混合動力挖掘機回轉制動能量回收系統建模與試驗研究

劉昌盛，何清華，，龔俊，趙喻明，李賽白

（1. 中南大學 高性能復雜制造國家重點實驗室，湖南 長沙，410083；2. 山河智能裝備股份有限公司 技術中心，湖南 長沙，410100）

混合動力挖掘機回轉制動能量回收系統建模與試驗研究

劉昌盛1，何清華1，2，龔俊1，趙喻明1，李賽白2

（1. 中南大學 高性能復雜制造國家重點實驗室，湖南 長沙，410083；2. 山河智能裝備股份有限公司 技術中心，湖南 長沙，410100）

為了回收液壓挖掘機回轉階段的制動能量，對挖掘機典型作業工況及能耗進行分析，設計一種以液壓馬達+電機為回收方式、超級電容為儲能元件的回轉制動能量回收方案。構建回轉制動能量回收系統中發動機、電機、回收馬達、超級電容等關鍵元件數學模型，在對回轉運動狀態確認與能量回收模式切換、回收電機力矩輸出控制和超級電容SOC判斷的基礎上，建立能量回收系統的仿真模型，以挖掘機實際載荷譜為輸入對系統能量回收效果進行仿真分析。搭建挖掘機回轉制動能量回收系統試驗平臺，對該試驗系統的能量回收效果和回轉驅動性能進行試驗研究。研究結果表明：該能量回收方案可行，在不影響挖掘機回轉驅動性能的同時，平臺回轉制動能量回收效率可達到40%以上。

混合動力挖掘機；回轉制動；能量回收；仿真分析；試驗平臺

近年來，混合動力挖掘機的研究已成為工程機械行業內節能技術研究的焦點。自2004年日本小松公司研制出世界上第一臺混合動力挖掘機后，國內外許多挖掘機制造企業如神鋼、日立建機以及山河智能等也紛紛開發了混合動力挖掘機樣機［1-3］。混合動力技術在挖掘機上的成功應用，為挖掘機的能量回收節能技術研究提供了新的思路。國內外混合動力挖掘機大多采用并聯式驅動系統，以平衡發動機波動負載和執行機構能量回收為主要方向［4-5］。目前混合動力挖掘機能量回收主要集中在動臂下降勢能［6-7］，對平臺回轉制動能量回收研究不多，概括起來比較典型的研究方案有 2種：一種是變頻電機替代液壓馬達直接驅動平臺，回轉制動能量通過電機轉化為電能儲存在電儲能元件［8-10］，系統將回轉驅動和能量回收功能集成在一起，雖然能量傳遞效率得以提高但卻降低了系統的可靠性。另一種是基于液壓蓄能器的回轉制動能量回收方案［11-12］，但在蓄能器釋放壓力油到主泵出口輔助驅動負載時，若蓄能器壓力低于負載壓力，壓力油將不能釋放，所回收的能量得不到再利用的同時影響下一階段的能量回收。而且蓄能器釋放壓力油時間短，使得執行機構速度不可控，若通過調節調速閥的開口面積實現執行機構正常工作，系統存在一定的節流損失，能量回收再利用效率不高。本文作者提出一種混合動力挖掘機上車平臺回轉制動能量回收方案，在對回轉運動狀態確認與能量回收模式切換、回收電機力矩輸出控制和超級電容SOC判斷的基礎上，建立能量回收系統的仿真模型并進行仿真分析。搭建挖掘機回轉制動能量回收系統試驗平臺，對系統的能量回收效果和回轉驅動性能進行驗證。

1 回轉制動能量回收系統結構與原理

1.1 挖掘機工況分析

液壓挖掘機的典型作業模式主要為挖掘土方作業，節能潛力分析則以挖掘作業工況為依據。以山河智能公司7 t級液壓挖掘機為研究對象，在分析其實地測試數據的基礎上，可得到液壓挖掘機在典型作業工況循環下的功率。圖1所示為挖掘機的典型作業循環。在單個挖掘作業周期內，液壓挖掘機先后完成挖掘、滿載舉升回轉、卸載和空載返回4個階段。

1.2 挖掘機能耗分析

液壓挖掘機在挖掘作業工況下，發動機動力通過液壓泵主要用于驅動工作裝置（動臂、斗桿、鏟斗）進行挖掘土方，以及驅動上車平臺回轉。此工況下挖掘機為定點挖掘，無行走動作，執行元件行走馬達不產生功率消耗。

圖1 液壓挖掘機的典型作業循環Fig.1 Typical work cycle of hydraulic excavator

液壓挖掘機挖掘作業工況的需求功率和能量為：

式中：P動臂，P斗桿和P鏟斗分別為動臂、斗桿和鏟斗油缸驅動功率；P回轉為回轉馬達驅動功率；P附件為整機附件功率。

液壓各執行元件在挖掘作業工況下的驅動功率和能量分別為：

式中：pip 為各執行元件進出口壓力；piQ 為各執行元件進出口流量。

圖2所示為挖掘機在挖掘作業工況下實際測得的一個周期內變量泵組出口壓力和流量變化曲線，圖3所示為回轉馬達在上車平臺連續交替順逆時針回轉90°的出口壓力曲線。為了便于分析和比較，選取液壓泵的總輸出能量為基準值，根據以上可計算得到各單元能量損耗的相對值。以山河智能7 t級液壓挖掘機的性能參數和實測試驗數據為基礎，計算得到挖掘機在典型挖掘作業循環中各液壓執行元件的能量損耗比，如圖4所示。

由圖4可知：回轉動作能耗在液壓挖掘機典型挖掘作業循環總能耗中所占比例較大，達到了38%，因此可將回轉系統作為液壓挖掘機節能的主要研究對象。另一方面，發動機在實際工作中工作點變化范圍大波動劇烈，遠離最佳高效工作區域，造成工作效率低下，能量利用率不高，所以通過回轉制動能量回收再利用研究實現發動機與負載的功率匹配對挖掘機節能具有重要意義。

圖2 變量泵組出口壓力和流量曲線Fig.2 Outlet pressure and flow curve of variable pumps

圖3 回轉馬達出口壓力曲線Fig.3 Outlet pressure curve of rotary motor

圖4 挖掘機典型作業循環各執行元件能耗比Fig.4 Energy ratio of excavator actuators in typical work cycle

1.3 回轉制動能量回收方案

根據前文分析，頻繁的上車平臺回轉在挖掘機挖掘作業過程中存在著大量的可回收能量，這些能量在原液壓系統中都轉化為熱能浪費在平衡閥閥口。

本文在挖掘機原液壓動力系統的基礎，引入由液壓回收馬達、電機、電機控制器、超級電容構成的能量回收系統。采用液壓回收馬達+發電機+電儲能元件的能量回收方式，選用永磁同步電機作為電動/發電機，超級電容作為儲能元件。設計得到混合動力挖掘機回轉制動能量回收系統結構方案如圖5所示。

圖5 回轉制動能量回收系統原理圖Fig.5 Principle of rotary braking energy recovery system

1.4 回轉制動能量回收系統工作原理分析

當操作者操作回轉動作手柄使上車平臺順時針轉動時，主閥17左移，變量泵組2輸出的液壓油經過閥17左位進入回轉馬達16的B口，此時上車平臺處于加速階段，回轉制動能量回收閥13處于下位，回收系統不起作用，回轉液壓回路與傳統挖掘機相同；當操作者操作回轉動作手柄回中位時，閥17處于中位，上車平臺處于制動減速階段，控制器通過采集手柄先導壓力傳感器的壓力作出判斷，使回轉制動能量回收閥13處于上位，而上車回轉平臺由于運動慣性沿原運轉方向繼續旋轉，回轉馬達16此時工作在泵模式，其排出的壓力油一小部分經馬達內的溢流閥溢流，另外的主要部分經閥13在回收馬達12入口處產生壓力，推動回收馬達12和與其聯軸的發電機9運轉，發電機9工作所產生的發電量通過整流/逆變器6進入超級電容7中，控制器通過檢測傳感器Pg5信號以及電機反饋轉速信號綜合判斷并給電機控制器發送制動扭矩命令，以調節發電機-馬達轉速而控制系統背壓，實現回轉馬達16出口的壓力調節，從而達到回轉馬達減速制動的目的，在完成液壓挖掘機上車平臺減速制動至指定位置的同時，實現了平臺回轉制動動能的能量回收。

2 回轉制動能量回收系統建模

挖掘機回轉制動能量回收系統主要是對發動機、發電機、回轉馬達、回收馬達、超級電容等進行建模。為提高模型精度，在對各元件數學建模基礎上，采用理論公式和經驗公式相結合的方式來描述其性能參數。

2.1 發動機模型

由發動機萬有特性曲線及臺架試驗所得特性曲線建立均值模型，根據輸出轉矩和轉速查詢能量消耗曲線得到當前能耗率。發動機動態輸出轉矩為

式中：Te，Me，Je，Ce和ωe分別為發動機主軸輸出轉矩、發動機輸出轉矩、發動機等效轉動慣量、黏性阻尼系數和發動機角速度。

2.2 回轉馬達和回收馬達模型

回轉馬達的力矩平衡方程：

回收馬達的力矩平衡方程：

式中：p1為回轉馬達制動口的壓力，MPa；V1和 V2分別為回轉、回收馬達的排量，L/r；J1為上車平臺等效到回轉馬達上的轉動慣量；J2為回收馬達-電機等效到回收馬達上的轉動慣量，kg·m2；1ω和2ω分別為回轉、回收馬達的角速度，rad/s；bm1和bm2分別為回轉、回收馬達的黏性阻尼系數，N·s/m；Tf1為上車平臺等效到回轉馬達上的摩擦力矩；Tf2為回收馬達-電機等效到回收馬達上的摩擦力矩；TN為電機的輸出轉矩，N·m。

2.3 電機模型

發電機是能量回收系統將經回收馬達傳遞而來的上車平臺制動能轉化為電能的元件，這里選用永磁同步電機。電機效率與輸入轉矩T、轉速n的關系可用下式表示：

電機力矩平衡方程為

式中：Tm和TL分別為電機電磁轉矩和負載轉矩；J為電機轉子及負載慣量；mω 為電機機械角速度；B為黏滯摩擦因數。

2.4 超級電容模型

超級電容的等值模型如圖6所示，有如下數學關系［13］：

超級電容的端電壓為

通過超級電容充電至某一確定電壓值所需的能量，可得知其儲存的能量，即：

圖6 超級電容等值電路Fig.6 Equivalent circuit of super-capacitor

式中：C為超級電容的電容；RL為絕緣材料的漏電阻；Rs為串聯電阻；Vc為超級電容電位；Vt為超級電容端電壓；I為充放電電流。

3 控制策略

系統控制策略是制動狀態判斷和能量回收管理的重點，與傳統液壓挖掘機的回轉驅動系統相比，回轉制動能量回收系統需考慮：根據超級電容SOC狀態判斷系統是否將回轉制動能量回收系統接入原回轉液壓系統；采集手柄先導壓力傳感器信號和回收電機轉速判斷回轉運動狀態，進而控制回轉制動能量回收閥通斷和回收電機轉矩控制信號；電機控制器根據轉矩控制信號，調節回收電機的輸入電流大小和方向使回收電機輸出對應轉矩。系統控制框圖見圖7。

圖7 回轉制動能量回收系統控制策略框圖Fig.7 Control algorithm diagram of rotary braking energy recovery system

3.1 回轉運動狀態確認和系統工作模式切換

平臺回轉動作主要分為加速、勻速及減速制動 3個階段。根據前面描述，本文所設計的回轉制動能量回收系統僅在上車平臺回轉制動時進行能量回收，因此為了不影響整機回轉運動性能，需在確認回轉運動狀態的基礎上，通過控制器控制電磁換向閥的通斷并使回收馬達+電機產生回轉制動力矩，并實現回轉動能能量回收。而在平臺制動結束時，斷開能量回收系統與原回轉驅動系統的聯接。準確快速識別回轉運動狀態的變化并進行系統工作模式切換是進行能量回收的關鍵因素。

這里提出一種通過檢測回轉先導手柄的先導壓力變化趨勢來判斷回轉運動狀態的方法。根據液壓手柄工作特性，操作桿的行程與先導手柄輸出壓力呈一定的比例關系。采集3個時間點的先導手柄輸出壓力pctr并進行比較，其中每個采集時間點相隔10 ms。

當回轉先導手柄輸出壓力pctr在t1，t2和t3時刻壓力呈遞減趨勢并逐漸變為零，則可判斷平臺回轉運動狀態由加速或勻速轉為回轉減速制動狀態，能量回收系統通過電磁換向閥聯入回轉驅動系統進行平臺制動動能回收；當pctr在t1，t2和t3時刻壓力呈遞增趨勢至某壓力保持不變，則可判斷回轉運動處于加速或勻速狀態，能量回收系統與回轉驅動系統斷開聯接；當pctr在t1，t2和t3時刻壓力均為0 Pa，則可判斷平臺處于靜止狀態，能量回收系統不起作用。

3.2 回收電機力矩輸出控制

為了在回轉制動能量回收過程中最大化回收制動能并具有可控性，須保證在制動過程中回轉馬達作為泵工況時出口壓力得到有效調節，這可通過控制與回收馬達相連的回收電機輸出制動轉矩來實現。本系統中回收電機的控制模式主要為轉矩控制。

回轉平臺、回轉馬達、回收馬達與回收電機組成的多慣量系統力矩平衡方程見式（6）和（7），由 Q1=Q2得

式中：Q1為制動過程中回轉馬達的輸出流量，L/min；Q2為制動過程中回收馬達的輸入流量，L/min。

由式（6），（7）和（14）可得，回收電機所需輸出的制動轉矩為

在能量回收系統控制中，當回轉馬達制動口壓力逐漸增大，則整機控制器在回收電機反饋其當前轉速n的基礎上，計算并發出相應的制動轉矩指令，通過電機控制器來調節回收電機的輸入電流大小和方向來輸出對應轉矩。

根據永磁同步電機的特性，在轉子磁鏈參考坐標系下［14］，磁鏈方程和電壓方程如下式所示：

式中：dΨ 和qΨ分別為電機d和q軸磁鏈分量；pmΨ為永磁勵磁磁鏈；Ld和Lq分別為d和q軸電感；Id和Iq分別為d和q軸電流分量。

式中：ud和uq分別為電機d和q軸電壓分量；Rs為電樞繞組電阻；ωe為電角速度；Ψf為電機永磁體磁鏈。

為實現電機d和q軸電流的無差控制，采用PI（比例-積分）控制算法，將ωeLqIq和ωeLdId+ωeΨf作為擾動項，則電機d軸和q軸電流控制閉環傳遞函數如下式所示：

式中：Kpcd和Kicd分別為電機d軸電流PI控制的比例系數與積分系數；Kpcq和Kicq分別為電機q軸電流PI控制的比例系數與積分系數。

圖8所示為永磁同步電機電流矢量控制框圖。

圖8 電機電流矢量控制框圖Fig.8 Control diagram of motor current vector

3.3 超級電容SOC判斷

在回轉能量回收系統工作前，首先檢測當前超級電容SOC是否滿足系統正常工作要求。設定超級電容SOC正常工作范圍為下限值SOCmin至上限值SOCmax，則

因本文暫不涉及所回收能量的再利用階段，所以此處不考慮SOCmin。當SOC小于SOCmax時，系統判斷可以進行上車平臺制動能量回收；當SOC大于SOCmax時，能量回收系統不工作，仍采用回轉動力系統驅動平臺回轉。

3.4 回轉制動能量回收系統控制方法

基于前面的分析，對本文提出的回轉制動能量回收系統制定了整體的控制方法，如圖9所示，在超級電容SOC處于正常工作范圍的基礎上，根據回轉先導手柄的先導壓力變化趨勢確認回轉制動狀態，通過采集回轉馬達制動口的壓力和回收電機轉速綜合計算并控制電機輸出平臺制動所需轉矩，實現上車平臺制動的同時完成回轉動能的回收。

圖9 回轉制動能量回收系統程序流程圖Fig.9 Flow chart of rotary braking energy recovery system

4 仿真研究

4.1 回轉制動能量回收系統仿真建模

根據回轉制動能量回收系統的工作原理，基于前文中系統各元件數學模型，在考慮初始條件和邊界條件下，在AMESim環境下建立了回轉馬達、回收馬達、電機、超級電容等子模型，在多體動力學軟件Adams中模擬挖掘機上車回轉平臺機構，通過聯合仿真來實時計算平臺回轉過程中的變負載，得到回轉制動能量回收系統整體模型如圖10所示。以山河智能7 t級液壓挖掘機為混合動力系統平臺進行仿真分析，整車和動力系統部件基本參數如表1所示。

圖10 回轉動能回收系統仿真模型Fig.10 Model of rotary braking energy recovery system

表1 整機和動力系統部件基本參數Table 1 Main parameters of vehicle power system

4.2 仿真結果

系統仿真模型以實際載荷譜作為輸入，圖11所示為挖掘機在進行典型挖掘作業工況下的液壓系統功率變化曲線。選取挖掘機1個單工作循環周期，上車平臺在鏟斗滿載和空載下各完成1次回轉動作，回轉制動能量回收系統仿真結果見表2。

圖11 動力系統負載功率曲線Fig.11 Power curve of dynamic system

表2 回轉制動能量回收系統仿真結果Table 2 Simulation results of rotary braking energy recovery system

由表2可知：在挖掘機滿載舉升回轉階段，回轉制動能量回收系統所回收能量為3.16 kJ，占挖掘機回轉制動可回收能量的 44.1%；在挖掘機空載回轉復位階段，系統回收能量2.33 kJ，占可回收能量的48.3%。所以挖掘機在典型挖掘工況下回轉制動能量回收率為η=（3.56+2.33）/（7.97+4.82）×100%=46.1%，實現了較好的能量回收效率，可回收能量根據液壓挖掘機上車平臺轉動慣量和回轉速度理論計算可以得到。在挖掘機工作循環中，滿載舉升回轉階段所回收的能量較空載回轉復位階段高，是因為鏟斗裝滿土方負載折合到上車平臺轉動慣量比空載時的大。

5 試驗研究

為了驗證本回轉制動能量回收系統的回收效果，在試驗樣機上搭建了能量回收系統測試平臺。本試驗平臺能量回收模塊原理與本文方案原理圖相同，能量釋放輔助部分本試驗暫不考慮。利用本試驗平臺主要進行2個方面的研究工作：能量回收效果研究和回轉制動性能研究。采用IFM Electronic公司的工程機械專用控制器CR0200作為下位機來采集傳感器數據，并對回轉制動能量回收模塊進行控制，通過 CAN總線向上位機筆記本電腦發送傳感器實時數據和系統狀態反饋數據，上位機完成系統狀態實時顯示和測試數據的存儲。

5.1 試驗方法

根據GB/T 7586—2008“液壓挖掘機試驗方法”［15］，試驗樣機進行回轉 90°定點挖掘作業測試，工況為典型挖掘工作循環（動臂下放—挖掘—動臂提升+回轉90o—卸土—旋轉回位），圖12所示為典型挖掘作業工況試驗方法。每次工作15 min，共實施3次試驗，采集試驗數據計算取平均值。測定并記錄挖掘作業時間、挖掘斗數、回轉次數等。

挖掘作業工作循環試驗過程如下。

1） 開始姿態。達到挖掘準備狀態時，鏟斗齒尖與鏟斗鉸點呈一直線，斗齒齒尖與地面高度保持在 10 cm以內；斗桿在垂直姿態外伸約30°。

2） 復合挖掘。以斗桿鉸點為圓心，斗桿從準備狀態開始內收，內收角度為-30°，挖掘深度d=1 m。

3） 回轉90o、動臂提升。回轉至指定位置，動臂提升要保證鏟斗斗齒距離地面的卸土高度h=2 m。

4） 鏟斗卸土。鏟斗卸土時，斗齒齒尖與鏟斗鉸點、斗桿鉸點呈1條直線。

5） 旋轉回位。回轉復位至挖掘開始準備姿態。

圖12 典型挖掘作業工況試驗方法Fig.12 Test method of typical mining operation

5.2 試驗結果分析

在典型挖掘作業工況下，圖13所示為試驗樣機單工作循環的回轉制動能量回收曲線。由圖13可以看出：2次回轉制動所回收能量經積分運算合計為 5.23 kJ，為挖掘機回轉制動可回收能量的 40.9%，考慮到元器件效率、液壓管路沿程損失等導致系統產生的能量損耗，試驗中能量回收率與仿真數據基本相當，證明了仿真模型的準確性和能量回收方案的有效性。

圖13 系統回收能量曲線Fig.13 Recovery energy curve of system

回轉先導壓力和能量回收閥控制信號曲線如圖14所示。在上車平臺回轉制動過程中，根據前文提出的回轉運動狀態判斷方法，當手柄先導壓力從3.5 MPa減小至2.3 MPa時，整機控制器向能量回收閥發出12 V的電壓控制通斷信號，系統快速準確地識別平臺進入回轉制動狀態。圖15所示為回轉馬達、回收馬達壓力和電機轉矩曲線。當系統確認進入回轉制動狀態后，能量回收閥打開，能量回收系統接入回轉系統，回收馬達進油口壓力迅速升高至溢流壓力，回收電機接收控制器指令輸出發電轉矩60 N·m，回收馬達進油口壓力（即回轉馬達 B口壓力）下降到控制策略所設定的15 MPa，使回轉馬達出口壓力得到有效調節，在完成能量回收的同時也實現了平臺回轉制動的可控性。

圖14 回轉先導壓力和能量回收閥控制信號曲線Fig.14 Rotation pilot pressure curve and control signal of energy recovery valve

圖15 回轉馬達、回收馬達壓力和電機轉矩曲線Fig.15 Pressure curve of rotary motor and recovery motor，and torque curve of electric motor

圖16 上車平臺回轉速度曲線Fig.16 Rotation speed curve of swing mechanism

圖16所示為平臺回轉速度曲線。在滿載和空載回轉制動過程中平臺角速度由38.2和41.7 （°）/s逐漸減小至0 （°）/s，2次制動的時間分別為0.63和0.48 s，與傳統液壓系統下回轉制動時間基本一致，操作手在操作具有回轉制動能量回收系統的混合動力挖掘機時，對于平臺回轉相同角度，回轉動作時間點與原有傳統液壓挖掘機相比基本不變化，因而不影響系統原有的回轉驅動性能和操作性能。

6 結論

1） 在對液壓挖掘機典型作業工況和能耗進行分析的基礎上，設計了一種液壓馬達+電機為回收方式、超級電容為儲能元件的混合動力挖掘機回轉制動能量回收方案。

2） 構建回轉制動能量回收系統中發動機、電機、回收馬達、超級電容等關鍵元件數學模型，在對回轉運動狀態確認與能量回收模式切換、回收電機力矩輸出控制和超級電容SOC判斷的基礎上，建立了能量回收系統的機電液聯合仿真模型，以挖掘機實際載荷譜為輸入對系統能量回收效果進行仿真分析，仿真結果表明回轉制動能量回收效果較好。

3） 搭建了混合動力挖掘機回轉制動能量回收系統試驗平臺，對該試驗系統的能量回收效果和回轉制動性能進行了試驗研究，試驗研究結果表明，該能量回收方案可行，在不影響挖掘機回轉驅動性能的同時，平臺回轉制動能量回收效率可達到40%以上，為下一步進行回收能量再利用以提高挖掘機能量利用率和降低尾氣排放奠定基礎。

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（編輯 陳愛華）

Modeling and experimental research on rotary braking energy recovery system of hybrid excavator

LIU Changsheng1， HE Qinghua1，2， GONG Jun1， ZHAO Yuming1， LI Saibai2

（1. State Key Laboratory of High Performance Complicated， Central South University， Changsha 410083， China；2. R&D Center， Sunward Intelligent Equipment Co. Ltd， Changsha 410100， China）

In order to recover the braking energy from the hydraulic excavator during rotary phase， the typical working condition and energy losses were analyzed， and a rotary braking energy recovery program for hybrid excavator was proposed based on hydraulic motor and electric motor as recovery method and capacitor as energy storage element. The mathematical model of key components such as engine， electric motor， hydraulic motor and capacitor was established. For the rotary braking energy recovery system， the simulation model was established based on rotary motion state recognition and energy recovery mode switching， electric motor torque output control and capacitor SOCjudgment， and the effect of energy recovery system was analyzed by simulation based on the actual load spectrum of hydraulic excavator as input signal. At last the recovery effect and rotary drive performance was studied by building test platform of rotary braking energy recovery system. The results show that not only the recovery program is feasible， but the rotary braking energy recovery efficiency can reach above 40% without affecting rotary driving performance of the excavator.

hybrid excavator； rotary braking； energy recovery； simulation analysis； test platform

TH39

A

1672-7207（2016）05-1533-10

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.05.012

2015-08-08；

2015-10-27

國家科技支撐計劃項目（2014BAA04B01）；國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2010AA044401）；湖南省科技計劃重點項目（2010GK2007） （Project（2014BAA04B01） supported by the National Science and Technology Pillar Program； Project（2010AA044401）supported by the National High Technology Research and Development Program （863 Program） of China； Project（2010GK2007） supported by Science and Technology Plan of Hunan Province）

何清華，碩士，教授，博士生導師，從事機電一體化技術研究；E-mail： shanhe5078@163.com