為進一步加強我院科技教育工作，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實創(chuàng)的精神，電氣工程學(xué)院于4月中旬到5月中旬成功舉辦第十五屆“電力杯”學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品大賽。在山大電力以及學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師的大力支持下，本屆大賽在總結(jié)往屆經(jīng)驗的基礎(chǔ)上積極創(chuàng)新，得到了老師和同學(xué)們的廣泛認可和積極參與，共吸引26支隊伍參加各單項比賽，經(jīng)過初賽評選和決賽答辯，最終3組作品獲得一等獎，5組作品獲得二等獎，7組作品獲得三等獎。

接下來，跟隨我們的腳步一起來回顧一下獲得一、二等獎的優(yōu)秀作品吧！

研究生指定命題一等獎

基于MPU6050的擺球姿態(tài)檢測裝置

本作品通過MPU6050空間運動傳感器測得擺線長為1.5米擺球三軸加速度和偏航角，根據(jù)據(jù)相應(yīng)的處理，由配有7寸TFTLCD屏幕的正點原子的stm32f103精英板來顯示擺球?qū)崟r的運動狀態(tài)和相應(yīng)的加速度、速度、位移和頻率。擺球靜止后可對模塊初始化，通過空間運動傳感器獲取初始狀態(tài)；人為拉動擺球至一隨機高速，由靜止釋放擺球，經(jīng)過數(shù)秒后擺球進入穩(wěn)定鐘擺狀態(tài)，此時便可通過顯示器獲取擺球相應(yīng)的物理量。本作品準確測量擺球的實時加速度、速度、位移和頻率等物理量，具有重要現(xiàn)實意義。

   本科生自由命題一等獎

基于MPU6050的老年人跌倒檢測求救和心率血氧檢測裝置

本作品為一種老年人跌倒檢測求救和血氧檢測多功能集成穿戴式裝置，老年人可以將其穿戴到腰部，使用可充電電池供電。其可以有效的判斷人體是否處于跌倒?fàn)顟B(tài)，并可以隨時檢測血氧值。當(dāng)老人跌倒時，該裝置的蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲音，LED燈閃爍，提醒周圍人們進行施救；手機端APP也會自動撥打電話和發(fā)送定位短信等求救信息通知家屬。當(dāng)裝置誤判時，老人可以手動關(guān)閉求救系統(tǒng)。

同時，該裝置有血氧檢測模塊，老人可以隨時將手指放在血氧傳感器上進行血氧心率值檢測，結(jié)果將在顯示屏上呈現(xiàn)出。本作品對于老人的身體健康、生命安全和緩解老齡化帶來的問題有著重要意義。

      研究生自由命題一等獎

多模型多時間尺度負荷預(yù)測軟件

針對不熟悉的地區(qū)的負荷預(yù)測時我們先采用魯棒性較強的幾種時間序列方法進行預(yù)測，選取預(yù)測誤差最小的模型作為輸出應(yīng)用結(jié)果，同時將這一新的負荷數(shù)據(jù)集納入歷史數(shù)據(jù)庫并導(dǎo)入多種機器學(xué)習(xí)模型進行訓(xùn)練，在日后再次面對該地區(qū)進行負荷預(yù)測時我們采用多種機器學(xué)習(xí)模型同時進行預(yù)測，同樣選取預(yù)測誤差最小的模型作為輸出應(yīng)用結(jié)果。本作品為對深度學(xué)習(xí)有興趣的初學(xué)者提供了一個極佳的學(xué)習(xí)平臺，且快速準確的負荷預(yù)測結(jié)果有助于提高全社會的經(jīng)濟效益。

             研究生指定命題二等獎

數(shù)學(xué)物理模型與實際量測相結(jié)合的擺球運動監(jiān)測裝置

本作品通過MPU6050芯片實時采集擺球運動X軸、Z軸加速度Accx和Accz以及X、Y、Z軸姿態(tài)角Pitch、Roll、Yaw；根據(jù)實時測得的數(shù)據(jù)以及數(shù)學(xué)物理建模，建立Y軸姿態(tài)角Roll與擺球擺動角θ的映射關(guān)系；根據(jù)角θ，通過三角函數(shù)公式計算擺球位移X；通過加速度Accx積分計算擺球切線速度Vx；通過識別搖擺角曲線極點獲取擺球擺動頻率f；通過GUI界面將擺球運動數(shù)據(jù)進行可視化展示，具體顯示各項指標(biāo)的數(shù)值大小以及時間變化曲線。本作品以較少的實測數(shù)據(jù)實現(xiàn)擺球多維運動狀態(tài)的監(jiān)測，并達到了較高的準確性與較少的計算量，且實現(xiàn)擺球運動狀態(tài)的實時顯示與數(shù)據(jù)記錄，具有重要現(xiàn)實意義。

基于arduino的異常聲音實時檢測和錄音系統(tǒng)

本作品以兩個開源電子原型平臺arduino為核心，分別完成頻譜分析和錄音回放功能。軟件方面，在arduino平臺上編寫將聲音的時域模擬量轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)字量的代碼，包括A/D轉(zhuǎn)換部分、時域-頻域轉(zhuǎn)換部分（使用FFT快速傅里葉算法進行計算）及異常聲音識別部分；錄音模塊的代碼基于TMRpcm庫，而由于單臺arduino的空間有限，在進行頻譜分析的同時無法完成錄音功能，因此將錄音模塊轉(zhuǎn)移到另一臺arduino中，兩臺arduino通過輸出數(shù)字電平相交互。本作品可以簡單、方便地監(jiān)測異常聲音、監(jiān)控異常事件，是一種效率非常高的輔助監(jiān)控技術(shù)，具有重要的現(xiàn)實意義。

    本科生自由命題二等獎

基于FOC電流閉環(huán)控制的多模式超級旋鈕設(shè)計

本作品在硬件上基于國產(chǎn)ESP32模組，在軟件上基于PlatformIO平臺進行設(shè)計制作。其中，程序源代碼分為三個文件，分別為main.cpp、motor.cpp、screen.cpp,ain.cpp文件中編寫了主程序設(shè)計，motor.cpp文件中編寫了各模式下電機驅(qū)動程序，screen.cpp文件中編寫了顯示屏顯示模塊的程序設(shè)計。本作品實現(xiàn)了連續(xù)型系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)、離散型系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)、緊急聯(lián)系人呼叫等功能，對獨居老人的家居舒適度與安全性方面的提升有重要意義。

研究生自由命題二等獎

減碳先“風(fēng)”—風(fēng)電機組精細化實時仿真器及上位機軟件

本作品在風(fēng)電機組氣動-機械系統(tǒng)設(shè)計方面結(jié)合葉素理論和動量理論，采用BEM法對風(fēng)電機組葉片部分進行建模，將機組的每個葉片分為多個葉素，并分別求解每個葉素處的升力、阻力，將葉素受力沿葉片徑向進行積分即可得到機組低速軸的氣動轉(zhuǎn)矩。通過二階運動方程來建立機械動態(tài)的動力學(xué)模型。在開源軟件OpenFAST的基礎(chǔ)上二次開發(fā)出實時仿真版本RT-OpenFAST，運行在Linux主機，通過引入RTOS保證10ms級別實時性。在風(fēng)電機組電氣系統(tǒng)設(shè)計方面，采用ABB直驅(qū)式永磁風(fēng)機，雙饋風(fēng)機實用模型，基于ADC方法的換流器開關(guān)建模，基于半隱式延遲解耦法和MATE方法的風(fēng)電機組并行化仿真設(shè)計，基于FPGA流水線并行和數(shù)據(jù)并行的小步長實時仿真實現(xiàn)。本作品可實現(xiàn)風(fēng)電機組高精度多物理場耦合建模，風(fēng)電機組氣動-機械動態(tài)實時仿真，多速率電磁暫態(tài)實時仿真等功能，對電網(wǎng)公司準確復(fù)現(xiàn)、分析并解決風(fēng)電機組并網(wǎng)問題，助力雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)有重要意義。

小功率三相異步電機永磁化改造及性能分析

本作品以小型感應(yīng)電機進行改造試制，將異步電機修正為異步起動永磁同步電機，即在鼠籠轉(zhuǎn)子條上切割磁極槽加裝表貼式永磁體；通過Ansys電磁仿真計算輸出性能例如起動轉(zhuǎn)矩、起動電流、相電流、反電勢、磁密分布、額定工況下的額定效率、額定功率因數(shù)等；通過電機廠實際加工出的樣機測量提取實測參數(shù)，進行輸出性能與額定運行性能的驗證。與感應(yīng)電動機相比，將本作品應(yīng)用于抽油機，結(jié)合上述功能簡介中的優(yōu)點，可量產(chǎn)永磁化改造的異步起動永磁同步電機，代替?zhèn)鹘y(tǒng)低性能異步電機，實現(xiàn)真正意義上的油田開采工作的節(jié)電省錢、高效工作的高性能電機。

本次“電力杯”比賽的成功舉辦，為同學(xué)們提供了展現(xiàn)自我才華、提升學(xué)術(shù)能力、共同交流成長的平臺，鍛煉了大家動手實踐、解決問題的能力，也進一步提高了學(xué)院的學(xué)術(shù)科創(chuàng)氛圍和科技創(chuàng)新水平。接下來，“電力杯”學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品大賽還會不斷的提高與完善，將會和同學(xué)們共同成長進步。“電力杯”期待明年夏天與你再次相見！