DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 四旋翼无人机系统的动力学建模 对四旋翼无人机进行数学模型的构建。首先提出三点假设： 1) 四旋翼无人机机身不发生任何的形变，即认为无人机为刚体； 2) 在机体的质心上建立机体坐标系，整机质量均匀分布，质心在飞行过程中不发生偏移； 3) 在四旋翼无人机的飞行过程当中，重力加速度不随着飞行高度的变化而改变，保持一个定值。 建立机体坐标系G和地面坐标系E如图1所示。相应的得到地面坐标系到机体坐标系的转换矩阵如公式(1)所示： 图1. 四旋翼无人机的坐标系 R = [ cos ψ cos θ sin θ sin φ cos ψ − sin ψ cos φ sin θ cos φ cos ψ + sin ψ sin φ sin ψ cos θ sin θ sin φ sin ψ + cos φ cos ψ sin θ sin ψ cos φ − sin φ cos ψ sin θ sin φ cos θ cos θ cos φ ] (1) 其中， θ 为俯仰角， φ 为横滚角， ψ 为偏航角。 在地面坐标系下，四旋翼无人机在飞行过程中一般受到三个外力，即重力G、阻力 D i ( i = 1 ， 2 ， 3 ， 4 ) 和旋翼的升力 T i ( i = 1 ， 2 ， 3 ， 4 ) ，如公式(2)~(4)所示： G = m g (2) D i = 1 2 ρ C d ω i 2 = K d ω i 2 (3) T i = 1 2 ρ C t ω i 2 = K t ω i 2 (4) 其中， ω i ( i = 1 ， 2 ， 3 ， 4 ) 表示的是四个电机的转速， K d 为无人机的升力系数， K t 是无人机的阻力系数。这两个系数一般经由经验公式算出，如公式(5)和(6)所示： K d = C d ρ A r 2 (5) K t = C t ρ A r 2 (6) 其中， C d 和 C t 是四旋翼无人机的螺旋桨的翼型的一些常数， ρ 是所处位置的空气密度，A是四旋翼无人机机翼旋转一周所扫过的面积，r是螺旋桨的长度。 将其通过转换矩阵得到四旋翼无人机的线运动方程如(7)所示： { x ¨ = ( F x − K 1 x ˙ ) / m = [ K t ∑ i = 1 4 ω i 2 cos ψ sin θ cos φ + sin ψ sin φ − K 1 x ˙ ] / m y ¨ = ( F y − K 2 y ˙ ) / m = [ K t ∑ i = 1 4 ω i 2 ( sin ψ sin θ cos φ − cos ψ sin φ ) − K 2 y ˙ ] / m z ¨ = ( F z − K 3 z ˙ − m g ) / m = ( K t ∑ i = 1 4 ω i 2 cos θ cos φ − K 3 z ˙ ) / m (7) 进一步，通过转换矩阵，可以得到机体的角速度 [ p ， q ， r ] 和欧拉角的角速度 [ φ ˙ ， θ ˙ ， ψ ˙ ] 之间的换算关系如(8)所示： [ p q r ] = [ φ ˙ − ψ ˙ sin θ θ ˙ cos φ + ψ ˙ sin φ cos θ − θ ˙ sin φ + ψ ˙ cos φ cos θ ] (8) 再进行变换可以得到用机体角速度表示的欧拉角的角速度的表达式如(9)所示： [ φ ˙ θ ˙ ψ ˙ ] = [ ( p cos θ + q sin θ sin φ + r sin θ cos φ ) / cos θ q cos φ + r sin φ ( q sin φ + r cos φ ) / cos θ ] (9) 在之前，假定了四旋翼无人机质量是均匀分布的，并且整个机身关于十字对称轴对称，因此四旋翼无人机的惯性矩阵I为对角阵如(10)所示： I = [ I x 0 0 0 I y 0 0 0 I z ] (10) 根据飞行器的动力学方程，可以得到四旋翼无人机的角运动方程如(11)所示： [ p ˙ q ˙ r ˙ ] = [ [ M x + ( I x − I z ) q r ] / I x [ M y + ( I z − I x ) r p ] / I y [ M z + ( I x − I y ) p q ] / I z ] (11) 通过在四个螺旋桨上的电机，可以实现四旋翼无人机的飞行动作。为此，定义U 1 、U 2 、U 3 、U 4 为四旋翼飞行器的四个独立控制通道的控制输入量来实现无人机的控制，如(12)所示： [ U 1 U 2 U 3 U 4 ] = [ K t ∑ i = 1 4 ω i 2 K t ( ω 4 2 − ω 2 2 ) K t ( ω 3 2 − ω 1 2 ) K t ( ω 3 2 − ω 1 2 ) K d ( − ω 2 2 + ω 3 2 − ω 4 2 ) ] (12) 为了得到四旋翼无人机的动力学模型，进一步提出三点假设： 1) 不考虑无人机与空气之间的摩擦，即忽略空气中的摩擦阻力； 2) 忽略无人机的螺旋桨的螺旋陀螺效应，则螺旋桨产生的升力和力矩与转速的平方有一定的线性关系； 3) 认为无人机的转动角度较小，因此绝对角速度 [ p ， q ， r ] T 可由欧拉角速度 [ φ ˙ ， θ ˙ ， ψ ˙ ] T 代替。 由此，得到六自由度的四旋翼无人机的动力学方程如(13)所示： { x ¨ = ( cos φ sin θ cos ψ + sin φ sin ψ ) U 1 / m y ¨ = ( cos φ sin θ sin ψ − sin φ cos ψ ) U 1 / m z ¨ = − g + cos φ cos θ U 1 / m φ ¨ = θ ˙ ψ ˙ ( I y − I z ) / I x + l U 2 / I x θ ¨ = φ ˙ ψ ˙ ( I z − I x ) / I y + l U 3 / I y ψ ¨ = φ ˙ θ ˙ ( I x − I y ) / I z + U 4 / I z (13)
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user: 3. 基于神经网络的PID控制器设计 PID控制参数的选取关系到控制效果的好坏，越精准的参数带来更优的控制效果。但是可以得到精确数值的理论计算整定法对于具有高度非线特点的四旋翼无人机模型显然适应性不强。而工程整定法虽然可以通过调试得到较好的控制效果的参数值，但是也存在着两个问题。第一，调试的效率较低。即使有着经验公式的帮助，参数的调试也不能一蹴而就，仍需要不断地试验。第二，调试的精度较差。要想在进一步的提升控制效果，单单靠不断地试验显然是不太现实的。因此工程整定法一般情况下不可能达到最优的参数设定。考虑到BP神经网络对于非线性函数出色的拟合能力，通过大量数据的训练，可以输出较为准确的参数。 因此，本文提出的控制策略将BP神经网络和PID控制器相结合。这个控制器分为两部分，一部分是PID控制部分，这一部分与传统的PID控制没有相比没有特别的区别；另一部分则是BP神经网络对PID控制器的参数学习部分，通过BP神经网络的反向传播机制进行网络参数的训练，通过理想目标输出对PID控制器的参数进行预测，预测值作为第一部分的控制器参数，以使PID控制器的参数更精准，控制更为优良，系统的鲁棒性更好。 Table 1 The structure of the BP neural networ 层数 输出结构 训练参数的个数 输入层 (，60) 780 隐含层1 (，60) 3660 隐含层2 (，60) 3660 隐含层3 (，60) 3660 隐含层4 (，60) 3660 隐含层5 (，30) 1830 Dropout层 (，30) 0 输出层 (，1) 31 表1. BP神经网络结构 因此，提出如表1所示的BP神经网络，该网络结构由五个隐藏层、一个输入层和一个输出层组成，输入层包含了60个神经元，有780个参数；前四个隐藏层由60个神经元组成，包含着3660个参数；第五个隐藏层由30个神经元组成，包含着1830个参数；最后连接着输出层，共计17，281可训练参数。层与层之间都采用的是全连接的方式，即不同层的神经元之间都相互连接着。在第五个隐藏层与输出层之间，夹着一个Dropout层。它的用途是在模型训练的时候，通过随机让某些神经元不工作来防止过拟合情况的发生。 在训练过程中，首先给定待训练参数初始值，以系统响应作为输入，此响应所对应的控制参数值作为标记，进一步定义损失函数(通常选取均方误差)，利用梯度下降的原理对参数进行更新(反向传播机制)，当损失值达到一定要求时，即可停止训练。 通过保持PID控制器的其中五个参数不变，在一个区间范围内改变剩余的一个参数的取值，得到了六组数据。通过这六组数据，训练神经网络，并在Sigmoid和ReLU两种不同的激活函数及Adam和SGD两种不同的优化器下进行了对比。其中对 k p x 的训练结果如图2、图3所示。 图2. Adam优化器下对 k p x 的训练 图3. SGD优化器下对 k p x 的训练
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user: 4. 算例 同样的，对其他控制参数进行预测。本文选取了其中一组预测值加以比较。在其他参数值不变的情况下，选取在Adam优化器和ReLU激活函数下神经网络对各参数的预测值，可以看到对系统的控制情况的影响如表2所示： Table 2 Performances of predictive value 控制参数 预测值 稳定性 超调量 k p x 3.0559897 √ [0.426，0.264，0.1608] k p y 3.1216955 √ [0.348，0.343，0.154] k d x 3.2249856 √ [0.115，0.277，0.1608] k d y 3.1152592 √ [0.348，0.1018，0.1611] k p 70.97655 √ [0.322，0.254，0.1445] k d 17.395998 √ [0.333，0.262，0.1936] 表2. 预测值对控制系统的影响 图4给出了基于工程整定法确定的控制参数( k p x = 2 ; k p y = 2 ; k d x = 2 ; k d y = 2 ; k p = 80 ; k d = 20 )条件下，系统的控制效果。 图4. 工程整定法下的响应曲线 将PID控制器的参数都换成神经网络所给出的预测值，可以发现控制效果有了较大的提升，达到稳态的时间缩短、超调量减小，如图5所示。这说明机器学习方法(BP神经网络)能有效地预测出PID控制器的参数使其达到较好的控制效果。 图5. BP神经网络得到参数下的系统响应曲线
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user: 5. 结论 本文对四旋翼无人机的控制行为进行了一些研究，主要是通过一定的假设和简化建立了四旋翼无人机的动力学模型。在动力学建模的基础上，设计了一个PID控制器来控制四旋翼无人机的飞行过程，并通过MATLAB进行仿真来验证所设计的PID控制器的有效性。结果表明： 1) 利用四旋翼无人机的动力学模型，进行数据的生成，通过生成的数据来训练网络可满足控制效果，在没有足够多的实验数据时，此方法不失为一种数据增强的有效方法。 2) 工程上通过经验所确定的PID控制器参数，传统的PID在无噪声的环境下可以使无人机到达指定的位置并保持稳定，但在有噪声的环境下，传统的PID控制器的表现并不是很好，即鲁棒性较差。 3) BP神经网络的预测能力能够有效地提高PID控制器的参数选取的精度，从而拥有更好的控制效果。
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user: 摘 要 大回线源中心方式瞬变电磁法在深层地下水资源勘探中有着非常广泛的应用。瞬变电磁法(TEM， transient electromagnetic method)采用的晚期视电阻率的计算方法有着明显边界效应，本文为了有效地压制边界效应采用了计算全区视电阻率的方法。为解决陕西某地区水资源严重短缺的问题，分别采用TEM和放射性测量法对该地区进行地下水资源勘察。地下含水断裂位置可通过视电阻率分布情况大致确定，断裂构造范围可通过放射性α射线异常来圈定，通过视电阻率和放射性α射线异常测量来相互映证，提高测量精度。本次工作达到预定目标，新确定的4口水井满足设计要求的单井喷水量达到50 m 3 /h，进一步验证了TEM与放射性勘探的综合应用在深层地下水资源勘探中的可靠性。 关键词 :瞬变电磁法，放射性勘探，全区视电阻率，地下水资源勘探 Copyright © 2020 by author(s) 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 水资源的匮乏导致了地区民生、经济、社会发展缓慢和生态环境破坏等一系列的问题 [ 1 ]。在传统的地下水资源勘探中各种地球物理学方法一直得到极为广泛的应用。 目前国内外可以采用多种工程物探方法进行地下水资源勘察工作，包括核磁共振、电法、EH4、激发极化等，每种方法都有其适用性，在地下水直接勘探方面核磁共振方法已经取得了良好的效果 [ 2 ]，但是核磁共振方法容易受到电磁干扰，并且勘探深度只有有限的70~100 m，并不能够完全满足部分地区精细勘察深部地下水目标的需要。梁建刚等组合利用电阻率法和激发极化法等方法 [ 3 ]，结合各种方法的独到之处，同时通过相互比对规避因方法局限产生的缺陷，最终取得了良好效果。吴小洁等结合多种地球物理勘探方法，通过划分基岩破碎带来寻找地热水 [ 4 ]，张彪等则利用高密度电法勘探浅表地层，EH4寻找深部大构造和区域性断裂发育这两种方法相互结合的方式，在严重缺水的花岗岩区取得了不错效果 [ 5 ]，电阻率法因其本身原理的限制并受地形、地下异常体等多方面因素的干扰导致效果较差，激发极化法则从一方面补充了电阻率法的不足，但由于形成异常的影响因子同样较多导致解译成果的多解性，在一定程度上影响了激发极化法在实际工程的推广应用 [ 6 ]。 瞬变电磁法作为间接找水的方法拥有独特的优势，其在具有勘探深度大、抗电磁干扰能力强优点的同时，仍能保证对低阻层具有较高的分辨率。瞬变电磁技术是根据地下介质电性差异来确定相对低阻(即含水层)的位置。我国在20世纪70年代开始用核技术方法进行寻找地下水的研究，到如今技术逐渐趋于成熟。相较于传统电磁法，放射性探测法具有独特的优势：仪器装备相对轻便，操作更加简化，成本进一步降低，效率更高，成果更加直观，可视性更强，相对于电法抗干扰能力更强等等。采用TEM和放射性测量法对该地区进行地下水资源勘察。地下含水断裂位置可通过视电阻率分布情况大致确定，断裂构造范围可通过放射性α射线异常来圈定，通过视电阻率和放射性α射线异常测量来相互映证，提高测量精度。为了能提高勘探成果的可靠性，进一步降低勘探的风险，本文利用放射性测量方法和大回线源瞬变电磁方法相互综合、映证的方法，来进一步现场提高工作效率。流程见图1。 图1. 示意图
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user: 2. 工作原理简介 2.1. TEM原理及全区视电阻率定义 瞬变电磁法的工作原理在地表铺设输入阶跃电流的不接地回线，当发送回线的电流突然断开时，就会在在下半空间产生感应涡流场，最后通过感应涡流场衰减曲线特征获取地下目标体的物理信息。本次使用的大回线源瞬变电磁法采用的发射线圈为300 m*500 m，在大回线中心范围内采集数据。大回线源瞬变电磁法铺设回线简单，线圈铺设完好后，可同时通过多台接收机完成采集工作，还可以改成阵列式观测即把接收线圈按照阵列布置。大回线源装置采用中心回线计算晚期视电阻率，晚期视电阻率表达式为： ρ = μ 0 4 π t [ 2 π I 0 a 2 μ 0 / ( 5 t ε ( t ) n s ) ] 2 / 3 式中 I 0 为电流；a为圆线圈半径，对于矩形线圈， a = L 1 L 2 / π ，L 1 和L 2 分别为矩形线圈的边长； μ 0 为磁率； ε ( t ) 为实测的感应电动势；n为接收线圈匝数；s为接收线圈面积；t为各道采样时间时长。 计算中心回线源晚期视电阻率时，当早期道不满足晚期视电阻率计算条件时会导致计算结果偏大；在实际工作中勘探区位于回线中心的一定范围内，由于存在不同点场响应的差异性的情况，出现较为明显的“边界效应”。针对上述两点问题本文采用了计算全区视电阻率的方式 [ 7 ]。全区视电阻率计算公式为： H Z ( t ) 回 线 = ∑ i = 1 4 ∫ 0 L i I y 4 π r 3 [ ( 1 − 3 2 u 2 ) e r f ( u ) + 3 u π ⋅ e − u 2 / 2 ] d L H Z ( t ) = 1 s n μ 0 ∫ 0 t V z ( t ) d L 式中t表示时窗时间，V(t)表示感应电压，s表示接收线圈面积，n表示接收线圈匝数。在计算全域视电阻率、全区视电阻率时都采用二分迭代的方法。 实际工作中采集到的TEM数据是二次场感应电动势在时间序列上的衰减曲线，资料的处理过程中，需要进行时深转换把现场采集资料变换成电阻率随深度变化。通过以下的公式计算视电导率、视电阻率及视深度等相关参数，本次拟采用电磁波扩散速度反演与瞬变电磁一维反演相结合的方法，计算每道的探测深度，利用并通过现场钻孔和相关地质剖面图等相关地质资料进行交叉对比。时深转换计算公式如下： h τ = ( 3 A q 16 π ( v ( t ) / I ) S τ ) 1 / 4 − t u 0 S τ S τ = 16 π 1 / 3 ( 3 A q ) 1 / 3 u 0 4 / 3 ( V ( t ) / I ) 5 / 3 ( d ( V ( t ) / I ) / d t ) 4 / 3 式中A是发射线圈面积， V ( t ) / I 是归一化感应电压， d ( V ( t ) / I ) / d t 则表示归一化感应电压对时间的导数。 首先建立一维理论正演模型，假设均匀半空间电阻率r = 100 Ω∙m，回线线框大小为400 m × 400 m，测量点距为30 m，供电直流电流1 A，图2为发射线圈与测点相对位置示意图。图3为晚期视电阻率计算方法与全区视电阻率计算方法视电阻率断面图，从晚期视电阻率断面图3(a)可以很明显的看出，早期道则会有电阻率的假高值出现，这种情况即是瞬变电磁法的边界效应。而通过全区视电阻率断面图3(b)则可以明显看出，不存在图3(a)中所看到的因边界效应而在早期道产生的视电阻率假高值，所以我们可以看到视电阻率更接近模型的实际电阻率。 图2. 正演线框及测点布置位置示意图 图3. 理论模型视电阻率断面图。(a) 晚期视电阻率断面图；(b) 全区视电阻率断面图 2.2. 应用放射性方法寻找地下水原理 氡气测量法是采集地下水水、大气以及土壤中的氡气浓度，并通过测量氡气浓度差异来解决相应地质问题的一种较为常用的测量方法。氡(Rn)是惰性气体中的一种，它一般以游离原子的形式沿着孔隙迁移，因此断层破碎带、地裂隙等都有利于氡气在其中扩散，而一般放射性异常产生的原因也分大概为三类： 1) 不同岩石拥有的放射性矿物的种类和含量都不相同； 2) 由于地质构造运动造成岩石挤压破碎变形，所以在构造及裂隙发育带中岩石的射气系数(即1克岩石在完全达到放射性平衡的时间内放出的氡量)具有更强的迁移能力，射气更易于到达地表，产生异常也更明显； 3) 地下水的地球化学作用导致土壤及岩石中的放射性元素发产生变化，出现放射性异常 [ 8 ]。地下水分为孔隙裂隙水、土壤水以及不同层位间的层间水。孔隙裂隙水与成岩裂隙、风化裂隙以及构造裂隙等各种裂隙有紧密关系，其中构造裂隙带一般都是地下水储运都极为丰富的地带 [ 9 ]。
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user: 3. 工区概况 3.1. 区内地质 勘察区处于鄂尔多斯盆地南缘与汾渭地堑中部边缘交互地段，地质构造复杂。根据过往勘察资料，该区域内有多条北东，北东东向高角度正断层发育，以上断层多含水丰富，对基岩裂隙水具有控制作用。 3.2. 区内水文地质 根据工程地球物理测量深度的范围，勘察区内的地下水可分为浅层松散沉积层孔隙裂隙水和深部基岩裂隙水。 3.2.1. 松散沉积层孔隙裂隙水 1) 下中更新统黄土状土潜水含水岩组 主要分布在二级黄土塬，黄土状土及粉质粘土为主要岩性、局部区域含薄层砂砾石层。水位埋藏深度在25~85 m之间，中心处较深、南北两端较浅。赋水层厚度在20~60 m，其厚度变化由基岩面起伏所致。 2) 下中更新统砂砾石状潜水含水岩组 主要存在于工区北部，上部为黄土状土，下伏砂砾石及少量粉质黏土，富水性良好，水位浅。 3) 上新统承压水含水岩组 主要存在于工区南部，上层为粉土夹细砂，含水很差，下伏砂砾石，为该组主要含水层，其同样具有较强的富水性。 3.2.2. 基岩裂隙水 1) 三迭系下中统纸坊群裂隙水含水岩组 集中在工区北部，主要成分为砂岩和泥岩，局部区域泥岩较厚，下伏石千峰组第四段厚层泥岩，厚层泥岩隔水性良好，能够起到类似隔水板的作用；工区内断层多，裂隙极其发育，为该含水岩组提供了极为有利于地下水赋存和运移的条件，使其成为该地区富水层。但由于该层底面基岩起伏较大，该层在各个测区的厚度变化较大，相对应的涌水量也变化较大。 2) 二迭系上统石千峰组第三段裂隙水含水岩组 该岩组主要岩性为砂岩局部夹少量泥岩，其中砂岩占比较大多超过90%，从以往该地区周边的勘察资料可以推测出，该岩组具有良好的富水性。且基岩裂隙水应属重碳酸型地下水。 须指出，基岩裂隙水在地下的赋存情况虽然具有相对的成层性，但是也不是一定的，地下水一般会向断层和岩溶裂隙发育密集地带以及基岩顶部相对低洼处等地方富集。而且，含水裂隙发育带及含水基岩风化层一般深度较深，大多位于基岩面以下40~90 m。
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user: 4. 数据采集及资料处理 4.1. 数据采集 整个采集工区共划分为4个小工区，其中每一个小工区内共布设测线两条，测线布置为正南北向，点距采用20米点距，线距为100米，平面布置图如图4。经过实地实验之后，确定如下工作参数：大回线框长度为500 m × 300 m；采样频率为25 Hz；采样延时为120 us；测道数为40道；发射电流为3.3 A；接收线圈等效面积为2200 m 2 。现场质量检查均通过现场监理确认，符合相关规范及设计要求，确信所采集数据均是是有效的。 图4. 测点平面布置图 4.2. 资料处理 瞬变电磁法所采集数据是测点各个测道的瞬时感应电压，需更进一步换算成视深度、及各深度的视电阻率等数据，才能进行下一步处理，具体步骤如下：对于实测的原始数据，先做初步整理和预处理，再据此计算全区的视电阻率，经过反演和滤波后，绘制成相应的视电阻率断面成果图，最后综合解释。处理流程图见图5。
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user: 5. 资料解释 为了进一步验证全区视电阻率有效性，分别用晚期视电阻率和全区视电阻率对某一工区实测资料进行计算，如图6所示。从图6(a)和图6(b)可以看出，两种视电阻率计算方法所计算出来的晚期(中深部)结果基本一致，但浅层和边界电阻率差别很大：图6(a)可以看到很强的“边界效应”，早期道(浅部)尤其靠近边框部，电阻率的假高值现象较为明显，而图6(b)则基本不存在视电阻率“边界效应”，且未发现明显的电阻率假高值，进一步验证了全区视电阻率有效性，对后期资料全部采用全区视电阻率计算方法进行数据处理。 图5. 数据资料处理流程图 图6. 实测资料视电阻率断面图成果图。(a) 晚期视电阻率成果图；(b) 全区视电阻率成果图 5.1. 资料解释 以某一工区资料为例，见图7从视电阻率断面成果图上可明显看到0~100 m、150~230 m、270~320 m处有相对低阻的异常区域出现，可明显看到有异常出现呈现向下弯曲状，深度在380 m左右，电性差异反映为80~105 Ω∙m的低阻，可看出该位置富水性好，且根据α测量剖面图上可以看出该3处有明显的高值异常，可推测出该三处为基岩面相对低洼积水区或断裂发育集中带，故建议井位设在0~100 m、150~230 m、270~320 m处，考虑到村民用水方便，建议井位位于190 m处。 图7. TEM视电阻率成果、阿尔法值曲线及井位设计 5.2. 钻孔验证 结合瞬变电磁法和放射性测量共确定4个井位，并进行钻孔验证，钻孔平均深度375 m，单井涌水量达到并超过设计目的50 m 3 /h，给当地用水困难的现状带来了极大的改观。
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user: 6. 结论 1) TEM技术在寻找地下水资源时具有以下优势：① 勘察深度大；② 分辨率高；③ 效果显著等，能够有效提高找水的工作效率。 2) 全区视电阻率计算的方法能够有效规避晚期视电阻率计算方法所存在的“边界效应”，避免了早期道的高值假异常，能够更加真实的反映出模型的地电情况，更利于大回线源瞬变电磁法所采集数据的处理和后期解译，对于进一步提高工程物探的精准度，有着积极意义。 3) 工程物探中一般依据电阻率越低富水可能性越高的原则，但多种因素都可能对电阻率产生影响，且物探本身具有多解性，复杂的地质条件也可能对测量数据产生影响，可能导致最终的推测结果与实际情况有所偏差。结合放射性测量，可以有效避免上述情况，两种方法结合，避免一种方法的缺陷，发挥各自的优点，以相互验证、补充，有效的避免的单一方法的多解性，进一步降低工程物探的风险，工作效率有了显著提升。
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user: 摘 要 人的全面发展是马克思主义的终极追求，认清社会主义市场经济与人的全面发展的关系具有极为重要的理论和现实意义。在新时代的经济形势下，社会主义市场经济的发展既为人的全面发展提供客观要求，又为其发展提供前提和保障。与此同时，市场经济对于人的全面发展具有双重作用，拜金主义、利己主义、贫富差距使得人的全面发展面临巨大冲击。厘清二者关系，选择适合人的全面发展的正确路径：通过大力发展生产力，强化制度建设，提升文化能力等多视角、多维度实现二者的协调发展。 关键词 :社会主义市场经济，人的全面发展，关系，路径 Copyright © 2020 by author(s) 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 实现人的全面发展是马克思主义理论人文关怀的终极体现和最高价值目标，既是中国特色社会主义的目的和归宿，也是实现中国社会持续发展的条件和基础。在社会主义市场经济的大背景下，人的发展面临一些挑战。而从当前我国实际来看，实现二者的协调发展至关重要。
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user: 2. 人的全面发展是马克思主义的终极关怀 实现人的全面发展是马克思主义发展的一条重要线索，贯穿伟大思想家的整个寻求人类解放的生涯。“实现人类自由自觉高度发展”这一命题仅仅是马克思构建的虚拟的理想模型吗？决定其为科学性还是空想性的关键在于明晰“人的全面发展”的理论内涵及其可能的实现路径并以此来确证其科学性。 2.1. 马克思关于人的全面发展历史进程的论述 在《1857~1858年经济学手稿》中，马克思提出了人的发展“三阶段”理论。第一阶段：“人的依赖关系”阶段。在原始社会，生产力发展水平较低，个体还没有获得相对于他人的独立性发展。第二阶段：“以物的依赖性为基础的人的独立性”阶段。在这一阶段，人们摆脱了早先的人身依附关系，然而这种独立性并不是完全意义上的独立，借助于对物的依赖。第三阶段：“自由个性”阶段。“它是各个人的这样一种联合(自然是以当时发达的生产力为前提的)，这种联合把个人的自由发展和运动的条件置于他们的控制之下” [ 1 ]。 2.2. 关于人全面发展的深刻含义 “人的全面而自由的发展”是人的发展三阶段中的最高阶段。我们可以从以下几个方面来理解其含义。第一，人的劳动能力的全面发展。劳动不仅把人类社会和自然界分离开来，同时又把二者联系起来，实现了物质世界的分化与统一。第二，人的社会关系的全面发展。个人不能脱离社会存在，随着生产力的不断发展，人们的社会关系日益呈现多样性，人们之间产生的政治、经济、文化等关系日益协调，而且人对各种关系的占有和控制能力不断提高。第三，个性才能的全面发展。一方面，个人自主性的发展。它即表现为对社会独立判断、独立思考的能力，又表现为个人的自我控制、自我调节能力。另一方面，个人独特性的发展。这种独特性使人与人相互区别，展现出自己独立存在的地位和价值。 2.3. 人全面发展的经济条件 正如马克思所说的，“哲学家们在以不同的方式解释世界，而问题在于改造世界” [ 2 ]。真正关心人类发展及其未来的思想家的伟大之处从来不在于他对现实世界的解构，更在于其建构性。马克思关于人的全面发展的论述并非仅仅停留在理论层面，更主要的是在于现实的经济基础。这一论述建立在每个历史阶段的经济发展之中，是历史的、鲜活的、运动的、发展与前进之中的。现实的人的发展总是与一定的历史发展阶段联系，并贯穿在人类社会朝着文明方向发展的历史进程之中。
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user: 3. 社会主义市场经济与人的全面发展的关系 社会主义市场经济的良好运行必须依靠人的积极参与，同时人的全面发展又会为社会主义市场经济的发展带来新的动力，二者是辩证统一的关系。人的全面发展作为市场经济发展的人文价值取向的目标之一而先在于市场经济的存在，具有优先性和先在性，是经济发展到一定阶段为其提供物质保障、促使其发展并由此所带来的附属物；与此同时，市场经济的高效配置资源的效率事实取向必然要求有精细的独立经营、自负盈亏的完整市场主体，激发人的主体意识和现代性。 3.1. 人的全面发展是社会主义市场经济的客观要求 作为社会主义市场经济的参与者，人在社会主义市场经济健康运行中发挥着不可替代的作用。 首先，市场经济激发人的主体意识和现代精神。市场经济发展核心在于资源的高效配置，资源高效配置需要市场主体能够根据市场需求和供给并结合自身利益趋利避害调节生产经营活动。市场主体参与经济竞争的过程中，培养独立自主的精神、竞争精神和平等精神，有利于自我意识的高度发展和主体精神的追求。同时，市场主体的差异性制约着市场经济的发展，而不同个体之间自身能力和素质存在着差异性，因此提高人的能力和素质，促进人的全面发展，有效发挥人的才能在社会主义市场经济发展过程中就显得尤为重要。 其次，现实的经济问题要求人的全面发展。目前我国社会主义市场经济发展过程中也面临着一系列的问题和制约经济发展的瓶颈，如经济发展方式落后、资源利用率不高、环境污染严重、人口压力过大等等。而解决经济困境问题的关键在于人的创造性思维、必须依靠人的全面发展。只有从多方面、多角度、多层次系统的提升人的素养，培养人的才能，才能运用新的方法、新的视角创造性的解决经济发展中遇到的问题，社会主义市场经济的有效运行才能实现。 3.2. 社会主义市场经济是人全面发展的基础和前提 社会主义市场经济自身的特点为人的全面发展提供了诸多条件： 第一，社会主义市场经济极大的解放了生产力，而人的全面发展必须以物质资料的极大丰富为基础，由此，人的物质需要得到基本满足。人类只有满足了最基本的物质需求之后，才有条件追求更高层次的精神需要。并在追求精神需求的过程中达到人的全面、多层次发展。 第二，社会主义市场经济促进了人与人之间的交往，社会主义市场经济体系作为一个开放的体系，在很大程度上突破了时间、空间限制，使人们在更大范围内进行交往。马克思曾经指出：“人们受自己的生产力的一定发展以及与这种发展相适应的交往的制约” [ 3 ]。生产方式决定人的交往方式，人的全面发展又受到交往方式和交往程度的影响和制约。交往方式的多样化影响人类发展和需求的多样化，交往为人的全面发展提供新的路径和方式。 第三，市场经济是一种竞争性的经济，优胜劣汰是其自然规律，人们为了更好存活，必须不断提高自身能力，促进自身的全面发展，以适应残酷的市场竞争。社会主义市场经济具有平等性的一般特征，增强了人的平等意识。社会主义市场经济活动中的个人都具有平等的社会地位，使得每个市场主体都能够平等地享有自己的权利和利益。每个人都能拥有和实现全面发展的机会，为人的自由全面发展提供了强大的精神动力。
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user: 4. 社会主义市场经济条件下人的发展面临的挑战 社会主义市场经济对人的发展具有双重作用。一方面它能促进人自身各方面素质的提升，另一方面市场经济自身所存在的弱点也会在一定程度上阻碍人的全面发展。经济发展过程中的拜金主义、利己主义以及贫富差距的加大都对人性的考量和检验，人类自由发展面临着异化的冲击。 4.1. 拜金主义盛行使人面临物化挑战 社会主义市场经济条件下，人与人的关系很大程度上是通过商品、货币等物的关系表现出来的。 第一，社会主义市场经济下拜金主义的表现。商品、货币以及交换关系为人类创造了巨大的物质财富，由此，商品、货币以及交换关系渐渐成为不以人的意志为转移的强大存在，束缚着人的发展，最终使人成其为奴隶。在这种拜金主义思想的驱使下人的价值观极易受到破坏，沦为没有思想的工具。为了不断积累财富，采取各种非法手段，极大的威胁社会安定。拜金主义的盛行，使人的发展面临物化挑战，个体丧失其发展的独立性，唯金钱至上，对此我们要有清醒的认识。 第二，拜金主义的本质是人类的物化。市场经济的本质是人的关系通过物的关系表现出来 [ 4 ]。这实质上反映了人对物的依赖关系。社会主义市场经济仍然是市场经济的一种特殊形式，在社会主义市场经济中，人的独立性还不够完整，它仍然是以对“物”的依赖为前提的，即对货币和商品关系的依赖为前提。人对物或货币的依赖使得物或货币反而成为了支配人、凌驾于人的客观力量，使人对它产生崇拜，将物当作衡量人的价值标准，从而导致人的物化、对金钱的渴望和膜拜，产生了拜金主义。由于人们忽略了精神世界的修养，最终人成为金钱的奴隶，导致物对人的奴役。马克思批判的资本主义商品拜物教、货币拜物教和资本拜物教在社会主义市场经济下也不同程度的存在。 4.2. 利己主义盛行使人面临冷漠化挑战 社会主义市场经济使得个人利益的观念得到强化，利己主义滋生，这一思想不仅挑战着人际关系的底线，同时，也危害社会有机体的正常运行： 第一，市场经济是人际关系趋于冷漠化。市场经济以追求利益为根本目标，而在市场经济中的人为了追求自身利益的最大化，往往通过不合理的手段来获取自身利益，长此以往，利己主义盛行。这种利己主义的存在，严重影响着人与人之间的正常交往，使人际关系出现冷漠化倾向。然而在一个相对健全的社会中，每个人之间应该是和谐相处、平等共生、互帮互助的关系。这种利益先行、自我中心的利己主义对于人的长期发展带来的负面作用不容忽视，而且对于良好社会关系的维持带来严峻挑战，冲击着传统的纲常伦理规范。 第二，利己主义侵蚀社会良好风气。利己主义将个人的利益当成是唯一的现实利益，集体利益应服从个人利益。利己主义容易使人偏离正确的人生目的，而仅仅在意自身的物质利益的实现，一些人为了自身利益的最大化，对集体和他人的利益漠视甚至损害。在现实生活中，利己主义导致个人为了一己私欲，唯利是图，甚至违法犯罪，阻碍自己与他人的自由全面发展。利己主义的泛滥严重污染、腐蚀着社会肌体，使社会主义精神文明陷入危机之中，阻碍人的精神世界的健康发展。 4.3. 贫富差距加大使人面临畸形发展 竞争是市场经济的本质属性，市场经济在竞争机制的驱使下会形成优胜劣汰的生存规则，“强者更强，弱者更弱”的现象越来越明显： 第一，贫富差距导致人们仇视心理。一定程度上极大的激发了人们的创造才能，有效的带动人的全面发展。然而另一方面不同的个体之间所面临的的家庭环境、教育背景、生存状况等又是不同的，这些不同因素的存在对人的发展所产生的影响自然也是不同的，人与人之间贫富差距也会不断扩大，社会财富集中在少数人手里。从这个方面来看市场经济所追求的平等并不是绝对的平等，而是一种相对的平等。久而久之不公平现象愈发严重，贫富差距不断加大。那么竞争中处于弱势地位的人，其个人发展水平会受到一定阻碍，甚至面临畸形发展。同时，贫富差距、两极分化必然导致人类心理的畸形发展，仇视心理的存在就是典型表现和心理畸形的主要产物。 第二，经济的贫富差距决定人全面发展的程度。强者在满足自身物质需要的同时，拥有更多的时间和精力去满足自身的精神文化需要，从而促进个人的全面发展。而弱者则一直把时间和精力放在为解决生存所需的基本物质生活资料的奔波中，个人的自由全面发展受到了阻碍。同时，在资源优化配置过程中也会出现资源配置不平衡现象，强者更多地占有更好的资源，致使弱者自由全面发展的条件受到限制。
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user: 5. 促进社会主义市场经济与人的协调发展 社会主义市场经济条件下，人的全面发展不容忽视。为了保证二者的协调发展，我们必须从经济、政治、文化等方面统筹兼顾，采取相应的措施，找到合适的发展路径。 5.1. 大力发展生产力是实现人的全面发展的物质基础 马克思指出“当人们还不可能使自己的吃喝住穿在质和量方面得到充分供应的时候，人们根本就不可能获得解放”。邓小平同志在南巡讲话中对社会主义的本质作了精辟概括：“社会主义的本质是解放生产力，发展生产力，消灭剥削，消灭两极分化，最终达到共同富裕” [ 5 ]。解放生产力、发展生产力是社会主义本质在生产力方面的体现，而“人是生产力中最具有决定性的力量”。由此看来，人们物质生活条件的满足必须通过发展生产力才能实现，进而才能追求人的发展。同时，大力发展生产力的过程本身要求人们不断提升自身能力和素质，只有把自身做大做强才能为生产力的发展提供帮助，促进社会财富的积累。因此，二者是相互统一的。为了发展生产力我们必须完善我国的经济体制，提升科技创新能力，从而实现经济增长的更大突破。 5.2. 强化制度建设是实现人的全面发展的政治保障 政治文明属于上层建筑，它以物质文明为基础，以精神文明为指导，同时又以其制度、法律，对物质文明和精神文明建设起着促进、保障和制约作用。推进政治体制改革，发展社会主义民主政治，建设社会主义政治文明，是社会主义现代化建设也是全面小康社会建设的一项战略目标，同时也为人的全面发展奠定重要的制度保障。 谋求人的全面发展必须具有政治保障，这反映在每一个人身上便是必须提高个人的政治素养。当前现实状况决定了提高个人的政治素养和政治觉悟必须不断完善社会主义民主法制建设。通过完善政治体制改革、加强基层民主建设、强化依法治国、推进依法行政、依法执政、公正司法等手段不断深化社会主义民主法制建设。不断强化制度建设，人的权利与义务才能实现有机统一，拓宽民主参与的渠道，增强政治认同感，提高民主意识，投身于我国的民主法制建设，做一个合格的公民。 5.3. 加强文化建设是实现人的全面发展的动力源泉 建立在社会主义市场经济基础之上的社会主义精神文明的建设是实现人全面发展的强大助推器也是重要牵引力、精神支持和智力保障。因此，实现的人的全面自由发展必然需要加强文化建设。 文化在人的发展过程中起到教化作用，丰富多彩的文化活动能够激发人的创造性。因此，必须加强文化建设。首先，大力发展教育事业，促使人们了解文化的起源及发展过程，培养文化认同感。其次，发挥大众传媒的导向作用，弘扬主流文化思想，采取人们喜闻乐见的多样化方式发挥文化感染人、影响人、塑造人的功能。再次，批判继承中国传统优秀文化的同时，积极吸取外国有益的文化，实现文化的交流、借鉴与融合。最后，加大文化事业和文化产业建设，在市场经济条件下，要妥善处理两者的关系，坚持“两手抓、两加强”，加强基层人才队伍建设。
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user: 6. 结语 从我国二十多年的发展实践来看，相较于资本主义经济发展现状，社会主义市场经济的实行为我国各方面的发展带来了巨大活力，我们既要欣喜于取得的成就，同时又要保持清醒的头脑。尤其是在注重人的全面发展的今天，我们只有充分认识到市场经济的不足，才能更好的对其优化，才能不断有所创新，才能继续把握发展的脉搏，才能更好地实现以人为本。 在社会主义市场经济高度发展的前提条件下，只有提高人的整体素质，才能为人类未来的全面发展奠定基础，也只有提高人的各方面素质，才能把握人类未来实践活动的内在根据，使人类履行客观物质世界的活动与履行主观世界的活动在更高的层次上得到协调发展，真正实现物的尺度与人的尺度的和谐统一，达到必然与自由的统一 [ 6 ]。
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user: 摘 要 电机械制动是一种采用电力作为动力源的新型轨道交通制动方式。在轨道交通行业内，列车冲动限制控制关系着行车安全和乘客的乘车体验，是列车制动控制中及其重要的一环。国内大部分城轨列车和高速动车组要求列车冲击率小于等于0.75 m/s 3 ，按照该标准，本文通过PID控制对电机械制动装置进行力反馈控制，进行了电机械制动冲动限制控制研究，试验验证了电机械制动装置在列车冲击率小于等于0.75 m/s 3 等工况下的控制效果。 关键词 :电机械制动，冲动限制控制，PID控制 Copyright © 2020 by author(s) 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 制动力控制是制动系统的重要的功能，而列车的冲动限制控制是制动力控制中必不可少的一环，也是乘客舒适度评价指标中较为重要的一环。 有研究员在西安地铁2号线的试验中实测的结果，防滑阀处测点的制动缸压力变化率不大于158.2 kPa/s就能保证列车冲动限制不超过0.75 m/s 3 ，但列车在人工驾驶模式下同样测点制动缸压力上升斜率为117.5 kPa/s，ATO系统自动运行时同样位置测点制动缸压力上升斜率为57.5 kPa/s [ 1 ]。固然较小的制动缸压力上升斜率，即较小的列车冲击率能够满足限制要求，也不会造成旅客乘车不适的体验感。但是由于无法精确控制夹钳的运动，虽然能够满足冲动限制控制的下限，同样也限制了冲动限制控制的上限。 还有研究人员在论文中描述的黏着条件极差、速度较低(40 km/h)的列车运行情况。减速度在此时突变为6 m/s 2 。若按冲动限制进行控制，列车速度将在2 s左右降为0，且此时仍有4.4 m/s 2 的减速度。这样大的减速度和2 s的减速时间将使车轮处于抱死滑行。所以在防滑控制，尤其是低速阶段可以不按照冲动限制的要求控制制动力的减小 [ 2 ]。 对于这些主流的空气制动系统，无论其控制系统是以压力空气作为制动信号传递和制动力控制介质，或是以电气信号来传递制动信号，最终都是需要控制制动缸气压从而控制列车的制动和缓解。制动缸的压力精度有限(±20 kPa)，时滞性较大(响应时间在1 s以上) [ 3 ]，所以空气制动系统非线性很强，较难对夹钳运动和夹钳夹紧力进行精准控制，空气制动系统列车冲动限制则是通过控制制动缸压力目标曲线来间接实现 [ 4 ]。 电机械制动是一种新型的轨道交通制动装置，其系统动力源为电力，依靠电力直接驱动基础制动系统中电机，带动夹钳，使闸瓦(片)与其摩擦副摩擦产生摩擦力，将列车动能转化为热能产生制动效果。电机械制动在国外首先应用于航空领域 [ 5 ]，渐渐在汽车领域 [ 6 ] 也有较多应用和研究，但在轨道交通领域中应用较少，目前仅在日本鹿儿岛1000型低地板车上安装过该原理的制动器 [ 7 ]，韩国有相关技术专利，但未进行实际应用。在国内，同济大学吴萌岭课题组在电机械制动方面做出了较深的探索研究，目前已经有较为成型的使用于轨道交通车辆的电机械制动系统。 电机械制动系统能够精确控制夹钳的运动，在夹紧后也能通过力闭环，较为精确控制地控制实际夹紧力跟随目标夹紧力。从而在进行冲动限制控制的过程中能够较为精准地控制列车的冲击率。此时列车冲击率不再是一个定值，而是可以随着列车运行环境的不同进行调整的变值，可见电机械制动系统能够实现上述研究员所设想的冲动限制控制调整。 以下本文研究了电机械制动系统冲动限制控制原理，采用了PID算法实现了控制的调节，试验验证了控制的效果。
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user: 2. 电机械制动系统冲动限制控制原理 电机械制动单元的功能是接收电机械制动系统上层控制器发送的单元目标制动力的信号，通过控制本制动单元的电机驱动后续机械结构完成制动缓解动作，产生相应的制动力或者缓解到位。控制要求在制动时，电机械制动单元响应速度要快，实际制动力能够快速准确地跟随目标制动力的变化。 电机械制动单元主要包括电机，电机驱动单元，传递装置，夹钳等部分组成。控制流程主要如图1所示。 图1. 电机械制动单元控制流程图 针对上述控制流程，本文采用图2所示的控制策略进行控制，在电机电流环控制的外环进行PID的力反馈控制。通过力反馈值与目标值的对比，改变电机驱动单元控制的电机电流，最终实现制动力的控制。下图中 F B ∗ 为目标制动力，F B 为实际制动力。 图2. 电机械制动单元控制策略 PID控制应用在本套系统的制动力控制中的表达式如公式(1)所示 { e ( t ) = F B ∗ − F B u ( t ) = k p e ( t ) + k i ∫ 0 t e ( t ) + k d d e ( t ) d t (1) 式中e(t)为目标制动力和实际制动力的差值，u(t)为控制的输出值，k p 、k i 、k d 为系数整理之后的比例系数，积分系数和微分系数。 系统的控制目标为调整合适的三项系数，使系统的制动力实际值能够较好地跟随目标值的变化。
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user: 3. 控制调节算法实现 要实现制动力闭环的控制，需要在制动力产生的部位安装力传感器。本文中采取在电机推出端安装力传感器，该传感器测出的推出力经过传动机构放大之后即是实际制动力。本文采用NI公司的Labview编程环境进行所需控制算法的编制。整体算法主要由四部分功能组成，分别是：数据采集，PID算法实现，CAN通讯以及数据保存及显示。下面本文将分别结合Labview编程环境介绍着四部分功能的实现。 数据采集部分如图3所示。 采用NI Labview的DAQmx程序包内的电压采集模块对力传感器的电压信号进行采集，设定相应的采样频率后对采集的数据进行处理。本文中对每20个数据去除其最大最小值后取其平均值的方法对采集信号进行噪声处理，处理完毕得到较为平稳和精确的实际制动力的值。该值再参与图4的PID算法实现部分。 图3. 数据采集程序框图 图4. PID算法实现程序框图 将制动力目标值和实际制动力的值相减得到差值，再将该差值进行PID算法运算从而得到控制的输出值，在本文的电机械制动系统中，控制输出的值为电机的电流值，所以在经过运算后得到的实际控制量为电机电流值。对该电流值进行上下限限制后需要将这个值发送至电机驱动模块中，则需要由CAN通讯程序实现通讯功能，保证驱动模块能够正常收到指令。CAN通讯程序见图5。 采用对应NI CAN卡所需的CAN open模块进行调用，按照通信协议设置对应波特率和相关参数后即可实现通信。 图5. CAN通信实现程序框图 图6. 数据保存程序框图 最后程序结果需要保存和显示，保存对应框图如图6。 如图6所示，本文中所保存的数据有实际夹紧力，制动力目标值，控制周期等数据。而数据的显示面板则如图7所示，包含前面所介绍的PID参数，CAN通信参数，实际力和目标力的显示，冲动限制的控制等等。 图7.数据显示面板 整体的制动力控制算法实现部分在本节中进行了详细介绍，冲动限制控制则是对制动力的上升斜率进行控制，后续将通过试验效果进行算法的验证，得到对应合适的PID参数，并在不同的冲动限制条件下进行试验。
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user: 4. 试验效果验证 本文的试验验证均在图8所示试验台上进行试验，图中为安装在模拟制动盘上的电机械制动装置，夹钳为地铁使用的同款夹钳。 图8. 电机械制动系统试验台 在前期试验中，针对PID参数进行了调试试验，得到针对本套试验设备在k p = 0.9、k i = 0.01、k d = 0.025时，实际制动力能够较好地跟随目标制动力曲线。 在此基础上采用试验验证的方式对电机械制动冲动限制控制的能力进行检测，电机械制动拟设定的参数采用青岛11号线技术参数进行设定，即轴重 ≤ 14 t (AW3)，最大常用制动的平均减速度 ≥ 1 m/s 2 ，列车纵向冲击率 ≤ 0.75 m/s 3 (除紧急制动)，每节地铁车辆拟安装8个电机械制动夹钳单。计算可得，在常用平均减速度为1 m/s 2 时，每个电机械制动夹钳单元需要提供7 kN的力。故本文在试验中测试了制动力为7 kN时，冲动限制控制分别为0.75 m/s 3 ，0.5 m/s 3 ，0.25 m/s 3 时的电机械系统控制效果。如下图9，图10，图11所示。 图9. 目标力7 kN冲动限制0.75 m/s 3 图10. 目标力7 kN冲动限制0.5 m/s 3 图11. 目标力7 kN冲动限制0. 25 m/s 3 图12. 目标力20 kN无冲动限制控制 由试验数据可以看出，由于采用了PID控制算法，电机械制动系统的实际夹紧力曲线在实际力和目标力产生差值时，能够发觉该差值并针对差值进行相应控制，反应在实际曲线中则是在滞后和超调状态中不断寻找合适的控制值，使实际夹紧力曲线能够较好跟随目标力曲线，整体上可以得出实际制动力和目标值的曲线最大差值小于0.35 kN，即控制值和目标值的差值小于5%，满足工程应用要求。由图12可以得出在目标力为20 kN即不进行冲动限制控制的紧急制动情况下，电机械制动系统制动力从10%上升到95%的时间(空气制动系统升压时间)只需0.17 s。电机械制动系统在满足基础的冲动限制控制(列车纵向冲击率 ≤ 0.75 m/s 3 )要求外，能够进行自定义的冲动限制控制，如上述冲动限制为0.5 m/s 3 ，0.25 m/s 3 ，或者其他冲动限制值，这将有利于引言中提到的防滑，低黏着等情况下的制动力控制。从下图13电机械制动系统和空气制动系统制动力上升的对比可以看出，相对于传统空气制动系统，电机械制动系统制动力上升速度有较大优势。 图13. 电机械制动与空气制动制动力上升对比曲线 综上所述，电机械制动系统能够精确进行冲动限制控制，制动力上升可以快也可以慢，且能够由系统进行实时调整。
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user: 5. 结语 本文进行了电机械制动系统冲动限制控制的研究，采用PID算法实现了制动力闭环控制，并且通过试验验证了目标夹紧力为7 KN，列车冲动限制为0.75 m/s 3 ，0.5 m/s 3 ，0.25 m/s 3 等工况下的电机械系统控制效果。验证结果显示电机械制动系统在夹钳运动控制上有着结构精简、响应时间快、控制精确、智能化电气化程度高等优势，这些优势能够提升制动系统的控制能力。除去本文介绍的冲动限制控制方面外，电机械制动因为在夹钳运动控制上的优势，能够更容易地实现闸瓦间隙调整、在线磨耗检测、制动摩擦副在制动时产生的冲击控制等方面的控制，这些问题等待更多研究人员的开发和实现。
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user: 摘 要 强夯是高速公路工程中常用的地基加固技术，然而强夯对周围结构产生的振动影响，严重制约了强夯技术的工程应用。本文采用数值模拟的方法，分析了气垫和泡沫轻质土的隔振效果，优化了两种隔振材料的技术参数。气垫、泡沫轻质土的隔振数值模拟表明，振动频率为20 Hz和10 Hz时，隔振深度为6 m和9 m，两种材料到达最佳隔振效果。考虑到强夯特征振频，优选振动频率为10 Hz，隔振深度为9 m。在10 Hz振频和9 m埋深下，两种隔振材料的水平隔振效率分别为73%、39%，竖向隔振效率分别为68%、35%。气垫隔振材料的弹性模量(即气压)对于隔振效率基本没有影响；泡沫轻质土的密度、弹性模量对隔振效率具有较显著的影响。 关键词 :强夯振动，数值模拟，隔振效率，气垫，轻质土 Copyright © 2020 by author(s) 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 强夯法作为一种经济、高效的地基加固技术，在工程界广泛应用。然而施工过程中产生的振动会对周围附属设施、旧路结构等产生不利影响，严重制约了强夯技术在振动敏感区的应用。 目前，开挖隔振沟是解决强夯施工对周围设施和建筑物振动影响的最为便捷有效的方法，国内外许多学者通过室内模型试验、现场足尺试验等方法对其进行了深入的研究。Barkan [ 1 ] 进行了隔振沟的现场试验，结果表明隔振效率随沟槽深度、沟槽长度、振动频率的增加而提高。刘晶磊 [ 2 ] 等通过室内试验开挖不同深度、宽度的隔振沟槽，认为隔振沟槽的深度对于隔振效果的影响最大，隔振沟槽与振源的位置以及隔振沟槽的宽度对于隔振效率也一定的影响。 在开挖的沟槽中加入柔性填充材料，可以起到稳定支撑沟槽侧壁的作用，防止出现沟槽坍塌的情况。Murillol [ 3 ] 等人运用离心机法对发泡聚苯乙烯(EPS)隔振屏障的宽度、深度和相对于振源的位置进行了全面研究。Massarsch [ 4 ] 研发了一种由混凝土板夹气垫的新型隔振屏障，通过室内模型试验发现，振动能量通过隔振屏障的刚性表面层传递，降低了隔振效率。Ju [ 5 ] 等人提出了运用数值分析软件建立有限元模型对空沟中填充水(水沟)进行隔振效果分析。金壮 [ 6 ] 通过室内强夯模型试验研究了木板夹充气轮胎作为新型隔振板，分析了影响该隔振板隔振效率的因素，试验结果表明，隔振板的长度对于隔振效率的影响最大，隔振板的深度次之，而其厚度、气压以及气囊的个数对于隔振效率基本没有影响。Mahdavisefat [ 7 ] 等人运用激振器对橡胶颗粒含量为10%、20%、30%的橡胶砂(SRM)隔振材料进行了现场足尺试验，试验结果表明，30%橡胶颗粒掺量的SRM隔振材料的隔振效率与空沟隔振相当，同时，沟槽的深度对于隔振效率有显著的影响。刚性隔振材料相对于柔性隔振材料而言，具有抗压强度大、弹性模量高等特点，因此该材料可以作为永久性的隔振结构。Javier [ 8 ] 等人对排桩作为弹性波隔振屏障的有效性进行了理论研究，发现如果振动波长是桩半径的2~8倍，排桩屏障具有良好的隔振效果。Avils [ 9 ] 等人继续深入研究了影响排桩隔振性能的主要因素，并优化得出了排桩的直径必须大于0.25倍的波长，长度必须大于2倍的波长才能满足隔振效率在50%以上。Yang [ 10 ] 研究了筒仓以及桩护栏对于地面振动的隔振效果，通过工程样机测量以及理论分析的结果表明，在常规频率的振动下，筒仓和桩护栏的直径大于等于1/6倍的波长且屏障深度到达0.6倍的波长时，两者的隔振效果较好。高广运 [ 11 ] [ 12 ] 等人首次提出了“非连续波障”的隔振技术方案，即采用非连续性的钢筋混凝土、泡沫塑料排桩、圆形空井等工程常用材料进行隔振性能试验。 开挖隔振沟作为减少强夯振动影响的常用方法仍存在许多不足，例如隔振沟的开挖深度和稳定性受到土体性质、地下水位高度、场地尺寸等条件的影响，造成隔振效果无法保证。实际工程中，经常将碎石、粉煤灰等工程材料填入隔振沟以提高其稳定性，但采用该方法会造成强夯的能量波穿过隔振沟，仍然不能到达令人满意的隔振效果。本文通过数值模拟分析隔振材料在不同深度、振动速度以及频率作用下的隔振效果，并进一步优化隔振材料的几何结构、材料属性等，为后续的强夯隔振装置的设计及隔振技术的研发提供了重要借鉴意义。