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北京理工大學(xué)多智能體協(xié)同控制實(shí)驗(yàn)平臺功能 • 無人機(jī)姿態(tài)控制 根據(jù)用戶需求，自定義需要捕捉的部位，利用NOKOV精確捕捉運(yùn)動(dòng)物體的位置及姿態(tài)等三維數(shù)據(jù)。 • 無人機(jī)/無人車動(dòng)態(tài)角色分配 根據(jù)NOKOV實(shí)時(shí)反饋的位置信息，使出現(xiàn)在隨機(jī)位置的多智能體，以最短路徑形成理想編隊(duì)隊(duì)形，為其他多智能體協(xié)同控制實(shí)驗(yàn)提供了基礎(chǔ)。 • 空地協(xié)同編隊(duì)、自主避障與跟隨 由于設(shè)備的可拓展性，用戶可隨意增減目標(biāo)數(shù)量，通過在軟件內(nèi)對目標(biāo)進(jìn)行命名等操作，來完成對大批量運(yùn)動(dòng)體的同時(shí)捕捉。 NOKOV（度量）光學(xué)三維動(dòng)作捕捉系統(tǒng)功能 • 六自由度動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù) 采集三維空間XYZ坐標(biāo)、六自由度（6Dof）、偏航角（Yaw）、橫搖角（Roll）、俯仰角（Pitch）、歐拉角等數(shù)據(jù)，為無人機(jī)的位姿控制、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供連貫、流暢的動(dòng)作數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 • 亞毫米的定位精度 與采用GPS、航跡推算、全局?jǐn)z像頭、UWB等定位方法的實(shí)驗(yàn)平臺相比，該平臺的精度大大提高，可達(dá)亞毫米級。 • 豐富的二次開發(fā)接口 采集到的數(shù)據(jù)可以以VRPN形式傳輸，或通過SDK（C++語言）端口廣播與ROS、Labview、Matlab（包含Simulink）等軟件通信進(jìn)行二次開發(fā)。 • 軟件具有一鍵建立剛體功能，大幅提高工作效率

深圳國際研究生院王興軍教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一套穿戴式智能化隔離監(jiān)測系統(tǒng)和一套高通量非接觸式大規(guī)模疑似病患篩查系統(tǒng)。 “自動(dòng)隔離監(jiān)測系統(tǒng)”采用可貼身佩戴的體溫傳感器，輕巧方便，可以佩戴于額頭或腋下等部位，可實(shí)時(shí)對體溫進(jìn)行采集。采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)或手機(jī)傳至云服務(wù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)可視化，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不正?；虺霈F(xiàn)被隔離者離開監(jiān)測區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)都會進(jìn)行報(bào)警。對于在隔離期內(nèi)生理數(shù)據(jù)正常的人員，可以在一定時(shí)間之內(nèi)不用重復(fù)測量，避免重復(fù)檢查。 “高通量非接觸式大規(guī)模篩查設(shè)備”可以放置于火車站、地鐵站、海關(guān)等人流密度較高的區(qū)域，利用紅外熱成像設(shè)備和可見光采集設(shè)備，搭配智能算法，可以實(shí)現(xiàn)在高人流密度區(qū)域同時(shí)對多人非接觸式地、即時(shí)地采集體溫和血氧數(shù)據(jù)，及時(shí)篩查出疑似患者，預(yù)防輸入性病例。采集的數(shù)據(jù)將上傳至云平臺，用于進(jìn)行公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)交互。相關(guān)數(shù)據(jù)還能直接對接到衛(wèi)生部門，方便進(jìn)行后續(xù)的跟蹤觀測、診斷治療。上述兩套系統(tǒng)可以為疫情隔離監(jiān)測和大規(guī)模排查篩查提供全覆蓋的服務(wù)，猶如“防疫天眼”，產(chǎn)品正在加緊研發(fā)。

項(xiàng)目成果/簡介:摘要超音速旋流凈化技術(shù)是濕煙氣經(jīng)超音速分離器絕熱膨脹至超音速，降溫50-100℃后，其中夾帶的水蒸汽、SOx與溶解性鹽、凝膠粉塵、微塵等成分發(fā)生非均質(zhì)凝結(jié)后予以分離的一種新型氣體凈化技術(shù)，脫除效率最高可達(dá)90%，能夠高效地實(shí)現(xiàn)煙氣脫白。該技術(shù)同時(shí)借助多傳感器融合方法智能診斷和動(dòng)態(tài)測量流場數(shù)據(jù)，優(yōu)化煙氣“脫白”過程，必要時(shí)輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化分離凈化效果。相較于傳統(tǒng)的電磁法、煙氣加熱法、煙氣噴淋法等脫白工藝，獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測與診斷控制的分離效率增強(qiáng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)煙氣的高效率穩(wěn)定脫白。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果與技術(shù)應(yīng)用展示本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，近十幾年一直從事超音速旋流分離技術(shù)和多相流流場參數(shù)檢測與電學(xué)成像技術(shù)的研究，已分別構(gòu)建了超音速分離裝置和電阻成像（ERT）、電容成像（ECT）及電磁（EMT）等多套系統(tǒng)?，F(xiàn)有成熟技術(shù)已為國內(nèi)多家單位，如上海交通大學(xué)、北京石油化工學(xué)院、北方工業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)、西門子（北京）研究院等，提供了相應(yīng)的電學(xué)成像系統(tǒng)。本項(xiàng)目中所采用的技術(shù)和提出的方法均為自主設(shè)計(jì)和開發(fā)，對于已研制超音速旋流分離技術(shù)和流場參數(shù)檢測系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)已申請了專利，具有完全的知識產(chǎn)權(quán)。同時(shí)開發(fā)過程中使用的所有部件和器件沒有限制級產(chǎn)品，可避免不必要的知識產(chǎn)權(quán)爭端，以及國外技術(shù)壁壘的限制。獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測的超音速旋流凈化系統(tǒng)利用靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器和電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器，結(jié)合多源信息融合算法，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)氣體的非侵入式流場參數(shù)測量和狀態(tài)診斷。系統(tǒng)將檢測到的信息進(jìn)行處理和融合，分析超音速分離器內(nèi)的流場情況和濕氣出口的成分變化，并建立異常狀態(tài)檢測與診斷方法，診斷系統(tǒng)狀態(tài)。可被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、建材、食品等工業(yè)，如煙氣脫白；石油工業(yè)中油／氣／水混輸過程；冶金、電力工業(yè)中各種氣力物料輸送過程；以及化工、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域中的干燥過程、混合過程、流態(tài)化過程、擴(kuò)散過程、反應(yīng)過程等普遍涉及多相流測量問題。相較于傳統(tǒng)的處理工藝，超音速旋流凈化技術(shù)中的設(shè)備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護(hù)成本很低。核心傳感器和技術(shù)包括靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器、電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器和超音速旋流分離技術(shù)。靜電傳感器靜電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，可以非侵入測量等特點(diǎn)，近幾十年來發(fā)展迅速，英國貿(mào)工部認(rèn)為在煤粉的流速、濃度或質(zhì)量流量測量手段中，靜電法是最有前途的方法之一。在檢測機(jī)理方面，目前靜電法氣固兩相流檢測可分為接觸電荷轉(zhuǎn)移法與靜電感應(yīng)法兩條路線，對于應(yīng)用最廣泛的內(nèi)壁嵌裝電極式傳感器結(jié)構(gòu)，本團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移電荷和感應(yīng)電荷經(jīng)電荷放大電路后，不僅體現(xiàn)出不同的信號波形特征，而且從頻域來看，轉(zhuǎn)移電荷形成的信號在整體信號中也占有重要比重。以此為基礎(chǔ)，提出了一系列的感應(yīng)電荷信息和轉(zhuǎn)移電荷信息的解耦方法，提高了顆粒流動(dòng)參數(shù)測量精度。本團(tuán)隊(duì)建立了帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置與氣固兩相流計(jì)量實(shí)驗(yàn)裝置。帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置用來模擬帶靜電顆粒流動(dòng)情況以及相關(guān)測速方法標(biāo)定。氣固兩相流計(jì)量裝置為參數(shù)可調(diào)的氣力輸送系統(tǒng)，用于氣固兩相流研究以及顆粒質(zhì)量流量計(jì)量標(biāo)定。兩套裝置計(jì)量精度均經(jīng)過了天津市計(jì)量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院的測試。圖1 靜電法技術(shù)成果展示電學(xué)層析成像傳感器電學(xué)層析成像技術(shù)類似醫(yī)學(xué)的CT技術(shù)，通過外圍測量，重構(gòu)截面電學(xué)參數(shù)（電導(dǎo)率/磁導(dǎo)率/介電常數(shù)）分布信息。電學(xué)層析成像技術(shù)根據(jù)測量模態(tài)的不同，主要分為電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography，簡稱ECT）、電阻層析成像技術(shù)（Electrical Resistance Tomography，簡稱ERT）和電磁層析成像技術(shù)（Electromagnetic Tomography，簡稱EMT）。系統(tǒng)具備高速測量、多電極組合、多測量模態(tài)切換、可視化、高信噪比和可定制化等特點(diǎn)。本團(tuán)隊(duì)針對重質(zhì)劣質(zhì)油的加工轉(zhuǎn)化的核心設(shè)備——三相流化床，轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)量還存在難以突破設(shè)計(jì)瓶頸的問題，在首次提出基于TMR的磁導(dǎo)率EMT方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合ECT 和ERT 等多種模態(tài)的電學(xué)層析成像系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于電/磁雙模層析成像的高固含率氣液固三相流態(tài)化實(shí)驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)高固含率條件下，氣液固三相的識別和分相分布參數(shù)的實(shí)時(shí)測量。圖2 電學(xué)層析成像技術(shù)成果展示圖3 ERT/ECT/EMT系統(tǒng)展示圖4 ECT對油氣潤滑系統(tǒng)中油膜厚度檢測 超音速旋流分離技術(shù)超音速旋流分離技術(shù)是結(jié)合旋流分離技術(shù)和冷凝分離技術(shù)的多組分氣體冷凝分離法，具有工藝流程簡單、穩(wěn)定性好、效率高、能耗低等特點(diǎn)，成為近二十年來非常有應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)前景的新分離技術(shù)。該技術(shù)集膨脹機(jī)、氣液分離器和壓縮機(jī)于一體，主要由旋流發(fā)生器、超音速噴嘴、分離段和擴(kuò)壓管組成。其工作原理如下：經(jīng)過前級處理后的含濕氣體導(dǎo)入到超音速分離器內(nèi)，經(jīng)過旋流發(fā)生器，產(chǎn)生加速度為106m/s2的旋轉(zhuǎn)流場；旋轉(zhuǎn)的氣體通過拉伐爾噴管時(shí)，會絕熱膨脹至超音速，同時(shí)降溫降壓，溫度最大可降低50-100℃，低溫的流場環(huán)境能夠使氣體中的水蒸氣開始凝結(jié)產(chǎn)生相變，出現(xiàn)小液滴；在旋轉(zhuǎn)流場中，凝結(jié)產(chǎn)生的小液滴不斷碰撞、聚并，在強(qiáng)離心力的作用下，被甩至壁面，并在氣體的帶動(dòng)下，從濕氣出口排出；經(jīng)過處理的干氣在管道中心流動(dòng)，經(jīng)過擴(kuò)壓器內(nèi)降速升壓，進(jìn)行排放。本團(tuán)隊(duì)首次采用Young經(jīng)典成核理論和C-C相平衡方程推導(dǎo)獲得了水蒸汽自發(fā)凝結(jié)Wilson位置解析式，在此基礎(chǔ)上，提出了基于液滴成核和生長模型的非均質(zhì)凝結(jié)模型和跨聲速濕空氣凝結(jié)SST湍流模型，揭示了跨音速兩相凝結(jié)現(xiàn)象“非穩(wěn)態(tài)”不同振蕩模式的流動(dòng)特性，獲得了使分離效率最大化的最優(yōu)外界核心半徑，深入研究了超音速分離器的流場特性、處理效率和分離特性。圖5 超音速旋流分離器流場測量系統(tǒng)圖6 凝結(jié)液滴參數(shù)測量圖7 中國計(jì)量測試學(xué)會科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)圖8 超音速分離器液相分布仿真預(yù)測 針對煙氣的智能狀態(tài)檢測與診斷控制的超音速旋流凈化工藝濕法脫硫后的濕煙氣直接排放會產(chǎn)生“白色煙羽”，由于在脫硫過程中，脫硫漿液與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，發(fā)生傳熱傳質(zhì)；一方面水分蒸發(fā)，增加煙氣的含濕量；另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達(dá)到飽和狀態(tài)后，會攜帶部分小液滴，這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)除霧器除去絕大部分液滴后，直接經(jīng)煙囪排入大氣，由于環(huán)境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會凝結(jié)成小液滴形成“白色煙羽”。白煙中含有較多的溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵和微塵等成分，會造成環(huán)境污染。針對上述問題，本團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的基于智能檢測與診斷的超音速旋流凈化工藝解決了傳統(tǒng)煙氣脫白技術(shù)（如煙氣加熱方法、煙氣冷凝再加熱技術(shù)和電磁脫白技術(shù)等）成本高，工藝流程復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)勁的問題，具有設(shè)備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護(hù)成本很低的特點(diǎn)。該技術(shù)主要是利用超音速旋流分離器的增速降溫原理，將煙氣中的水蒸氣進(jìn)行凝結(jié)并旋轉(zhuǎn)分離，通過引射器將液滴引至超音速分離器入口，輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化脫白效果。在超音速分離器分離段和濕氣出口處安裝本團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多相流可視化及參數(shù)測量系統(tǒng)（靜電層析成像系統(tǒng)和電學(xué)層析成像系統(tǒng)），結(jié)合智能化成像算法和多元信息融合算法，對管道內(nèi)煙氣的流場參數(shù)進(jìn)行非侵入式智能測量。系統(tǒng)可根據(jù)測量結(jié)果，分析超音速旋流分離器內(nèi)的流場情況和濕氣出口的成分變化，建立異常狀態(tài)檢測與診斷方法，診斷脫白系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，指導(dǎo)引射器對液滴量引入的精確控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的煙氣脫白。圖9 針對白煙氣的智能檢測與診斷控制超音速旋流凈化工藝流程知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利知識產(chǎn)權(quán)編號:2018114554307，2020102445880，ZL2016106973850技術(shù)成熟度:已有樣品技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國家級計(jì)劃/專項(xiàng)類別:國家自然科學(xué)基金獲得經(jīng)費(fèi):61.00萬元

摘要 超音速旋流凈化技術(shù)是濕煙氣經(jīng)超音速分離器絕熱膨脹至超音速，降溫50-100℃后，其中夾帶的水蒸汽、SOx與溶解性鹽、凝膠粉塵、微塵等成分發(fā)生非均質(zhì)凝結(jié)后予以分離的一種新型氣體凈化技術(shù)，脫除效率最高可達(dá)90%，能夠高效地實(shí)現(xiàn)煙氣脫白。該技術(shù)同時(shí)借助多傳感器融合方法智能診斷和動(dòng)態(tài)測量流場數(shù)據(jù)，優(yōu)化煙氣“脫白”過程，必要時(shí)輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化分離凈化效果。相較于傳統(tǒng)的電磁法、煙氣加熱法、煙氣噴淋法等脫白工藝，獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測與診斷控制的分離效率增強(qiáng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)煙氣的高效率穩(wěn)定脫白。 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果與技術(shù)應(yīng)用展示 本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，近十幾年一直從事超音速旋流分離技術(shù)和多相流流場參數(shù)檢測與電學(xué)成像技術(shù)的研究，已分別構(gòu)建了超音速分離裝置和電阻成像（ERT）、電容成像（ECT）及電磁（EMT）等多套系統(tǒng)?，F(xiàn)有成熟技術(shù)已為國內(nèi)多家單位，如上海交通大學(xué)、北京石油化工學(xué)院、北方工業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)、西門子（北京）研究院等，提供了相應(yīng)的電學(xué)成像系統(tǒng)。本項(xiàng)目中所采用的技術(shù)和提出的方法均為自主設(shè)計(jì)和開發(fā)，對于已研制超音速旋流分離技術(shù)和流場參數(shù)檢測系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)已申請了專利，具有完全的知識產(chǎn)權(quán)。同時(shí)開發(fā)過程中使用的所有部件和器件沒有限制級產(chǎn)品，可避免不必要的知識產(chǎn)權(quán)爭端，以及國外技術(shù)壁壘的限制。 獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測的超音速旋流凈化系統(tǒng)利用靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器和電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器，結(jié)合多源信息融合算法，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)氣體的非侵入式流場參數(shù)測量和狀態(tài)診斷。系統(tǒng)將檢測到的信息進(jìn)行處理和融合，分析超音速分離器內(nèi)的流場情況和濕氣出口的成分變化，并建立異常狀態(tài)檢測與診斷方法，診斷系統(tǒng)狀態(tài)。可被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、建材、食品等工業(yè)，如煙氣脫白；石油工業(yè)中油／氣／水混輸過程；冶金、電力工業(yè)中各種氣力物料輸送過程；以及化工、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域中的干燥過程、混合過程、流態(tài)化過程、擴(kuò)散過程、反應(yīng)過程等普遍涉及多相流測量問題。相較于傳統(tǒng)的處理工藝，超音速旋流凈化技術(shù)中的設(shè)備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護(hù)成本很低。核心傳感器和技術(shù)包括靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器、電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器和超音速旋流分離技術(shù)。 靜電傳感器 靜電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，可以非侵入測量等特點(diǎn)，近幾十年來發(fā)展迅速，英國貿(mào)工部認(rèn)為在煤粉的流速、濃度或質(zhì)量流量測量手段中，靜電法是最有前途的方法之一。 在檢測機(jī)理方面，目前靜電法氣固兩相流檢測可分為接觸電荷轉(zhuǎn)移法與靜電感應(yīng)法兩條路線，對于應(yīng)用最廣泛的內(nèi)壁嵌裝電極式傳感器結(jié)構(gòu)，本團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移電荷和感應(yīng)電荷經(jīng)電荷放大電路后，不僅體現(xiàn)出不同的信號波形特征，而且從頻域來看，轉(zhuǎn)移電荷形成的信號在整體信號中也占有重要比重。以此為基礎(chǔ)，提出了一系列的感應(yīng)電荷信息和轉(zhuǎn)移電荷信息的解耦方法，提高了顆粒流動(dòng)參數(shù)測量精度。 本團(tuán)隊(duì)建立了帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置與氣固兩相流計(jì)量實(shí)驗(yàn)裝置。帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置用來模擬帶靜電顆粒流動(dòng)情況以及相關(guān)測速方法標(biāo)定。氣固兩相流計(jì)量裝置為參數(shù)可調(diào)的氣力輸送系統(tǒng)，用于氣固兩相流研究以及顆粒質(zhì)量流量計(jì)量標(biāo)定。兩套裝置計(jì)量精度均經(jīng)過了天津市計(jì)量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院的測試。 圖1 靜電法技術(shù)成果展示 電學(xué)層析成像傳感器 電學(xué)層析成像技術(shù)類似醫(yī)學(xué)的CT技術(shù)，通過外圍測量，重構(gòu)截面電學(xué)參數(shù)（電導(dǎo)率/磁導(dǎo)率/介電常數(shù)）分布信息。電學(xué)層析成像技術(shù)根據(jù)測量模態(tài)的不同，主要分為電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography，簡稱ECT）、電阻層析成像技術(shù)（Electrical Resistance Tomography，簡稱ERT）和電磁層析成像技術(shù)（Electromagnetic Tomography，簡稱EMT）。系統(tǒng)具備高速測量、多電極組合、多測量模態(tài)切換、可視化、高信噪比和可定制化等特點(diǎn)。 本團(tuán)隊(duì)針對重質(zhì)劣質(zhì)油的加工轉(zhuǎn)化的核心設(shè)備——三相流化床，轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)量還存在難以突破設(shè)計(jì)瓶頸的問題，在首次提出基于TMR的磁導(dǎo)率EMT方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合ECT 和ERT 等多種模態(tài)的電學(xué)層析成像系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于電/磁雙模層析成像的高固含率氣液固三相流態(tài)化實(shí)驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)高固含率條件下，氣液固三相的識別和分相分布參數(shù)的實(shí)時(shí)測量。 圖2 電學(xué)層析成像技術(shù)成果展示 圖3 ERT/ECT/EMT系統(tǒng)展示 圖4 ECT對油氣潤滑系統(tǒng)中油膜厚度檢測  超音速旋流分離技術(shù) 超音速旋流分離技術(shù)是結(jié)合旋流分離技術(shù)和冷凝分離技術(shù)的多組分氣體冷凝分離法，具有工藝流程簡單、穩(wěn)定性好、效率高、能耗低等特點(diǎn)，成為近二十年來非常有應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)前景的新分離技術(shù)。該技術(shù)集膨脹機(jī)、氣液分離器和壓縮機(jī)于一體，主要由旋流發(fā)生器、超音速噴嘴、分離段和擴(kuò)壓管組成。其工作原理如下： 經(jīng)過前級處理后的含濕氣體導(dǎo)入到超音速分離器內(nèi)，經(jīng)過旋流發(fā)生器，產(chǎn)生加速度為106m/s2的旋轉(zhuǎn)流場； 旋轉(zhuǎn)的氣體通過拉伐爾噴管時(shí)，會絕熱膨脹至超音速，同時(shí)降溫降壓，溫度最大可降低50-100℃，低溫的流場環(huán)境能夠使氣體中的水蒸氣開始凝結(jié)產(chǎn)生相變，出現(xiàn)小液滴； 在旋轉(zhuǎn)流場中，凝結(jié)產(chǎn)生的小液滴不斷碰撞、聚并，在強(qiáng)離心力的作用下，被甩至壁面，并在氣體的帶動(dòng)下，從濕氣出口排出； 經(jīng)過處理的干氣在管道中心流動(dòng)，經(jīng)過擴(kuò)壓器內(nèi)降速升壓，進(jìn)行排放。 本團(tuán)隊(duì)首次采用Young經(jīng)典成核理論和C-C相平衡方程推導(dǎo)獲得了水蒸汽自發(fā)凝結(jié)Wilson位置解析式，在此基礎(chǔ)上，提出了基于液滴成核和生長模型的非均質(zhì)凝結(jié)模型和跨聲速濕空氣凝結(jié)SST湍流模型，揭示了跨音速兩相凝結(jié)現(xiàn)象“非穩(wěn)態(tài)”不同振蕩模式的流動(dòng)特性，獲得了使分離效率最大化的最優(yōu)外界核心半徑，深入研究了超音速分離器的流場特性、處理效率和分離特性。 圖5 超音速旋流分離器流場測量系統(tǒng) 圖6 凝結(jié)液滴參數(shù)測量 圖7 中國計(jì)量測試學(xué)會科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng) 圖8 超音速分離器液相分布仿真預(yù)測  針對煙氣的智能狀態(tài)檢測與診斷控制的超音速旋流凈化工藝 濕法脫硫后的濕煙氣直接排放會產(chǎn)生“白色煙羽”，由于在脫硫過程中，脫硫漿液與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，發(fā)生傳熱傳質(zhì)；一方面水分蒸發(fā)，增加煙氣的含濕量；另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達(dá)到飽和狀態(tài)后，會攜帶部分小液滴，這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)除霧器除去絕大部分液滴后，直接經(jīng)煙囪排入大氣，由于環(huán)境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會凝結(jié)成小液滴形成“白色煙羽”。白煙中含有較多的溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵和微塵等成分，會造成環(huán)境污染。 針對上述問題，本團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的基于智能檢測與診斷的超音速旋流凈化工藝解決了傳統(tǒng)煙氣脫白技術(shù)（如煙氣加熱方法、煙氣冷凝再加熱技術(shù)和電磁脫白技術(shù)等）成本高，工藝流程復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)勁的問題，具有設(shè)備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護(hù)成本很低的特點(diǎn)。 該技術(shù)主要是利用超音速旋流分離器的增速降溫原理，將煙氣中的水蒸氣進(jìn)行凝結(jié)并旋轉(zhuǎn)分離，通過引射器將液滴引至超音速分離器入口，輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化脫白效果。在超音速分離器分離段和濕氣出口處安裝本團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多相流可視化及參數(shù)測量系統(tǒng)（靜電層析成像系統(tǒng)和電學(xué)層析成像系統(tǒng)），結(jié)合智能化成像算法和多元信息融合算法，對管道內(nèi)煙氣的流場參數(shù)進(jìn)行非侵入式智能測量。系統(tǒng)可根據(jù)測量結(jié)果，分析超音速旋流分離器內(nèi)的流場情況和濕氣出口的成分變化，建立異常狀態(tài)檢測與診斷方法，診斷脫白系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，指導(dǎo)引射器對液滴量引入的精確控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的煙氣脫白。 圖9 針對白煙氣的智能檢測與診斷控制超音速旋流凈化工藝流程

        技術(shù)成熟度：技術(shù)突破         針對船舶機(jī)械設(shè)備減振降噪需求，提出了結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息作為性能指標(biāo)的主動(dòng)減振控制策略。解決了船舶復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下，主動(dòng)減振技術(shù)“減振不一定降噪”的難題。攻克超低頻、高出力密度主動(dòng)減振系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析方法和設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了系列化的電磁式作動(dòng)器和主被動(dòng)復(fù)合減振器，應(yīng)用于船舶主機(jī)、輔機(jī)和管路系統(tǒng)振動(dòng)抑制。突破了現(xiàn)有主動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)低頻作動(dòng)能力的瓶頸，發(fā)明了準(zhǔn)零剛度作動(dòng)器，有效覆蓋國外探測技術(shù)的頻率下限，解決了新一代船舶對超低頻線譜振動(dòng)和水下輻射噪聲控制的迫切需求。提出了穩(wěn)定性高、收斂速度快、擴(kuò)展性強(qiáng)的主動(dòng)減振核心控制算法并形成工程應(yīng)用軟件。突破了參考輸入線譜增強(qiáng)、多頻振動(dòng)均衡控制、控制輸出飽和抑制等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)，解決了主動(dòng)減振技術(shù)實(shí)船應(yīng)用的穩(wěn)、快、準(zhǔn)的難題。研發(fā)了首套兼具工作過程自監(jiān)測、運(yùn)行故障自診斷、控制效果自評估功能的集成化、模塊化主動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)減振系統(tǒng)100%國產(chǎn)化。解決了船舶機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)關(guān)鍵部件自主可控難題。         意向開展成果轉(zhuǎn)化的前提條件：船舶機(jī)械設(shè)備減振降噪

以企業(yè)的生產(chǎn)需要為出發(fā)點(diǎn)，以研發(fā)新產(chǎn)品、新設(shè)備、新工藝為目標(biāo)，進(jìn)行光機(jī)電一體化成套設(shè)備及新技術(shù)的研究與開發(fā)，解決企業(yè)發(fā)展過程中的瓶頸問題。圍繞創(chuàng)新制造工藝、機(jī)電控制及自動(dòng)化，開展綠色化、系統(tǒng)化智能機(jī)電一體化技術(shù)及其在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用研究。主要研究方向有：（ 1 ）綠色新能源生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備（ 2 ）特種加工機(jī)械（ 3 ）新型包裝機(jī)械（ 4 ）根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求定制光機(jī)電一體化成套設(shè)備（生產(chǎn)線）的研發(fā)。? 所承擔(dān)主要項(xiàng)目： 鋅空燃料電池極片干嵌法成形過程控制的理論與技術(shù)(國家自然基金) ·高速水墨柔性印刷模切機(jī)CL1224 （國家科技部） ·機(jī)械軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)（天津市教委） ·柔性傳動(dòng)行星輪差速機(jī)構(gòu)的研究 （河北省教育廳） ·機(jī)械液壓自動(dòng)控制軟啟動(dòng)系統(tǒng)（石家莊科技局） ·自動(dòng)分頁裝訂機(jī)的開發(fā)研究（河北省教委） 橫向課題： 紙管機(jī)開發(fā)（天津巨業(yè)衣架制造有限公司） 盤料螺紋鋼滾絲機(jī)（天津市天鵬建筑器材有限公司） 五金平臺自動(dòng)機(jī)械手的研制（慶輝五金制品有限公司） 乒乓膠皮海綿上料系統(tǒng)的研發(fā)（天津七二九體育器材開發(fā)有限公司） 電池極片卷繞設(shè)備（海裕百特鋰能設(shè)備有限公司） 鋰電池極片軋制卷繞線 ； 流延膜擠壓收卷裝置及控制系統(tǒng)的合作研發(fā)； 瓦棱機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的研制； KSQ-500電池極片卷繞設(shè)備開發(fā) 木工挖船機(jī)（威盧克斯有限公司） WS-260衛(wèi)生巾生產(chǎn)線獲獎(jiǎng)與專利一種布料機(jī)                  發(fā)明專利           專利號：200910068754.x一種雙向水泥土攪拌樁機(jī)      發(fā)明專利           專利號：200910069172.3一種雙向水泥土攪拌樁機(jī)      發(fā)明專利           專利號：200910069171.9一種雙向水泥土攪拌樁鉆桿    發(fā)明專利           專利號：200910069170.4一種收獲機(jī)                  發(fā)明專利           專利號：200910069269.4

與高速飛行的飛機(jī)不同，微小型無人機(jī)體積小，重量輕，飛行速度低，更容易受到環(huán)境湍流的影響，需要高靈敏度的小型氣流傳感器提供全面的空氣動(dòng)力學(xué)信息。如何讓微小型無人機(jī)像鳥類一樣感知和操縱氣流一直是航空和傳感器領(lǐng)域的難題。 面向微小型無人機(jī)的飛行參數(shù)測量，北航研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制出一種基于氧化釩的高靈敏度柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了0.11 mm/s和0.1°的超高流速和角度分辨力，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了攻角、側(cè)滑角和空速的多參數(shù)感知能力，并完成了微小型無人機(jī)飛行速度以及機(jī)翼微振動(dòng)的測量，為微小型無人機(jī)提供了低成本、高精度的大氣參數(shù)傳感方案。 該傳感器基于量熱式原理，由中心微加熱器產(chǎn)生恒定溫差，四周的熱敏電阻陣列測量溫度分布，根據(jù)熱敏電阻陣列測得的溫度差準(zhǔn)確反映流速大小及方向。采用懸空型隔熱結(jié)構(gòu)以及高電阻溫度系數(shù)材料氧化釩作為熱敏電阻以增大傳感器的測量靈敏度。在聚酰亞胺基底上通過MEMS工藝加工了總厚度90μm的超薄柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了微小型無人機(jī)的曲面貼附功能。經(jīng)風(fēng)洞測試，流速傳感器的理論分辨力達(dá)0.11 mm/s,流速測量重復(fù)精度約為測量值的0.5%，響應(yīng)時(shí)間約為20ms。在10 m/s時(shí)，流速傳感器的最大角度靈敏度為36.7 mV/deg，噪音水平為1.78 mV，根據(jù)2σ準(zhǔn)則計(jì)算出其理論角度分辨力為0.1°。 研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成流速傳感器工程化樣品的制備，并將兩個(gè)流速傳感器裝載到一個(gè)微小型無人機(jī)平臺上進(jìn)行飛行參數(shù)感知應(yīng)用。結(jié)果表明平均飛行速度的估計(jì)誤差低于0.2 m/s。由于流速傳感器的高靈敏度特性，它甚至捕捉到了機(jī)翼的微振動(dòng)信息，并與外置IMU模塊顯示了相同的機(jī)翼振動(dòng)頻率。這項(xiàng)研究展示了一種柔性高靈敏度流速傳感器，拓寬了流場感知在微小型無人機(jī)姿態(tài)檢測、空速估計(jì)以及飛行安全監(jiān)測方面的應(yīng)用，為無人機(jī)的飛行參數(shù)測量提供了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路與發(fā)展前景。

科研領(lǐng)域及方向        熱能與動(dòng)力工程 / 先進(jìn)控制策略在熱工過程自動(dòng)控制方面的應(yīng)用研究項(xiàng)目概況    本項(xiàng)目主要針對眾多熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在實(shí)施自動(dòng)控制時(shí)所存在的問題，采用先進(jìn)的智能優(yōu)化控制理論，研究能較好地解決熱、電負(fù)荷優(yōu)化控制問題的先進(jìn)控制系統(tǒng)，具體包括：熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電負(fù)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化控制；鍋爐母管蒸汽壓力的優(yōu)化控制；機(jī)組主汽溫度的優(yōu)化控制等。主要特點(diǎn) 傳統(tǒng)控制和現(xiàn)代控制在提高熱工對象的控制品質(zhì)上已作了大量的努力，但對于一些復(fù)雜對象的控制效果仍欠佳。本項(xiàng)目對人工免疫系統(tǒng)這一新的智能理論進(jìn)行了研究，并與傳統(tǒng)的PID控制、模糊控制、預(yù)測控制等方法相結(jié)合，將新的思想與傳統(tǒng)及成熟的控制理論有機(jī)結(jié)合，應(yīng)用于解決實(shí)際復(fù)雜熱工過程的優(yōu)化控制，以期取得良好控制效果。技術(shù)指標(biāo)     著眼于熱電廠母管制機(jī)組實(shí)現(xiàn)熱、電負(fù)荷整體優(yōu)化控制需要解決的的一些關(guān)鍵問題，針對現(xiàn)有控制系統(tǒng)的不足，研究更為有效的基于免疫算法、多Agent技術(shù)和預(yù)測控制方法等的智能優(yōu)化控制系統(tǒng)。市場前景本項(xiàng)目研究成果對改善中小電廠鍋爐燃燒自動(dòng)控制的現(xiàn)狀，提高其鍋爐自動(dòng)投入率和經(jīng)濟(jì)效益，以及節(jié)約能源都具有重要意義。此外，還將有力地促進(jìn)人工免疫技術(shù)的發(fā)展及其在熱工過程控制中的應(yīng)用，并為類似分布式復(fù)雜系統(tǒng)的控制提供借鑒。

智能無人系統(tǒng)能自主的完成復(fù)雜任務(wù)，具有自主性、智能性、協(xié)同性等特征，覆蓋了智能機(jī)器人、智能無人機(jī)、無人駕駛、群體智能等領(lǐng)域，是人工智能的主要研究方向之一。賀威教授團(tuán)隊(duì)長期致力于智能無人系統(tǒng)的控制理論與方法研究。本次申請吳文俊人工智能自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)的項(xiàng)目成果研究歷時(shí)六年，針對柔性無人系統(tǒng)的高精度控制、具有多約束條件的智能控制和不確定系統(tǒng)的自適應(yīng)控制三個(gè)方面展開了深入地研究與探索，提出了智能無人系統(tǒng)基于偏微分方程的建模方法和邊界控制方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制方法以及基于狀態(tài)和輸出反饋的自適應(yīng)控制方法，推動(dòng)了智能無人系統(tǒng)控制理論與方法的發(fā)展。本項(xiàng)目的20篇主要代表性論文均發(fā)表在IEEE匯刊及Automatica等本學(xué)科著名期刊上，SCI他引1705次，其中15篇入選ESI高被引論文。8篇代表性論文，SCI他引923次，全部入選ESI高被引論文，其中4篇SCI他引超100次，單篇最高SCI他引318次。

智能無人系統(tǒng)能自主的完成復(fù)雜任務(wù)，具有自主性、智能性、協(xié)同性等特征，覆蓋了智能機(jī)器人、智能無人機(jī)、無人駕駛、群體智能等領(lǐng)域，是人工智能的主要研究方向之一。賀威教授團(tuán)隊(duì)長期致力于智能無人系統(tǒng)的控制理論與方法研究。本次申請吳文俊人工智能自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)的項(xiàng)目成果研究歷時(shí)六年，針對柔性無人系統(tǒng)的高精度控制、具有多約束條件的智能控制和不確定系統(tǒng)的自適應(yīng)控制三個(gè)方面展開了深入地研究與探索，提出了智能無人系統(tǒng)基于偏微分方程的建模方法和邊界控制方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制方法以及基于狀態(tài)和輸出反饋的自適應(yīng)控制方法，推動(dòng)了智能無人系統(tǒng)控制理論與方法的發(fā)展。本項(xiàng)目的20篇主要代表性論文均發(fā)表在IEEE匯刊及Automatica等本學(xué)科著名期刊上，SCI他引1705次，其中15篇入選ESI高被引論文。8篇代表性論文，SCI他引923次，全部入選ESI高被引論文，其中4篇SCI他引超100次，單篇最高SCI他引318次。