一、科研成果

 

近年来，实验室共荣获各类科研奖18项，其中国家科技成果奖3项、省部级科技成果奖13项、行业科技成果奖2项；已转让和应用的国家发明专利17项。

 

二、本实验室代表性研究成果

 

1. 网络化控制理论与方法

 

本研究主要包括多源信息复杂系统的信息处理与控制、网络协同控制、云控制与决策等相关理论与技术研究工作，取得的非常丰富的研究成果。承担并完成各类研究项目20余项，包括国家自然科学基金（杰青、面上、青年）7项、北京市自然科学基金3项（重点1项，面上2项）、973计划子项、教育部博士点基金、教育部新世纪优秀人才支持计划、学校重大重点培育项目等。在相关国际期刊发表SCI论文 200余篇，累计引用7000余次，申请国家发明专利20余项，并在 Springer、CRC 及Wiley出版社出版英文专著 8 部，在科学出版社出版中文专著2部。团队建设七年来，以第二完成人和第一完成单位获得国家科技进步二等奖1项、以第一完成人和完成单位获得北京市科学技术二等奖2项和教育部自然科学二等奖1项。

 

2. 液压伺服驱动与控制

 

针对并联机构多自由度运动平台，进行了机械结构、液压回路、驱动与控制系统的协同优化设计，提出了基于负载敏感的电液伺服阀控缸增益自适应控制方法，有效解决了对称阀控制非对称缸增益突变带来的速度和加速度冲击、不平衡负载控制鲁棒性差等问题。研制出实时高性能控制器、高速工业网络通讯，结合同步控制方法，有效解决了并联运动平台强耦合或“过驱动”带来的不同步问题；针对大流量阀控系统精度和频带低等问题，提出了多阀控制单执行机构的控制方法；针对阀控系统效率低但精度高，泵控系统效率高但精度差的问题，提出并研究了泵控和阀控相结合的双伺服控制方法。同时针对高功率密度永磁式交流伺服电机和电动缸，重点研究了基于DSP的转矩矢量控制技术，并对能耗制动和功率回收等技术进行了深入研究。在以上研究基础上，成功研制出电液缸或电动缸驱动的多自由度运动平台、连铸机结晶振动器、多通道结构强度加载系统、电液高频振动台、扭力轴疲劳试验机、绝缘子疲劳试验台、三轴稳定跟踪平台等，并成功应用于燕山钢铁集团、国家电力及多家科研院所，直接合同金额1600多万元。同时研制出超硬铝合金材料的高功率密度微型电液伺服阀控缸，作为液压驱动的四足机器人动力系统，得到国家“863”计划资助。

 

3. 伺服系统试验测试技术

 

提出了基于非线性模型的主被动电液伺服加载控制方法、高频响电液伺服阀动态测试方法、高精度宽范围液压元件泄漏量测试方法、液压动力元件最低起动压力试验方法等。实现了惯性、弹性和摩擦等负载模拟，集成了机械、液压、电子、控制和计算机等多学科技术，研制出可模拟各种复杂负载工况的综合试验测试装置，包括电液舵机正反拖动加载系统、伺服系统摩擦与弹性负载模拟装置等。同时研制出高度集成液压试验测试装置，可完成液压泵、液压马达、液压缸、普通液压阀、电液伺服阀、液压减振器、液压助力机构等多种元件试验的装置。该装置采用了模块化结构，首次将加载箱、试验箱和测控箱直接进行在线故障检测和诊断（相当于液压万用表）。采用PLC实现逻辑控制、嵌入式计算机实现数据采集与负载控制、局域以太网实现传输和处理。不仅达到了高精度测试，而且实现了试验全过程自动化。

 

4. 大型复杂工业生产过程的综合优化控制

 

大型复杂工业生产过程控制研究方向的发展始于上世80 年代初，主要参加人员来自于211 教研室组成的轧钢研究团队，研究团队对大型复杂工业生产过程中存在问题进行了深入的研究，主要成果包括：复杂控制与综合优化技术、最优规程动态设定与优化技术、系统优化设计技术、生产线轧制过程优化技术、先进设备开发与应用、数据处理与故障诊断技术。团队运用现代控制理论、最优控制理论、系统辨识理论和计算机控制与优化等技术,对冲击补偿、油膜厚度补偿、轧辊热膨胀补偿、轧辊磨损补偿、液压油柱压缩补偿、轧辊压扁补偿、辊凸度补偿、偏心补偿、监控顺控、测厚校正、偏移补偿、弹跳补偿、弹跳曲线自动测试、以及二级模型自动设定系统、模型自学习等技术问题进行了深入研究。解决了轧制过程建模、仿真与优化，热轧规程动态设定与自学习等关键技术。实现了板厚控制、板形控制、轧制节奏控制、轧制温度控制、平面形状控制等完整功能的热轧生产线复杂控制。并将该技术应用于热轧板带生产线，为热轧板带，特别是中厚板轧机生产线实现高精度的控制与生产线优化控制管理提供了完整的理论基础和应用技术。

多年来，为太原钢铁（集团）有限公司、马鞍山钢铁公司、首都钢铁公司、秦皇岛首钢板材有限公司、武汉钢铁集团公司、上钢一厂、昆明钢铁股份有限公司、太钢集团临汾钢铁有限公司、柳州钢铁股份有限公司等多家企业、多次改造或新上HAGC系统，为企业带来数十亿元的经济效益。获得河北省科技进步二等奖、国家八五重大公关项目、国家科技进步三等奖等成果。

 

5. 高精度电机伺服技术

 

针对民用工业设备对驱动电机高功率密度、高可靠性的要求，提出一种兼有高功率密度、高容错性高功率密度双转子永磁容错电机系统，研究了多种高功率密度多气隙拓扑结构电机，通过永磁电机电磁/机械/散热一体化设计有效解决了提高电机转矩/功率/力密度的电机设计问题。另外，针对直线、弧线等线性特种永磁电机系统存在的边端效应问题，给出能够同时考虑线形电机初级与次级边端效应的精确解析计算方法，解决了该类电机在多目标、多约束下的快速综合优化设计问题。研究了线形电机初次级边端接近时电磁结构参数对转矩特性的影响规律，解决了有限空间实现宽平稳运行范围的问题。针对空间伺服电机系统的需求，给出了伺服力矩电机电磁参数、绕组形式、充磁方式与转矩特性的相互关系，解决了伺服力矩电机大力矩系数和低转矩脉动设计存在的多参数/多目标/多约束的优化问题。

基于上述研究基础，成功研制出双转子高功率密度容错电机系统、直驱式弧形永磁电机系统等。在IEEE Trans. on Industrial Electronics、 IEEE Trans. on Magnetics等电气工程领域顶级/重要期刊或国际会议上发表或录用论文共计35篇，其中SCI收录17篇、EI收录15篇，申请中国发明专利10项。与多家科研院所展开合作及成果应用转化。

 

6. 驻车取力发电技术

 

驻车取力发电系统利用载车发动机动力驱动发电机，实现为车载设备提供电源。相比于传统的柴油机组供电系统占用空间大、工作准备时间长、对维护保养要求高等特点，驻车取力发电系统具有显著优点。

 

三、论文、教材与专著

 

近五年来，本研究方向共发表学术论文400余篇，其中被SCI收录250余篇；出版学术专著和教材共19本，其中北京市精品教材1本。