山东理工大学硕士学位论文多轴车辆全轮转向仿真分析与实验验证
Simulation Analysis A nd E xperimental V erification Of Full W heel S teering For M ulti ulti-A -A -Axis xis V ehicle 研究生：巩建坡指导教师：王树凤副教授协助指导教师：王凤生高工申请学位门类级别：工程硕士学科专业名称：车辆工程研究方向：车辆系统动力学论文完成日期：2012年4月10日分类号：U461.6
密级：单位代码：10433学号：Z1009304
山东理工大学硕士学位论文摘要
摘要
多轴转向技术能够提高车辆在低速转向的机动灵活型，在较高速度下也能明显改善其稳定性。但相对国外的成熟多轴转向技术而言，国内的多轴转向还处在初级阶段。目前大多研究都把重点放在了速度提高后车辆的稳定性上面，对多轴车极低车速下大转角转向行驶这一特殊状况，没有进行更深入的研究。此外，理论研究的验证大多还停留在理论仿真阶段而缺乏真正的实验验证，这也制约了该技术的发展。
鉴于目前的状况，本文以三轴车为例，对极低车速大转角转向进行了深入研究，并根据要实现的功能制成三轴实验模型样车，用来对各种控制策略进行实验验证，弥补仿真验证的不足。具体研究工作如下：
（1）针对一般情况下的转向建立二自由度模型并推导微分方程，并对其稳定性进行了仿真分析验证。在极低车速大转角转向条件下提出了最小转弯半径的控制策略，并仿真分析验证。
（2）以完成实车实验验证为目的，改装模型车为三轴转向的实验样车。根据对理论的了解，选用不同的机构来搭建小车，最后制成能实现三轴转向的三轴模型车。
（3）采用模块化思想设计整个控制电路，根据实现的功能选用芯片，最后制作出控制电路板。对软件部分采用模块化编程，选择合适的函数语句编写相关程序，并将控制中应用到的控制策略转化成相关程序供调用。
（4）用实车实验验证理论研究的成果，先利用模型车的动力学参数仿真分析，然后通过实验验证各种工况下不同的控制策略。最后在极低速大转向条件下对比验证最小转弯半径控制和零质心侧偏角控制下小车的转向轨迹，最终验证理论研究可行。
通过理论仿真以及实验验证得出结论：在极低车速下大转角转向时，以最小转弯半径为控制目标的控制策略能够有效的提高多轴转向车辆的机动灵活性。另外，实验证明多轴转向实验模型车能够很好的完成实验需要，对理论研究起到了很好的补充作用。
关键词：多轴转向；控制策略；最小转弯半径；仿真分析；实验样车；实验验证
ABSTRACT
The multi-axis steering technology can improve the maneuverability of vehicles in low-speed steering,and significantly improve its stability in high-speed steering.But compare with foreign multi-axis steering technology,we are still at the beginning in the domestic.Now most studies have focused on improving the vehicle stability with high speed,not to the further study on the special case of big steering angle in extremely low speed.In addition,the theoretical study of verification only stay in theory simulation and no real experiment verification also restricted the development of the technology.
For above,we took three axis car for example to study the steering of big angle in extremely low speed,and made three-axis test prototype model in order to realize the function and test various control strategy,which made up the deficiency of the simulation results.Specific research content are as follows:
(1)According to the general steering case,we buil t two degrees of freedom model and differential equation deduced,last we took simulation analysis verification.With the steering of big angle in extremely low speed,we put forward minimum turning radius as control strategy,and last took the simulation analysis test.
(2)To complete the real car experiment for the purpose,modified model car for three axis of the prototype to experiment.according to the theory,choose different agencies and finally made a three-axis steering model car.
(3)The modularization design of the control circuit to achieve the function of choice of chips,and finally to produce the control circuit board.Modular programming,the software section,select the appropriate function statement to the preparation of related procedures and control to the control strategy into procedures for the call.
(4)With the car experiment the theory study,first used the model car’s dynamic parameters took the simulation analysis,and then verified experiment different control strategies under various conditions.Finally,contrasted the flexibility of the car under the control of the minimum turning radius control and zero-centroid slip angle which under the the conditions of big steering angle in extremely low-speed,final verification of the theoretical study is feasible.
Concluded by theoretical simulation and experimental verification:big
steering angle in the extremely low speed,with a minimum turning radius for the control objectives of the control strategy can effectively improve the mobility and flexibility of the multi-axis steering the vehicle.In addition,the experiment proved that the multi-axis steering to the experimental model of car to complete the experiment,the theoretical research has played a very good supplement.
Key words:multi-axis steering;control strategy;minimum turning radius;
simulation analysis;experimental vehicle model;experimental
verification
目录
摘要...................................................................................................................................I ABSTRACT........................................................................................................................II 第一章绪论 (1)
1.1课题的研究背景与意义 (1)
1.2国内外研究现状 (2)
1.2.1国外研究现状 (2)
1.2.2国内研究现状 (3)
1.3论文主要研究内容 (5)
第二章三轴全轮转向车辆的操纵稳定性仿真分析 (7)
2.1三轴汽车全轮转向二自由度模型 (7)
2.2三轴汽车全轮转向模型的运动微分方程 (8)
2.3三轴全轮转向车辆在不同转向模式下的控制策略 (10)
2.3.1极低车速大转向模式 (11)
2.3.2极低速大转角模式下三轴车辆操纵稳定性仿真分析 (13)
2.3.3常规行驶模式 (14)
2.3.4常规行驶模式下三轴车辆操纵稳定性仿真分析 (15)
2.3.5蟹形转向模式 (17)
2.3.6蟹形转向模式下三轴汽车操纵稳定性仿真分析 (18)
2.4本章小结 (19)
第三章模型车辆的设计 (20)
3.1模型车的元件选择及应用 (20)
3.2模型车的组装以及注意事项 (23)
3.3模型车工作原理 (24)
3.4本章小结 (25)
第四章模型车的硬件电路设计 (26)
4.1主控系统 (26)
4.2电源电路模块 (28)
4.3遥控及电机相关模块 (29)
4.4电路板设计中的注意事项 (30)
4.4.1电路板设计软件 (31)
4.4.2作图中的注意事项 (31)
4.4.3焊接时注意事项 (32)
4.5本章小结 (33)
5.1控制系统编程软件介绍 (34)
5.2遥控模块程序编写 (35)
5.3电机的控制 (39)
5.3.1电机的PID控制 (39)
5.3.2控制算法及参数的整定 (41)
5.3.3舵机的控制 (43)
5.4转向选择程序设计 (44)
5.5编程及数据下载注意事项 (50)
5.6本章小结 (50)
第六章实验车辆的仿真分析与实验验证 (51)
6.1实验车辆的动力学参数 (51)
6.2实验车辆的仿真分析 (51)
6.2.1极低车速大转向模式的实车仿真分析 (51)
6.2.2常规行驶模式实车仿真分析 (52)
6.2.3蟹行转向模式实车仿真分析 (53)
6.2.4极低车速下控制策略的仿真分析对比 (54)
6.3实验车辆的实车实验验证 (55)
6.3.1极低车速大转角转向控制策略的验证 (55)
6.3.2常规行驶模式下控制策略的验证 (56)
6.3.3蟹行转向实验验证 (56)
6.3.4极低车速下控制策略的实车实验对比 (57)
6.4本章小结 (58)
7.1工作总结 (59)
7.2不足与展望 (60)
参考文献 (61)
致谢 (64)
攻读学位期间主要参与的项目及发表的论文及专利 (64)
第一章绪论
1.1课题的研究背景与意义
随着国民经济的持续快速发展，国家加大了对基础设施的投资力度，工程建设项目的增多以及道路条件的改善，使重型车辆的社会需求日益增加。重型车辆主要是指重型载货汽车、重型起重机、重型工程专用车、国防和航天等领域的特种车辆以及其它超长车辆，一般整车超过三轴，转向轴不少于两轴，吨位大、车体长、质心高而且工作条件恶劣。由于技术条件的限制，这些车辆一般都是前轮转向，使得其在低速行驶时转向缓慢、转弯半径很大、前后轮的运动轨迹不协调、轮胎磨损严重；中高速行驶时转向失真严重，极易产生甩尾等现象[1]。
为解决上述问题，目前大多数的重型汽车采用的是双前轴转向系统机构优化技术[2]，该技术虽然在一定程度上能够提高车辆的机动性能，但是效果并不理想，在中高速转向时稳定性差，轮胎磨损严重。在少数军用特种车上采用了一些有别于双前桥转向的其他多轴转向技术，一般是前后轴参与转向，中间轴可能参与转向，也可能不参与转向，如五轴重型车辆，其中一、二、五轴参与转向，采用这种方法，车身越长，机动性提高越大，但在中高速转向时稳定性恶化。为改善中高速的稳定性能，有的车上专门加装锁止机构防止高速时后轴的转向。以上所涉及多轴技术都属于非动态转向技术的范畴，采用这些技术虽然提高了车辆在低速时的机动性，但也使得车辆在中高速时的稳定性恶化。
多轴动态转向技术是目前解决上述问题的最有效的途径。多轴动态转向技术是多个车轴参与转向，转向角度的大小随着车辆的运行状况动态变化。理想的情况下，车辆在低速大转角转向时后轮和前轮逆向转向，可以减小转弯半径，使车辆容易就位，改善其操纵轻便性和机动性；在中高速转向时，后轮与前轮同向转向，有助于减少车辆在超车、变道或躲避障碍时的侧滑，增强了车辆的操纵稳定性[3]。因此采用多轴动态转向可以有效解决重型车辆在转向过程中出现的上述问题。
目前,国内的多轴动态转向技术水平还不高且多用在与军工相关重型车辆上，大多数研究都还停留在理论仿真阶段而无实验验证，再加上国外对我国实施技术封锁，影响了多轴动态转向的理论研究与转向控制系统的发展。另外，在多轴转向控制方面，主流的零质心侧偏角、最优控制、横摆率跟踪、模糊控制等控制策略，虽然在研究的时候对速度上有高低之分，但基本上考虑的是在
正常运动的小角度转向情况下，且更侧重于车速提高后车辆的操纵稳定性的研究。对与极低车速下的大转角转向情况，深入的研究的很少。然而多轴车车体都比较长且笨重，在遇到转弯或者小空间的倒车等情况时，速度都极低，而且相对更侧重机动灵活性，本文对这一状况进行了深入研究并进行了仿真分析，在尽量节省实验成本的条件下，构建了实验模型样车，应用理论研究成果完成实验验证，为以后的实车的构建奠定了一定的基础。
多轴动态转向实验模型样车能够通过实验来弥补理论仿真上的不足，能够更加直观的验证控制策略以及对不同控制策略的对比，同时为开发各种新型多轴转向车辆提供了的设计依据，因此具有重要的意义。多轴转向车辆上大多用电控液压系统实现转向，由于实验样车无需负载，液压系统机构较复杂，考虑到实际操作性，本实验转向由电机带动完成，前后轴之间没有机械连接，电机与系统之间用线路连接，这一定程度上接近线控转向，具有一定的前瞻性。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
国外对多轴转向理论研究起步比较早，Huh[4]通过推导三轴全轮转向车辆的线性二自由度模型的运动微分方程，分析并且比较了当中间车轮参与车辆转向时对整车转向特性的影响。Wu,Der Ho[5]应用零质心侧偏角，分析了拖车的转向轮对整车转向性能的影响。C.Harnisch[6]提出在转弯时通过采用不同的转向模式让车辆达到较好转向性能的智能转向控制策略。S.J.An[7]等以改善三轴车转弯时的机动灵活性为出发点，提出了直接独立控制各车轮转角的最优控制的转向控制方法。
国外的多轴转向技术发展较早现在已经达到相当高的水平，可进行4～9轴独立转向，并能很好的改善重型车辆的转向性能。1985年，日产推出了“高性能主动悬架HICAS(high capacity actively-controlled suspension)”这是世界第一套电控液压的四轮转向系统，也是四轮转向系统控制方法的一次突破，为多轴转向技术的发展奠定了基础[8]。德国ZF公司于上世纪末推出了RAS—EC(Rear Axle Stering—Electronically Controlled，电子控制的后桥转向系统)，其把微处理器等控制器件加到了液压动力转向系上，低速转向时后桥参与转向；高速行驶时，后桥会被锁止而不参与转向，这样可以获得较好的稳定性。在任何情况下，后桥转向系统在电子控制条件下都能获得最佳机动效果，电子控制系统会根据传感器传回的信息计算并发出命令控制转向顺序，时刻调整各车桥转角[9]。英国Phoenix公司在上世纪末也推出类似的电子控制后桥转
向系统[10]，该系统包括传感器、电子控制系统及液压操纵系统三部分。其在任何车速下都可以实现车速感应转向，极大的提高了车辆的操纵稳定性。全路面起重机行业巨头利勃海尔公司推出了最新的动态后桥转向技术，有正常行驶转向模式、全轮转向模式、蟹行模式等6种转向模式可预先设定[11]。此外格鲁夫公司的产品也可以完成全轮转向，使起重机在现场能够最大限度地靠近最佳吊装位置。在上世纪末欧美等国军队就装备了能够实现全轮转向的轮式车，转弯半径减小尽一半。潘哈德EBR侦察车(8xS)，仅前轮转向时转向半径为7.974m，而后轮参与转向后转弯半径减小到3.962m[12]。德国“山猫”8x8装甲车可以根据外界条件选择前4轮转向、后4轮转向或全部8轮转向，前者最小转向半径为9.7m，后者的最小转向半径仅5.75m[13]。
1.2.2国内研究现状
目前国内大多数的专家学者的研究思路大体上是一致的，都是建立数学模型后按照一定的控制策略提出实现控制转向的方法，仿真分析车辆的相关响应，最后在实验车上实现新的转向技术。
在理论研究方面，国内科研院校如吉林大学、北京理工大学等对多轴车辆的动态转向技术进行了初步分析研究，主要内容是建立动力学模型，使用相应的控制策略对车辆性能进行控制，然后分析车辆的转向性能。吉林大学张春秋建立了三轴转向车辆的二自由度模型，探讨了三轴转向车辆的转向特性[14]。李炎亮[15]推导了多轴转向车辆的二自由度和三自由度模型，并对多轴转向的动态控制算法进行了研究。高秀华[16]等人对多轴转向的车载式火炮进行了零质心侧偏角控制策略的研究与分析。随后又提出了横摆率跟踪最优控制策略，通过控制后轮转角减小车辆瞬时出现的过多转向或者不足转向，提高了车辆运行的动态稳定性[17]。华中科技大学的杨波[18]将多轴越野车的车架看作弹性体，建立了多轴越野车的柔性二自由度转向模型，分析了车架柔性对转向稳定性的影响，提出了多轴分组转向控制策略，对后轴转向车轴按照转角比例和前轮加横摆角速度反馈控制。北京理工大学的冷韶华、朱永强[19,20]等人利用ADAMS/VIEW建立多轴车辆的多体动力学模型，分别对停车场灵活度与高速壁障进行了对比实验，实验证明了在多轴转向在高速和低速两种行驶工况时车辆操纵稳定性都有很大的提高。山东理工大学的王树凤[21]等人分析了多轴转向车辆零质心侧偏角控制策略下不同转向模式以及汽车结构参数对汽车性能的影响，还分析了最优控制等策略下车辆性能。王云超[22]从理论入手研究了影响多轴转向车辆转向性能的因素，建立了基于零质心侧偏角的电液比例控制策略；应用横摆率跟踪控制，设计了H2/H∞混合最优控制器，具有较好的鲁
棒性，避免了高速时出现过度的不足转向。浙江大学的王传礼[23]等人对电液比例控制系统中阀的控液压缸系统进行了深入的研究。北京理工大学陈思忠[24]等人对电液比例控制的多轮独立转向进行了深入研究，在多轮独立转向系统基础上构建基于CAN总线的电液比例控制多轮独立转向系统，最后应用实验样车验证了多轮独立转向可行性和实用性。国内对三轴以上车辆的多轴动态转向技术的研究日益增多，但实际应用方面和发达国家还有差距。
在整车批量化生产运用方面，徐工在2010年相继推出了QAY800和QAY1200其最小转弯直径≤30米，代表了目前国内在多桥转向技术方面的最高水平。其9桥底盘采用多桥电液控制转向技术可实现多种转向模式，在正常行驶转向模式中，能够根据车速、前轴转角等相关参数实现不同轴的转向，使车辆在低速时转向灵活，高速时稳定性提高。在小转弯行驶转向模式中，转弯半径小，车辆能够在狭小场地内作业。蟹行行驶转向时所有转向轮同相位转向，有利于车辆的移位。还可以由开关控制后轴独立转向，提高车辆快速到位能力。三一重工生产的SAC12000也同样采用多桥电液控制转向技术实现多种转向模式达到了国内领先水平。郑州大方桥梁机械有限公司的DCYl00型动力平板运输车，通过微电控制，实现转向模式多样化[25]，可以进行直行、蟹行及中心回转等多种转向。这些技术都是当车辆低速转向时，应用系统降低转弯半径，实现小半径转向的要求，而当车辆高速行驶时，关闭该系统，以保证车辆有较好的操纵稳定性。这种多轴转向系统还谈不上真正意义上的多轴动态转向，国内目前还没有真正能够实现随车辆行驶状况动态转向的多轴车辆。
由于液压技术已经相对成熟，目前国内关于电控多轴转向车辆的研究的成果大都是基于电控液压助力实现转向的。控制系统接收传感器采集到的各种信号，然后根据某一控制策略计算出各个车轮的转角值，控制电液比例方向阀从而控制液压马达，液压马达推动转向机构带动车轮再实现相应角度的转向[26]。液压助力转向的优点是助力大，稳定性好一些，技术相对也很成熟，已经在各个行业广泛的使用。但是液压助力需要安装油泵、皮带轮等零件机构会占用较多的安装空间，液压动力转向系统即使在不执行转向任务时，油泵也要一直处于运转状态，这就造成了很大的能源消耗。近年来电机技术的迅速发展，以及电机在节能和控制上的优越性，为多轴转向车辆的发展提供了新的思路。通过电子芯片控制电机带动转向机构来实现转向，电机在不工作的时候不运转，电机和控制系统靠线路连接，这种系统的前后轮转向系统之间相互独立不存在任何机械和油管等连接装置，结构上相互独立[3]。电子控制系统可根据前轮转角和车速来实时调整和控制后轮的转向，可实现不同行驶状况下的转向。由于其应用电机助力取代了液压助力，减少了机构布置使机构更加简单，随着科技的发展该技术也将会逐渐应用到多轴车上。
1.3论文主要研究内容
综合以上的国内研究现状，关于多轴转向的研究还处在初级阶段，理论和实践都还不成熟，仍然存在着很多问题亟待解决。本文在国内理论研究的基础上对低速下多轴车辆的转向尤其是极低车速下的大转角转向进行了更深入的研究，提出了以最小转弯半径为目的的控制策略，然后就行了仿真分析验证，并在实验室现有条件下通过改装模型车制成了一个能够实现多轴转向的三轴车。该模型车由制成的控制系统控制，模型车取消了转向轮之间的机械连接，改由通过线路连接电机带动转向机构实现转向，可以根据需要完成在不同控制策略下，不同速度及转角的下的多轴转向，最后通过实验验证了理论研究的可行性，并在极低速下的转向条件下把最小转弯半径与零质心侧偏角的控制策略对比，验证了其优越性。通过实验也验证了模型车能够较好的完成实验任务，对理论研究起到一定的补充作用。
本文的主要研究内容如下：
（1）三轴全轮转向车辆的操纵稳定性进行研究。首先对于转向要求更侧重于操纵稳定性的常规行驶和蟹行行驶，建立三轴全轮转向车辆的二自由度模型，推导模型的运动微分方程并进行分析和仿真验证。基于多轴车在极低速大转角的转向对机动灵活型的要求，提出极低速下基于最小转弯半径为控制目标的控制策略，进行分析，仿真验证该策略的可行性。
（2）从理论研究的成果以及目前的多轴车实验现状出发，根据预计的实验样车要实现的功能去分别选取相关部件，构建多轴模型车，并介绍相应部件的功能以及应用原理，同时给出组装过程的注意事项，最后根据理论研究和实验模型车的构建情况给出本实验样车整体的控制原理。
（3）介绍了实验设计所需的硬件电路，采用分组模块化的思想把整个硬件电路分成不同的模块，然后根据要实现的功能选择相关的元件的以及芯片，并介绍其工作原理及应用，根据其功能设计具体的相关电路。最后对电路板制作过程中容易出错的地方给予特别说明，并给出硬件电路的最终成果，为后面的软件编程以及实验奠定基础。
（4）从程序的整体出发，采用模块化思想，根据不同模块相关特性画出流程图，然后分开编写各个模块的程序。对红外遥控解码、电机控制以及舵机的具体转向做详细的介绍，为控制策略编程打下基础。还提及软件编写以及程序的下载时的注意事项，完成程序的编写为后续的实验做好充分的准备。
（5）在理论研究的基础上，为使实验更具说服力首先按照模型车的动力学参数对各种工况下的运动进行仿真分析，与理论研究的结果对比后再进行实车验证，证明控制策略的可行性，最后，通过在极低速条件下不同控制策略的
对比，验证最小转弯半径控制策略的可行性。同时也能验证实验小车在研究过程中的积极作用。
第二章三轴全轮转向车辆的操纵稳定性仿真分析
目前，多轴转向的研究重点是控制策略和算法的研究。多轴转向车辆对比普通车辆有着明显的优势，因此越来越多的专家学者开始对多轴转向技术进行深入的研究，目前的研究控制算法有零质心侧偏角、最优控制、横摆率跟踪、模糊控制等等。以上算法很好的解决了现实中遇到的很多问题，对多轴转向技术的发展起到了十分重要的作用，然而以上算法大多数研究了多轴车辆在相对低速下（大都在20km/h左右）的转向，但都忽略了极低车速下的转向。而多轴车辆大都是比较笨重的重型车辆，在很多情况下对灵活性的要求更高，尤其在较小空间内的转向，极低车速大转角转向的速度往往都比20km/h要低的多。本章以三轴车为例针对一般常见转向情况推导了二自由度模型下的微分方程，并进行了仿真分析验证。主要对极低车速下的转向进行了研究，提出了基于最小转弯半径的控制算法，并对其进行了理论仿真分析和验证。
2.1三轴汽车全轮转向二自由度模型
三轴全轮转向车辆是一个由多部件组成的复杂系统，具有惯性、弹性、阻尼等许多动力学特点，所以它是一个多自由度动力学系统。由于构成汽车动力学系统的轮胎、悬架、转向系等具有非线性特性，因此汽车为一非线性系统。为了便于掌握操纵稳定性的基本特性，利用固结于汽车的坐标系XOY描述汽车的运动。忽略悬架作用，认为只有平行于地面的平面运动并且沿X轴的速度u保持不变；汽车只有沿Y轴的侧向与绕Z轴的横摆两个自由度，侧向加速度在0.4g以下，且轮胎侧偏特性处于线性范围之内；假设模型分析中所用到的角度均按照小角度计算；汽车在大多数行驶状况下可以作为线性力学系统讨论；不考虑车轮纵向力对轮胎侧偏特性的影响，忽略空气动力的作用，得到三轴汽车全轮转向二自由度模型[27-30]如图2-1所示。
图2-1三轴汽车全轮转向二自由度模型
β—车辆质心侧偏角(以弧度表示)Wr—横摆角速度
m—整车质量Iz—横摆惯性力矩
u—质心前进速度v—质心侧向速度
L—前、后轴的轴距
D—瞬时转向中心到汽车后轴的纵向距离
R—瞬时转向中心到汽车纵向中心线的垂直距离
L1、L2—前、中轴的轴距和中、后轴的轴距
a、b、c—前轴、中轴及后轴到汽车质心处的距离
δ1、δ2、δ3—前轮、中轮及后轮转向角
α1、α2、α3—前、中及后轴侧偏角
ε1、ε2、ε3—u1、u2、u3与x轴的夹角
F y1、F y2、F y3—地面对前、中及后轴的侧偏力
k1、k2、k3—前、中及后轴侧偏刚度（为轴上两轮侧偏刚度之和，取负值）2.2三轴汽车全轮转向模型的运动微分方程
首先确定汽车质心的加速度在坐标系上的分量。如图2-2所示，OX与OY 为车辆坐标系的纵轴与横轴；u和v分别是质心速度V在t时刻在OX和OY 轴上的速度的分量；由于汽车在转向时会同时有平移和转动，所以在t+Δt时刻，V的大小与速度都会随着变化，这同样也会改变车辆坐标系纵轴和横轴的方向；因此，沿OX轴速度分量的变化为[28,31]：
图2-2利用固结于汽车的车辆坐标系分析汽车的运动
()cos ()sin cos cos sin sin u u v v u
u u u v v θθθθθθ
+???+???=?+????????（2-1）
考虑到θ?很小并忽略二阶微量，等式右边变为
u v θ
???（2-2）除以t ?并取极限，可以得到质心绝对加速度在0x 轴上的分量为x r du d a v u vw dt dt
θ?=?=?（2-3）同理可得
y r d dv a u uw v dt dt θ?=+=+（2-4）
根据图2-1列出沿Y 轴的力、绕质心的力矩平衡方程，建立二自由度三轴汽车的运动微分方程。
112233
112233cos cos cos cos y y y y y y Fy F F cos F Mz aF bF cos cF δδδδδδ=++=??∑∑（2-5）
汽车前、中、后轮侧偏角和车辆本身的运动参数有关，如图2-1所示，汽车前、中及后轴中点的速度为1u 、2u 、3u ，侧偏角为1α、2α、3α，质心侧偏角/v u β=，1ε、2ε、3ε分别为1u 、2u 、3u 与x 轴的夹角。其值分别为：
122,,r r r r r r v aw aw v bw bw v cw cw u u u u u u
εβεβεβ+??==+==?==?（2-6）前、中及后轮侧偏角分别为：
111122223333()()()r r r aw u
bw u
cw u αδεβδαδεβδαδεβδ=??=+
?=??=??=??=??（2-7）考虑到δ角较小，根据外力、外力矩与汽车运动参数的关系，整理后可得二自由度三轴全轮转向车辆模型的运动微分方程[32]：
1231231122332221231231122331()()()1()()r r r r k k k ak bk ck w k k k m v uw u ak bk ck a k b k c k w ak bk ck Iz w u βδδδβδδδ???+++?????=+??????+++?++=??（2-8）
将汽车的运动微分方程用标准状态空间方程得形式表示。取状态向量为[]T r X w β=，输入向量为[]123T
U δδδ=，输出向量为Y ，将微分方程（2-8）转化为状态空间方程
X AX BU Y CX DU ???=+?=+??（2-9）式中A =12312322221231231k k k ak bk ck mu mu ak bk ck a k b k c k Iz uIz ++???????????++??????；B =312312
k k k mu mu mu ck ak bk Iz Iz Iz ????????????
????
；令[]01,0C D ==，可求输出向量r Y w =；令[]10,0C D ==，可求输出向量Y β=。
2.3三轴全轮转向车辆在不同转向模式下的控制策略
多轴转向车辆在运行中的多轴转向主要就是前后车轮的同相位和逆相位的问题，车速主要是低速和高速，在正常速度行驶小角度的转向中更侧重于整车的稳定性，这时一般考虑采用零质心侧偏角为控制目标的控制策略。当遇到前进大转向转弯或者较小空间的极低车速大转角转向时，速度都很低，相对于稳定性而言，更侧重的是车辆的快速通过性，也就是机动灵活性，这时最好有基于灵活性的控制策略，为此本文提出了基于最小转弯半径的控制策略。
2.3.1极低速大转角转向模式
多轴车大多比较笨重、车体较长，在大转角转向或者倒车转弯时车速都极低，前轮转角较大一些，因此在这一工况下相对更看重的是汽车的机动灵活性，即在方向盘转角一定的情况下以获得最小的转弯半径作为控制目标。该策略与常见的控制方法研究时采用的较小的前轮转角有些区别，但同样可以应用于常规转向之中。
汽车的最小转弯半径是指转向中心O 到外轮偏转角达到最大值时与地面接触点的位置的距离[33]。当多轴转向时转弯半径为各转向轴转弯半径的最大值，即],,max[321R R
R R =。
图2-3汽车极低车速大转角转向全轮转向简化模型
由图2-3可知，在转弯时1R 和3R 为三者之中的较大值，转弯半径是两者
之中的一个，要使转弯半径最小就需使1R ，3R 中的较大值取得最小值。只有
在1R =3R 时此种情况才会成立。此时最小转弯半径为：
max 1min sin 2δL R =（2-10）
当1R =3R 时，转向中心处于车辆中心点的轴线上，此时，
3
1δδ=（2-11）
由几何关系可知1δ和2δ的关系，12
22
tan tan L L a b δδ+?=（2-12）
所以有中、后轮与前轮的转角比例关系：
1,tan )22(arctan 211121=?+?=?=K L L b a K δδδδ（2-13）
因为在极低车速下全轮转向时前后轮逆相位，为区分起见在比例关系加上一个负号。
对于第一、第三桥转向的三轴汽车转向中心一般以第二桥车轮轴线为基线
[33]。简化
模型如图2-4所示。
图2-4汽车极低车速大转角转向前后轮转向简化模型由几何关系可知
3
1tan tan δδb c b a ?=+（2-14）0tan )(arctan 111132=+??=?
=K b a b c K δδδδ（2-15）
因为在极低车速下只有前后轮转向时前后轮逆相位，为区分起见在比例关系加上一个负号。
对于前轮转向的三轴汽车即常见的普通车来说，由于中轴后轴的轴线总保持平行，所以不存在理想转向中心，计算转弯半径一般取与中后轴距离相等的平行线作为假想线，相当于双轴车的后轴，如图2-5所示。
电力电子电路分析与仿真 实验报告 学院：哈尔滨理工大学荣成学院 专业： 班级： 姓名： 学号： 年月日
实验1降压变换器 一、实验目的： 设计一个降压变换器，输入电压为220V，输出电压为50V，纹波电压为输出电压的0.2%，负载电阻为20欧，工作频率分别为220kHz。 二、实验内容： 1、设计参数。 2、建立仿真模型。 3、仿真结果与分析。 三、实验用设备仪器及材料： MATLAB仿真软件 四、实验原理图： 五、实验方法及步骤： 1．建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2．提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击Simulink调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
3．仿真模型如图所示。 六、参数设置 七、仿真结果分析
实验2升压变换器 一、实验目的： 将一个输入电压在3~6V的不稳定电源升压到稳定的15V，纹波电压低于0.2%，负载电阻10欧，开关管选择MOSFET，开关频率为40kHz,要求电感电流连续。 二、实验内容： 1、设计参数。 2、建立仿真模型。 3、仿真结果与分析。 三、实验用设备仪器及材料： MATLAB仿真软件 五、实验原理图： 五、实验方法及步骤： 1．建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2．提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击Simulink调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
实验报告 课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师： 叶向群 成绩：__________________ 实验名称：吸收实验 实验类型：工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 填料塔吸收操作及体积吸收系数测定 1 实验目的： 1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作； 1.2 观察填料塔的液泛现象，测定泛点空气塔气速； 1.3 测定填料层压降ΔP 与空塔气速u 的关系曲线； 1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a 。 2 实验装置： 2.1 本实验的装置流程图如图1： 专业： 姓名： 学号： 日期：2015.12.26 地点：教十2109
2.2物系：水—空气—氨气。惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供，吸收剂水采用自来水，他们的流量分别通过转子流量计。水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氮空气进行吸收过程，溶液由塔底经过液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。 3 基本原理： 实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同，故转子流量计的读数值必须进行校正。校正方法如下：
3.2 体积吸收系数的测定 3.2.1相平衡常数m 对相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系为： 相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下： 式中：E—亨利系数，Pa P—系统总压（实验中取塔内平均压力），Pa 亨利系数E与温度T的关系为： lg E= 11.468-1922 / T 式中：T—液相温度（实验中取塔底液相温度），K。 根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差△p，即可求得塔内平均压力P。根据实验中所测的塔底液相温度T，利用式（4）、（5）便可求得相平衡常数m。 3.2.2 体积吸收常数 体积吸收常数是反映填料塔性能的主要参数之一，其值也是设计填料塔的重要依据。本实验属于低浓气体吸收，近似取Y≈y、X≈x。 3.2.3被吸收的氨气量,可由物料衡算 (X1-X2) 式中：V—惰性气体空气的流量，kmol/h；
车辆转弯半径
些特种车辆的转弯半径为16～20m。 汽车的转弯半径决定汽车的机动性能。汽车的转弯半径在原地方向盘最大转角转弯后形成的半径，一般国家针对不同车型有法规要求。比如大型货车的转弯直径不大于24米，即半径12米。转弯半径以外轮转弯半径计算，因此，理论上汽车原地调头的最小路面宽度是转弯半径的两倍以上。 补充1:最简单的算法，把你的汽车横在路上，只要路面宽度大于你的车长稍微多一点就能调过头来。知道了最小的转弯半径还要考虑你的车身长度啊！ 10.1.7 机动车出入口距城市道路交叉口、桥隧坡道起止线应大于50米。 10.1.8 居住区道路红线转弯半径不得小于6米，工业区不小于9米，有消防功能的道路，最小转弯半径为12米。
大型消防车转弯半径需要12.0米，转弯半径指的是车辆的前轮外侧，道路内缘圆弧半径均比转弯半径小，精确计算为：r2=(r12-l2)1/2-((b+h)/2)+y，但一般粗略的计算可以近似为：道路内缘圆弧半径＝转弯半径-车宽-安全距离。(消防车宽2.5m，安全距离0.25m)所以大型消防车道内缘圆弧半径取9.0米左右是安全的。 汽车库规范2.0.2 汽车最小转弯半径(Minimumturn radius of car) 汽车回转时汽车的前轮外侧循圆曲线行走轨迹的半径。 建规6.0.10 .1 普通消防车的转弯半径为9m，登高车的转弯半径为12m，一些特种车辆的转弯半径为16～20m。 所以，消防车道转弯半径＝普通消防车的转弯半径9m－3m+＝6m 作图：
R1——汽车最小转弯半径；R0 ——环道外半径；R——汽车环行外半径；
实验一紫外－可见分光光度法测定水中苯酚的含量（3学时） 一、实验目的 1. 学习使用UV757CRT紫外可见分光光度计。 2.掌握紫外－可见分光光度法测定水中微量苯酚含量的方法。 二、实验原理 紫外－可见吸收光谱属分子吸收光谱法，当分子吸收到外来的辐射能量（光区范围在200-800 nm）时，分子外层价电子发生能级跃迁，进而产生吸收光谱。紫外光谱具有灵敏度高、准确度好、仪器价格低廉、操作简便等许多优点，主要应用于化合物的定量分析。其定量分析的主要依据为朗伯－比尔定律 A = εbc 式中，A---吸光度，ε--化合物的摩尔消光系数（L/(mol cm)），b—比色皿厚度（cm），c—溶液浓度（mol/L）。 根据上述公式，吸光度与溶液浓度呈线性关系，如已知某物质的摩尔吸光系数，就可以根据吸光度值得出待测溶液的摩尔浓度。 三、实验仪器、试剂 四、实验步骤 1. 打开电源，开机进行自检。 2. 配制苯酚标准溶液 a. 精确称取苯酚0.3000 g，放入1 L容量瓶中，加蒸馏水摇匀，定容至刻度； b. 分别精确量取上述标准液2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 ml，分别定容至50 ml，按序编号。 3. 绘制苯酚的标准吸收曲线 取上述3(4)号标准液，放置于1 cm的吸收池内(4/5)，以蒸馏水为参比溶液，在190-400 nm波长范围内进行扫描，绘制苯酚的标准吸收曲线，并选取272 nm 附近最大吸收波长为本实验的入射波长。
4. 绘制吸光度-浓度工作曲线 分别取上述配制的5组溶液，放置于1 cm的吸收池内(4/5)，以蒸馏水为参比溶液，以上述选定的入射波长为测定波长，测定其吸光度值，并绘制成吸光度-浓度曲线，计算得到回归方程。 5. 待测溶液浓度的测定 取待测苯酚溶液，放置于1 cm的吸收池内(4/5)，以蒸馏水为参比溶液，以上述选定的入射波长为测定波长，测定其吸光度值，代入回归方程中，计算待测溶液的克浓度和摩尔浓度(mol/L)；并通过朗伯-比尔公式计算苯酚的摩尔吸光系数。 五、结果与讨论 1. 标准溶液 回归方程：相关系数：R2＝ 吸光度-浓度工作曲线
本科实验报告实验名称：随机信号分析实验
实验一 随机序列的产生及数字特征估计 一、实验目的 1、学习和掌握随机数的产生方法。 2、实现随机序列的数字特征估计。 二、实验原理 1、随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列（样本值序列）。进行随机信号仿真分析时，需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时，通常利用数学方法产生随机数，这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的，这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的，而且存在周期性，但是如果计算公式选择适当，所产生的数据看似随机的，与真正的随机数具有相近的统计特性，可以作为随机数使用。 (0，1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0，1)均匀分布指的是在[0，1]区间上的均匀分布，即 U(0，1)。实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0，1)均匀分布随机数，通常采用的方法为线性同余法，公式如下： )(m od ,110N ky y y n n -= N y x n n /= 序列{}n x 为产生的(0，1)均匀分布随机数。 下面给出了上式的3组常用参数： 1、10 N 10,k 7==，周期7 510≈?； 2、（IBM 随机数发生器）31 16 N 2,k 23,==+周期8 510≈?； 3、（ran0）31 5 N 21,k 7,=-=周期9 210≈?； 由均匀分布随机数，可以利用反函数构造出任意分布的随机数。 定理 1.1 若随机变量 X 具有连续分布函数F X (x)，而R 为(0,1)均匀分布随机变量，则有 )(1R F X x -= 由这一定理可知，分布函数为F X (x)的随机数可以由(0,1)均匀分布随机数按上式进行变
化工原理氧解析实验报告 课程名称：化工原理实验学校：化工大学 学院： 专业： 班级： 学号： 姓名： 实验日期： 同组人员：
一、实验摘要 本实验利用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水，送入解析塔顶再用空气进行解析，测定不同液量和气量下的解析液相体积总传质系数，并进行关联，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。 二、实验目的及任务 1、熟悉填料塔的构造与操作。 2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。 3、掌握液相体积总传质系数K x a 的测定方法并分析影响因素。 4、学习气-液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。 三、基本原理 1、填料塔流体力学特性 气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。填料层“压降—空塔气速”关系示意如图1所示。 （1）在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得斜率为1.8~2的直线（图中Aa 直线）。 （2）当有喷淋量时，在低气速下（c 点以前）压降正比于气速的1.8~2次方，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc 段）。 （3）随气速的增加，出现载点（图中c 点），持液量开始增大，“压降—气速”线向上弯，斜率变陡（图中cd 段）。 （4）到液泛点（图中d 点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。 lg u l g △p
2、传质实验 填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中，两相传质主要在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需的填料高度，其计算方法有传质系数、传质单元法和等板高度法。 本实验是对富氧水进行解吸，如图2所示。由于富氧水浓度很低，可以认为气液两相平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也为直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方程为 m p x A X aV K G ?=， 即 m P A x X V G a K ?=/ ])()(ln[) ()(11221122e e e e m x x x x x x x x X -----= ? ()12x x L G A -= Ω=Z V P 相关填料层高度的基本计算式为： OL OL x x e x N H x x dx a K L Z =-Ω=?12 即OL OL N Z H /= m x x e OL x x x x x dx N ?-=-=? 21 1 2 Ω= a K L H X OL 图2 富氧水解吸实验 图1 填料层“压降—空塔气速”关系示意图
仿真实验与分析 在复杂网络环境下，实体A希望评价实体F的可信度，以便于决定以后是否继续与它进行协作。C与E对F的直接信任值都接近0.43,属 于一般水平，接近不满意；由于实体A自己没有与实体F直接进行过协 作，因此实体A需要通过其它可信任的第三方（B，C，D，E）来收集关于实体F 的经验信息，计算出A对F的间接信任值，它们之间的推荐路径如下图。 图3推荐路径示意图 本仿真实验模拟淘宝商家的交易评价记录（200条），其中包括商品描述的相符度、卖家服务态度和卖家发货速度这3个属性。 （1）数据预处理 将每两个实体间的评价记录按属性分开，A—B表示A对B的 直接信任值，因此可组成一个初始数据的三维向量，如表2:
表2初始数据A n 各氓体的貞按堂往历史评价记录 'so605055' （A T10090100(J1 90126一 S52046_ tA T c.1057519I0) 95703(J4] 706()10o' (A T nJ ICB672X I1) xo如13 _807040R2_ (A->1051811) 85K53000 80 60 50 5 5 B (B T<7, 9^ 89 11 1 0 ) 97 83 13 5 2 行（评价）： 满意级别 1 2 3 4 5 满意度描述 非常满意 一般 不满意 非常不满意 参照信任值区间 [0.8,1] [0.6,0.8] [0.4,0.6] [020.4] [0,0.2] 列：商品描述相符度 卖家服务态度 发货速度
其中：L 表示评价区间下限 M 表示该区间的评价次数 N 表示总的评价次数 I 表示评价级别 5表示区间宽度，这个可以自行设定。 5级，每级的宽度为0.2。 (P — L-\- N (1) 此处等级分为
MATLA仿真实验报告 学院：计算机与信息学院 课程：—随机信号分析 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 实验一
题目：编写一个产生均值为1,方差为4的高斯随机分布函数程序, 求最大值，最小值，均值和方差，并于理论值比较。 解：具体的文件如下，相应的绘图结果如下图所示 G仁random( 'Normal' ,0,4,1,1024); y=max(G1) x=mi n(G1) m=mea n(G1) d=var(G1) plot(G1);
实验二 题目：编写一个产生协方差函数为CC)=4e":的平稳高斯过程的程序，产生样本函数。估计所产生样本的时间自相关函数和功率谱密度，并求统计自相关函数和功率谱密度，最后将结果与理论值比较。 解：具体的文件如下，相应的绘图结果如下图所示。 N=10000; Ts=0.001; sigma=2; beta=2; a=exp(-beta*Ts); b=sigma*sqrt(1-a*a); w=normrnd(0,1,[1,N]); x=zeros(1,N); x(1)=sigma*w(1); for i=2:N x(i)=a*x(i-1)+b*w(i); end %polt(x); Rxx=xcorr(x0)/N; m=[-N+1:N-1]; Rxx0=(sigma A2)*exp(-beta*abs(m*Ts)); y=filter(b,a,x) plot(m*Ts,RxxO, 'b.' ,m*Ts,Rxx, 'r');
periodogram(y,[],N,1/Ts); 文件旧硯化）插入（1〕 ZMCD 克闻〔D ］窗口曲） Frequency (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 NH---.HP)&UO 二 balj/ 」- □歹
仪器分析实验 实验名称：红外光谱分析实验 学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级： 姓名：学号： 指导教师： 日期：
一、 实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75～1000μm 。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm （波数在13300～4000cm -1），又称泛频区；中红外区：波长在 2.5～50μm （波数在4000～200cm -1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm （波数在200～10cm -1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： )(10)(4 1 cm cm λσ=- 三、仪器和试剂 1、仪器： 美国尼高立IR-6700 2、试剂： 溴化钾，聚乙烯，苯甲酸 3、傅立叶红外光谱仪(FTIR)的构造及工作原理 计算机检测器样品室干涉仪光源?→??→??→??→? 四、实验步骤 1、打开红外光谱仪并稳定大概5分钟，同时进入对应的计算机工作站。 2、波数检验：将聚乙烯薄膜插入红外光谱仪的样品池处，从4000-650cm -1进行 波数扫描，得到吸收光谱。然后将所得的谱图与计算机上的标准谱图进行匹配，分析得到最吻合的图谱，即可判断物质结构。 3、测绘苯甲酸的红外吸收光谱——溴化钾压片法 取1-2mg 苯甲酸，加入在红外灯下烘干的100-200mg 溴化钾粉末，在玛瑙研钵中充分磨细（颗粒约2μm ），使之混合均匀。取出约80mg 混合物均匀铺洒在干净的压模内，于压片机上制成直径透明薄片。将此片装于固体样品架上，样品架插入红外光谱仪的样品池处，从4000-400cm -1进行波数扫描，得到吸收光谱。然后将所得的谱图与计算机上的标准谱图进行匹配。 4、结束实验，关闭工作站和红外光谱仪。
前言 仪器分析是一种科学实验的手段,利用它可以获取所需要的信息,仪器分析实验的目的是通过实验教学,包括严格的基本操作训练,实验方案设计,实验数据处理,谱图解析,实验结果的表述及问题分析,掌握仪器的原理、结构、各主要部件的功能及操作技能,了解各种仪器分析技术在科学研究领域的应用,培养理论联系实际、利用掌握的知识解决问题的能力,培养良好的科学作风和独立从事科学实践能力。 在这门课程的学习中,我们了解了原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法、红外光谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、离子色谱法等仪器分析的方法。其中,我们重点学习了离子色谱法和原子吸收光谱法,并进行了实验操作,下面介绍一下原子吸收光谱法和离子色谱法测浓度。 二、原子吸收光谱法 1.原子吸收光谱法概述: 光谱仪器的产生原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。这一年澳大利亚的瓦尔什(A.Walsh发表了他的著名论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用”奠定了原子吸收光谱法的基础。50年代末和60年代初, Hilger, Varian Techtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器,发展了瓦尔西的设计思想。到了60年代中期,原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。电热原子吸收光谱仪器的产生1959年,苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。电热原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达到10-10g,使原子吸收光谱法向前发展了一步。原子吸收分析仪器的发展随着原子吸收技术的发展,推动了原子吸收仪器的不断更新和发展,而其它科学技术进步,为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。近年来,使用连续光源和中阶梯光栅,结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析检测器,设计出了微机控制的原子吸收分光光度计,为解决多元素同时测定开辟了新的前景。微机控制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构,提高了仪器的自动化程度,改善了测定准确度,使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。
实验一 一.实验名称 Ogre部分仿真实验 二.实验过程或实验程序（增加的代码及代码注解） 1.从3Dmax8中导出mesh并添加mesh到场景 1.1启动3Dmax 1.在安装有3Dmax8的计算机上，能够使用两种不同的方法来启动3Dmax8: （1）在桌面上双击“3Dmax8”图标 （2）点击“开始”菜单，在“程序”中的选择“3Dmax8”2.观看3Dmax8主窗口的布局。3Dmax8要紧由若干元素组成：菜单栏、工具栏、以及停靠在右边的命令面板和底部的各种工具窗口。 1.2使用3Dmax8建模并导出mesh 1.2.1导出mesh的步骤如下： 1.启动3Dmax8 2.在停靠在右边的命令面板中，点击几何体按钮 3.选择标准几何体
4.在对象类型中选择对象（如：长方体），在“前”视口中，通过单击鼠标左键，创建出模型 5.在工具栏中单击“材质编辑器”按钮，通过上步操作，可开启“材质编辑器”对话框 6.在“材质编辑器”对话框中，点击漫反射旁方形按钮，进入到“材质/贴图扫瞄器” 7.在“材质/贴图扫瞄器”中选择位图，鼠标左键双击位图 8.弹出选择位图图像文件对话框，从本地电脑中选择一张图片 9.选择好图片，在材质编辑器对话框中，点击将材质指令给选定对象 10.点击菜单栏上的oFusion按钮，在弹出的菜单栏中选择Export Scene 11．选择文件夹并输入文件名qiu，点击保存，在弹出的对话框中勾选Copy Textures，点击Export按钮，现在mesh文件已成功导出 1.3导出的mesh文件放入到指定位置 1.找到mesh文件，把mesh文件放到当前电脑的OgreSDK的models中,以我的电脑为例，OgerSDK放在C盘中；
随机信号分析实验报告 ——基于MATLAB语言 姓名： _ 班级： _ 学号： 专业：
目录 实验一随机序列的产生及数字特征估计 (2) 实验目的 (2) 实验原理 (2) 实验内容及实验结果 (3) 实验小结 (6) 实验二随机过程的模拟与数字特征 (7) 实验目的 (7) 实验原理 (7) 实验内容及实验结果 (8) 实验小结 (11) 实验三随机过程通过线性系统的分析 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容及实验结果 (13) 实验小结 (17) 实验四窄带随机过程的产生及其性能测试 (18) 实验目的 (18) 实验原理 (18) 实验内容及实验结果 (18) 实验小结 (23) 实验总结 (23)
实验一随机序列的产生及数字特征估计 实验目的 1.学习和掌握随机数的产生方法。 2.实现随机序列的数字特征估计。 实验原理 1.随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列（样本值序列）。进行随机信号仿真分析时，需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时，通常利用数学方法产生随机数，这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的，这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的，而且存在周期性，但是如果计算公式选择适当，所产生的数据看似随机的，与真正的随机数具有相近的统计特性，可以作为随机数使用。 (0,1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0,1)均匀分布指的是在[0,1]区间上的均匀分布， U(0,1)。即实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0,1)均匀分布随机数，通常采用的方法为线性同余法，公式如下： y0=1，y n=ky n(mod N) ? x n=y n N 序列{x n}为产生的(0,1)均匀分布随机数。 定理1.1若随机变量X 具有连续分布函数F x(x)，而R 为(0,1)均匀分布随机变量，则有 X=F x?1(R) 2.MATLAB中产生随机序列的函数 (1)(0,1)均匀分布的随机序列函数：rand 用法：x = rand(m,n) 功能：产生m×n 的均匀分布随机数矩阵。 (2)正态分布的随机序列 函数：randn 用法：x = randn(m,n) 功能：产生m×n 的标准正态分布随机数矩阵。 如果要产生服从N(μ,σ2)分布的随机序列，则可以由标准正态随机序列产生。 (3)其他分布的随机序列 分布函数分布函数 二项分布binornd 指数分布exprnd 泊松分布poissrnd 正态分布normrnd 离散均匀分布unidrnd 瑞利分布raylrnd 均匀分布unifrnd X2分布chi2rnd 3.随机序列的数字特征估计 对于遍历过程，可以通过随机序列的一条样本函数来获得该过程的统计特征。这里我们假定随机序列X(n)为遍历过程，样本函数为x(n)，其中n=0,1,2,……N-1。那么，
一、实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在～1000μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在～μm（波数在13300～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在～50μm（波数在4000～200cm-1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm（波数在200～10cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： 三、仪器和试剂 1、仪器：美国尼高立IR-6700 2、试剂：溴化钾，聚乙烯，苯甲酸 3、傅立叶红外光谱仪(FTIR)的构造及工作原理 四、实验步骤
1、波数检验：将聚苯乙烯薄膜插入红外光谱仪的样品池处，从4000-650cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。 2、测绘苯甲酸的红外吸收光谱——溴化钾压片法 取1-2mg苯甲酸，加入在红外灯下烘干的100-200mg溴化钾粉末，在玛瑙研钵中充分磨细（颗粒约2μm），使之混合均匀。取出约80mg混合物均匀铺洒在干净的压模内，于压片机上制成直径透明薄片。将此片装于固体样品架上，样品架插入红外光谱仪的样品池处，从4000-400cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。 五、注意事项 1、实验室环境应该保持干燥； 2、确保样品与药品的纯度与干燥度； 3、在制备样品的时候要迅速以防止其吸收过多的水分，影响实验结果； 4、试样放入仪器的时候动作要迅速，避免当中的空气流动，影响实验的准确性。 5、溴化钾压片的过程中，粉末要在研钵中充分磨细，且于压片机上制得的透明薄片厚度要适当。 六、数据处理 该图中在波数700~800、1500~1600、2800~2975左右有峰形，证明了该物质中可能有烯烃的C-H变形振动，C-C间的伸缩振动，同时也拥有烷烃的C-H伸缩振动，推测为聚乙烯的红外谱图。 谱带位置/cm-1吸收基团的振动形式 )n—C— n≥4） （—C—(CH 2
车辆转弯半径 些特种车辆的转弯半径为16～20m。 汽车的转弯半径决定汽车的机动性能。汽车的转弯半径在原地方向盘最大转角转弯后形成的半径，一般国家针对不同车型有法规要求。比如大型货车的转弯直径不大于24米，即半径12米。转弯半径以外轮转弯半径计算，因此，理论上汽车原地调头的最小路面宽度是转弯半径的两倍以上。 路面宽度载重量（吨）相对长度（米）转弯半径（米） 车长最小转弯半径（ｍ4～8t 单辆汽 车 9微型车不超 过3.5米 4.50 10～15t 单辆 汽车12小型车 3.5－7米 6.004～8t 汽车带一辆载重2～3t 挂车12 轻型车7－10米 6.50～8.00 15～25t 平板 挂车 15 中型车10米 以上 8.00～10.008.00～10.0010.50～12.00载重40～60t 平板挂车18 铰接车17.5 米 10.50～12.50 2吨车 一般为4米左右，以4.3米 的居多3吨车约为5.5米5吨车约为6.2米8吨车约为7.2-8.8 米 10吨车约为9.6米12吨或15吨 车 一般为9.6-12.5 20吨车一般为12.5-14.5米25吨车一般为12.5-15米30吨车 一般为五轴或六轴的14-17米车辆
补充1:最简单的算法，把你的汽车横在路上，只要路面宽度大于你的车长稍微多一点就能调过头来。知道了最小的转弯半径还要考虑你的车身长度啊！ 10.1.7机动车出入口距城市道路交叉口、桥隧坡道起止线应大于50米。 10.1.8居住区道路红线转弯半径不得小于6米，工业区不小于9米，有消防功能的道路，最小转弯半径为12米。 大型消防车转弯半径需要12.0米，转弯半径指的是车辆的前轮外侧，道路内缘圆弧半径均比转弯半径小，精确计算为： r2=(r12-l2)1/2-((b+h)/2)+y，但一般粗略的计算可以近似为：道路内缘圆弧半径＝转弯半径-车宽-安全距离。(消防车宽2.5m，安全距离0.25m)所以大型消防车道内缘圆弧半径取9.0米左右是安全的。 汽车库规范2.0.2汽车最小转弯半径(Minimumturn radius of car) 汽车回转时汽车的前轮外侧循圆曲线行走轨迹的半径。 建规6.0.10.1普通消防车的转弯半径为9m，登高车的转弯半径为12m，一些特种车辆的转弯半径为16～20m。 所以，消防车道转弯半径＝普通消防车的转弯半径9m－3m(2.5+0.25)＝6m 作图：
一、程序源码+注释分析 module selector41(data_in,data_out,select); input [3:0] data_in; //定义输入 output data_out; //定义输出 input [1:0] select; //定义输入一个选择控制信号 reg data_out; //将输出定义为寄存器型变量，表示过程块语句always内的指定信号 always @(data_in or select) begin //电平触发（输入信号发生电平变化时，执行always块中语句） case(select) //根据两位选择控制信号，将选定的输入信号送到输出端 2'b00:data_out=data_in[0]; 2'b01:data_out=data_in[1]; 2'b10:data_out=data_in[2]; 2'b11:data_out=data_in[3]; default:data_out=2'bxx; endcase end endmodule 二、测试文件源码+注释分析 `timescale 1 ns/10 ps module selector41_tb;//测试文件，即在仿真软件中以编程文件的方式，给定对应程序文件的输入信号和控制信号 reg [0:3] data_in_tb; wire data_out_tb; reg [1:0] select_tb; selector41 t1(data_in_tb,data_out_tb,select_tb);//调用需要测试的程序文件，此处括号内给的变量，顺序要求和调用的程序处定义的变量的顺序一致 initial begin select_tb=0; data_in_tb=0; #20 data_in_tb={$random}%16; //产生一个0~15的二进制随机数作为输入信号 #50 select_tb=0; #50 select_tb=1; #50 select_tb=2; #50 select_tb=3; #50 $finish(); end endmodule 三、下图为仿真实验结果
红外吸收光谱实验 仪器分析实验 实验名称：红外光谱分析（IR）实验 学院：化学工程学院 专业： 班级： 姓名： 学号：序号： 指导教师： 日期： 一、实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75～ 1000μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm（波数在13300～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～50μm（波数在 4000～200cm-1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm（波数在200～ 10cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数， 表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： 104 (cm)(cm)1
作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把 红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜，最常用于工业及实验研究领域，如医药鉴别，人造皮革中异氰酸酯基确定等等。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化 合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 红外光谱仪可分为色散型和干涉型。色散型红外光谱仪又有棱镜分光型和光 栅分光型，干涉型为傅立叶变换红外光谱仪（FTIR），最主要的区别是FTIR没有色散元件。本实验所演示的是傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）。所得的红外谱图的横坐标是波数（或波长），纵坐标是吸光度。 三、仪器和试剂 1、仪器：美国尼高立IR-6700 2、试剂：溴化钾，聚乙烯，苯甲酸 3、傅立叶红外光谱仪(FTIR)的构造及工作原理
汽车库内汽车的最小转弯半径 最小转弯半径（ｍ）微型车 4.50 小型车 6.00 车型最小转弯半径（m） 轻型车 6.50～8.00 中型车 8.00～10.00 铰接车10.50～12.50 城市道路交叉口转弯半径（按道路红线计）按下列标准控制： 主干道： 20米～30米；次干道： 15米～20米； 非主次道路：10米～20米。 10.1.7 机动车出入口距城市道路交叉口、桥隧坡道起止线应大于50米。10.1.8 居住区道路红线转弯半径不得小于6米，工业区不小于9米，有消防功能的道路，最小转弯半径为12米。大型消防车转弯半径需要12.0米，转弯半径指的是车辆的前轮外侧，道路内缘圆弧半径均比转弯半径小，精确计算为：r2=(r12-l2)1/2-(b+h)/2+y，但一般粗略的计算可以近似为：道路内缘圆弧半径＝转弯半径-车宽-安全距离(消防车宽2.5m，安全距离0.25m)。所以大型消防车道内缘圆弧半径取9.0米左右是安全的。 汽车库规范 汽车最小转弯半径(Minimumturn radius of car)：汽车回转时汽车的前轮外侧循圆曲线行走轨迹的半径。 建规 .1： 普通消防车的转弯半径为9m，登高车的转弯半径为12m，一些特种车辆的转弯半径为16～20m。所以，消防车道转弯半径＝普通消防车的转弯半径9m－3m(2.5+0.25)＝6m。
1——汽车最小转弯半径； R0 ——环道外半径； R——汽车环行外半径； r2 ——环道内半径； R——汽车环行内半径； X——汽车环行时最外点至环道外边距离，宜等于或大于 250mm； Y——汽车环行时最内点至环道内边距离，宜等于或大于250mm。 汽车环形坡道除纵向坡度应符合表，还应于坡道横向设置超高，超高可按下列公式计算。 （ 式中Ｖ——设计车速，Km/h； Ｒ——环道平曲线半径（取到坡道中心线半径）； μ——横向力系数，宜为0.1～0.15； ic ——超高即横向坡度，宜为2%～6%。 当坡道横向内、外两侧如无墙时，应设护栏和道牙，单行道的道牙宽度不应小于0.3m。双行道中宜设宽度不应小于0.6m的道牙，道牙的高度不应小于0.15m。
物流系统建模与仿真实验 实验报告 实验学期至学年第学期年级专业班级 学生姓名学号
一、实验名称 产品测试工艺仿真与分析实验 二、实验内容 （1）实验背景 某制造车间由5 组机器组成，第1，2，3，4，5 组机器分别有3，2，4，3，1 台相同的机器。这个车间需要加工三种原料，三种原料分别要求完成4、3 和5 道工序，而每道工序必须在指定的机器组上处理，按照事先规定好的工艺顺序进行。 （2）概念模型如下： （2）模型实体设计需求元素列表 模型元素 系统元素 备注 Flowitem 原料 不同实体类型代表不同类型的原料，分别标为1、2、3 Processor 机器 进行不同的参数定义以表征不同机器组中的机器 Conveyor 传送带 Rack 货架 Operator 操作员 可以进行搬运或加工等操作的人 Dispatcher 调度器 给操作员进行任务分配的控制器 Transporter 叉车 进行搬运操作的小车 Queue 机器组暂存区 Source 原材料库 原材料的始发处 Sink 成品库 原料加工后的最终去处 三、实验结果分析（模型运行图、数据统计图表） 1.模型平面图 2.模型立体图 检测机器1 检测机器2 检测机器3 传送带 传送带 传送带 货架1 货架2 货架3 产品1 产品2 产品3
3. 检测台1数据分析结果与state饼图 4. 检测台2数据分析结果图与state饼图 5. 检测台数据 分析结果图与 state饼图 6. 暂存 区1数据分析结果图 7. 暂存区2数据分析结果图
四、实验过程中遇到的问题及解决方 1. 数据结果 从仿真结果中可以看出三个检测机的调整时间分别为 21.9%、21.2%、24.6%，工作时间分别为58%、67.2%、69%， 空闲时间分别为20%、12.6%、8.7%。检测机几乎有1/5的 时间时再调整状态，检测机1有1/5的时间时在空闲的状 态。产品在三个检测机的平均逗留时间分别为36.49S、43.22S、38.67S。 暂存区1平均有9个产品，平均逗留时间为134S；暂存区2平均有20个产品，平均逗留时间为314S。 2. 模型瓶颈分析 从上面的分析得出三个检测机的工作效率分别为58%、67.2%、69%，其工作效率不是很高，而且暂存区2中产品数量多，平均逗留时间也长。 检测机工作效率不高，会造成利润的降低；暂存区产品多需要更大面积的暂存区去存放产品，增加产品的存储费用，产品在暂存区逗留时间越长，不确定因素造成的牛鞭效应就越大。 所以检测机工作效率不高，暂存区2库存量大都是该系统的瓶颈问题。应该着力解决系统的瓶颈，提高检测机的工作效率，降低暂存区的库存，减少产品在暂存区的逗留时间。 3. 模型改进 将检测机的准备时间缩短，可以抬高检测机的工作效率；增加叉车的工作效率，降低暂存区2的库存，减少产品在暂存区的逗留时间。 五、实验收获与体会 在本次实验中通过建立单存放区域、单处理工作台的简单模型，了解5个基本建模步骤。初步熟悉了Flexsim仿真软件如何应用。了解了每个实体的含义，实体属性的设置方法，实体之间的连接方法，如何通过观察仿 真结果找到系统的瓶颈等。 一、实验名称 多产品多阶段制造系统仿真与分析实验 二、实验内容 （1）实验背景 某制造车间由5 组机器组成，第1，2，3，4，5 组机器分别有3，2，4，3，1 台相同的 机器。这个车间需要加工三种原料，三种原料分别要求完成4、3 和5 道工序，而每道工序必须
仪器分析实验 ——红外吸收光谱的测定及结构分析 学号:2 班级:应用化工技术11-2 姓名:韩斐 一、实验的目的与要求 1.掌握红外光谱法进行物质结构分析的基本原理,能够利用红外光谱鉴别官能团,并根据 官能团确定未知组分的主要结构; 2.了解仪器的基本结构及工作原理; 3.了解红外光谱测定的样品制备方法; 4.学会傅立叶变换红外光谱仪的使用。 二、原理 红外吸收光谱法就是通过研究物质结构与红外吸收光谱间的关系,来对物质进行分析的,红外光谱可以用吸收峰谱带的位置与峰的强度加以表征。测定未知物结构就是红外光谱定性分析的一个重要用途。根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度与形状,利用基团振动频率与分子结构的关系,来确定吸收带的归属,确认分子中所含的基团或键,并推断分子的结构,鉴定的步骤如下: (1)对样品做初步了解,如样品的纯度、外观、来源及元素分析结果,及物理性质(分子量、沸点、熔点)。 (2)确定未知物不饱与度,以推测化合物可能的结构; (3)图谱解析 ①首先在官能团区(4000～1300cm－1)搜寻官能团的特征伸缩振动; ②再根据“指纹区”(1300～400cm-1)的吸收情况,进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。 三、仪器与试剂 1、Nicolet 510P FT-IR Spectrometer(美国Nicolet公司); 2、 FW-4型压片机(包括压模等)(天津市光学仪器厂);真空泵;玛瑙研钵;红外灯;镊子;可拆式液体池;盐片(NaCl, KBr, BaF2等)。 3、试剂:KBr粉末(光谱纯);无水乙醇(AR);滑石粉;丙酮;脱脂棉; 4、测试样品:对硝基苯甲酸;苯乙酮等。 四、实验步骤 1.了解仪器的基本结构及工作原理
车辆转弯半径 些特种车辆的转弯半径为16? 汽车的转弯半径决定汽车的机动性能。汽车的转弯半径在原地方向盘最大转角转弯后形成的半
径，一般国家针对不同车型有法规要求。比如大型货车的转弯直径不大于24米，即半径12米。转弯半径以外轮转弯半径计算，因此，理论上汽车原地调头的最小路面宽度是转弯半径的两倍以上。 补充1：最简单的算法，把你的汽车横在路上，只要路面宽度大于你的车长稍微多一点就能调过 头来。知道了最小的转弯半径还要考虑你的车身长度啊！ 10.1.7机动车出入口距城市道路交叉口、桥隧坡道起止线应大于50米。 10.1.8居住区道路红线转弯半径不得小于6米，工业区不小于9米，有消防功能的道路，最小转弯半径为12米。 大型消防车转弯半径需要12.0米，转弯半径指的是车辆的前轮外侧，道路内缘圆弧半径均比转弯半径小，精确计算为：r2=(r12-l2)1/2-((b+h)/2)+y ，但一般粗略的计算可以近似为：道路内缘圆弧半径=转弯半径-车宽-安全距离。(消防车宽2.5m，安全距离0.25m)所以大型消防车道内缘圆弧半径取9.0米左右是安全的。 汽车库规范2.0.2 汽车最小转弯半径(Minimumturn radius of car) 汽车回转时汽车的前轮外侧循圆曲线行走轨迹的半径。 建规6.0.10 .1普通消防车的转弯半径为9m,登高车的转弯半径为12m 一些特种 车辆的转弯半径为16?20m 所以，消防车道转弯半径=普通消防车的转弯半径9m- 3m(2.5+0.25) = 6m 作图:
K4. L10汽车环道平向 占一汽乍枚度前悬尺寸车老鈿l后悬尺\h W =R&—先(4- L10-1) R Q =R+H(iLlO-2) =J(l+iy^(r+b)2<4< 1.10-3) R ra=r—y<4. L 10-4) —中(4, L 10-5)前——环道最小宽度$ R1——汽车最小转弯半径; R0 ――环道外半径； R――汽车环行外半径； r2 环道内半径;