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2008年 第19卷 第20期    刊出日期：2008-10-25
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机械科学
智能振动压实系统的整体动力学耦合分析
沈培辉;林述温
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (3883KB) ( )  
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针对振动模式可调的新型智能化压路机的机构特点和工作特性，建立整体耦合动力学模型，给出压实过程中压实机构与物料连耦、打滑和跳振情况下的数学模型。以YZC12型智能化压路机为例，分析了系统在不同振动模式下，垂直方向和水平方向相互耦合的激振动力响应特性，与水平振荡单一模式振动模型进行了比较分析，并通过高速路沥青的现场施工压实试验予以验证。结果表明，综合考虑系统耦合振动特性的整体耦合动力学模型比现有的单一模式振动模型更适合于智能机构压实系统。
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新型纯扭矩加载器的设计及结构优化
韩丽丽;刘振宇;孙宝元;
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (3663KB) ( )  
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针对现有精密小扭矩传感器扭矩标定中存在的精度低、误差大、所加载的扭矩非纯扭矩等问题，研制出可以加载纯扭矩的加载器（加载范围为0~16.068N•m），该装置采用柔性铰链结构作为导轨机构，只需要加载一个力即会产生一个平衡对称的纯扭矩。柔性铰的尺寸参数和位置参数是该装置设计的关键，通过采用ANSYS软件对初始设计参数进行结构优化计算，确定了其最优参数。通过实验分析，验证了所设计的新型纯扭矩加载器的精度、线性度和重复性均优于传统的扭矩加载机构，且具有结构简单、制作方便的优点，可以在工程实际中使用。
超磁致伸缩伺服阀的参数设计与优化研究
朱玉川;鲍和云;王传礼
2008, 19(20):  0-2432. 
摘要 ( )   PDF (3665KB) ( )  
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针对超磁致伸缩伺服阀的结构特点，研究了其参数设计规律，建立了超磁致伸缩伺服阀集中参数数学模型和动态仿真模型。通过仿真研究得出了该伺服阀主要设计参数对其动态特性的影响规律及其稳定性特点，通过对主要设计参数的优化表明，在-8dB幅值稳定裕量下超磁致伸缩伺服阀幅频宽可以达到近700Hz。
无抛光垫化学机械抛光技术研究
许雪峰;马冰迅;胡建德;彭伟;
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (5823KB) ( )  
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应用双电层理论分析了SiO₂磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制，观察到SiO₂磨粒吸附在聚苯
乙烯粒子表面的现象。分析了基于复合粒子抛光液的无抛光垫化学机械抛光技术特点及其材料去除机理。比较试验表明，基于复合粒子抛光液的硅片无抛光垫化学机械抛光具有与传统化学机械抛光相接近的材料去除率和硅片表面粗糙度值，并可避免工件塌边现象的产生。
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被动式电液伺服加载系统复合控制方法研究
张伟;袁朝辉;章卫国
2008, 19(20):  0-2432. 
摘要 ( )   PDF (4265KB) ( )  
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研究了基于新型补偿结构和非线性PID控制器的被动式电液伺服加载复合控制方法。提出了将加载马达输出轴角位移作为输入信号的多余力矩前馈补偿方案，在有效抑制多余力矩的同时降低了系统阶次。研究了一种带调节因子的非线性PID控制器，克服了常规PID控制器难以解决的快速性与稳定性之间的矛盾。仿真与试验结果证明，该复合控制策略具有较高的载荷谱跟踪精度。
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刀具几何参数对钛合金Ti6Al4V切削加工的影响
吴红兵;刘刚;毕运波;董辉跃
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (6071KB) ( )  
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针对钛合金切削过程中刀具易磨损的问题，深入研究了对刀具几何参数对钛合金Ti6Al4V切削过程的影响。将正交切削数值模拟与试验相结合，研究了高速切削Ti6Al4V过程中刀具几何参数(前角、后角、刀尖圆弧半径)对切削力的影响规律，同时，也研究了刀具几何参数对锯齿状切屑形成的影响规律。
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内燃式压缩机动力学分析
张继忠;商鹏飞;赵红;张翼
2008, 19(20):  0-2432. 
摘要 ( )   PDF (752KB) ( )  
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将传统内燃机与往复活塞式压缩机工作原理、技术及结构进行集成，提出了一种可方便地将热能转换为气体压力能的内燃式压缩机。建立了等效动力学模型，采用MATLAB软件对其进行了动力学仿真计算。给出了内燃式压缩机一个工作循环中曲轴瞬时转速与转角之间的关系曲线，确定了曲轴速度波动系数与飞轮转动惯量之间的关系，为内燃式压缩机的工作平稳性设计奠定了基础。
钢/塑料齿轮组合行星传动的固有特性分析
段福海;胡青春;谢存禧
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (4183KB) ( )  
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建立了钢/塑料齿轮组合行星传动的纯扭转动力学模型;对8种钢/塑料齿轮组合行星传动的固有特性进行了研究，分析了组合方式对行星传动结构的固有频率、振型及模态动能的影响;研究了温度对组合行星传动一阶固有频率的影响。研究结果表明：组合方式对行星齿轮传动结构的固有特性影响显著；随着温度的升高，钢/塑料齿轮组合行星传动的固有频率下降，可能会出现温共振现象。
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快速探测三坐标测量机特性参数优化研究
杨洪涛;费业泰
2008, 19(20):  0-2432. 
摘要 ( )   PDF (4280KB) ( )  
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研究了影响快速探测坐标测量机动态测量精度的特性参数与测量精度之间的关系。通过实验分析了移动速度和测量位置对测量机定位误差的影响，以及测头DDC参数对测头等效作用直径的影响。研究结果表明：测量机的动态测量误差重复性好并可以修正；由于不同移动速度下，气浮导轨刚度和不同驱动电机加速度曲线引起的桥架附加振动不同，因此不同结构测量机存在不同最佳临界移动速度；测量机沿不同方向触测时，存在与移动速度有关的不同最佳测量空间；逼近距离对测头等效作用直径d的影响远远大于触测速度和移动速度对d的影响。
信息技术
复杂结构可靠性的神经网络分析方法
王爱红;徐格宁;杨萍;高有山;
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (4015KB) ( )  
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将整体结构按拓扑关系划分为若干模块，在位移协调和对接力协调条件下,根据力的传递原理,利用单元刚度矩阵法求解各模块结构单元,用整体节点平衡方程求解整体结构单元。将模块结构信息作为输入，整体结构信息作为输出，构造样本集,利用神经网络的非线性映射能力，通过样本训练提取两种结构模型的特征和本质联系，以获得具有泛化能力的网络结构,从而以模块结构替代整体结构的重分析。算例以6层整体结构(包含6个模块结构)建立了整体结构和模块结构在等效载荷作用下基于神经网络的对应法则；以网络外推能力分析了8层整体结构单元的失效模式；以网络内插能力分析了4层整体结构单元的失效模式；与优化准则法的对比结果验证了所提出方法的有效性。
磁头滑块承载面结构优化设计的遗传算法研究
林晶;孟永钢
2008, 19(20):  0-2432. 
摘要 ( )   PDF (3369KB) ( )  
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磁头滑块承载面的结构优化设计是实现高密度存储的主要方法之一。提出一种新的遗传算法的编码方法并用于硬盘磁头滑块承载面结构的优化设计。该方法将磁头滑块的空腔深度信息计入到编码中,与原有的编码方法相比，增加了编码的复杂度，相应地增加了可行解空间，有利于获得更好的最优解，从而得到性能更好的磁头滑块承载面结构。该编码方法能够设计出具有多层结构的磁头滑块，从而更符合商用磁头的使用要求。通过一个具体的算例验证了该编码方法的有效性，并通过这个算例介绍了整个磁头滑块优化设计的过程。
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科学基金
三角形品质对离散点曲率的影响关系研究
彭育辉;高诚辉;何炳蔚
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (4496KB) ( )  
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设计两种实验研究方案来构建一系列特定大小和形状的三角网格模型，并对三角形形状质量提出一种量化评价因子，通过计算、对比分析各模型顶点的平均曲率及误差，得到三角形品质对空间离散点曲率影响的量化关系。
结果表明:三角形的形状对曲率的影响远比三角形的大小对曲率的影响要大;如果能很好地控制三角形的形状，且近邻点距离在曲率半径的05倍之内，那么平均曲率误差不超过5‰。最后通过实例应用证明了所提出方法的有效性。
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信息技术
面向产品生命周期的BOM相似性度量方法
耿俊浩;张振明;田锡天;张定华
2008, 19(20):  0-2432. 
摘要 ( )   PDF (3640KB) ( )  
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为满足大规模定制、单元制造等制造模式下产品族划分的需求，全面分析了BOM在产品生命周期中的相似特征，提出基于相似系统论的面向产品生命周期的BOM相似性度量(PL BSM)方法。给出包含组成元素、相似元和相似特征及其权重的面向产品生命周期的BOM相似度计算公式，提出广度优先遍历有序树的相似性度量算法，并给出可扩展相似性计算框架，构成完整的PL BSM方法。以实例说明PL BSM方法能以全局优化的方式给出可靠的计算结果，提高产品族划分的效率和质量。
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数控机床NURBS曲线插补运动误差分析与仿真
马方魁;郇极
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (3414KB) ( )  
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介绍了NURBS曲线插补算法，并指出实现NURBS曲线插补的关键是，在插补周期内由进给步长求得曲线参数的增量。分析了数字伺服运动误差产生的原因，建立了伺服系统差分方程。在不同的进给速率和曲率半径条件下，对工件轮廓误差进行了仿真。仿真结果显示，数控机床NURBS插补的轮廓误差与进给速度及给定曲线的曲率半径有关。在大的进给速率或小的曲率半径条件下，伺服滞后所引起的轮廓误差是不可忽视的因素。
科学基金
高速切削钛合金Ti6Al4V切屑的形成及其数值模拟
曹自洋;何宁;李亮;朱文明;
2008, 19(20):  0-2432. 
摘要 ( )   PDF (4898KB) ( )  
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应用Hopkinson压杆实验装置，确定了航空用钛合金Ti6Al4V高应变和高温条件下的应力-应变关系，结合Ti6Al4V合金准静态试验数据，建立了适合高速切削仿真的Johnson-Cook本构模型；通过有限元数值模拟，仿真了高速切削Ti6Al4V合金的锯齿状切屑形成过程，分析了整个锯齿状切屑形成过程的切削力、切削温度、等效塑性应变的变化，深入探讨了锯齿状切屑的形成机理；将模拟计算得到的切削力和切削温度与试验结果进行了比较，两者具有较好的一致性。
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基于RBF神经元网络的漂浮基空间机械臂关节运动自适应控制方法
郭益深;陈力
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (4363KB) ( )  
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讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下，漂浮基空间机械臂关节运动的控制问题。由拉格朗日第二类方法及系统动量、动量矩守恒关系，建立了漂浮基空间机械臂完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础，借助于RBF神经网络技术、Ge-Lee(GL)矩阵及其乘积算子定义，对漂浮基空间机械臂进行了神经网络系统建模；针对空间机械臂系统所有惯性参数均未知的情况，设计了漂浮基空间机械臂关节运动的自适应神经网络控制方案。提出的控制方案不要求系统动力学方程具有通常的关于惯性参数的线性性质，且无需预知系统惯性参数的任何信息，也无需对神经网络进行离线训练、学习,此外，由于充分利用了空间机械臂的系统动力学特性，因此在控制过程中不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度、移动加速度以及姿态转角的角速度、角加速度。一个平面两杆漂浮基空间机械臂的系统数值仿真证实了该方案的有效性。
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直径图样标注的规范不确定度分析
卢文龙;刘晓军;蒋向前;徐振高;李柱
2008, 19(20):  0-2437. 
摘要 ( )   PDF (4205KB) ( )  
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规范不确定度是新一代产品几何规范（GPS）不确定度理论体系中的重要组成部分。通过对规范不确定度的成因进行探析，给出了规范不确定度评定的管理流程，并以尺度规范中的直径规范为出发点，对目前存在的典型直径规范样式的规范不确定度进行了评定。研究结果表明，目前存在的直径图纸规范样式存在很大的规范不确定度，应对其修正。同时，研究还表明，实施新一代GPS 对产品制造全过程中的资源优化分配、降低成本具有重要意义。
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三角形品质对离散点曲率的影响关系研究
彭育辉;高诚辉;何炳蔚
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (4496KB) ( )  
相关文章 | 计量指标
设计两种实验研究方案来构建一系列特定大小和形状的三角网格模型，并对三角形形状质量提出一种量化评价因子，通过计算、对比分析各模型顶点的平均曲率及误差，得到三角形品质对空间离散点曲率影响的量化关系。
结果表明:三角形的形状对曲率的影响远比三角形的大小对曲率的影响要大;如果能很好地控制三角形的形状，且近邻点距离在曲率半径的05倍之内，那么平均曲率误差不超过5‰。最后通过实例应用证明了所提出方法的有效性。

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双组元液压自由活塞发动机的研究背景与可行性分析
夏必忠;王学灵;汪劲松;谢海波;杨华勇;
2008, 19(20):  0-2437. 
摘要 ( )   PDF (5443KB) ( )  
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在对内燃式液压自由活塞发动机和单组元液压自由活塞发动机进行比较分析的基础上，提出了一种新型的液压自由活塞发动机——双组元液压自由活塞发动机。从工作原理、释能方式、结构特点、燃料能量密度、单元功率及应用场合等不同角度，对三种液压自由活塞发动机的多种性能进行了比较。探讨了双组元液压自由活塞发动机的点火方式和需解决的关键技术问题，指出双组元液压自由活塞发动机是一种值得深入研究的新型动力机。
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材料工程
奥氏体化温度对1Cr12W2NiMoVNbN钢组织和性能的影响
马力深;钟约先;马庆贤;袁朝龙
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (8531KB) ( )  
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研究了超超临界高中压转子钢1Cr12W2NiMoVNbN在1000~1250℃之间不同温度淬火，再经590℃＋700℃两次回火后的组织和性能。研究结果表明，该钢在1000~1100℃淬火、回火后得到马氏体组织；淬火温度超过1150℃时，开始有δ铁素体析出，且其分布形态和数量在回火后保持不变；1200℃以上淬火,则出现大量淬火裂纹。不同淬火温度对材料强度、塑性影响不大，但是严重影响其冲击性能。在1050℃左右淬火、回火时的力学性能最好。
科学基金
基于虚拟样机多体振动系统的可视化设计研究
张楠;侯晓林;张丹;闻邦椿
2008, 19(20):  0-2437. 
摘要 ( )   PDF (5580KB) ( )  
相关文章 | 计量指标
基于动力学虚拟样机技术，结合多体动力学分析理论，研究了多体振动系统的可视化设计方法。以ADAMS为平台，结合Pro/E中的三维可视化模型，建立了多体振动系统虚拟样机，以及利用软件ANSYS和虚拟样机相结合建立了柔性体。在虚拟样机环境下，运用装配过程可视化、动力学可视化、工作过程及运动学可视化方法对系统进行设计研究，证明了该方法的有效性。实践表明，利用虚拟样机对多体系统进行可视化设计可全面提高产品的设计质量，获得振动系统的重要性能参数。
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统计最优近场声全息中正则化方法的仿真与实验研究
杨超;陈进;李加庆;薛玮飞;
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (5313KB) ( )  
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基于统计最优近场声全息的声场重建是典型的反问题，测量误差的存在使得该反问题的求解具有“不适定”特性。为此，通过两种不同的正则化方法解决上述问题：第一种方法采用标准的Tikhonov正则算子,并结合需要测量信号先验知识的Morozov偏差原则；第二种方法采用标准的Tikhonov正则算子，并结合不需要测量信号先验知识的Engl误差最小化原则。统计最优近场声全息在空间域直接实现声场重建的过程可以转化为矩阵的特征值求解问题，这为在重建过程中应用上述正则化方法提供了可能。数值仿真和实验结果表明,两种正则化方法可以有效地提高声场的重建精度。
材料工程
粗糙表面热弹塑性接触自适应无网格分析
张征;刘更;刘天祥;吴立言
2008, 19(20):  0-2437. 
摘要 ( )   PDF (5237KB) ( )  
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为了在较真实地模拟接触状态的同时节省计算耗费，采用自适应无网格法求解粗糙表面热弹塑性接触问题。计算中考虑了屈服强度温度相关因素，将基于应变能梯度的自适应无网格法与线性规划-增量初应力法相结合，构建了热弹塑性接触自适应无网格分析模型，并给出相应的程序流程。通过粗糙表面与弹塑性平面热弹塑性接触算例进行验证，分别对两种不同工程材料考虑切向摩擦力、材料应变硬化和材料屈服强度温度相关等情况进行了讨论。结果表明，采用自适应无网格法能有效求解粗糙表面热弹塑性接触问题，在保证计算精度与整体加密相当的情况下，自适应加密的计算耗费约为整体加密计算耗费的10%。
激光-电弧复合焊接的坡口间隙桥接能力
高明;曾晓雁;严军;胡乾午
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (6635KB) ( )  
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为推动激光-电弧复合焊接的工程应用，对其接头间隙桥接能力进行了系统研究。结果表明：激光－电弧复合焊接具有很强的间隙桥接能力，板厚4mm时最大可焊间隙量为1.8mm，板厚6mm时最大可焊间隙量为2.8mm；存在获得良好焊缝成形的接头间隙范围，板厚4mm时接头间隙范围为0.5~1mm，板厚6mm时接头间隙范围为0.6~1.2mm；电弧电流能够同时改变电弧压力、熔池重力、母材和填充材料熔化数量及坡口间隙两边熔化母材的熔合状况，是提高复合焊接可焊间隙量的关键因素；在相同焊速下，较高的电弧电流有利于厚板可焊间隙量的提高，薄板则需要相对较低的电弧电流来提高可焊间隙量。
选择性激光熔化成形瞬态温度场数值模拟
李佳桂;史玉升;鲁中良;黄树槐;
2008, 19(20):  0-2437. 
摘要 ( )   PDF (3760KB) ( )  
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为揭示选择性激光熔化成形的机理，初步建立了其熔化过程的传热理论模型；考虑温度变化对材料热物性参数的影响，利用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了有限元数值模型并进行了温度场求解。计算结果显示：熔化成形过程中温度场等值线呈椭圆状，已凝固部分在光斑再次扫描至邻近部位和上层粉末时由于热传导作用而发生重熔；熔池的尺寸大小随吸收能量的增加而逐渐增大，由初始宽约0.2mm增至0.25mm左右；温度场分布均匀、温度梯度小可减小零件的翘曲变形；基板温度随时间的推移而逐渐升高。
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车辆工程
重型车辆多轮转向机构的仿真研究
崔亚辉;刘晓琳;马朝锋;聂文
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (3481KB) ( )  
相关文章 | 计量指标
采用新型的函数逼近法，针对多轮重型车辆用中心臂Watt-Ⅱ六连杆转向机构进行了分析与仿真研究。在符合该转向机构运动学原理以及车辆转向阿克曼原理的基础上，建立了等长约束方程，由切贝雪夫间隔确定了精确转向角，进一步编制了相应的设计计算程序，从而实现了对其尺寸参数的解析求解。在此基础上，利用ADAMS软件对转向系统进行运动仿真分析，给出了仿真实例，并进行了机构转向误差分析，验证了该设计方法的正确性，得到了不同车辆尺寸参数与转向精度的关系，可供多轮重型车辆实际设计时参考。
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混合动力汽车的电机启动发动机过程仿真研究
熊伟威;张勇;殷承良
2008, 19(20):  0-2437. 
摘要 ( )   PDF (5183KB) ( )  
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研究了在混合动力车用发动机断油条件下，利用电机调速控制方法降低发动机产生的负载扭矩的可行性。运用MATLAB/Simulink软件建立了四缸柴油发动机、永磁同步电机和电机控制器的数学模型，通过数字仿真分析了混合动力车用发动机启动过程中的负载扭矩特性。仿真结果表明，对比最大扭矩控制算法，采用离散模糊PID控制算法可以快速启动发动机并可有效地将发动机转速控制在目标转速附近规律波动，这有助于降低发动机产生的负载扭矩。
综述
我国装备制造业的国际比较及对策研究
徐建平;夏国平;
2008, 19(20):  0-2399. 
摘要 ( )   PDF (5560KB) ( )  
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通过对成本和效益、生产能力和产品技术水平、技术引进水平和研发投入、先进制造技术开发和应用能力、集成能力和产业集中度、市场占有率、人才和政策等方面的国际比较，较系统地阐述了我国装备制造业与工业发达国家之间的差距和发展对策，为加快振兴我国装备制造业、提升其国际竞争力提供了现实参考。
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