DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 近似动态规划方法 3.1. 近似动态规划方法概述 近似动态规划的目标是为动态系统提供一个控制信号的集合，随着时间来最大化或最小化效用函数。该效用函数可以是总能量、成本效率、轨迹的平滑性等。本文采用ADHDP近似动态规划方法，为了方便说明，我们假设符号 表示控制信号， 表示效用函数，它一般是系统状态的函数。执行网络用来提供控制信号以最大化或最小化效用函数，这一目标是通过执行网络内部的权值调整实现的。而这一调整又是通过各种信号的反向传播完成的。在每一步迭代中，都有前馈与反馈成分。在前馈过程中，执行网络输出一系列控制信号，而其内部权值的调整是通过反馈过程实现的。换言之，ADHDP的应用包括两个迭代过程，1) 训练评价网络来学习与控制信号集合相应的效用函数；2) 训练执行网络来生成控制信号集合。ADHDP是动态规划的近似实现，通过迭代逼近动态规划的真实解，因此可以逐步靠近非线性系统的最优解。其基本思想是应用函数近似结构近似性能指标函数与控制策略，其最终目标是满足最优性原理以获得最优控制与最优性能指标，有效解决复杂非线性最优控制问题 [ 12 ] 。 3.2. 近似动态规划方法结构 状态取增广形式 ，控制变量 ，根据三轴卫星的动力学方程(6)与运动学方程(7)可以得到状态方程的增广形式。令 (9) 上式具有如下形式 (10) 其中 是系统状态， 是控制输入。 用神经网络构造评价网络如式(10)与执行网络如式(11) (11) (12) 其中 和 分别是评价网络与执行网络的神经网络权值， 和 是神经网络的激活函数， 和 是神经网络的近似误差。为讨论评价网络的权值更新算法，定义评价网络的误差如下 (13) 其中 为折扣因子 ， 。需要最小化的评价网络中的目标函数是 (14) 评价网络的权值更新规则是基于梯度的自适应算法表示为 (15) 其中 是评价网络在时间 时的学习率，它通常会随着时间递减到一个较小的值， 是评价网络的权值向量。 调节执行网络的原理是间接反向传播期望的终端目标和评价网络近似函数的误差。在执行网络中，以测得状态用作网络的输入，以产生的控制作为网络的输出。执行网络的权值更新形式如下 (16) 执行网络的权值更新用来最小化如下的性能指标测量 (17) 权值更新算法与评价网络的权值更新相似，基于梯度下降规则 (18) 其中 是评价网络在时间 时的学习率，它通常会随着时间递减到一个较小的值， 是评价网络的权值向量。 对于动态系统式(10)，相应的代价函数如式(8)，相应的哈密顿函数为 (19) 其中 ， 为代价函数 对 的偏导数。当问题的控制策略和代价函数均取最优时，满足HJB方程，从而 。 评价网络的实际输出为 将其带入哈密顿函数(19)，可得 。评价网络训练的目标就是使得 ，使得评价网络的输出值能够逼近代价函数的最优值。控制网的实际输出表示为 ，执行网络的目标就是使得执行网络的实际输出逼近评价网络输出决定的近似最优控制策略 ，其中 是 对 的偏导数。定义控制网络的实际输出与最优控制二者之差等于 ，执行网络的目标就是使 。基于上述思想设计评价网络和执行网络的权值更新规则，使得评价网络和执行网络的权值能够同步更新 [ 1 ] 。 3.3. 近似动态规划算法步骤 1) 初始化执行网络与评价网络的神经网络的权值 、 ，阈值 、 ，以及神经网络学习率 、 ，定义折扣因子 的值。 2) 读取三轴卫星系统的状态并将其输入到执行网络，计算输出控制动作。 3) 将当前的状态与执行网络输出的控制动作输入被控对象，通过被控对象状态方程获得下一阶段的状态。 4) 将状态、控制输入到评价网络，获得评价网络输出。 5) 将下一时刻的状态输入到执行网络输出下一时刻的控制动作。 6) 将新的状态、控制输入到评价网络，得到评价网络下一时刻的输出。 7) 求解评价网络函数误差值，并依据ADHDP算法流程，依次训练评价网络的权值。 8) 求解执行网络函数误差值，并依据ADHDP算法流程，依次训练执行网络的权值。 9) 循环第2)至第8)步，直到达到最大训练次数或满足误差条件则仿真结束。
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user: 4. 仿真实例 仿真实验1：设定三轴卫星只有第一个轴转动，卫星从姿态 回到 ，其它两个轴初始姿态与终端姿态保持不变，并且初始角速度与终端角速度为0。表1为相关参数列表： Table 1 Single axis maneuver simulation parameter list [18 仿真参数 取值 卫星转动惯量 初始姿态 初始角速度 终端姿态 终端角速度 控制约束 表1. 单轴机动仿真参数列表 [ 18 ] 对动力学方程式(2)分析可知，由于 于是 即 。 根据状态方程式(1)式(2)及上表中初始状态可得 上面的状态方程可以写成如下的离散化形式 当 时有 由上面推导可知，可以用单轴力矩控制去实现单轴机动。为检验近似动态规划方法的性能，用遗传算法模拟的bang-bang控制作为对比。利用遗传算法模拟bang-bang控制20步，步长1.02 S，结果如图1(a)~(c)中虚线所示。采用近似动态规划算法，设迭代ADP算法的误差界为 ，在时间 时开始执行该算法，我们选择三层前馈神经网络作为执行网络与评价网络，其结构分别为6-12-3，9-12-1，两个神经网络的权值随机初始化在[−1，1]之间，训练评价网络与执行网络20次迭代，每次迭代1000个训练步，确保达到给定误差界 ，在训练过程中 ，仿真结果如图1(a)~(c)中实线所示。在图1中由于只有单轴运动，第2，3轴力矩、角速度、角度都为0，因此没有标注。通过两种方法的对比可以看到，ADHDP可以达到近似Bang-Bang控制的效果。 仿真实验2：设定三轴卫星三个轴都需要转动，卫星从姿态 到 ，并且初始角速度与终端角速度为0。表2为相关参数列表： 图1. (a) 姿态角度；(b) 角速度；(c)控制力矩 Table 2 Three axis maneuver simulation parameter list [18 仿真参数 取值 卫星转动惯量 初始姿态 初始角速度 终端姿态 终端角速度 控制约束 表2. 三轴机动仿真参数列表 [ 18 ] 同样为与近似动态规划方法作对比，采用遗传算法，分别采用20个时间步，步长1.5 s，仿真结果如图2(a)~(c)中虚线所示。采用近似动态规划方法，设迭代ADP算法的误差界为 ，在时间 时 图2. (a) 姿态角度；(b) 角速度；(c) GA方法控制力矩；(d) ADHDP方法控制力矩 开始执行该算法，我们选择三层前馈神经网络作为执行网络与评价网络，其结构分别为6-12-3，9-12-1，两个神经网络的权值随机初始化在[−1，1]之间，训练评价网络与执行网络20次迭代，每次迭代1000个训练步，确保达到给定误差界 ，在训练过程中 ，迭代ADHDP算法仿真结果如图2(a)，图2(b)，图2(d)中实线所示。在图2中标注1、2、3分别对应三轴卫星的三个轴。由GA和ADHDP的对比可知，由于GA是基于随机搜索的方法寻找能够实现一定目标的控制策略的，因此其控制力矩显得杂乱无章，而ADHDP方法，是先通过在线学习再去优化控制，所以其控制力矩曲线较为光滑。
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user: 5. 结论 本文采用了ADHDP和GA算法两种智能优化算法对三轴卫星姿态单轴机动和三轴机动路径规划控制做了比较，从仿真结果可以看出，近似动态规划的方法可以求解三轴卫星姿态机动的路径规划问题，并能求得较优的结果。三轴卫星是一个复杂非线性系统，对其进行姿态机动的能量最优控制问题的求解十分困难，本文提出了一种求解该问题的非线性控制方法，ADHDP方法采取非线性函数拟合方法逼近动态规划性能指标函数和最优控制律，通过它可以有效求解该类复杂非线性系统最优控制问题。
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user: 摘 要 油气主要富集在地层超覆带和断裂伴生构造带，有构造成藏及岩性成藏。因此可以利用重磁资料研究断裂及构造单元，为进一步划分含油气远景区提供地球物理依据。根据断裂分布及重磁异常场的分区特征，将研究区划分为4个一级构造单元、7个二级构造单元，基本特征为东西成带、南北分块。 关键词 :重磁特征，断裂，岩体分布，构造格局 Copyright © 2017 by author， Yangtze University 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. 地质概况 研究区A位于渤海湾盆地东部断阶部位，东邻辽东隆起，西接辽东湾断陷盆地。该断阶受NE向及NW向断裂构造控制，形成一些同方向的小型凹陷构造或更次一级的洼陷及局部沉积中心构造，虽然分布面积比较小，但该海域生油岩发育，小型凹陷也可能形成独立的成油系统，且离深部断陷距离也比较近，断裂构造较发育 [ 1 ] - [ 7 ] 。郯庐断裂的晚期活动控制了浅层断裂的形成和分布，因此，小型凹陷内或相邻的基岩斜坡部位极有可能是油气聚集的有利场所 [ 8 ] 。
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user: 2. 地质地球物理特征 2.1. 密度特征 根据该区SS2井、SS100井、SS4井、SS5井、SS6井、SS8井的密度测井资料确定，研究区的主要密度界面分别为：明化镇组底(T 0 )、馆陶组上段底(T 1 )、东营组底(T 2 )、中生界顶(T g )，其密度差分别为0.11 g/cm 3 、0.10 g/cm 3 、0.18 g/cm 3 左右。但该6口井集中分布在研究区南部，具有一定局限性。 2.2. 磁性特征 对研究区周边进行了野外岩石磁化率测量工作，并收集了该区前人测量的岩石磁化率数据，表明区内存在多种类型磁性岩石，在平面上分布于不同地区，在空间上发育于不同时代和不同层位，该区主要发育3个磁性层。 1) 新生界火山岩磁性层：该磁性层中的岩性主要为玄武岩，局部地区分布有安山岩。岩石磁性较强，是构成该局部磁性层的主要岩石，也是形成局部磁异常的主要原因。 2) 中生界火山岩磁性层：该磁性层中的岩性以玄武岩、安山岩为主，次为凝灰岩。其磁化率均值在2000 × 10 −5 左右，火山岩连续分布区可构成局部磁性层，能引起明显的局部磁异常。 3) 太古宙变质基底磁性层：太古宙变质基底磁性层根据其不同类型岩石的磁性大小又分为强磁性层和中等或弱磁性层2种类型。强磁性层主要以角闪片麻岩、斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩及部分花岗片麻岩、含铁石英片岩为代表，岩石磁化率平均值为3000 × 10 −5 左右。中等或弱磁性层该磁性层主要由混合花岗岩、混合岩、片麻岩及变粒岩等构成，磁性相对较弱，这些岩石在区内的连续分布可形成大片宽缓弱磁异常和负异常。 2.3. 重力场特征 图1为研究区东部布格重力异常图，受辽东隆起的控制，其总体走向为NE向，异常值在−6~48 mGal之间变化，自西向东异常变大，自北向南异常变化较平缓。研究区的北部和中南部具有北东东向走势。 图2为研究区东部重力垂向二次导数图，总体呈东西带状分布。研究区西侧的中北部和中部为中间高四周低的闭合区域；条带北部和中南部变化较强烈，呈现明显的北东东向扭曲分布；东侧缓坡带较平缓，自西向东逐渐降低，自南向北逐渐降低。 2.4. 磁场特征 研究区覆盖了1:10万的航磁资料，经过化极处理后，得到化极磁异常图(图3)，从总体上分为4个升高变化的正异常带和3个平缓变化的负背景异常带。 图1. 研究盆地东部布格重力异常图 图2. 研究盆地东部重力垂向二次导数 图3. 研究盆地东部化极磁异常图 1) 归州正磁异常区(A)：由太古宇鞍山群构成，太古宇鞍山群具磁性变质岩基底，由辽东半岛一直向西南延伸到海域，在磁场上反映为正异常。 2) 瓦房店负异常区(B)：表现为负异常可能是古元古界辽河群弱磁性变质基底引起。 3) 上井子正异常区(C)：高磁异常带深部可能有强磁性岩石存在，一种可能是辽东半岛古老结晶基底鞍山群岩石引起，另一种可能是深部存在中强磁性侵入岩体。 4) 猪岛西负异常区(D)：负异常可能由中、古元古宇浅变质岩构成基底，主要为一套区域变质岩组成，岩性多为千枚岩、变质粉砂岩、石英岩、大理岩，石英片岩、板岩、黑云变粒岩、变质凝灰岩等。 5) 虎平岛正异常区(E)：正异常多与燕山期侵入岩有关，各独立磁异常可能是一个个岩体的反映，整体上它们构成2个平行分布的岩浆岩带。 6) 旅顺负异常带(F)：东南缘有岩石出露，主要是元古宇石英岩、石英砂岩等，基本为无磁性岩石，区内负异常可能是该原因引起。 7) 老铁山南升高正异常区(G)：正异常主要与区内出露的太古宇结晶基岩有关，海域内的正磁异常与其成因相同，但区内还可能大量分布有燕山期为主的侵入岩，它们也是引起升高磁异常的地质因素，特别是孤立分布的升高磁异常更可能为侵入岩引起。
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user: 3. 断裂分布 3.1. 断裂划分依据 重、磁异常划分断裂的依据为：① 重、磁异常的梯度带；② 重、磁异常的错位与扭曲；③ 不同特征重、磁场区的分界；④ 串珠状同号异常带。在布格重力异常水平总梯度图上还表现为异常的极大值及异常的错位 [ 9 ] 。根据以上重磁划分断裂的基本依据，利用重力一次水平导数及垂向二次导数，并结合布格重力异常及磁异常化极异常，对研究区的断裂构造进行了推断解释。 3.2. 主要断裂构造 在研究区推断了18条断裂，有12条NW向断裂和6条NE向断裂，反映了该区断裂构造的基本格局(图4)。其中，F1、F2、F3、F16等NE向断裂对NE向构造带起控制作用，由于NEE向断裂和NW向 图4. 研究盆地东部构造格局图 断裂的后期改造作用，形成了东西成带、南北分块的构造格局。 从断裂特征来看，研究区主要大断裂整体分布为NE向，表现为重磁异常的梯度带，基本与工区整体构造方向一致。NW向断裂错断NE向断裂，多表现为条带状异常的错断。
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user: 4. 构造格局 根据重磁场及断裂分布特征，结合基底构造特征，以重力高对应凸起带，重力低对应凹陷带，重力异常由高到低平缓变化对应缓坡带区域为划分依据。由西到东划分为4个一级构造单元：西部凸起带、西部凹陷带、中部凸起带和归州-海猫岛低副构造带。在此基础上进一步划分为7个二级构造单元(图4)。 1) 西部凸起带：西部凸起带位于研究区西部，呈NE向沿郯庐断裂带东界断裂分布，全长大约295 km，面积约为3200 km 2 。凸起带内明化镇组底部、馆陶组上段、东营组底部和中生界顶界面深度分别为300 m、900 m、1100 m、1600 m左右，生油层厚度大概在300 m左右。由区域资料得知其在研究区外向西南和北东方向还有一定延伸，其总体呈一个NW向延伸的窄长状、受断裂F1、F2控制的隆起带。 2) 西部凹陷带：该凹陷构造位于西部凸起带东侧，呈NE向延伸，全长大约295 km，面积约为5800 km 2 ，凸起带内明化镇组底部、馆陶组上段、东营组底部和中生界顶界面深度分别为1400 m、1800 m、2600 m、5400 m左右，生油层厚度大概在300 m左右。在南段，东营组底界和中生界顶界面之间厚度达到1000 m左右。由区域资料推断该凹陷在研究区外向西南和北东方向还有一定延伸，其总体呈一个NE向延伸的窄长状、受断裂F2、F3控制的凹陷带。 3) 中部凸起带：中部凸起带呈NE走向，全长大约310 km，面积约为6800 km 2 ，边界受断裂构造控制，其中F3断裂控制其西部边界，东部边界被F16断裂控制，此外，还被F4、F5、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F14及F15断裂斜切。整体特征表现为被断裂构造控制的有扭曲的隆起带。在其中部、南部进一步划分为渤东凹陷、蛇岛西凹陷、猪岛西凸起、西中岛西凹陷等二级构造单元。 4) 归州-海猫岛低幅构造带：该构造带东部主要位于辽东半岛陆地及沿海地区，向南延入海区。构造走向整体为NE向，全长大约295 km，面积约为8050 km 2 ，构造带生油层厚度在300 m左右。构造带西部被NE向F16断裂控制，东部被F18断裂控制。此外，还被F4、F5、F7、F8、F10、F17、F11、F12及F15断裂及近NW向的F12断裂斜切，其整体表现为西高东低的低幅构造。进一步划分为柏风子西凹陷、海猫岛凸起、西蚂蚁岛凹陷以及上井子缓坡带等二级构造单元。
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user: 5. 结论 1) 结合区内的重磁特征，推断了6条NE向主要深大断裂以及后期发育的多条NE向和NEE向断裂，其控制构造单元的展布特征。 2) 将研究区划分为4个一级构造带，分别为西部凸起带、西部凹陷带、中部凸起带和归州-海猫岛低幅构造带，同时，受后期发育的NEE向和NW向断裂的影响，又划分了7个二级构造单元，分别为渤东凹陷、猪岛西凸起、蛇岛西凹陷、柏风子西凹陷、海猫岛凸起、西蚂蚁岛凹陷和归州–海猫岛缓坡带，具有东西成带、南北分块的特征，并且岩体分布与构造单元存在关系，主要分布在构造单元的边界处。
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user: 摘 要 OSAHS是一种常见的睡眠呼吸疾患，可导致多系统并发症，增加心血管疾病发病率及死亡率，严重影响患者健康，甚至引起交通安全隐患，近年来成为呼吸医学界关注的新焦点。大量研究证明OSAHS是2型糖尿病、胰岛素抵抗的独立危险因素。合并OSAHS的2型糖尿病患者血糖控制往往疗效欠佳。有效的持续正压通气治疗(CPAP)在一定程度上能够使OSAHS合并糖代谢紊乱的患者获益。故，糖尿病或糖尿病高风险患者应常规行OSAHS筛查，以便早期诊断、早期干预及个体化治疗。 关键词 :阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征，2型糖尿病，胰岛素抵抗 Copyright © 2017 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 睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)是睡眠时反复出现上气道塌陷从而引起一系列病理生理紊乱的一种睡眠呼吸疾病，常增加心血管并发症的发病率及死亡率 [ 1 ] 。西方报道OSAHS在中年人的发病率为男性4%~9%，女性1%~2%，患病率为男性24%、女性9% [ 2 ] ；我国人群OSAHS发病率为3.5%~9.6% [ 3 ] ，而肥胖男性的患病率高达33%~77%，女性为11%~46% [ 4 ] 。2007年~2008年中国糖尿病协会调查结果表明，20岁以上成人糖尿病患病率达9.7%，尽管有越来越多的药物选择及有效的生活方式干预，但糖尿病造成的社会负担仍是非常巨大的，且其心脑血管并发症致残率高，成为目前一大公共卫生问题。流行病学研究显示，OSHAS与2型糖尿病密切相关，且独立于肥胖、家族史等危险因素 [ 5 ] [ 6 ] 。OSAHS影响糖尿病发生发展的整个过程。本文就OSAHS与糖尿病关系进行综述。
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user: 2. OSAHS与糖尿病前期 糖尿病前期是指血糖增高尚未达到糖尿病诊断标准的糖代谢紊乱状态，通常指空腹血糖受损或糖耐量异常。横断面研究表明OSAHS与糖耐量受损、胰岛素抵抗有关，OSAHS患者糖尿病前期发生率明显高于非OSAHS患者 [ 1 ] [ 7 ] 。一项队列研究提示OSAHS患者平均夜间血氧饱和度与胰岛素抵抗独立相关，OSAHS是胰岛素抵抗的独立预测因子 [ 8 ] 。另一项纳入2500名患者的大样本研究提示，校正年龄、性别、种族、BMI、腹围等的影响后OSAHS患者糖耐量异常及空腹血糖受损发生率较非OSAHS患者明显增高 [ 9 ] 。Punjabi等人研究显示在校正性别、年龄、种族、体脂百分比等混杂因素后，对比非OSAHS患者，轻、中、重度OSAHS组胰岛素敏感性分别下降26.7%、36.5%、43.7% [ 10 ] 。
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user: 3. OSAHS与2型糖尿病 2型糖尿病患者中OSAHS的患病率可达18%~77%，而OSAHS患者中糖尿病的患病率高达32.9% [ 6 ] [ 11 ] [ 12 ] ，远高于一般人群糖尿病的患病率。多项纵向队列研究均发现OSAHS可增加糖尿病发生的整体风险，特别是在中重度OSAHS更明显 [ 13 ] [ 14 ] 。国内有人对6个前瞻性队列研究跟踪2.7~16年后进行荟萃分析结果提示OSAHS患者糖尿病发病率约为5.6%，中重度OSAHS患者糖尿病发病率较非OSAHS增加63% [ 6 ] 。2010年Aronsohn等人随机从门诊抽取的60名糖尿病进行标准多导睡眠监测(PSG)后发现OSAHS患病率高达77%，在消除混杂因素影响后，睡眠呼吸暂停低通气指数(AHI)、快速动眼睡眠期AHI及氧减指数均与糖化血红蛋白(HbA1c)明显正相关 [ 12 ] ，且随着OSAHS病情加重HbA1c明显升高，提示OSAHS通过夜间间歇低氧显著影响血糖稳态，且间歇低氧越严重血糖波动越大。法国一项多中心横断面研究纳入762名患者，其中497名为既往即已诊断2型糖尿病且已接受药物治疗，另外265名患者为新诊断的未治疗患者，通过多元回归分析糖尿病治疗组及新近糖尿病未治疗组患者OSAHS严重程度与糖化血红蛋白的关系，新诊断未治疗患者HbA1c与AHI和氧减指数正相关，且随着病情程度加重，HbA1c升高；但在糖尿病治疗组，HbA1c与年龄、代谢异常及胰岛素的使用相关，与OSAHS病情严重程度无明显关系 [ 15 ] ，提示OSAHS对新诊断未治疗的2型糖尿病的血糖控制影响更明显，而当进行药物或胰岛素干预治疗后，这种影响可能会被抵消。
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user: 4. OSAHS增加2型糖尿病并发症风险 OSAHS通过间歇低氧、高二氧化碳血症、微觉醒导致交感神经兴奋及氧化应激，进而引起NO等舒张血管活性物质合成减少、促炎因子释放、血液高凝状态等介导血管内皮损伤 [ 16 ] [ 17 ] ，增加2型糖尿病患者心脑血管并发症风险 [ 18 ] 。另有研究显示OSAHS可加重2型糖尿病患者的肾脏损害 [ 19 ] [ 20 ] ，甚至OSAHS严重程度与糖尿病肾病风险正相关 [ 21 ] 。OSAHS亦可加重糖尿病患者周围神经病变、视网膜病变及黄斑病变 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] 。
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user: 6. CPAP治疗对OSAHS患者糖代谢的影响 OSAHS治疗措施包括睡眠及生活习惯改变、体重控制、手术及CPAP治疗等，有研究显示药物或手术控制体重均可显著改善OSAHS的血糖水平，2型糖尿病患者生活习惯改变诱导体重下降也可显著改善OSAHS病情 [ 77 ] [ 78 ] 。近年鼻、咽喉、颌面部手术及正畸治疗运用越来越广泛，但CPAP仍然是OSAHS治疗的首选措施。有研究提示对OSAHS合并糖尿病前期患者，无论是否合并肥胖，CPAP治疗均可改善血糖稳态 [ 79 ] [ 80 ] ，并可显著改善OGTT实验的胰岛素敏感性 [ 81 ] [ 82 ] ，降低24小时血压水平 [ 79 ] ，与另一针对非糖尿病患者的荟萃分析结果CPAP治疗显著改善胰岛素稳态模型参数结果类似 [ 83 ] 。Guest等人的研究显示CPAP治疗5年后HbA1C明显下降 [ 84 ] 。然而亦有研究提示经过三个月每晚6.6小时的CPAP治疗胰岛素敏感性并无明显改善，CPAP治疗2年后HbA1C水平无明显下降 [ 85 ] 。虽然相对于口服降糖药物或胰岛素应用来说，CPAP治疗对糖代谢紊乱的改善效果可能没那么显著，但从目前相关临床实验数据看还是有一定的临床意义，且对于依从性好、中重度患者、合并肥胖、糖尿病前期及血糖控制差患者效果更显著，有望在治疗3月后显效 [ 80 ] [ 86 ] 。 总之，OSAHS患者2型糖尿病发病率明显高于普通人群，是胰岛素抵抗的独立危险因素，目前OSAHS发生糖代谢紊乱的机制尚未完全阐明，有待进一步深入研究。OSAHS可增加糖尿病心脑血管病变、肾脏损害、糖尿病视网膜病变等并发症的整体风险，影响糖尿病药物治疗效果。有效的CPAP治疗可在一定程度上使OSAHS合并糖代谢紊乱患者获益，故对于合并2型糖尿病或糖尿病发生风险高的患者应针对OSAHS进行早期诊断及干预，并实施个体优化治疗。
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user: 摘 要 通过镜下薄片鉴定、X衍射、物性及压汞测试，对陕北地区奥陶系膏盐下马家沟组五段7、9亚段的储层特征及主控因素进行了综合分析。结果表明：目的层岩性主要为粉–细晶白云岩、粉–细晶颗粒白云岩、泥粉晶白云岩；储集空间以晶间孔、晶间溶孔、溶孔为主，膏模孔及微裂缝次之；不同岩性、相带及成因的白云岩储集体，其物性特征具有较大的差异性，沉积相带、沉积层序及TSR反应(烷烃与膏岩的化学反应)对储层分布具有一定的控制作用。 关键词 :陕北地区，马家沟组，储层特征，主控因素 Copyright © 2017 by authors， Yangtze University 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 陕北地区马家沟组五段的7、9亚段( 、 )已发现天然气藏，为盆地奥陶系膏盐下天然气勘探的主要层系。 、 储层整体上物性较好，白云岩化较彻底，平面上连片性较好，储集空间以溶孔为主，晶间孔次之。受海平面升降及中央古隆起阻挡的影响， 、 沉积期环境明显有别于5亚段，储层类型及空间分布受沉积环境(相控性)、海平面升降(层控性) [ 1 ] [ 2 ] 及TSR反应(烷烃与膏岩的化学反应)控制明显，造成了二者之间的白云岩化机理的差异，并最终控制了白云岩储层的空间展布。
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user: 2. 白云岩储层的岩石学特征 受海平面升降及中央古隆起的阻挡作用控制，陕北地区奥陶系马家沟组(Om)膏盐下白云岩储层在短期海退期及短期海进期差别明显，纵向上具有旋回性。岩性上 、 以发育粉–细晶白云岩为主，含少量泥粉晶白云岩。 1) 粉–细晶白云岩：该类白云岩多呈灰色、深灰色，以中–厚层为主，局部发育生物扰动构造、水平纹层。白云石粒度一般为粉晶至细晶，泥质含量较低，扫描电镜观察发现部分晶间孔中有少量丝状伊利石等伴生矿物。白云石晶形为半自形或他形，表面较污浊，常见具雾心亮边，多呈镶嵌接触(图1)。依据是否含有残余颗粒，又可将其分为粉晶白云岩和粉晶颗粒白云岩2种。 2) 泥粉晶白云岩：该类白云岩在 、 局部发育，为褐灰色、灰色甚至黑灰色，呈纹层状到中层状产出，其间或发育生物扰动构造。白云石呈泥粉晶结构，以半自形–自形为主，晶体间呈镶嵌接触。常见的沉积构造有水平藻纹层、微波状纹层等，局部可见溶蚀孔隙(图1)。 图1. 岩石学特征照片
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user: 3. 储集空间类型及结构特征 3.1. 孔隙类型 、 储层孔隙类型与膏盐下整体一致，发育粒间孔、粒内孔、晶间孔、晶间溶孔、溶孔、膏模孔及微裂缝(图2) [ 3 ] 。通过对其孔隙类型统计表明：晶间孔占48.53%，为主要孔隙类型；其次为溶孔和晶间溶孔，分别占25%和13.24% (图3)。晶间孔主要形成于碳酸盐沉积物发生白云石化作用的同期，与白云岩的成因密切相关。溶孔、晶间溶孔形成于白云岩化作用后，因膏质成分遭受溶蚀而形成，其发育程度取决于岩石结构及其被溶蚀的强度。由于晶间溶孔是在晶间孔基础上发育的，因此细晶白云岩的晶间溶孔通常较泥晶及粗晶白云岩更为发育 [ 4 ] 。 3.2. 孔喉结构特征 、 白云岩储层压汞曲线形态为低平斜坡状，排驱压力为0.82~1.43 MPa，主力储层孔隙结构总体表现为孔喉相对较粗、分选较好(图4)。 通过网络孔隙模型数字化结果分析表明， 、 储层孔喉主要以微米级为主，纳米级较少。微米级孔隙半径主要分布于0.65~3.70 μm (平均为1.99 μm)，其中晶间孔占58%，晶间溶孔及膏模孔占23%， 图2. 主要孔隙类型照片 图3. 孔隙类型柱状图 溶孔占19%，孔隙连通性好。纳米级孔隙半径主要分布于0.05~0.2 μm (平均为0.1 μm)，其中晶间孔占51%，晶间溶孔占37%，晶内孔占12%，孔喉连通性整体较好。
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user: 4. 白云岩储层物性特征 、 白云岩储层孔隙度为2%~10% (平均5.02%)，渗透率为0.01~10 mD (平均0.65 mD)，两者相关系数为0.31，相关性较差，后期溶蚀作用形成的次生孔隙对储层物性起到了一定的改善作用(见图5，图6，图7)。局部低孔、高渗区的出现说明了储层孔隙连通性相对较好 [ 5 ] 。 图4. J4井恒速压汞曲线 图5. 孔隙度分布频率直方图 图6. 渗透率分布频率直方图 图7. 孔隙度与渗透率关系图
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user: 5. 白云岩储层主控因素 5.1. 沉积相带 不同的沉积相为储层提供了不同的物质基础 [ 6 ] 。研究区储层发育的有利相带主要包括：膏质云坪、含膏云坪、颗粒滩、微生物丘及灰质云坪等微相类型 [ 7 ] 。 潮间颗粒滩微相形成的白云岩晶粒相对较粗，结构更为均一，局部可见残余颗粒轮廓，晶间孔发育，为最有利白云岩储层 [ 8 ] ；潮上云坪微相及潮下藻黏结岩丘微相的白云岩晶粒相对较细，多为粉晶–细粉晶白云岩，储集性能较差。中央古隆起东侧地区由于临近中央古隆起，水动力条件较强，颗粒滩微相最为发育，因此为有效白云岩储层最发育的区域。 膏质成分在风化壳期极易溶蚀形成膏溶孔，因此有效膏溶孔型白云岩储层主要发育在盆地中部，靖边以西的潮间含膏云坪的风化壳带，其次盆缘膏云斜坡也具有一定的形成膏溶孔型白云岩储层的基础，也发育少量的有效储层。 5.2. 沉积层序 海水升降及转换导致海退期与海侵期的沉积和成岩环境存在差异，因而发生的白云岩化作用也有所不同。海退期，气候炎热，海平面下降，使得盆地中东部地区海水在蒸发作用下浓缩，高盐度卤水中的石膏和其他盐类矿物沉淀，形成大量富镁流体，在潮间带和潮上带交代灰泥等沉积物，形成含较多硬石膏结核及石膏假晶的泥晶白云岩，膏质成分在后期溶蚀，形成膏溶孔；海侵期，海平面上升，不利于富镁流体的生成，但在海侵晚期转换为海退后，蒸发浓缩作用形成的富镁流体构成了白云岩化作用的主体，富镁流体及大气淡水共同作用形成的渗透回流及“混合水”白云岩构成了海侵沉积半旋回的储层主体，发育晶间孔。 5.3. 海水振荡和TSR反应 通过大量岩心观察， 、 内部存在频繁的海水振荡，可以构成四级甚至五级沉积旋回，这种频繁的海水振荡造成白云岩储层的短暂暴露，膏质成分发生早表生期溶蚀。 古隆起东侧白云岩带形成时相对于乌审旗–靖边地区水体更浅，膏质成分更多，发生在早表生期的溶蚀时间更长，溶蚀孔应更为发育。但通过大量薄片鉴定表明，乌审旗–靖边地区白云岩带溶蚀孔发育要强于古隆起东侧，这与埋藏后TSR反应对盐下储层造成的二次溶蚀有关。
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user: 6. 结论 1) 陕北地区盐下主要储层岩性以粉–细晶白云岩为主，含少量泥粉晶白云岩；储集空间主要为晶间孔和溶蚀孔；孔喉结构以微米级为主，亚微米级次之，连通性较好。 2) 白云岩储层的主要控制因素为沉积相带、沉积层序、海水振荡和TSR反应。
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user: 摘 要 叠前弹性阻抗反演中，除需要纵波时差、密度测井资料外，还需要用到可靠的横波时差。由于横波测井采集成本较高，在实际生产中测量较少，且部分实测横波受环境影响后对流体性质(含油气性)的反映并不理想。因此，为得到能够准确反映岩性及含油气性的弹性参数，利用纵波时差及其他测井资料处理成果，使用基于Xu-White模型改进的方法计算横波，并应用于叠前弹性阻抗反演，以预测岩性发育及流体分布情况。以厄瓜多尔18区块为例，应用上述方法计算横波曲线，实现了在强非均质性砂体中的流体预测，且根据预测结果所设计的井位获得了高产工业油流。 关键词 :Xu-White模型，横波计算，弹性参数，厄瓜多尔 Copyright © 2017 by authors， Yangtze University 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 随着油气勘探的不断深入，对于薄层砂体预测的精度要求逐步提高，以往的常规储层反演方法已无法满足目前勘探开发的需求。叠前弹性阻抗反演以其丰富的地震信息、对薄层砂体及其流体性质的有效识别等优势，得到广泛应用。然而，横波速度作为沟通岩石物性和地震波反射特征的桥梁，是叠前反演能否准确反映地下情况的关键要素。 对于目前的测井技术而言，横波测井成本仍然居高不下，多数高成熟开发区块中，只有个别井测有横波资料；且横波测量受钻筒环境影响较大，受影响资料往往无法准确反映地下流体性质。因此，利用常规测井曲线通过优势算法进行横波计算，对储层预测及油气检测有重要意义 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。
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user: 2. 原理与方法 作为岩石物理研究的重要参数，横波速度的计算方法前人已做过广泛研究 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ，大体分为经验公式法和岩石物理理论模拟法两大类。经验公式法是基于纵波速度的一种推导方法，通过拟合纵波速度、密度、泥质含量、含水饱和度、孔隙度等参数的关系来计算横波速度 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。岩石物理理论模拟法是基于岩石物理参数的一种计算方法，通过寻找岩石物理参数与横波速度之间的关系，结合其他常规测井曲线进行横波预测。比较成熟的方法有两类：基于Gassmann公式的横波速度预测方法 [ 10 ] [ 11 ] 和基于Xu-White模型的横波速度预测方法 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 。 该次研究计算横波所用的方法，融合了经验公式法和岩石物理理论模拟法，是在Kuster-Toksoz方程和Gassmann方程基础上，结合Xu-White模型建立的一种方法，用于预测砂泥岩地层的横波速度。所用模型将常规储层的地层结构进行简化，假设地层由砂、泥岩两种岩性构成，且砂岩和泥岩均由骨架和孔隙组成，砂岩孔隙的纵横波速度比大于泥岩；若两块岩石孔隙发育情况相同，若其中一块的砂岩孔隙较为发育，那么该岩石骨架的纵波弹性模量就大于另外一块。 上述方法计算横波速度的流程主要为： 1) 建立符合井情况的流体置换Xu-White模型，对Xu-White模型作一定简化，将扁率这一实际难以测量的值设定为经验常数； 2) 使用常规测井曲线计算单井的泥质含量、孔隙度、含水饱和度等(由于基于流体置换的Xu-White模型主要为两相介质的描述，因此泥质含量、孔隙度等是将岩石划分为两相介质的重要参数)； 3) 使用钻遇地层岩石的砂、泥岩的孔隙纵横比，计算体积模量和切变模量； 4) 应用Gassmann方程和孔隙流体的性质计算出饱含流体岩石的体积模量和切变模量，并结合密度资料，计算出岩石的纵波速度和横波速度。 在实际计算中，大多数井都测有纵波速度资料，因此可通过实测的纵波速度来校正计算所得的纵波速度，反复迭代，直到预测结果满意为止。
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user: 3. 实例应用分析 在油田生产开发中，不同地区所对应的地质情况和岩石物理特性各不相同，因此在应用基于Xu-White模型的方法进行横波预测时要根据地区的实际情况，对计算过程中的关键参数进行调整。 Napo组作为厄瓜多尔18区块(Oriente盆地南部)的主要储层，发育潮坪–深水陆棚沉积环境，Napo组砂体主要富集于潮汐水道相和水下浅滩相，埋深约3260 m，其中有30余口井钻遇，揭示砂体厚度约50~90 m，砂体在部分井上表现为薄互层正韵律，部分井表现为指状砂，具横向变化快的特点 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] 。由于潮汐水道相砂体分选不均匀，孔隙度多集中于15%~20%，渗透率平均约500 mD；水下浅滩相砂体储层物性较差，孔隙度约10%~15%，渗透率平均约7 mD。区内主要发育岩性地层圈闭和低幅背斜为主的构造圈闭，其中又以岩性地层圈闭为主要目标圈闭类型，常规的地震属性分析及叠后波阻抗反演难以对其进行有效识别和预测。笔者利用基于Xu-White模型的横波计算方法，使用叠前纵横波联合反演技术，对储层展布进行了预测，经验证，钻后砂体展布与钻前预测相符合。 在横波计算过程中，泥质含量、含水饱和度和孔隙度曲线的质量非常重要。由于工作区已进入开发阶段，常规测井曲线资料丰富，通过与录井资料对比，容易求得准确的泥质含量曲线。但是，若纯泥岩段存在直线段，则泥质含量曲线表现为方波化，方波化的泥质含量曲线会使计算出的横波速度方波化，影响曲线质量，因此横波速度计算最好针对储层段进行。在泥质含量曲线确定的基础上，利用孔隙度资料进一步修正岩石的弹性参数，使其在储层段表现出不同的响应特征。对于矿物较为单一的情况，泥质不发育地区(如仅灰岩发育的层段)，孔隙度为主要影响因素。同样，含水饱和度代表的含流体性质对弹性参数也会产生较大影响。 图1. 厄瓜多尔18区块P-019井横波时差计算 应用上述方法对研究区的P-019井进行了横波时差计算(图1)，可以看出，通过将纵波时差、孔隙度、 含水饱和度、泥质含量和密度等常规测井资料综合运用，结合流体弹性参数构建的Xu-White模型，算出的横波时差与该井实测的横波时差趋势基本一致。 为验证该方法在全区的可操作性，将研究区内其他有实测横波时差曲线的井进行了横波时差计算，并将计算的横波时差与实测的横波时差曲线进行对比，结果表明，计算的横波时差曲线与实测的横波时差曲线形态非常相似，绝对值误差较小，能够能满足叠前弹性阻抗反演和地下流体预测的需求。 但是，部分井的个别位置出现了实测横波时差曲线与计算横波时差曲线偏幅值不同的情况。为了求证计算结果的可信性，根据岩石弹性力学理论，利用纵、横波测井资料求得连续的动态泊松比ν，ν = [0.5 × (Δt s /Δt p ) 2 − 1]/[(Δt s /Δt p ) 2 − 1] (其中，ν是岩石的动态泊松比，1；Δt p 、Δt s 分别为地层的纵、横波时差，μs/ft)。通过对比计算横波与实测横波计算出的泊松比曲线(图2)可以看出，在含油层段(3180~3185 m， 3192~3193.5 m， 3199.3~3201.7 m)，使用计算的横波时差算出的泊松比曲线反映更明显(泊松比为0.22~0.24)，而实测横波时差算出的泊松比曲线对岩性和含油性的区分都不够明显(偏幅较小)。 通过叠前弹性参数反演，根据泊松比对储层流体变化较敏感的特点，进行泊松比叠前反演(图3)，结果表明，厄瓜多尔18区块含油地层的泊松比(0.09~0.24)与含水地层的泊松比(0.24~0.275)或干层区分明显，可用来反映储层中流体的变化情况；Hollin组含油砂岩多分布在底部(泊松比小于0.20)，且较连续，厚度较大，而Hollin组顶部多为干砂层或泥岩，砂岩储层局部发育，且多为水层。通过规律总结，针对研究区地质情况建议并部署了P-018井，获得了高产工业油流。 结果表明，使用对岩性和流体更加敏感的横波曲线参与叠前弹性参数反演，可大幅提高油气预测的准确性。 图2. 厄瓜多尔18区块P-019井泊松比曲线对比 图3. 厄瓜多尔18区块过P-019井泊松比反演剖面
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user: 4. 结语 在Kuster-Toksoz方程和Gassmann方程基础上，结合Xu-White模型建立的方法能够解决实际生产中 横波速度测井资料缺乏的问题，是计算横波速度的有效方法；经与实测资料对比，所得横波速度可信；有利于对储层岩性、物性及流体的识别，提高油气检测的可靠性。
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user: 摘 要 针对航空发动机液压管路系统在实际工作中由于振动过大产生的卡箍松脱故障，通过电磁振动台模拟宽频域液压管路基础激励环境，采用光纤光栅分步式监测系统，利用HHT方法可以对航空发动机液压管路系统振动信号中的突变信号进行有效的侦测。HHT分析方法能够反映航空发动机液压管路系统的故障振动响应的不同状态，由此进行航空发动机液压管路系统振动信号的检测具体实施步骤。最后结果表明，采用HHT方法与光纤光栅监测系统能够实现航空发动机液压管路故障的定位和判定。 关键词 :航空发动机液压管路系统，光纤光栅，故障诊断，振动，希尔伯特黄转换，经验模态分解法 Copyright © 2017 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 航空发动机液压管路系统是飞机发动机液压系统的重要组成部分，与高压力柱塞泵、阀或活门、作动器等联接，以实现飞机的起落架、襟翼和减速板的收放等不同操控任务。航空发动机液压管路系统在机体环境振动载荷和宽频域流体强脉动冲击载荷的作用下，会产生大位移幅值的强迫振动，当机体产生的基础激励频率、或者液压泵产生的脉动频率与液压管路接近时，会产生结构共振或者流固耦合共振，直接导致管路连接和固定部位的配合面产生大的相对位移，发生与相邻管路或物体的碰撞，卡箍支撑刚度的下降或与连接接头脱离等；长时间工作在流体强脉动和基础激励条件下，特别是存在可能的结构共振时，由于高振动应力作用形成累积损伤，然后经一定循环次数导致裂纹扩展直至断裂。工程中常见的航空发动机液压管路系统振动失效主要表现有：管体碰撞、管体磨伤、管体裂纹、卡箍支撑失效、箍带断裂、橡胶老化、接头松脱、卡套裂纹、支架松动等 [ 1 ] [ 2 ] 。 在航空发动机液压管路系统的振动信号中蕴含着丰富的运行状态信息，通过对振动信号的分析处理，可以得到蕴含在信号中反映航空发动机液压管路系统运行状态的各种特征量 [ 3 ] 。不同状态下液压管路振动信号 [ 4 ] 具有时变特征和周期脉冲等特点，本文的研究内容包括不同工况下的航空发动机液压管路系统振动信号的检测，采用经验模态分解法(Empirical Mode Decomposition， EMD)与希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform， HHT)方法 [ 5 ] [ 6 ] ，希尔伯特-黄变换理论自提出以来，已成为近几年来相关研究与应用的主题，其优点在于可以有效克服信号分析时存在已久的关于分析灵敏度与时间尺度的问题，可以大幅提升信号分析领域的准确性与真实性 [ 7 ] [ 8 ] 。 本文在此基础上，提出利用HHT方法来进行航空发动机液压管路系统发生故障的预测方法。通过在航空发动机液压管路系统的多个敏感节点上布置光纤光栅传感器，进行管路系统应变、温度等参数的机载分布式实时测量，通过实时测得的管路系统多个节点的振动或应变、温度等变化数据，再利用HHT方法分析与特征提取、故障诊断和故障预警算法，实现航空发动机液压管路系统的故障定位和判定。
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user: 2. Hilbert-Huang变换的理论和方法 对于任意时间序列 经过EMD分解，可以得到一系列IMF (Intrinsic Mode Function)分量 [ 9 ] ，其表达式如下： (1) 式中，本征模式函数 分别表示原始信号中所有频率下由高频到低频的信号成分，余量 表示信号的趋势项或漂移。 在任意的某一时间序列 时，Hilbert变换 可表示为： (2) 构造解析函数 (3) 式中， 和 分别称为信号 的瞬时振幅和瞬时相位，其中： (4a) (4b) 由瞬时相位可得信号的瞬时频率： (5) 在进行Hilbert变换 [ 10 ] 之后，各IMF分量可以转化为信号对应的以时间为变量的瞬时振幅和瞬时频率。由于Hilbert变换对局部特性要求较高，所以应去除所分析信号在频域中的虚假成分。以时间和频率为自变量，振幅为因变量，就能得到Hilbert幅值谱 ，即： (6) Hilbert边际谱 定义为： (7) Hilbert瞬时能量定义为： (8) Hilbert能量谱定义为： (9) 上述过程即为希尔伯特-黄变换(HHT)，其中边际谱提供每一个频率值所对应的总幅值，其意义为整个时间跨度内信号在每个频率点上能量累积的分布情况。 (10)
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user: 3. 基于光纤光栅的管路系统健康监测及故障诊断 本文中针对航空发动机液压管路系统健康监测的光纤光栅分布式测试系统主要由光纤光栅传感器、光纤光栅解调模块、信号采集控制器以及PC终端四部分组成。测试系统核心部件-数据采集模块采用NI公司生产的光纤光栅解调模块，光纤光栅解调模块型号为PXIe-4844。光纤光栅传感器将液压管路的振动和温度信息转化为相应的传感信号；光纤光栅解调模块负责发出宽带光、实时扫描反射光波长以及光/电信号的转换;数据采集机箱(PXIe-1073)通过控制总线将各模块的数字信号输入至计算机中，实现数据的同步采集。 将两段相同材料、长度管路用管接头连接，并通过四个卡箍固定在安装壁板上，管路安装壁板固定在振动台台面前端，用频率范围30~3000 Hz、功率谱密度为0.0001 g 2 /Hz随机激励模拟管路振动环境。 针对监测管路结构特点，将四个点的光纤光栅传感器沿管路走向均布在管路上用以监测管路、卡箍的健康状态。根据管路测试条件要求，将光纤光栅传感器的光栅部分直接采用高强度胶贴附在管路本体上，并将光纤部分用普通胶布固定。在航空发动机液压管路系统健康状态监测模拟试验中，模拟卡箍松动、管体碰撞等故障状态以验证光纤光栅传感技术在管路系统健康监测的作用和可行性。
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user: 4. HHT用于液压管路系统故障诊断 4.1. 卡箍松脱HHT分析 选取航空发动机液压管路的2号卡箍为对象进行调整，调整其拧紧程度以模拟卡箍失效与断裂故障。在随机基础激励环境下，管路卡箍的两种故障工况，分别为松动与完全脱落失效。光纤光栅传感器沿管路走向均布在管路上用以监测管路、卡箍的健康状态。图1即为模拟卡箍松动与卡箍脱落示意图，在30 s时刻，2号卡箍出现松动故障；在80 s左右，2号卡箍出现脱落故障。 在随机基础激励作用下，模拟的卡箍松动与卡箍脱落所获得的振动信号含有多种噪声信息，而对航空液压管路故障点位的诊断必须正确选择所要研究的频段。图2和图3为0~120 s内光纤光栅测量结果和加速传感器测试结果，从图2和图3可以明显看出当卡箍松动和脱落时，光纤光栅传感器测点2能够迅速监测到卡箍故障出现的位置，而加速度传感器无法获得管体的碰撞位置。 图4为测点2处的卡箍出现故障时，4个不同光纤光栅测点的振动时域图，由图4明显看到测点2处的振动特征最明显。 图1. 模拟卡箍失效故障 图2. 光纤光栅测量结果 图3. 加速度传感器测试结果 图4. 卡箍2松动与脱落时4个光纤测点的检测时域图 4.1.1. 卡箍松脱EMD分析 对于测点2处的卡箍出现故障时，图5为测点1，2，3，4处光纤测得的振动信号的EMD分解，图7为振动信号的IMF分量频谱图。试验过程中30 s与80 s处出现故障，即在30 s时刻，2号卡箍出现松动故障；在80 s左右，2号卡箍出现脱落故障。从图5、图6可知，在EMD分析过程中，在30秒处和80秒处可以看出有能量的变化，且能量主要集中在IMF1-3层处。由于测点2距离卡箍距离较近，其能量更大些。测点4距离卡箍松脱处较远，测得的振动信号EMD分量不明显。 4.1.2. 卡箍松脱边际谱分析 根据得到的瞬时频率特征，可以进一步得到Hilbert边际谱，如图7所示。可知航空发动机液压管路卡箍从松脱到脱落变化过程中，测点2和测点3距离卡箍较近，呈现两个尖峰，以0.4 Hz和0.8 Hz处能量最大，在其附近也存在着一定的能量分布；测点2处的应力要高于测点3处的应力，测点4距离卡箍较远，没有明显的边际谱应力尖峰出现。 图5. 航空发动机液压管路卡箍从松脱到脱落振动信号的EMD分解。(a) 测点1；(b) 测点2；(c) 测点3；(d) 测点4 图6. 航空发动机液压管路卡箍故障从松脱到脱落振动信号的IMF分量频谱图。(a) 测点1；(b) 测点2；(c) 测点3；(d) 测点4 图7. 航空发动机液压管路卡箍从松脱到脱落不同测点振动信号的Hilbert边际谱。(a) 测点1；(b) 测点2；(c) 测点3；(d) 测点4
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user: 5. 小结 本文将基于光纤光栅传感器的航空发动机液压管路振动响应的HHT分析方法实现监测航空发动机液压管路出现故障振动信号的检测方法。通过分析航空发动机液压管路卡箍的从松动到脱落过程的EMD与边际谱分析，可以很好地完成航空发动机液压管路突变振动信号的故障诊断。
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user: 摘 要 通过研究空间机械臂的动力学特征，先用无源性理论证明其符合无源性条件。然后从能量的角度出发用Lyapunov方法导出系统的控制律。分析空间机械臂的稳定性，用拉萨尔原理证明系统在目标位置处达到渐近稳定。最后，在Matlab中进行仿真实验，验证基于能量法姿态控制的有效性。 关键词 :空间机械臂，无源性，能量法，姿态控制，稳定性 Copyright © 2017 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 随着航天技术的不断发展以及人类对太空探索的不断深入，空间机械臂将扮演着越来越重要的角色。由于太空环境的恶劣会给宇航员的空间作业活动带来很大的威胁，因此使用空间机械臂去协助甚至代替宇航员完成一些危险性的工作，既可以在很大程度上保障宇航员的安全，也可以提高工作的效率，而且还可以提高经济效益。空间机械臂是一种多体系统，因而可以采用多体系统的建模方法。对于处在自由漂浮状态下的空间机械臂来说，臂杆的运动会影响本体的姿态和位置。因此，在实际研究中必须考虑空间机械臂臂杆和本体之间强烈的动力学耦合作用。 国内外学者对空间机械臂进行了深入的研究。Vafa等 [ 1 ] 提出了一种虚拟机械臂的概念，在忽略外力的前提下，系统的线动量和角动量守恒，这就为在空间机械臂系统中使用一般的控制方法提供了理论基础。梁斌等 [ 2 ] 讨论了如何将一个自由飘浮空间机器人等价成一个通常固定基座上的机器人，将其定义为动力学等价机械臂，并阐述了动力学等价机械臂与自由飘浮空间机器人运动学与动力学的等价性。Ozkan等 [ 3 ] 在动力学等价机械臂模型的基础上，忽略了系统的非线性因素，得到了系统参数线性化后的动力学方程，并且设计了控制器，使系统达到了渐近稳定。Huang等 [ 4 ] 在拉格朗日模型的基础上，设计了自适应滑模控制算法，保证了系统的渐近稳定。Abiko等 [ 5 ] 设计了新的自适应控制方法，在不考虑系统奇异性的情况下讨论了系统的稳定性问题。 本文针对空间机械臂的稳定性问题，在不考虑载体在空间内的旋转和系统的不确定性因素以及外界干扰性的前提下，设计了一种基于能量和姿态的控制器，充分考虑了系统非线性和强耦合的作用，有效地避免了运动过程中的奇异值问题，并且在目标位置处进行了稳定性分析。
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user: 2. 空间机械臂的数学模型 空间机械臂(图1)的组成主要分成两个部分：一部分是本体，另一部分是与本体相连接的两根臂杆，其中在本体与第一根臂杆以及第一根臂杆和第二根臂杆关节处分别施加有一个驱动力矩。将系统各参数和变量的定义分别设置为 ：本体的质量； ：第 根臂杆的质量( )； ：臂杆 质心到关节 的距离；( )； ：本体的转动惯量； ：第 根臂杆杆的转动惯量( )； ：本体质心至臂杆处第一关节的距离； ：关节 到臂杆 质心的距离( )； ：本体与竖直方向的夹角； ：第一根臂杆相对本体所旋转的角度； ：第二根臂杆相对第一根臂杆所旋转的角度。 ：机械臂第 个关节上的驱动力矩( )；将拉格朗日函数L定义为系统动能和势能之差，即 图1. 空间机械臂的简化模型 (1) 其中 和 分别表示为系统的动能和势能，且 。在空间环境中，重力的缺失使得在拉格朗日力学方程中，只需要考虑其动能。因此对于空间机械臂来说， 。为方便计算，先定义几个有用的参数 ，且 ; 空间机械臂的拉格朗日方程为 (2) 其中 。由式(1)和式(2)可得系统的动力学方程为 (3) 其中 为系统的广义速度， 为系统的广义加速度； 为系统的惯性矩阵； 代表系统的科氏力和离心力。其中 具体表达式分别为 的行列式 ，可知存在一个向量 使得 (4) 其中 是任意的n维列向量。
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user: 3. 系统的无源性 系统中各物理量都是能量变化的反映。因此，从能量的角度来研究系统，也就意味着只要系统的能量得到了控制，系统的物理量也就得到了控制 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。也就是说，系统能量变化的属性是可以通过系统的耗散性和无源性来体现的。系统的总能量为 (5) 对t进行求导可得 (6) 当时间 时，系统的总能量 ，对式(6)两边积分可得 (7) 这表明系统对于输入 和输出 满足无源性条件。 由上式可知，无源性主要是取决于系统的外部输入和输出。耗散不等式的物理意义在于它表明系统从外部所得到的总能量不能小于系统本身能量的增长量。这也就是说，只要系统是无源的，在运动过程中总是会有能量的消耗。
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user: 4. 控制律的设计 根据无源性理论，利用系统的总能量设计控制器，构造如下Lyapunov函数 (8) 其中 、 、 、 和 均为大于零的常数。对t求导，可得 (9) 根据Lyapunov稳定性原理，要使系统达到稳定，则需要使 ，因此可令 (10) 其中 和 均为大于零的常数。由式(9)和式(10)可得出基于能量法的控制律为 (11)
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user: 5. 稳定性分析 为判定系统的渐近稳定性，必须验证Lyapunov函数 沿系统状态轨迹的严格负定性。在实际系统中，构造出来的Lyapunov函数往往只满足 。对此，系统的渐近稳定性可由LaSalle不变集原理来证明。先引入相关的定理： 定理1已知非线性系统 ，设 是系统的有界正向不变集。若存在定义在U上的连续可微函数H： ，满足 ， ，那么，该系统对应于任意初始状态 的解 随时间t趋向于M，即 ，式中，M是集合 所包含的最大不变集。 该定理的意义就在于能够得出 会趋近并且进入 ，而且最终会收敛于最大不变集M。因此，若能够判断出空间机械臂在 中的不变集只包含平衡点 ，那么就可以得出平衡点 是渐近稳定的结论。由式(10)可知，当 时，则 ， ，即V和 、 都是常数。现在分两种情况来证明 1) 若 ，即 ，由式(3)可知， ， ， ， ； 2) 若 ，由式(3)、式(5)和式(10)可知 (12) 则 ， ， ， 。 由上述分析可得出最大的不变集M为 ，因此系统在该平衡位置处是渐近稳定的。
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user: 6. 仿真实验 为了验证上述利用能量法设计出来的控制律对系统的控制稳定性，通过Matlab仿真工具对其进行试验。设本体的杆件号由0来表示，相关物理参数如下表1所示， 取 ; ; ; ; ; 给定初值为： ; ; ; ; ; ; 目标位置为： ; ; ; ; ; . 仿真试验结果，如图2~9所示。其中图2~4分别表示了载体和两根臂杆随时间的角度变化，图5~7分别表示了载体和两根臂杆随时间的角速度变化，图8，图9分别表示了机械臂两个关节处驱动力矩随时间的变化。 从图中可以看出，系统的角度、角速度以及驱动力矩随着时间的变化最后都趋近于零，空间机械臂本体和臂杆之间确实存在着强烈的动力学耦合作用，且系统在运动过程中有效地避免了奇异值的出现。系统在 内趋于稳定，即达到了预期的运动状态，因此所设计的控制律是有效的。 Table 1 Quality of geometric parameters of the syste 杆件号 (kg) (m) (m) (kg∙m 2 ) 0 30 0.5 —— 1.67 1 1 0.5 0.5 0.33 2 1 0.5 0.5 0.33 表1. 系统的质量几何参数 图2. 本体的角度变化 图3. 第一根臂杆的角度变化 图4. 第二根臂杆的角度变化 图5. 本体的角速度变化 图6. 第一根臂杆的角速度变化 图7. 第二根臂杆的角速度变化 图8. 机械臂第一个关节处的驱动力矩 图9. 机械臂第二个关节处的驱动力矩