解决/验证研究中的实际问题是他们面对的直接问题。在这个问题驱动下，根据研究生自身情况，引导开展不同方向、不同层次的探究与实践。例如，改进现有的搭建驾驶模拟仿真平台的技术和方法；引入新的理论、技术和方法到交通流理论模型中以及在以自主搭建的驾驶模拟仿真平台为背景的创新能力培养教学模式的研究中，提出新的理论、技术和方法等。 4) 评估与激励型创新教学 驾驶模拟仿真平台提供一种实验平台和验证评价交通流理论与技术的客观方法，可以成为评估研究生科研成果的一个直观的标准，科研创新成果是否正确、是否有效、是否先进在比赛可以得到充分的验证。运用该平台研发出的交通仿真程序也是培养研究生科研创新能力的一个很好的激励机制，成就感能够激发其科研创新的热情，培养竞争意识和挑战精神。 在以自主搭建的驾驶模拟仿真平台为背景的创新能力培养教学模式创新活动中，可以鼓励和组织研究生参加各种不同层次的比赛，如日本FORUM8每年主办的世界Uc-WinRoad编程与设计大赛(我校2014年组织了两支队伍参赛，今年又计划组织三支队伍参加)。此外，还可以通过组织研究生发表学术论文、撰写研究报告、演示科技作品等多种形式来展示和评估研究生的科研创新成果。 4.2. 建议方案 1) 以兴趣小组的方式，针对自主搭建的驾驶模拟仿真平台所需要的技术进行专门的辅导。 2) 不定期开展全校范围内的以自主搭建的驾驶模拟仿真平台为依托的交通流仿真软件的研究和比赛。 3) 积极组织研究生参加国内外相关的交通流理论与设计大赛，力争比赛成绩逐年提高。 4) 对取得的成果不断进行阶段性评估，总结经验，逐步完善三个层次的创新教学模式。
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user: 摘 要 生物炭是有机材料在厌氧或绝氧条件下经高温裂解炭化而成的一类高度芳香难熔性固态物质，具有良好的结构、巨大的比表面积以及吸附力。众多研究表明，生物炭作为新型的钝化剂，可通过与土壤重金属发生络合、沉淀、吸附以及离子交换等一系列反应，降低土壤中酸可提取态铅(Cd)、镉(Pb)的含量。本文综述了近年来生物质炭在Cd、Pb污染土壤修复中的研究情况，分别从生物炭修复重金属的固化机理、修复效果及影响因素等方面，探究生物质炭修复Cd、Pb复合污染与单一污染土壤的效果差异，为生物炭修复重金属复合污染研究提供依据，今后应加强生物炭对重金属复合污染修复的长期效应研究。 关键词 :生物炭，镉，铅，土壤修复 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着矿产开采、燃煤和汽车排放、冶炼等工业活动以及污水灌溉、施用污泥和劣质化肥等农业活动的进行，大量Cd、Pb等有害重金属不断进入农业环境中，对农田、菜地等造成污染 [ 1 ] 。2014年全国土壤污染状况调查公报显示我国土壤镉含量点位超标(0.3 mg/kg) 7%，是无机污染物点位超标率中最严重的；铅污染点位超标(250 mg/kg) 1.5% [ 2 ] 。土壤中Cd、Pb等重金属通过作物生长富集在作物中，对食品质量安全产生严重的影响，并借由食物链转移到人体，危害人类健康 [ 3 ] 。 现已有研究证明，生物炭有良好的结构基础、较大的比表面积以及吸附力，是一种良好化学钝化修复剂，可用于土壤重金属污染修复 [ 4 ] 。生物炭可通过与土壤重金属发生络合、沉淀、吸附、离子交换等一系列反应，以减少重金属的迁移性和生物有效性，达到修复目的 [ 5 ] 。众多研究结果表明，生物炭能降低酸可提取态Cd、Pb的含量，从而降低重金属的生物有效性，作为改良剂修复重金属污染土壤具有可行性。本文综述生物炭在铅、镉污染土壤修复中的研究，探究生物炭在Cd、Pb复合污染与Cd、Pb单一污染的效果差异，为生物炭修复重金属复合污染研究提供依据。
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user: 2. 土壤中铅、镉的赋存形态及影响因素 土壤中重金属的毒性在很大程度上取决于重金属在土壤中存在的形态，而不仅仅是其含量。在众多的土壤重金属形态分级方法中，欧盟提出的BCR连续提取法被认为是评价重金属生物有效性的有效方法，它将土壤中重金属的形态分为酸可提取态(交换态和碳酸盐结合态)、Fe-Mn氧化结合态(可还原态)、有机结合态(可氧化态)和残渣态；酸可提取态迁移性强，可直接被生物利用；Fe-Mn氧化结合态和有机结合态在适当的环境条件下可转化为酸可提取态，可间接被生物利用；残渣态迁移性最弱，不能被生物利用 [ 1 ] [ 6 ] 。 土壤中铅、镉的迁移与土壤的种类、性质、pH值等因素有关，还直接受氧化还原条件的影响。土壤对镉的吸附同pH值呈正相关；土壤中 PO 4 3 − 等离子均能影响镉的迁移转化；如Cd 2+ 和 PO 4 3 − 形成难溶的、植物难吸收的Cd 3 (PO 4 ) 2 [ 7 ] 。土壤中的Pb 2+ 容易被有机质和粘土矿物所吸附；腐殖质高的土壤对铅的吸附能力强；铅也和配位体形成稳定的金属配合物和螯合物；当土壤pH降低时，铅的迁移能力提高，生物有效性增加 [ 8 ] 。前人研究显示当土壤中同时存在Cd和Pb时，Pb会提高Cd的生物活性，同等Cd污染程度下，弱酸提取态Cd含量随 Pb 加入量的增加而略有增加。陈怀满等 [ 9 ] 动力学试验发现，Pb-Cd混合流出液中的Cd很快就达到了平衡，且在一定时间区段内超过了起始浓度，这是由于后来吸附的 Pb 替代了原已吸附的Cd，增加了Cd的活性。因此，土壤中的重金属活性变化是复杂的。
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user: 3. 生物质炭及其结构与性质 生物质炭广义上被认为是黑碳的一种类型，是生物有机材料(生物质)在厌氧或绝氧条件下，经高温(240℃~700℃)裂解炭化产生的一类高度芳香难溶性固态物质 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 。生物炭的元素主要包括碳(一般 > 600 g/kg)、氢、氧等，其次是钾、钙、钠、镁、硅等矿质元素以氧化物或炭酸盐的形式存在于灰分中，灰分溶于水后呈碱性，施于土壤中能提高土壤pH，改善土壤养分供应状况 [ 14 ] [ 15 ] 。生物质炭具有良好的孔隙结构，巨大的比表面积，且表面存在大量的-OH，-COOH等含氧官能团，增加土壤阳离子交换量(CEC) [ 16 ] [ 17 ] ，可以提高土壤对养分离子钙、钾、镁和 N H 4 + 等的吸持能力，提高土壤的肥力 [ 18 ] 。使生物质炭可以与重金属离子产生络合、静电吸附等作用，或改变土壤的持水量、pH值、阳离子交换量等理化性质，使重金属固定或活性降低以降低其有效含量，从而减少土壤中重金属对作物生长的影响 [ 19 ] 。
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user: 5. 展望 国内外众多研究表明，生物炭在土壤改良、环境污染治理和固碳减排等领域具有广阔的前景，在重金属污染治理方面，生物炭也具有许多优势。但还有几个方面研究尚且不足，仍需深入开展。第一，生物炭制备原料种类多，在不同条件下热解的生物炭其结构和功能有所差异，对不同重金属的固化机理也不同，而重金属污染土壤中一般有两种以上的重金属，施入生物炭可能对某些重金属起固定作用，却对其他重金属起活化作用，因此，今后应重视不同类型生物炭对同一系统中多种重金属的吸附能力的研究；第二，现阶段多数研究采用的是室内培养或盆栽实验的方法，田间试验较少。未来可多开展大田试验，研究在田间条件下，生物炭施入土壤后对污染土壤的修复效果；第三，生物炭的性质决定功能，生物炭陈化后理化性质的变化必然会影响生物炭的修复效果 [ 47 ] 。要全面而深入地了解生物炭施入土壤后对重金属的吸附效果和吸附稳定性的变化，以及重金属是否可能再次活化，急需布置生物质炭修复重金属污染土壤的长期定位试验。
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user: 摘 要 利用高阶关联成像的方法，对多个分散物体在同一处成像，实现鬼成像拼图的方案；利用符合测量的方式，通过对两探测器强度关联涨落的测量，判定待检测物体与参考目标物体的相同程度，理论上提供了一种实现目标识别的方法。 关键词 :高阶关联成像，桶探测，拼图，目标识别 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 鬼成像是基于光场的二阶关联效应的一种新的成像方式，其令人惊奇之处在于获得物体的像的过程中，物体和像不在同一光路中，是一种非定域成像方式，受到国内外学者的广泛关注，很多学者对鬼成像都做了大量的工作 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。三阶关联成像、四阶关联成像等高阶关联成像也都取得了一定的进展 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。人们利用三阶关联成像可以实现一个物体在不同位置处呈两个像，利用四阶关联成像可以实现一个物体在不同位置处呈三个像的情况。近期，笔者对高阶关联成像方案进行了拓展研究，发现利用三阶关联成像的方法，还可以实现两个物体同时在同一处鬼成像，利用四阶关联成像的方法，就可以实现三个物体同时在同一处鬼成像，从而找到了对多个分散物体同时在同一处成像的方案，实现了鬼成像拼图。在计算过程中还发现利用符合测量的方法，采用光学原理还能实现目标识别 [ 9 ] [ 10 ] 。
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user: 3. 目标识别 仔细分析鬼成像拼图(9)式中各项的物理意义，发现 S 12 项还有更深层的意义和用途。利用它可以进行目标识别。方案如图3所示。 目标识别模型如图3所示，空间非相干的扩展热光源发出的光经过分束器BS后被分成两束：其中透射光束传播一段距离后照亮参考目标物体T1，用桶探测器D1探测其光强；反射光束传播一段距离后照亮待检测物体T2后用桶探测器D2探测其光强，然后把两路探测结果在计算机上进行符合计算。通过符合测量两探测器强度关联的涨落来判断待检测物体与参考目标物的相同程度，从而进行目标识别。 对两个探测器进行符合测量的关联函数为 〈 I 1 I 2 〉 = 〈 I 1 〉 〈 I 2 〉 + ∫ | 〈 E 1 * ( r ⇀ 1 ) E 2 ( r ⇀ 2 ) 〉 | 2 d r ⇀ 1 d r ⇀ 2 = 〈 I 1 〉 〈 I 2 〉 + I 0 2 S 12 ， (11) 〈 I 1 〉 和 〈 I 2 〉 分别为两探测器所测得的单路平均强度。 S 12 表示两物体乘积的面积，当两物体完全相同且放置位置相同时取 S 12 = 1 ，当两物体完全正交或者完全不同时 S 12 = 0 ，这种测量方式可以为进行目标识别提供方式方法。 由(11)式，两探测器强度关联的涨落为 〈 I 1 I 2 〉 − 〈 I 1 〉 〈 I 2 〉 = I 0 2 S 12 . (12) 从而通过实验很容易测得系数 S 12 ， 0 ≤ S 12 ≤ 1. (13) 在进行目标识别时，旋转参考目标物进行多次测量，如果测得的最大值为1，说明待检测物体与参考目标物完全相同。 K 的大小反映了待检测物体与参考目标物的相同程度。 图2. 三个物体的鬼成像拼图方案 图3. 目标识别方案
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user: 4. 小结 在鬼成像应用中，可能需要把分布于不同位置的散落的碎片拼凑起来才能看出物体的形状，因此进行鬼成像的拼图研究是必要的。本文采用高阶关联成像的方案，进行理论拓展研究，提出了如何把几个分散物体同时在同一处实现鬼成像拼图的方案。另外，本文还通过符合测量为进行目标识别提供一种方式方法。结果表明：通过对两探测器强度关联涨落的测量，可以判定待检测物体与参考目标物体的相同程度。下一步可以进行相关的实验验证。
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user: 摘 要 莲子心为一味传统中药，具有清心安神，交通心肾，涩精止血的功效。其主要的化学成分为生物碱类和黄酮类，也含有多糖类、挥发油和微量元素等多种成分。因其具有良好的抗肿瘤、抗氧化、抑制肝纤维化、降血糖、抑菌抗炎和心血管保护等药理作用，使其近年来成为研究的热门。本文从莲子心的化学成分、药理作用、开发利用等方面，概述其研究现状，以期为其进一步的开发应用提供参考。 关键词 :莲子心，化学成分，微波提取，药理作用 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 莲子心(Nelumbinis plumula)又称莲薏、苦薏、莲心，是睡莲科植物莲(Nelumbo nucifera Gaertn.)的成熟种子中的干燥幼叶及胚根，幼叶绿色，胚根黄白色，略呈细圆柱形，长1~1.4 cm，直径约0.2 cm，主产于湖北、湖南、福建、江苏、浙江等地。秋季采收，净制，晒干即得。在2015年版《中国药典》中有规定，莲子心按干燥品计算，含莲心碱不得少于0.20% [ 1 ] ，可见，目前莲心碱的含量是作为莲子心的质量评价的一项标准。莲子心最早的文献记载是在唐末的《食性本草》“莲子心，生取为末，以米饮调下三钱，疗血渴疾、产后渴疾”，明代的《本草纲目》中记载莲子心：“苦，寒，无毒” [ 2 ] 。多年来无论是作为药物还是作为保健茶的应用，都证明了莲子心确实有其独特的功效，因此本文将对近年来莲子心的相关研究作出如下综述。
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user: 2. 化学成分研究 2.1. 生物碱类 莲子心的活性成分主要是生物碱类。富田真雄等 [ 3 ] 在20世纪60年代首次从荷叶中分离出生物碱类成分以来，关于植物莲的不同药用部位(荷叶、莲子、莲子心等)的生物碱类成分的研究非常热门。在莲子心的多种生物碱类成分研究中，对莲心碱的研究最为丰富。据相关文献报道 [ 4 ] [ 5 ] 莲子心中莲心碱的含量较高，其含量在0.14%~0.96%之间。商晶等 [ 6 ] 从莲子心中分离出的除了莲心碱外，还有荷叶碱、莲心季铵碱、去甲基乌药碱、前荷叶碱、dl-杏黄罂粟碱和N-甲基异乌药碱等生物碱。目前用表面活性剂协同超声波提取方法，提取莲子心生物碱类成分，节省时间的同时得率又较高 [ 7 ] 。在测定莲子心中莲心碱含量的研究中，宋进闽等 [ 4 ] 采用硅胶G板，以氯仿一丙酮一二乙胺(6:4:1)为展开剂，用薄层扫描法测定莲子心中莲心碱的含量。寿国香等 [ 8 ] 用RP-HPLC法测定不同产地莲子心中甲基莲心碱的含量，对不同产地、不同商品种类来源的莲子心进行考察，结果表明，甲基莲心碱的含量变化较大，即使是同一产地的样品含量也有差别，原因不明，有待研究。 2.2. 黄酮类 莲子心中的黄酮类成分主要含有芦丁、芸香苷、金丝桃苷、木犀草素等。对莲子心中黄酮类成分的研究多集中在提取工艺和含量测定两个方面，对其药理作用的研究还不是很多。在其提取分离方面的研究中，林志钦 [ 9 ] 在采用溶剂萃取法提取莲子心总黄酮时，先以溶剂浓度、萃取时间、萃取温度、pH值及液料比进行5组单因素试验，再进行四因素四水平的正交试验，得到的最佳提取工艺为：75%乙醇浓度，50:1液料比，萃取温度75℃，浸提2.5 h，莲子心总黄酮提取率高达4.20%。余其凤等 [ 10 ] 以芦丁为对照品，采用分光光度法测定莲子心中总黄酮的含量为指标，优选到莲子心的提取工艺为65%乙醇作提取溶剂，1:25料液比，400 W的微波辐射功率，每次提取时间30 s，提取3次，得到莲子心总黄酮提取率为1.021%。吴梅青 [ 11 ] 以莲子心总黄酮提取率、干浸膏得率为评价指标，对碱溶酸沉法、水提法、常规醇提法、超声波辅助醇提法、微波辅助醇提法共5种方法提取莲子心黄酮的结果进行比较，并以综合评分法优选出莲子心中黄酮类成分的最优提取方法为微波辅助醇提法。 2.3. 水溶性多糖 莲子心中还含有水溶性多糖的成分，且含量也较多。传统的提取方法是水提醇沉，如刘韶 [ 12 ] 以浸泡时间、提取时间、加水量三个因素分别在三个水平上的正交试验，确定了莲心多糖的最优提取工艺为：不经过浸泡，加水为第一次8倍、第二次6倍量，依次回流提取120 min，90 min，合并滤液。也有采用水酶解法提取分离得到多糖类成分，如余远志 [ 13 ] 通过将干燥的莲子心进行机械粉碎、乙醇脱脂、沸水提取、乙醇沉淀及中性酶和Sevag法除去蛋白得到粗多糖，再经阴离子交换层析和凝胶过滤层析得ELPS-I~ELPS-VII多种多糖组分。 2.4. 挥发油类 曾建伟等 [ 14 ] 采用水蒸气蒸馏装置(SDA)和挥发油测定装置(EODA)的水蒸气蒸馏法提取莲子心挥发油，GC-MS分离鉴定挥发油成分，计算其含量，结果是用SDA法，鉴定出29种成分，占挥发油总量91.56%，主要成分有棕榈酸(28.96%)、9，17-十八碳二烯醛(19.99%)和亚油酸(11.94%)等；用EODA法，鉴定出18种成分，占挥发油总量77.96%，主要成分为棕榈酸(18.98%)、肉桂酸龙脑酯(12.58%)、2-甲氧基-4-乙烯苯酚(8.25%)等。张敏等 [ 15 ] 使用超临界CO 2 萃取法提取莲子心中的挥发油成分，得到其最佳提取工艺为32 MPa的萃取压力，萃取温度50℃，9 MPa的分离压力，分离温度45℃，30 L/h的CO 2 流量，萃取2 h可得莲子心油的出油率为14.09%。 2.5. 甾醇类化合物 莲子心内还含有β-谷甾醇、β-谷甾醇棕榈酸酯、β-谷甾醇正辛烷酸酯、β-谷甾醇-3-0-β-D-葡萄糖苷等甾醇类化合物。陶冉等 [ 16 ] 利用溶剂提取法、聚酰胺柱和硅胶柱色谱法从莲子心中分离并鉴定出棕榈酸、棕榈酸酰胺、棕榈酸乙酯、β-谷甾醇、三棕榈酸甘油脂等多种甾醇类化合物。 2.6. 微量元素 莲子心中含有多种微量元素，如钙、镁、铁、铜、锌、钾、钠、镍、镉、锰等 [ 17 ] ，此外莲子心内还含有叶绿素和维生素C等成分。
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user: 3. 微波提取 微波提取药材中成分是通过偶极子旋转和离子传导两种方式内外同时加热进行的，而传统热萃取是以热传导等方式由外向里进行的，因此微波提取具有省时省力，节约溶剂和能源等优点 [ 18 ] 。 余其凤 [ 10 ] 等用微波提取莲子心中总黄酮，通过单因素实验和正交实验确定微波辅助提取莲子心总黄酮的优化工艺条件为：乙醇质量浓度65%、固液比1:25、微波辐射功率400 W、微波辐射时间30 s × 3 (间歇作用3次)，莲子心总黄酮的提取率达1.021%。张勋 [ 19 ] 等3种提取法得到的莲子心总生物碱对DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力和抗氧化效果方法比较结果为：超声–微波协同萃取法 > 超声溶剂提取法 > 传统溶剂回流提取法。因此，总生物碱的提取宜选用超声–微波协同萃取法。莲子心中多糖类成分与莲子中多糖类成分相似 [ 17 ] [ 20 ] 。王辰 [ 21 ] 等采用微波法提取莲子多糖，并用DEAE-52纤维素柱层析分离。通过正交试验，得出优化的工艺条件为：水为溶剂，料液比1:15，提取时间20 min，微波功率240 W，微波提取多糖的得率为17.32%。
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user: 4. 药理作用研究 4.1. 降压作用 莲子心中的生物碱类成分是其降压作用的物质基础。陈维洲等 [ 22 ] 研究显示莲子心中提取的莲心碱，通过结构修饰成季铵盐，其降压作用强而持久。异莲心碱本身不经结构改造也具有降压作用，其机制主要与干扰α 1 受体和阻滞钙通道的效应以及与抑制心肌收缩力、减慢心率有关 [ 23 ] [ 24 ] 。而且多种动物实验结果证明莲子心中的生物碱类成分的降压机制主要是外周作用而非中枢作用 [ 25 ] 。 4.2. 抗心率失常作用 曾宪武等 [ 26 ] 在莲子心酚性生物碱的抗心律失常作用研究中，通过对用哇巴因、氯化钙、乌头碱、氯仿诱导的心律失常模型进行研究，结果显示，莲子心酚性生物碱能显著提高哇巴因和乌头碱致大鼠室性早搏(VE)、室性纤颤(VF)和心脏停搏(CA)时的用量；延长CaCl 2 诱发大鼠心律失常出现的时间，加快模型大鼠的窦性心律恢复；对氯仿所致小鼠室颤有明显的改善。这可能与莲子心生物碱能非选择性地阻滞心肌细胞膜的Ca 2+ 、Na + 通道有关 [ 27 ] 。离体心肌电生理研究证明，莲心碱1~300 μg/ml可浓度依赖性地抑制豚鼠乳头肌状细胞快反应动作电位的零相上升幅度(APA)，并抑制豚鼠乳头状肌收缩力(Fc)及最大初极速率(Vmax)，延长动作电位时程(APA)，且对Vmax的抑制作用有频率依赖性。 4.3. 抗纤维化作用与抗氧化作用 施京红等 [ 28 ] 通过用腹腔注射20%四氯化碳溶液(2 mL/kg)法，建造肝纤维化的大鼠模型，以肝脏系数和检测血清ALT、AST、ALB 及肝组织SOD、MDA、Hyp为指标，对模型大鼠肝脏纤维化水平进行评价。结果表明莲子心能减轻肝细胞损伤，保护肝细胞，并具有一定的抗肝纤维化作用。莲子心的抗肝纤维化作用机制可能与其清除氧自由基、抗脂质过氧化作用有关。据报道 [ 29 ] ，莲子心的混合提取物对超氧阴离子和轻基自由基具有良好的清除能力。此外，莲心碱也有显著的体外抗氧化作用，对红细胞和肝组织细胞及亚细胞膜性结构有保护作用。甲基莲心碱对氧自由基所致血管内皮细胞损伤具有保护作用，与其能清除氧自由基有关。 4.4. 降血糖作用 倪淑梅等 [ 30 ] 和潘扬等 [ 31 ] 实验结果都表明，莲子心对由四氧嘧啶造成的高血糖模型组具有良好的降糖作用。李秋哲 [ 32 ] 通过莲子心总黄酮对高脂喂养联合链脲佐菌素诱导的II型糖尿病小鼠模型的研究，结果表明，莲子心的总黄酮能够明显改善模型小鼠的血糖水平，提高小鼠的糖耐受量和胰岛素水平。Kato Eisuke [ 33 ] 等发现莲子心提取物对L6肌管有强烈的增强葡萄糖摄取，由此发挥降血糖作用，且研究结果表明活性成分为单一生物活性化合物，海格胺4’-O-0205-d-葡糖苷，该化合物通过作用于02052-肾上腺素能受体诱导其发挥作用。 4.5. 抑菌抗炎活性 林志钦 [ 9 ] 采用杯碟法测定莲子心总黄酮抑菌活性，结果表明莲子心总黄酮对青霉、根霉两种真菌无明显抑菌作用，但是对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等细菌均有明细抑制作用。Lin Jin-Yuarn等 [ 34 ] 研究结果表明给予莲子芯提取物可通过减少内脏器官炎症和增加脾细胞中抗炎细胞因子IL-10的产生来减轻体内急性炎症。 4.6. 其他作用 谈丽 [ 35 ] 在研究中，发现莲子心氯仿部位对高钾引起的预收缩和对抗乙酰胆碱引起的气管平滑肌的收缩均有剂量依赖性的舒张作用。曾建伟 [ 36 ] 采用MTT法测定了莲子心总生物碱、总黄酮和总多糖分别对人肝癌细胞株Hep G2、胃癌细胞株SGC-7901、乳腺癌细胞株MCF-7和结肠癌细胞RKO的半数抑制浓度(IC 50 )，结果显示莲子心抗肿瘤作用的活性部位是总生物碱而非总黄酮和总多糖。
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user: 5. 莲子心的产品开发现状 5.1. 作为药物 目前莲心胶囊和女珍颗粒均已有生产销售，莲心胶囊由莲子心组成，用于神经衰弱、心火偏盛者。女珍颗粒由莲子心、女贞子、墨旱莲等十味中药组方而成，用于肝肾阴虚、心肝火旺证者。且女珍颗粒在15版中国药典中有收载。此外还有，由莲子心、酸枣仁、陈皮和蜂蜜组成的具有清心安神的作用的复方莲芯口服液。张翔 [ 37 ] 莲子心生物碱栓剂的制备研究，是以莲子心中特定化学成分为目标提取出来而制成药物的。目前，莲子心作为药物的开发还不够充分，而且现有的药物多侧重用其清热宁心的传统功效，有必要以其多种成分的作用为基础对其进一步的开发应用于预防或治疗疾病。 5.2. 保健饮料 肖贵平等 [ 38 ] 以莲子心和菊花为主要原料，通过单因素试验和正交试验，对莲心菊花保健饮料的配方及加工工艺进行了研究。优选得到了最优配方，而且莲心菊花保健饮料不仅具有清香的气味还具有清心去火、消暑解渴功效，目前已有工业化的生产。而林灵 [ 39 ] 单用莲子心加水蒸煮制备的莲心饮料，操作安全简便，且投入少，效益高。
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user: 6. 讨论与展望 莲子心在我国有长久而广泛的使用，是一味药食同源的中药，其安全性非常可靠。因此对其进行更深度的开发是可行的。莲子心在我国的产区丰富，产量较大，价格适宜，但目前市场上的流通量还不够，由此，并未带给当地很好的经济效益。莲子心作为一味传统中药，其所含成分的多样性、复杂性和作用机制的不确定性，都在一定程度上影响了对其开发应用，因此，对莲子心的后续研究要侧重在评价莲子心的指标成分与莲子心的药理作用的相关性实验研究，即以药效活性成分作为评价指标。此外，曾建伟等 [ 40 ] 通过测定10个产地的莲子心的HPLC，建立了莲子心的HPLC指纹图谱，确定了莲子心的14个共有峰。对莲子心的后续研究，可以通过一测多评的方法，以其生物活性为评价指标对莲子心进行综合开发应用。
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user: 摘 要 本文针对主动悬架系统，研究了其基于神经网络的自适应控制问题，其中，神经网络用来逼近系统中的不确定项。考虑到行驶过程中，乘客的舒适性以及车辆的安全性，要求系统状态满足一定的约束条件，基于backstepping技术和障碍李雅普诺夫函数方法，解决了此约束问题。同时，考虑到执行器饱和的问题，本文的执行器要求在一定约束范围内，通过引入辅助系统，抵消了饱和带来的影响。最后，仿真结果说明了本文所提方法的有效性。 关键词 :主动悬架系统，神经网络，自适应控制，执行器饱和，约束控制 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着控制理论的不断发展，越来越多的实际控制系统受到关注，汽车悬架系统作为车辆的重要组成部分也备受广大学者的关注，尤其是随着人们对汽车性能要求的日益提高，传统的被动悬架系统已不能满足乘客对舒适度和安全性的要求，主动悬架系统成为了时代的主流。目前针对主动悬架系统已有一些研究成果存在，例如，在文献 [ 1 ] 中，作者提出了一种依赖负载的控制器设计方法用以解决主动悬架系统的多目标控制问题。文献 [ 2 ] 研究了有限频域内主动悬架系统的控制问题，通过运用广义Kalman-Yakubovich-Popov (KYP)引理，减小了特定频带内从干扰到控制输出的范数，进而提高了行驶过程中的舒适性。然而，在主动悬架系统中，由于未知的阻尼系数，未知的转动惯量等因素的存在，使得主动悬架系统成为一个带有不确定性的系统。针对这些不确定性，学者们提出了各种处理方法。文献 [ 3 ] 提出了基于滑膜的控制方法用来处理扰动引起的不确定性。文献 [ 4 ] 基于线性矩阵不等式，给出了 H ∞ 控制的充分条件，提出了一种鲁棒控制方法。针对系统中存在不确定动态的情形，文献 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 基于智能方法(Neural networks，NNs和Fuzzy Logic systems，FLSs)的万能逼近性，提出了相应的自适应控制方法。 主动悬架系统的一大特性是可以减小行驶过程中车辆传递到乘客的力量，尤其是在恶劣的行驶环境下，乘客对车辆的舒适性要求尤为明显。针对舒适性的要求主要表现在车身的颠簸程度，也就是车身的垂直位移及速度。只要车身的垂直位移及速度在一定的约束范围内，则可以保证车身振动不会太大，从而传递给乘客的振动便不会很大。对于车辆的这种约束问题可以转化为状态约束问题，其中车身的垂直位移及速度分别是主动悬架系统的两个状态。那么解决状态约束，最常用的方法是障碍李雅普诺夫函数方法。基于障碍李雅普诺夫函数方法来解决约束问题的结果已有很多。例如，文献 [ 9 ] 为自主航天器交会与近距离操作提出了一种六自由度相对运动控制方法，在此过程中，同时考虑了输入饱和，全状态约束，运动耦合，参数不确定性，匹配和不匹配扰动的问题。文献 [ 10 ] 研究了一类不确定切换高阶非线性系统的鲁棒自适应状态约束控制问题，通过综合齐次控制法和参数分离原理，设计了一个鲁棒状态反馈控制器。 另外，对于任何实际物理系统，我们都不能忽略执行器的饱和问题 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] ，否则可能导致系统性能下降甚至不稳定，主动悬架系统也不例外。基于以上论述，本文研究了具有不确定性的主动悬架系统的自适应控制问题，采用神经网络对系统的不确定性进行逼近。并同时考虑了状态约束和执行器饱和问题。分别采用障碍李雅普诺夫函数方法和构造辅助信号的方法解决了状态约束和执行器饱和问题。通过backstepping技术构造的自适应控制器使得闭环系统所有信号都有界，且系统输出能跟踪上参考信号。最后的仿真结果验证了方法的有效性。
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user: 2. 问题描述 本文考虑如图1所示的四分之一主动悬架系统，其动力学方程可描述为 m b + x ¨ b + c p ( x ˙ b − x ˙ w ) + f s ( x ) − F a = 0 (1) m w x ¨ w + k t ( x w − x r ) + c p ( x ˙ w − x ˙ b ) − f s ( x ) + F a = 0 (2) 其中， m b 表示簧载质量， m w 是非簧载质量， k t 代表轮胎的弹性刚度， c p 是线性阻尼系数， x b 表示车身位移， x w 代表车轮位移， x r 是道路输入， F a 是控制力， f s ( x ) 代表非线性弹簧，表达式为 f s ( x ) = k s 1 ( x b − x w ) + k s 2 ( x b − x w ) 2 + k s 3 ( x b − x w ) 3 令汽车行驶时的簧载质量位移 x b = x 1 ，簧载质量速度 x ˙ b = x 2 ，非簧载质量位移 x w = x 3 ，非簧载质量速度 x ˙ w = x 4 ，则可将上述悬架系统转换为如下状态空间表示形式 { x ˙ 1 = x 2 x ˙ 2 = h ( x ， t ) + ρ F a x ˙ 3 = x 4 x ˙ 4 = c p m w x 2 − k t m w x 3 − c p m w x 4 − F a + f s m w + k t m w x r y = x 1 (3) 其中， x = [ x 1 ， x 2 ， x 3 ， x 4 ] T 是系统状态向量，且状态 x 1 和 x 2 分别满足约束条件 | x 1 | ≤ k 1 和 | x 2 | ≤ k 2 。 h ( x ， t ) = − c p m b x ˙ b + c p m b x ˙ w − f s ( x ) m b 是未知有界函数， ρ = 1 / m b > 0 是未知有界参数， ρ ¯ 和 ρ _ 分别是 ρ 的上界和下界。 y 是系统输出。另外本文考虑执行器饱和的存在，因此要求控制输入 F a 满足如下条件 F a = { F max ，                             if       F c > F max F c ，             if       − F max ≤ F c ≤ F max − F max ，                     if       F c < − F max (4) 其中， F max 是常数， F c 是待设计的控制律。 图1. 主动悬架系统结构图 控制目标：设计自适应控制律 F c 使得 F a 满足执行器饱和约束条件，同时闭环系统所有信号都有界，且系统输出能跟踪上参考信号 y d 。另外，状态 x 1 和 x 2 分别满足约束条件 | x 1 | ≤ k 1 和 | x 2 | ≤ k 2 。 假设1：参考信号 y d 有界，即 | y d | ≤ Y ，同时二阶可导，且其一阶导数 y ˙ d 和二阶导数 y ¨ d 均有界。 引理：对任意实数 | e | < k e ，其中 k e 是任意正常数，总有 log k e 2 p k e 2 p − z 2 p < e 2 p k e 2 p − e 2 p 其中， p 是正整数。
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user: 3. 神经网络逼近 假设函数 f ( x ) 是定义在紧集 Ω 上的一个未知连续函数，则存在一个神经网络 θ * T S ( Z ) ，对于任意的 ε > 0 ，都有 f ( x ) = θ * T S ( Z ) + ε 成立。其中， θ * = [ θ 1 * ， θ 2 * ， ⋯ ， θ l * ] T 是神经网络理想权重向量， Z 是神经网络输入， S ( Z ) 是基函数向量， ε 是逼近误差。通常假设神经网络理想权重向量和逼近误差均是有界的。 假设2：神经网络理想权重向量 θ * = [ θ 1 * ， θ 2 * ， ⋯ ， θ l * ] T 和逼近误差 ε 均有界，即 ‖ θ * ‖ ≤ θ ¯ * 和 | ε | ≤ ε ¯ ，其中， θ ¯ * 和 ε ¯ 都是正常数。
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user: 5. 主要结果 定理：考虑带有执行器饱和(4)的主动悬架系统(3)，基于假设1~2，设计虚拟控制器(9)，实际控制器(20)和自适应律(24)，则闭环系统所有信号都有界，且系统输出能跟踪上参考信号 y d 。同时，状态 x 1 和 x 2 分别满足约束条件 | x 1 | ≤ k 1 和 | x 2 | ≤ k 2 。 证明：考虑如下李雅普诺夫函数 V = V 2 = 1 2 log k e 1 2 k e 1 2 − e 1 2 + 1 2 ρ log k e 2 2 k e 2 2 − e 2 2 + 1 2 ξ 2 + 1 2 θ ˜ T Γ − 1 θ ˜ (27) 基于上述分析，可得 V ˙ ≤ − β 1 e 1 2 k e 1 2 − e 1 2 − ( β 2 − 0.5 ) e 2 2 k e 2 2 − e 2 2 − 1 2 δ ‖ θ ˜ ‖ 2 − ( λ − 1 2 − 1 2 β 2 2 ) ξ 2 + 1 2 δ ‖ θ * ‖ 2 + ε ¯ 2 2 根据第2章节的引理，我们有 V ˙ ≤ − β 1 log k e 1 2 k e 1 2 − e 1 2 − 1 2 δ ‖ θ ˜ ‖ 2 + ε ¯ 2 2 − ( β 2 − 0.5 ) log k e 2 2 k e 2 2 − e 2 2 + 1 2 δ ‖ θ * ‖ 2 − ( λ − 1 2 − 1 2 β 2 2 ) ξ 2 (28) 令 a = min { 2 β 1 ， ρ _ ( 2 β 2 − 1 ) ， 2 λ − 1 − β 2 2 ， δ / λ max ( Γ − 1 ) } b = 1 2 δ ( θ ¯ * ) 2 + ε ¯ 2 2 则有 V ˙ ≤ − a V + b (29) 将式(29)左右两侧同时乘以 e a t ，可得 d d t ( V e a t ) ≤ b e a t 并进一步将上式的两侧同时在区间 [ 0 ， t ] 上进行积分运算，我们有 0 ≤ V ( t ) ≤ [ V ( 0 ) − b a ] e − a t + b a ≤ V ( 0 ) e − a t + b a (30) 由式(27)和式(30)，可得 1 2 log k e 1 2 k e 1 2 − e 1 2 ≤ V ( t ) ≤ V ( 0 ) + b a (31) 解不等式(31)，可得 | e 1 ( t ) | ≤ k e 1 ( t ) ( 1 − e − 2 ( V ( 0 ) + b / a ) ) (32) 同理，我们有 | e 2 ( t ) | ≤ k e 2 ( t ) ( 1 − e − 2 ρ ¯ ( V ( 0 ) + b / a ) ) | ξ | ≤ 2 ( V ( 0 ) + b / a ) ‖ θ ˜ ‖ ≤ [ 2 ( V ( 0 ) + b / a ) ] / λ min ( Γ − 1 ) (33) 可见 e 1 ， e 2 ， ξ 和 θ ˜ 均是有界的。因为 e 1 = x 1 − y d 和 | y d | ≤ Y ，所以 | x 1 | ≤ | e 1 | + | y d | ≤ k e 1 + Y 。又因为， k e 1 = k 1 − Y ，从而可得 | x 1 | ≤ k 1 。观察式(9)中 α 1 的定义，可见 α 1 是关于 e 1 和 y ˙ d 的函数，因为 e 1 和 y ˙ d 是有界的，所以 α 1 也是有界的，假设 | α 1 | ≤ α ¯ 1 。根据 e 2 = x 2 − α 1 ，有 | x 2 | ≤ | e 2 | + | α 1 | ≤ k e 2 + α ¯ 1 。令 k e 2 = k 2 − α ¯ 1 ，可得 | x 2 | ≤ k 2 。另外，因为 θ ˜ 和 θ * 是有界的，根据 θ ˜ = θ * − θ ^ ，可知 θ ^ 也是有界的。由式(20)，易知 F c 是关于 e 1 ， e 2 ， ξ 和 θ ^ 的函数，因为 e 1 ， e 2 ， ξ 和 θ ^ 均是有界的，所以 F c 也是有界的。至此闭环系统所有信号都有界。 证毕。
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user: 6. 性能分析 根据上述分析，我们知道系统输入和状态 x 1 ， x 2 均满足相应约束条件。下面，将给出系统另外两个方程的性能分析。在这部分内容中，首先分析状态 x 3 ， x 4 的有界性，其次为保证行驶的安全性，需要悬架空间在其可允许的范围内，即 | x 1 − x 3 | ≤ e max ，且轮胎的动载不能超过其静载，即 | F t + F b | ≤ ( m s + m u ) g 。 如文献 [ 15 ] 方法所述，将式(20)代入 x ˙ 4 ，可得如下动态系统 x ˙ ( t ) = A x ( t ) + w ( t ) (34) 其中， x ( t ) = [ x 3 x 4 ] ，   A = [ 0 1 − k t m w − b t m w ] ，   w ( t ) = [ 0 k t m w x r ( t ) + b t m w x ˙ r ( t ) ] 。 显然，对于有界的 x r ，可知 w 也是有界的，假设其上界为 w ¯ ，即 ‖ w ‖ ≤ w ¯ 。 由矩阵 A 的定义可知，矩阵 A 是稳定的，也就是说存在正定矩阵 P ，使得如下李雅普诺夫方程 A T P + P A = − Q (35) 成立，其中 Q 是正定矩阵。 选择如下李雅普诺夫函数 V ' = x T P x (36) 对 V ' 沿着式(34)求导，可得 V ' = x T ( A T P + P A ) x + 2 x T P w (37) 应用杨氏不等式，有下式成立 2 x T P w ≤ 1 γ x T P x + γ w T P w (38) 其中， γ 是设计参数。将式(35)和式(38)代入式(37)，有 V ' ≤ − x T Q x + 1 γ x T P x + γ w T P w ≤ − x T ( Q + 1 γ P ) x + γ w T P w ≤ − a ' V ' + b ' (39) 其中， a ' = ( λ min ( Q ) − λ max ( P ) / γ ) / λ max ( P ) ， b ' = γ λ max ( P ) w ¯ 2 。 解不等式(39)，可得 V ' ( t ) ≤ ( V ' ( 0 ) − b ' a ' ) e − a ' t + b ' a ' ≤ V ' ( 0 ) + b ' a ' 根据 V ' 的定义，进一步可得 | x i | ≤ V ' ( 0 ) + b ' / a ' λ min ( P ) ， i = 3 ， 4 因此，状态 x 3 ， x 4 是有界的。下面来分析该主动悬架系统在行驶过程中的安全性能。首先分析悬架空间的性能。由于在上述分析中，我们知道所有信号都是有界的，因此有 | x 1 − x 3 | ≤ | x 1 | + | x 3 | ≤ k 1 + V ' ( 0 ) + b ' / a ' λ min (P) 通过调节参数相应参数，可使 k 1 + V ' ( 0 ) + b ' / a ' λ min ( P ) ≤ e max 成立。于是悬架空间在其可允许的范围内，即 | x 1 − x 3 | ≤ e max ，因此是安全的。 接下来分析轮胎的动载是否超过其静载。动态轮胎负载的界限为 | F t + F b | = | k t ( x 3 − z r ) + b t ( x 4 − z ˙ r ) | ≤ k t | x 3 | + k t | z r | + b t | x 4 | + b t | z ˙ r | ≤ ( k t + b t ) ( V ' ( 0 ) + b ' / a ' ) / λ min ( P ) + k t ‖ z r ‖ ∞ + b t ‖ z ˙ r ‖ ∞ 通过调节处置和相应设计参数，使得 ( k t + b t ) ( V ' ( 0 ) + b ' / a ' ) / λ min ( P ) + k t ‖ z r ‖ ∞ + b t ‖ z ˙ r ‖ ∞ ≤ ( m s + m u ) g 成立，则有 | F t + F b | ≤ ( m s + m u ) g 。因此，轮胎的动载没有超过其静载，是安全的。