机电一体化系统设计课程思政教学改革初探

高校课程思政改革有助于促进专业课教学和思政教育的深度融合,帮助当代大学生树立社会主义核心价值观,实现立德树人。如何提升课程思政效果,做到润物细无声是推进高校课程思政改革的难点。以机电一体化系统设计课程为例,探讨课程思政建设思路、改革举措和教学实践,以期为同类型的课程思政建设提供借鉴。

面向UUV对接的视觉引导三维轨迹跟踪控制研究

[目的]自主对接是无人水下航行器(UUV)协同作业的关键,但受复杂环境和对象特性的影响,精准引导与对接难度很大。为了提高水下对接的准确性和鲁棒性,设计一种基于视觉引导的对接方案,并针对视觉解算和三维轨迹跟踪控制技术开展研究。[方法]首先,结合任务和对象特性分析,设计基于视觉引导的总体对接方案。其次,设计YOLOv5神经网络完成水下对接站的目标检测,并基于EPnP算法实现对接站与UUV之间相对位姿关系的在线测量。接着,结合视觉解算结果,基于三维LOS制导、径向基函数神经网络(RBFNN)、终端滑模控制(TSMC)和李雅普诺夫理论,设计一种高效的三维鲁棒轨迹跟踪控制器。最后,通过数值仿真和水池试验验证该设计方案的有效性。[结果]在水池试验中,视觉引导控制算法能够有效完成水下对接站的在线检测与相对定位,实现UUV的精准水下对接。[结论]研究表明,所提出的视觉引导三维轨迹跟踪控制方案合理、高效,可为UUV水下对接奠定基础。

急性脑梗死患者血清MCP-1水平的变化

目的探讨进展性脑梗死患者血清单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)水平的变化趋势。方法急性脑梗死患者116例,其中进展性脑梗死60例(进展组),非进展性脑梗死56例(非进展组),另择健康对照者30例作为对照组。于患者入院第1、3、7、14天,采用ELISA法检测各组血清MCP-1水平。结果在第1、3、7、14天,进展组血清MCP-1水平高于其他两组(P均<0.01)。在第1、3、7天,非进展组血清MCP-1高于对照组(P均<0.01)。进展组血清MCP-1水平呈现动态变化趋势,即入院第1天开始升高,至第3天达到峰值,之后逐渐下降。结论急性进展性脑梗死患者血清MCP-1水平明显升高,且呈现动态变化趋势。

单核细胞趋化蛋白-1和脑梗死患者颈动脉粥样硬化斑块稳定性的关系

目的探讨血浆单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)水平与脑梗死患者颈动脉粥样硬化斑块稳定性的关系。方法根据颈动脉彩色多普勒超声仪检查结果,将116例脑梗死患者分为无斑块组(29例)、稳定斑块组(47例)和不稳定斑块组(40例)。采用ELISA法检测脑梗死患者以及30名正常对照组血浆MCP-1水平。分析血浆MCP-1水平与脑梗死患者颈动脉粥样硬化斑块稳定性的关系。结果 (1)不稳定斑块组血浆MCP-1水平明显高于稳定斑块组(P<0.05);(2)脑梗死患者颈动脉斑块稳定性与血浆MCP-1水平呈负相关(r=-0.683,P<0.05)。结论血浆MCP-1水平的增高和颈动脉粥样硬化斑块的不稳定性密切相关。

脑出血患者尿激酶型纤溶酶原激活物及其受体的变化

目的探讨脑出血患者血浆尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)及其受体(uPAR)的变化及临床意义。方法对64例脑出血患者和30例健康对照组应用酶联免疫吸附双抗体夹心法(ELISA法)定量测定血浆uPA和u-PAR的水平。结果脑出血组uPA含量(2866±788ng/L)和uPAR含量(3645±322ng/L)明显高于正常对照组的uPA含量(1075±244ng/L)和uPAR含量(877±216nP<0.01)。随脑出血患者病情严重程度的加重,血浆uPA和u-PAR的含量增高越明显。结论血浆uPA和uPAR的增高参与了脑出血时继发性损害,与脑出血患者的病情密切相关。

基于扩展单调速率算法的水下平台通信系统

针对水下平台工作环境复杂、通信实时性和可靠性要求高的特点,设计了一套分布式冗余通信系统。该通信系统以西门子PLC S7-400H和工控机为主控制器,基于波分复用技术建立了冗余的光纤传输通路;同时提出了一种新型的扩展单调速率算法,对水下平台的任务进行了优先级分配,并基于此算法进行了通信系统软件设计。经过可靠性分析和半实物仿真试验验证,该通信系统的实时性、可靠性及冗余机制符合设计要求,可以成功应用于水下平台,效果良好。

基于多传感器信息融合的水下运动体速度测量

针对水下运动体测速中存在的难度大、精度低等问题,提出一种基于加速度计和机械测速装置的融合测速方法。该方法实质上是一种改良的模糊自适应卡尔曼滤波,在常规卡尔曼滤波的基础上,引入了自适应参数,并通过模糊控制器对残差的监控来实时调整自适应参数。经Matlab仿真和实际试验证实:该方法可以有效地提高卡尔曼滤波器的跟踪性,并改善滤波效果,适用于通用的水下运动体测速。

血管性认知功能障碍患者血清PDGF、MMP-9、IL-6的动态变化及其临床意义

目的探讨血管性认知功能障碍患者血清血小板源性生长因子(PDGF)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)、白细胞介素-6(IL-6)的动态变化及其临床意义。方法68例血管性认知功能障碍患者为观察组[根据认知功能障碍程度分为血管性痴呆组(36例)及非痴呆型认知功能障碍组(32例)],同期70例无认知功能障碍的脑梗死患者为对照组。采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定所有患者发病后24 h、7 d、14 d、1个月的血清PDGF、MMP-9、IL-6水平。比较观察组与对照组的PDGF、MMP-9、IL-6水平;比较血管性痴呆组与非痴呆型认知功能障碍组患者的PDGF、MMP-9、IL-6水平;分析血管性认知功能障碍患者的影响因素及血清PDGF、MMP-9、IL-6水平与血管性认知功能障碍的相关性。结果观察组患者发病后24 h、7 d、14 d、1个月、3个月的PDGF水平分别为(43.68±8.24)、(95.25±6.24)、(129.27±12.14)、(159.26±11.31)、(189.65±10.29)ng/ml,MMP-9水平分别为(233.38±28.24)、(243.68±23.24)、(258.68±30.36)、(265.47±30.48)、(281.54±32.47)ng/ml,IL-6水平分别为(6.98±3.52)、(7.58±1.56)、(9.33±1.56)、(10.26±1.46)、(12.34±1.22)ng/ml,均明显高于对照组的(37.43±7.56)、(175.23±18.24)、(5.36±2.43)ng/ml,差异具有统计学意义(P<0.05)。血管性痴呆组患者发病后24 h、7 d、14 d、1个月、3个月的PDGF、MMP-9、IL-6水平均明显高于非痴呆型认知功能障碍组,差异具有统计学意义(P<0.05)。Logistic回归分析显示:血清PDGF、MMP-9、IL-6均是血管性认知功能障碍的独立危险因素(P<0.05)。Pearson相关分析显示:PDGF、MMP-9、IL-6水平与血管性认知功能障碍呈正相关(r=0.547、0.601、0.497,P<0.05)。结论血管性认知功能障碍患者血清PDGF、MMP-9、IL-6水平显著增高,且增高幅度与认知功能有关,预测血管性认知功能障碍的价值较高。

大型水下并联机器人的多绞车协同控制

针对大型水下并联机器人受复杂多机并联驱动结构及未知扰动影响,精准控制难度大的问题,基于机器人结构特性建立机器人本体及驱动机构的数学模型,提出基于改进偏差耦合控制的多绞车协同控制策略,并基于非线性干扰观测器、自适应控制输入饱和控制、快速非奇异终端滑模控制和李雅普诺夫理论设计一种高效的速度鲁棒跟踪控制器。通过多工况数字仿真验证了基于偏差耦合控制的多绞车协同控制方案能有效实现电机间的转速同步,且具有很强的抗复杂扰动能力。研究结果表明该多电控绞车协同控制方案合理、高效,可为大型水下并联机器人的潜浮控制奠定基础,该技术具有广阔的应用前景。

血清氨基末端脑钠肽前体、氧化型低密度脂蛋白水平与短暂性脑缺血发作患者发生脑梗死的关系

目的探究血清氨基末端脑钠肽前体(NT-pro-BNP)、氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)水平与TIA患者并发脑梗死(CI)的关系。方法选取2016年10月至2020年1月本院诊治的141例TIA患者为TIA组,另选取同期141名健康体检者为对照组。ELISA测定血清NT-pro-BNP、ox-LDL水平。按ABCD2评分将TIA患者分为低危组(n=48)、中危组(n=50)、高危组(n=43),比较三组血清NT-pro-BNP、ox-LDL水平;按TIA患者90 d内是否发生CI将其分为未并发CI组(n=102)和并发CI组(n=39),比较两组TIA患者一般资料及血清NT-pro-BNP、ox-LDL水平;Logistic回归分析研究TIA患者并发CI的影响因素。结果TIA组患者血清NT-pro-BNP、ox-LDL水平明显高于对照组(均P<0.05)。随着TIA疾病加重,TIA患者血清NT-pro-BNP、ox-LDL水平呈升高趋势(均P<0.05)。与未并发CI组相比,并发CI组TIA患者糖尿病史、临床症状持续时间≥60 min、高血压史的比率及血清NT-pro-BNP、ox-LDL水平均明显升高(均P<0.05)。NT-pro-BNP、ox-LDL与TIA患者并发CI相关(均P<0.05)。结论NT-pro-BNP、ox-LDL在TIA患者血清中水平较高,二者均与TIA患者病情严重程度、TIA并发CI相关,均有望成为评估TIA患者病情严重程度的指标。

血清BDNF、GAL1、VILIP-1水平与急性缺血性脑卒中病人病情严重程度及预后的关系

目的探讨脑源性神经营养因子(BDNF)、半乳糖凝集素-1(GAL1)、视锥蛋白样蛋白-1(VILIP-1)联合检测用于急性缺血性脑卒中(AIS)病人病情和预后评估的价值。方法选取2018年1月—2019年11月我院86例AIS病人和86名健康体检者为研究对象,根据病情轻重将AIS病人分为轻型组、中型组、重型组,根据临床预后将AIS病人分为预后良好组与预后不良组,比较各组病人BDNF、GAL1、VILIP-1含量。以病人病情及预后为因变量,以BDNF、GAL1、VILIP-1含量为自变量,拟合回归方程进行综合分析。结果AIS病人BDNF含量低于健康者,而GAL1和VILIP-1含量高于健康者,差异均有统计学意义(P<0.001)。重型组BDNF含量低于轻型组与中型组,而GAL1、VILIP-1含量高于轻型组与中型组;预后不良组BDNF含量低于预后良好组,而GAL1、VILIP-1含量高于预后良好组,差异均有统计学意义(P<0.001)。对病人病情分级影响从大到小依次为GAL1、VILIP-1、BDNF;对病人临床预后影响从大到小依次为BDNF、GAL1、VILIP-1。结论BDNF、GAL1、VILIP-1联合检测对AIS病人的病情或预后评估具有重要价值,其中GAL1对病人病情影响最大,而BDNF对病人预后影响最大。

血清同型半胱氨酸在脑梗死急性期及颈动脉粥样硬化斑块形成中的作用

目的探讨对脑梗死急性期以及颈动脉粥样硬化斑块形成中血清同型半胱氨酸的临床价值,旨在为临床诊疗工作提供参考意见。方法选择该院于2018年4月—2019年4月期间收治80例脑梗死患者为研究对象,根据病情将其分为急性期组(n=44例)与恢复期组(n=36例),同期选取来院进行体检的80名健康人群为对照组。将所有研究人员的血清同型半胱氨酸水平进行检测,并分析其颈动脉粥样硬化斑块形成状况。结果急性期组与恢复期组患者血清同型半胱氨酸水平分别为(24.47±3.08)μmol/L、(16.72±2.11)μmol/L均高于对照组的(12.79±1.66)μmol/L(t=27.481、10.818,P=0.000);且急性期组血清同型半胱氨酸水平高于恢复期组(t=12.656,P=0.000)。单发斑块组与多发斑块组患者血清同型半胱氨酸水平分别为(21.38±2.47)μmol/L、(25.66±3.19)μmol/L均高于无斑块组的(12.76±1.71)μmol/L(t=10.625、12.346,P=0.000);且多发斑块组血清同型半胱氨酸水平高于单发斑块组(t=4.253,P=0.000)。斑块组患者总胆固醇、甘油三脂、低密度脂蛋白胆固醇以及尿酸水平、高血压病史与糖代谢异常占比均高于无斑块组(P<0.05)。结论血清同型半胱氨酸与脑梗死发生及发展具有较为密切关系,且随着血清同型半胱氨酸水平的升高也会逐渐增加患者颈动脉粥样硬化程度。

水下张力腿平台液压驱动系统建模及控制研究

本文针对一种新型水下张力腿平台的液压驱动系统,开展了建模和控制技术研究。首先,介绍水下张力腿平台及液压驱动系统的功能及组成;其次,基于液压系统动力学模型和水下张力腿平台动力学模型,建立了包含综合不确定性且上界未知的关节空间驱动控制模型;再次,结合液压驱动系统控制要求及系统动力学模型特性,完成了自适应反演滑模控制器设计;最后,利用仿真工具,对本文研究内容的有效性进行验证。仿真结果表明,自适应反演滑模控制器的稳态精度高,抗干扰能力强,适用于液压驱动系统速度控制。该结果证明了本文的建模及控制技术研究合理且有效,为水下张力腿平台的有效控制奠定了基础,且可为同类产品的研究提供借鉴。

风浪联合发电系统水动力学研究进展

随着化石能源枯竭和全球变暖等环境问题的日益严重,海洋可再生能源(海上风能、波浪能和潮流能)成为研究热点.为了有效开发海洋可再生能源,降低成本,多种能源综合开发成为现阶段的趋势.海上风能与波浪能结合具有广阔的应用前景,联合发电系统不断创新.水动力性能是联合发电系统与波浪相互作用的重要基础.本文简要介绍多种应用在联合发电系统上的水动力学数值模拟方法,包括线性频域、线性时域、势流非线性方法,以及基于Navier-Stokes方程的黏性方法,对现有文献的水动力学数值模拟方法进行综述,从计算效率和精度方面分析其优缺点,且进一步阐述水动力控制优化的技术原理与实验技术主要科研难点,为联合发电系统的水动力设计提供依据.得到以下主要结论:从计算效率上看,线性频域方法最优,其次为线性时域、势流非线性、黏性方法,从计算精度上看,与前者恰好相反;综合考虑计算效率和精度,采用考虑黏性修正的势流方法来研究是一个切实可行的方案;模型实验方法和优化控制技术目前还不够成熟,尚处于探索阶段.

水产养殖水下机器人研究进展

水产养殖是世界范围内食品领域发展最快的行业之一,为人类提供了超过一半的水产品。但是,水产养殖目前面临机械化、自动化程度较低以及产量及效率不高等问题,因此迫切需要转型升级。水下机器人是一种机动灵活的水下作业装备,与传统的水下作业手段相比,在作业方式、范围、适应能力等方面具有明显的优势,应用于水产养殖监测及作业后,有望改变现有养殖模式,推进水产养殖业向机械化、工程化、智慧化、智能化转型,缓解水产养殖业的发展危机。尽管水下机器人近年来得到了蓬勃发展,但是目前在水产养殖业的推广应用仍非常有限,而且尚有诸多技术瓶颈未得到解决。本文面向水产养殖水下机器人的应用实际,对水质监测、视频监控及传输、目标识别与定位、高精度水下导航、智能规划与控制、机器人-机械手系统精准作业等关键技术进行了详细分析,并展望了未来的发展方向,以期为水产养殖水下机器人的研究和应用提供综合性参考。

X舵自主式水下航行器抗横滚控制研究与操纵性试验

[目的]针对一种新型的X舵自主式水下航行器(XAUV)在航行过程中的横滚问题,开展抗横滚近水面定深定向控制研究与系列操纵性试验。[方法]首先,介绍XAUV的系统结构与模式功能,并建立数学模型;其次,基于前期的水池试验经验,分析XAUV在水面航行时的横滚问题;接着,开展开环差动舵横滚控制试验,并结合试验结果设计基于反馈线性化PD控制的横滚与航向动力学控制器、基于增量反馈控制的深度动力学控制器,以及约束非线性控制分配的近水面抗横滚定深定向运动控制器;最后,通过在水池中进行系列操纵性试验,验证所提方法的有效性以及XAUV的操纵性。[结果]试验结果表明,在艇体模型相同的情况下,常规十字舵的回转直径为所设计X舵的1.2倍;基于所提出控制方法,在保证XAUV深度与航向控制效果的同时,当推进器转速为1 680 r/min时,可将XAUV的横滚角有效抑制在2°之内。[结论]研究表明,X舵可提升自主式水下航行器(AUV)的操纵灵活性且具备独特的横滚控制能力,所设计的抗横滚近水面定深定向控制策略能充分发挥XAUV的操纵性优势,在完成深度与航向控制的同时实现横滚角的有效控制。

水产养殖机器鱼设计与三维路径跟踪控制

为方便监测水质与水下鱼群活动,本研究设计了一款面向全水域实时监测的水产养殖机器鱼,并搭建了机器鱼控制系统,开展了机器鱼三维路径跟踪控制研究。在Serret-Frenet坐标系下建立了机器鱼三维空间路径跟踪误差模型,并基于LOS制导律和李雅普诺夫理论设计了一种模糊滑模控制器,最后利用Matlab仿真对本研究提出的控制算法的有效性进行验证。仿真结果表明:所设计的控制器能使机器鱼在模型参数不确定性、外部干扰未知的情况下实现三维路径跟踪控制,其控制精度和鲁棒性明显优于常规PID与滑模控制器。

线切割多晶硅硅泥制备锂离子电池负极材料

硅基材料作为锂离子电池负极的理论容量达到4200 mAh·g^(-1),被认为是最有发展前景的负极材料。但其体积膨胀过大,导致循环稳定性较差。通过球磨+碳包覆的方法,对线切割的纳米片层状多晶硅硅泥进行改性,使其作为锂离子电池负极材料的电化学性能得到了改善。结果表明,球磨使原料硅泥粒径明显减小。在电流密度为200 mA·g^(-1)时,原料硅泥球磨20 h后碳包覆的C-Si_(20)的首次充电比容量为1784.2 mAh·g^(-1)。循环75次后充电比容量为640 mAh·g^(-1),充放电库伦效率保持在98%以上。材料具有比较好的循环性能,可以为光伏产业硅泥废料的回收再利用提供一定的借鉴意义。