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关键词： 工业机械臂   物理特性   恶意指令注入攻击   运动状态数据篡改攻击   重放攻击  

摘要： 作为工业控制系统的重要设备,工业机械臂广泛地应用于医疗、航空、电子等领域。随着工业化和信息化的紧密结合,工业控制系统中各个设备间互联互通,开放性和灵活性大幅增加,在提高产品生产效率的同时也引入了新的安全威胁,其中工业机械臂由于信息安全防护措施薄弱,极易遭受面向硬件、软件和通信过程等攻击,因此研究工业机械臂的异常检测方法对于保障工业机械臂和工业控制系统平稳运行具有重要意义。近年来已有部分工作对机械臂进行异常检测研究,但现有工作面临如下问题:(1)目前工业机械臂安全测试平台较少,工业机械臂数据集相对匮乏,无法对异常检测方法统一评估其性能;(2)机械臂异常与正常运行数据数量不平衡,且现有检测器只能针对已有数据集的异常情况进行检测,无法有效检测新的异常;(3)基于功率的重放攻击在线检测器虽然解决了部署难、侵入性改造成本高、侧信息与运动状态信息相关性弱等问题,但该检测器误报率高,检测效果有所下降。针对以上不足,本文的主要工作和贡献如下: (1)本文设计并搭建了一个仿真实工业场景的工业机械臂码垛平台,用于后续攻击向量分析、运行数据采集、检测模型评估。基于该平台,分析工业机械臂遭受的典型攻击包括恶意指令注入、运动状态数据篡改和重放攻击。针对以上三种情况,分析并模拟其攻击向量,构建工业机械臂异常数据集,共计攻击案例34个; (2)针对各个攻击的最终目标——改变机械臂的运行轨迹,本文提出一种基于深度欠完备自编码器的运动状态异常检测方法,利用自编码器对输入数据的重构误差,结合基于累加和的阈值判定方法,检测偏离正常运行轨迹的异常情况。该方法检测恶意指令注入攻击、运动数据篡改攻击时,各个攻击案例的平均误报率为0.07%,平均检测率高于99.39%。同时将该方法与现有多个无监督检测方法相比较,本文方法检测性能均优于上述方法; (3)针对现有基于功率的重放攻击检测工作检测性能不佳的问题进行改进,分析电压等电气参数、机械损耗等情况对模型检测性能的影响,采用基于进程通信的模型更新方法,不影响实时异常检测的情况下实现模型的在线更新,使模型误报率降低至0.016%。分析研究内容(1)的攻击特性,综合利用两个检测器的检测结果对三种攻击进行辨识,帮助操作人员自动识别异常来源,提高缓解措施实施效率,最终实现基于机械臂物理特性的异常检测。

关键词： 硅钙镁养分   水稻肥   造粒   缓释   数学模型  

摘要： 目前国内外高品质化肥均以高浓度水溶N、P2O5、K2O作为商品卖点,在生产这些高浓化肥尤其是水溶磷肥时,额外设置几道工序去除Si、Ca、Mg等中量元素,从全元素利用角度是对资源的一种浪费,从生产成本角度是对能源的一种浪费。当前市场基于Si、Ca、Mg等中量元素与水溶性磷会反应生成枸溶性磷沉淀,认为其与水溶磷在肥料中难以兼容,这对化肥生产带来了局限性。随着工业生产的集约化程度加大,这类丢弃富含Si、Ca、Mg等中量元素的各类工业副产物尤其是固体副产物无法有效利用。而水稻恰巧是喜Si、Ca、Mg作物,这些养分吸收超过水稻吸收N、P2O5、K2O的总和。因此利用这些副产研发一种富含硅钙镁养分的水稻专用肥有着资源高值化的价值,起着区域资源协调的作用。 论文以硅钙镁为养分主体的砂性原料和氮磷钾养分组合造粒技术,通过探究不同造粒工艺和助剂降低磷和钙镁的拮抗性能,从以下几个方面开展:（1）首先从肥料配方设计出发,以尿素（Urea）、磷酸氢二铵（DAP）、氯化钾（KCl）、氯化铵（NH4Cl）作为复合肥大量元素氮磷钾来源,分别以钙镁磷肥、黄磷炉渣、浮选磷尾矿作为富硅钙镁原料进行配方设计。采用圆盘、转鼓等造粒工艺在实验室制备初步的富硅钙镁水稻专用肥料;（2）将造粒粘结助剂以固体粉末的形式制备富硅钙镁水稻专用肥料,利用肥料颗粒的粒度分布、颗粒强度以及其他性能,筛选出性能合适的粘结助剂和造粒工艺,并探究相应的添加量对肥料颗粒的粒度分布、颗粒强度以及其他性能的影响;（3）在小试和中试放大实验中通过测定相对理论液体可用度、喷雾通量、斯托克斯粘性参数,用Matalab软件模拟运行人工神经网络BP网络进行方程拟合,得到对应的数据网络。 得到以下结论: （1）从产品配方设计出发,通过堆存实验,得出在相应的造粒试验条件下,水溶磷退化程度维持在5%以内,不会发生显著的养分退化反应,试验开展可行性得到一定验证;其次通过正交试验,确定了两个主要影响试验转鼓造粒的因素:水分添加量、助剂添加种类;接着对3个不同的硅源原料:钙镁磷肥、浮选磷尾矿、黄磷炉渣开展相关实验探究不同试验参数对造粒产品颗粒的影响。特别地,其中的黄磷炉渣作为一款行业内的“砂性”物料,通过不同的造粒助剂添加试验来寻找合适的造粒助剂,为“砂性”物料在行业内能够被广泛地应用起来,提供一定试验基础并得到以下结论:1、4%～5.5%的含水量有利于水稻专用的造粒。黄磷炉渣添加量提高,粒径分布图峰值变小,抗压强度提高;2、随着不同的富硅原料粉添加量和造粒助剂的增加,其对应的产品颗粒缓释效果显著优于尿素肥料;3、制备18%钙镁磷肥水稻专用肥料的最佳条件是:钙镁磷肥比例为14%,水添加量为5%;制备浮选磷尾矿水稻专用肥料的最佳条件是:磷尾矿比例为14%,水添加量为5%;制备黄磷炉渣水稻专用肥料的最佳条件是:炉渣比例为14%,水添加量为5%,凹凸棒土含量选择5%或者普钙含量选择10%。三款富硅原料的最佳添加比例和配方设计保持一致性;4、黄磷炉渣水稻专用肥料的养分释放属于一级释放模型,其释放机理为内扩散。 （2）从大田实验结果看出在水稻的生长发育的影响方面,热法原料（钙镁磷肥、黄磷炉渣）优于普通工业废渣（浮选磷尾矿）,在热法工艺下,富Si、Ca、Mg原料形成无定形非晶态结构,此时作物根系分泌的弱酸足以破坏结构,从而获取稳定的Si、Ca、Mg养分。 （3）借助神经网络模型,计划实现实验室到工厂工艺参数扩大。结果显示,利用相对理论液体可用度、喷雾通量、斯托克斯粘性参数建立起来的数学模型能较好地对水稻肥造粒过程产品平均粒径进行预测（R=0.99265）,但不能有效去预测产品颗粒强度（R=0.627265）,猜测原因是颗粒强度是个较为复杂的函数,还需要引入更多的参考量。

关键词： Anammox-DAMO   Nitrate-DAMO   N2O   脱氮性能   中间产物   数学模型   微观特性  

摘要： 甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是重要的温室气体,增温潜势极强,因此,CH4和N2O的减排对减缓温室效应意义重大。以甲烷为唯一碳源、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的甲烷厌氧氧化耦合反硝化（Nitrate/Nitrite Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO）过程是偶联碳氮生物地球化学循环的重要反应,可同步实现脱氮甲烷减排。然而,由于DAMO体系是混培体系,复杂的微生物组成和工艺条件下,DAMO系统在反应过程中会产生N2O。为探明DAMO过程中N2O的产消机制,本研究以厌氧氨氧化耦合硝酸盐甲烷厌氧氧化（Anammox-DAMO）系统和硝酸盐驱动型甲烷厌氧氧化（Nitrate-DAMO）系统为研究对象,通过短期和长期试验考察了不同工艺条件下Anammox-DAMO系统和Nitrate-DAMO系统中N2O产生相关生化反应过程,通过考察系统性能变化、微观特性变化以及代谢途径变化,并结合DAMO过程N2O产生动力学和热力学规律,以探明DAMO过程中N2O的产消机制。 Anammox-DAMO系统短期试验研究结果表明,CH4氧化速率和硝酸盐还原速率的比值为1.0:2.0,经化学计量比计算系统存在异化硝酸盐还原为铵（DNRA）反应。环境因素研究结果表明,在不同C/N比条件下,Anammox-DAMO系统中N2O积累量在C/N为3.0时最高,在C/N为6.0时最低;在不同p H条件下,Anammox-DAMO系统中N2O积累量在p H为5.5时最高,在p H为6.5时最低;在不同温度条件下,Anammox-DAMO系统中N2O积累量在40℃时最高,在35℃时最低。动力学拟合结果表明,在C/N影响下,硝酸盐、N2O最大降解速率(Vmax)在C/N为6.0时最大,在C/N为3.0时最小;在p H影响下,Vmax在p H为7.5时最大,在p H为8.5时最小;在温度影响下,Vmax在温度为35℃时最大,在温度为40℃时最小。硝酸盐最大降解速率(Vmax,1)与N2O最大降解速率(Vmax,2)的比值大于1,说明N2O还原酶合成具有滞后性。热力学研究表明,DAMO古菌反硝化能量反应、总反应释放的能量以及用于细胞合成底物的量均大于DNRA反应,能量反应释放的能量较低是DNRA反应的限制因素。长期试验结果表明,Anammox-DAMO系统在温度为30℃和40℃条件下的CH4氧化速率与硝酸盐还原速率的比值均为1.0:2.0。宏基因测序结果表明,与DNRA有关的nrf A基因在Anammox-DAMO系统被检测到,并且在40℃时丰度更高,然而nos Z基因在40℃时丰度降低。高通量测序结果表明,在40℃的Anammox-DAMO系统中***和***丰度增加,但未检测到进行DNRA的典型微生物,推断DNRA过程是由DAMO古菌主导的。结合长期试验结果,对Anammox-DAMO系统中N2O的产生和消耗途径做出解释:Anammox-DAMO系统中检测到的N2O由DNRA反应和Anammox细菌对NO解毒作用产生和消耗。 Nitrate-DAMO系统短期试验研究结果表明,CH4氧化速率和硝酸盐还原速率之比为5.0:7.8,基本符合理论计量比5.0:8.0。环境因素研究结果表明,在不同C/N比条件下,Nitrate-DAMO系统中N2O积累量在C/N为6.0时最高,在C/N为3.0时最低;在不同p H条件下,Nitrate-DAMO系统中N2O积累量在p H为8.5时最高,在p H为6.5时最低;在不同温度条件下,Nitrate-DAMO系统中N2O积累量在35℃时最高,在20℃时最低。动力学拟合结果表明,在C/N影响下,硝酸盐、N2O最大降解速率在C/N为6.0时最大,在C/N为3.0时最小;在p H影响下,Vmax在p H为6.5时最大,在p H为8.5时最小;在温度影响下,Vmax在温度为35℃时最大,在温度为20℃时最小。Vmax,1与Vmax,2的比值大于1,说明N2O还原酶合成具有滞后性。热力学研究表明,硝酸盐和亚硝酸盐驱动的厌氧甲烷氧化的能量反应、总反应释放的能量以及用于细胞合成底物的量均大于N2O驱动的厌氧甲烷氧化反应,能量反应释放的能量较低是N2O驱动厌氧甲烷氧化反应的限制因素。长期试验结果表明,Nitrate-DAMO系统在p H为7.0和8.5条件下的CH4氧化速率与硝酸盐还原速率的比值分别为5.0:8.3和5.0:9.0。在p H为8.5条件下,甲酸和乙酸含量在中期降低。高通量测序结果表明在p H为8.5时,Nitrate-DAMO系统中的反硝化菌属丰度升高。宏基因组测序结果表明nor BC基因在p H为8.5的Nitrate-DAMO系统中丰度增加,然

关键词： 堰塞体   渗透通道   渗透破坏   溃决试验   数学模型  

摘要： 为研究堰塞体渗透破坏溃决机理,开展了堰塞体渗透破坏水槽试验研究,采用控制变量法分别研究了坝料颗粒级配、初始渗透通道位置及坝体密实程度对堰塞体渗透破坏溃决的影响机制,对不同工况下残余坝体重量、通过渗透通道及溃口的流量过程、渗透通道和溃口发展过程、大坝破坏最终形态进行了研究。主要研究工作及结论如下:(1)试验前准备阶段,设计了3组坝料级配、4种初始渗透通道、3种坝体密实程度,准备了足量的试验用料,调试了试验水槽及流量控制系统并设置了配套仪器;试验阶段,开展了10组渗透破坏试验,测得各工况的流量发展过程、通道及溃口发展过程、残余坝体重量、坝体最终破坏形态;试验结果分析阶段,根据试验资料深入分析了堰塞体渗透破坏发展全过程;理论研究阶段,基于堰塞体渗透破坏溃决机理,建立了渗透破坏溃决数学模型并提出了相应的计算方法。(2)渗透破坏初期渗透通道扩展速度较慢,在一定程度上延长了溃坝历时,随着渗透通道不断扩展,渗透水流对渗透通道土体的淘刷作用逐渐强烈,导致通道上方土体出现裂缝并存在间歇性坍塌,坍落土体由于较为松散,极易被溃坝水流冲刷至下游,该阶段渗透通道的发展速度快,以间歇性扩展为主,并且在较短的时间内溃坝模式由渗透破坏转变为漫顶破坏,流量快速达到峰值后逐渐减低,在流量逐渐降低的过程存在溃口边坡间歇性垮塌引起的流量小幅增长。(3)初始渗透通道的位置对堰塞坝溃坝峰值流量影响明显,其中水平位置(坝体中部或坝肩)较垂向位置影响更为明显,且初始渗透通道越靠近坝肩,则溃口发展速度越慢,残余溃口宽度越小;随着坝体密实度的增加,溃坝历时不断延长,流量峰值出现时间不断延后,溃口最终宽度减小;随着级配宽度的增加,坝体残余溃口的宽度逐渐减小。(4)建立了一个能反应堰塞体渗透破坏溃决机理,模拟堰塞体从渗透通道演化到通道坍塌最终导致漫顶溃决全过程的数学模型。该数学模型通过对渗透通道及溃口处土颗粒进行受力分析,推导出土颗粒的临界起动流速;建议了模拟渗透通道演化过程和漫顶溃决溃口演化过程的泥沙输移公式,该公式考虑了渗透通道的倾角(坝坡坡角)、摩阻流速、水流速度以及土颗粒级配和强度对冲刷量的影响。利用模型对因渗透破坏导致坝体溃决的南美哥斯达黎加Rio Toro堰塞坝以及试验坝进行计算分析,对模型的合理性进行了验证。(5)利用本文建立的数学模型,对Rio Toro堰塞坝进行了参数敏感性分析,分析结果表明,坝料颗粒大小对溃口流量及溃口宽度发展影响很大,初始渗透通道位置对溃口发展规律,特别是溃口流量和溃口顶宽有较明显影响,堰塞体渗透破坏溃决各输出参数对内摩擦角的敏感性较低。堰塞体渗透破坏数学模型可为更精确评价大坝溃决致灾后果、减轻溃坝造成的损失、制定溃决防洪应急方案提供支持。

关键词： 物理课堂   STEM教育   学生   有效策略  

摘要： 科学育人观催发了教师的拓展意识与创新精神，自觉为物理教学渗透新理念与新方法，促进物理教学的提质增效、拓展创新。为优化物理教学，教师逐步渗透STEM教育，自觉探讨STEM教育的概念含义以及活动特点，深度思考物理教学渗透STEM教育的可行性及实施策略，使学生获得一个指导理念先进、知识跨区拓展、信息融会贯通、课程兼容探究的复合型、创新型的成长空间，加速提升学生的课程核心素养，实现学生的兼收并蓄与整合认知，打造一个充满生命灵光的主体平台。

关键词： MSMA传感器   数学模型   HPSO算法   输入输出特性  

摘要： 磁控形状记忆合金(MSMA)是一种具有双向形状记忆效应的新型功能材料,在磁场和力的作用下,具有大的磁感生应变和响应频率快的优点。本文基于MSMA的逆特性,建立新型MSMA传感器的数学模型,对模型中的待辨识参数提出HPSO算法进行辨识,研究不同输入条件下感应电压的变化规律并验证模型的正确性。具体工作如下:通过分析MSMA材料的马氏体相变,研究材料的形状记忆效应和逆特性。基于材料的逆特性开展MSMA传感器相关理论的研究。研究MSMA材料的重定向过程及本构模型,得到其变体积分数模型。通过对MSMA传感器进行磁路分析,根据新的传感器结构建立并优化传感器的磁路模型,改进材料的磁阻模型。基于材料的微观模型和传感器的磁路模型,结合电磁学原理建立了传感器的感应电压模型,将模型的待辨识参数由7个减少到4个。对感应电压模型的待辨识参数,提出改进后的混合粒子群(HPSO)算法。将HPSO算法与混沌-量子粒子群算法分别应用于模型的参数辨识中,比较算法的性能和模型拟合度,实验结果表明本文所提出的HPSO算法具有更快的求解速率和全局搜索能力,同时验证了经HPSO算法辨识后的模型平均误差率更低,与实验值拟合效果更好。基于MSMA传感器实验系统,研究传感器在正弦激振力作用下输出电压与磁场、力的幅值和频率的关系。通过实验研究MSMA传感器的输入输出特性,分析单一变量作用下感应电压的变化规律,以及两个变量同时变化对感应电压的影响规律,并将实验结果和理论计算值进行对比,实验结果验证了本文所建立的感应电压模型和参数辨识算法的准确性。

关键词： 数学模型   微建模   参数  

摘要： 结合具体的教学案例，阐述在教学中实施高中数学建模活动的一些想法，将数学建模植根于高中课堂，培养学生的数学建模素养.

关键词： 高中生物学   核心素养   数学模型   模型教学   案例建构  

摘要： 随着新课程改革的不断深入,发展学生学科核心素养已成为主要教学目标,生物学数学模型作为研究生命活动规律的主要工具,能有效促进学科核心素养的发展。因此,应呼吁一线教师重视在教学中应用生物学数学模型。本研究主要包括四部分:第一,调查高中生生物学数学模型素养,了解高中生生物学数学模型素养发展水平,分析主要原因,并提出相应的解决策略。第二,调查高中生物学数学模型教学实施现状,分析数学模型教学中存在的问题并提出相应改进措施。第三,对比分析2019年版人教版、苏教版、北师大版必修模块教材中生物学数学模型教学素材,挖掘教材中隐含的生物学数学模型。第四,构建基于核心素养的生物学数学模型教学设计案例,为一线教师提供参考。研究结论如下:(1)高中生生物学数学模型素养处于中等水平。具体表现为:学生生物学数学模型的认知水平、生物学数学模型建模能力、生物学数学模型建模品格均处于中等水平。针对高中生建模素养发展水平及影响因素,本研究从学生层面、教师层面、学校层面和家庭层面提出了相应的对策。(2)高中生物学数学模型教学实施现状不容乐观。存在的主要问题:(1)教师对生物学数学模型认知模糊;(2)依托生物学数学模型发展核心素养的意识淡薄;(3)生物学数学模型教学理论知识储备不足;(4)生物学数学模型教学资源较为缺乏;(5)生物学数学模型教学评价体系不完善。针对以上问题,本研究对教师、学校和教育部门提出了相应建议和改进措施。(3)高中生物学教材中数学模型的教育功能:培育科学思维、发展生物学学科核心素养、促进知识系统化、推动学科交叉应用。不同版本教材必修模块中生物学数学模型的数量、类型、分布不同。在必修模块内容中可挖掘60多个隐含的生物学数学模型。(4)以发展学生生物学学科核心素养为导向,依据新版课程标准中提出的学业要求、教学建议,基于学生为主体的教学原则,分别构建了侧重于生命观念、科学思维、科学探究和社会责任的生物学数学模型教学设计案例,丰富生物学数学模型教学资源,为一线生物学教师提供参考。

关键词： 砂带磨损   智能算法   材料去除率   数学模型  

摘要： 螺杆转子作为石油钻井中的重要部件,其表面轮廓和表面精度对现实工作有很重要的影响。磨削作为螺杆转子最后的加工工艺,其加工质量影响螺杆转子的使用寿命。针对螺杆转子进行砂带磨削的装备尚未完全普及,故本文重点通过探究砂带磨粒的磨损规律,利用自主研发的同步式磨削装置对磨削螺杆转子材料去除率进行理论及实验研究,为螺杆转子专用砂带磨削设备的研制及应用提供理论及技术指导,具体工作如下:(1)对砂带磨损程度进行识别。利用天鹰算法(AO)优化支持向量机分类算法,对支持向量机的核参数与惩罚参数进行寻优,提高模型的分类精度。将磨损后砂带的颜色特征和图像特征输入到模型中,以砂带的磨损程度为输出,建立砂带图像磨损识别模型,通过实验证明该模型的有效性。(2)根据螺杆转子的复杂轮廓,采用同步式磨削装置对铣削后的螺杆转子进行磨削加工。对于螺杆转子的凸面和凹面,分别采用自由式磨削装置和接触轮式磨削装置进行磨削实验,采用超景深显微镜对磨削前后砂带磨粒的高度进行测量,获取磨损高度数据。以砂带磨削时的工艺参数为输入,砂带磨粒的磨损高度作为输出,通过改进天鹰算法(IAO)优化BP神经网络建立砂带磨粒磨损高度模型,以此解决BP神经网络算法权值阈值的随机性问题。同时,研究工艺参数对砂带磨粒磨损的影响规律,为砂带磨损磨削螺杆转子材料去除率数学建模提供数据支撑。(3)对不同磨损形态的磨粒进行单颗磨粒仿真,探究磨损时砂带磨粒切削力的变化。根据磨粒的磨损规律及弹塑性变形理论,建立单颗磨粒磨损材料去除率数学模型。基于单位接触面积上磨粒的数目和磨粒的出刃规律,运用概率论和与接触压力计算出最大磨粒的切入深度。利用积分建立基于砂带磨损的宏观材料去除率数学模型,采用线性激光测量仪进行砂带磨削深度实验,证明该数学模型的有效性。螺杆转子表面轮廓的一致性,决定螺杆转子的使用性能,而加工过程中,砂带磨损对表面质量的影响不可忽视。本课题通过智能算法对砂带的磨损程度进行预测,为不同加工参数下何时更换砂带提供了理论基础。同时建立的基于砂带磨损的材料去除率数学模型,可以准确计算出砂带的磨削深度,相关预测对于工程实践有着重要意义。

关键词： 玉米秸秆   酸性亚硫酸盐法   预处理   酶解   数学模型  

摘要： 利用储量丰富、可再生的木质纤维素类生物质通过生物炼制生产燃料和化学品以代替化石能源,被认为是缓解能源危机的有效途径。玉米秸秆作为我国储量丰富、廉价易得的生物质资源,可通过预处理、酶解、发酵等一系列工序得到纤维素乙醇,其中开发经济可行的预处理技术是玉米秸秆乙醇规模化生产的关键。酸性亚硫酸盐法（SPORL）预处理可使玉米秸秆中的半纤维素酸水解成小分子糖类溶出,木质素发生磺化反应生成亲水性较高的木质素磺酸盐分离出来,达到提高玉米秸秆酶解效率的目的,是一种高效、经济的预处理方法。目前针对于玉米秸秆的酸性SPORL预处理的研究一般集中在探究预处理工艺对磨浆能耗和酶解效率的影响方面,未见可预测预处理后木质素、木聚糖组分及酶解效率的经验数学模型,以及对酸性SPORL预处理提升酶解效率的机制的剖析。为填补这些方面的空白,本文从以上角度深入研究玉米秸秆的酸性SPORL法预处理技术,以期为工业上玉米秸秆酸性SPORL预处理提供一定的理论指导和数据支持。本文首先探究了酸性SPORL预处理玉米秸秆时,亚硫酸氢钠用量、硫酸用量、预处理温度和保温时间对玉米秸秆各组分含量、底物酶解效率和预处理液中溶出物的影响规律,发现Na HSO用量低于6%时,增加用量能显著提高木质素和木聚糖的去除率,进而提高底物的酶解效率;增加硫酸用量能提高木聚糖的去除率,对木质素的影响不明显,也能提高底物酶水解效率;合适的预处理温度和保温时间是保证预处理高效进行的必要条件,但温度和时间不宜过高（超过170℃）和过长（超过60 min）,否则在提升酶解效率方面的收益较小,反而产生较多的发酵抑制物。在此基础上,得到了较优的预处理工艺:亚硫酸氢钠用量为6%（w/w）,硫酸用量为0.75%（w/w）,预处理温度为170℃,预处理时间60 min。在该预处理条件下玉米秸秆在p H=5.5,CTec2酶载量15FPU/g glucan时酶解效率为87.9%,远高于同酶解条件下商业蒸汽爆破法的酶解效率（78.7%）。为了开发预处理数学模型以预测玉米秸秆酸性SPORL预处理后的组成成分及酶解效率等结果,通过关联预处理条件与木聚糖保留率和木质素保留率,通过大量数据拟合,建立了基于组合水解因子CHF的木聚糖水解反应动力学经验公式,X=0.5290e+0.4710e,以及基于木质素因子LF的木质素水解反应动力学经验公式,L=0.6568e+0.3432e,进一步关联LF和CHF,建立与预处理后底物酶解效率间的函数关系SED=98-（72）/e,其中,LF对酶解效率的贡献占比小于CHF,拟合曲线与实际酶解效率相关度良好,可用来预测预处理后底物酶解效率,误差在10%以内。探究了酸性SPORL预处理对玉米秸秆各组分结构性质的影响,揭示底物组成及结构变化对纤维素酶解的影响,发现玉米秸秆的酶解效率随木质素和木聚糖含量的降低而增大;酸性SPORL预处理后,玉米秸秆表面纤维破碎、比表面积增大、半纤维素的乙酰基脱落和木质素-碳水化合物间的酯键断裂使得半纤维素和木质素溶出,同时纤维素的结晶度和聚合度明显降低,在这些结构变化的共同作用下,玉米秸秆的酶解效率得到显著提高。进一步探究了木质素理化性质和化学结构的变化以及对纤维素酶的无效吸附以及其对纤维素酶解糖化的影响,发现酸性SPORL预处理后,玉米秸秆中木质素的β-O-4和β-β结构的含量显著降低,大量愈创木酚（G型）结构单元降解溶出;随着预处理温度的提高,木质素的分子量先下降后升高、木质素表面负电荷量增加、疏水性增强、对纤维素酶的无效吸附增强。在此基础上,归纳得出酸性SPORL预处理提高玉米秸秆酶解效率的原因:在酸性SPORL预处理过程中,底物中残留木质素理化性质发生改变,使得单位木质素对纤维素酶的无效吸附作用相较于未处理时增强,但由于残留木质素的总量显著降低,整体的无效吸附相较于未处理时降低,因而底物酶解效率得到提升。