多段决策优化问题的摹矩阵方法及其程序实现

解决最短路优化问题的摹矩阵方法可用于解决一类离散控制系统的最优控制问题。通过将系统控制问题转变成一个多段决策问题,则系统的最优控制问题就变成了多段决策的最短路求解问题。通过一个例子探讨了摹矩阵方法在最优控制应用中的特点,即对比动态规划方法,该方法可以同时完成最短路径和最优策略的寻找,而且易于软件实现。本文最后介绍了利用VC编写摹矩阵方法用于最优控制的一个编程实例。

马铃薯收获机升运带块茎运动碰撞分析

升运带运行参数(激振频率和幅度)是影响其工作性能的最重要的参数。为寻求升运带最佳运行参数,达到提高块茎脱泥效果并减少损伤的目的,对单个马铃薯块茎在升运带上的输送过程进行了模拟,分析了升运带运行参数对块茎碰撞效果的影响规律。基于分析结果,对块茎脱泥效果提出的一套评价方法,即碰撞次数多且块茎表皮碰撞点分布均匀时块茎的脱泥效果好,碰撞力低于碰撞损伤力时块茎损伤机率较小。研究结果表明:在所研究的激振频率和幅度的范围内,随频率和幅度的增加,块茎碰撞力增大,同时块茎碰撞次数减少且碰撞点分布更均匀。最后,得到了有利于块茎脱泥且块茎损伤机率低的升运带运行参数,为升运带的设计提供了量化性的评价体系。

基于分段遗传算法的倒立摆摆起控制研究

针对倒立摆摆起这类复杂非线性系统的优化控制问题,提出了一种基于遗传算法的近似全局最优化的控制方法。在导轨长度和控制力受限的情况下,从倒立摆的物理特性出发,以摆杆进入上半平面前的最后一次角速度为零的时刻为分界时刻,将摆起过程分成两个阶段,分别使用自适应交叉、变异算子的遗传算法搜索每个阶段的最优控制决策,实现了1.9 s内一级倒立摆的成功摆起。这种方法可以简化控制规则,优化摆起时间,并使摆杆更加平稳地进入稳摆控制。仿真和实时控制实验,说明该方法是可行的。

关于重力势能小车转向轨迹的仿真研究

第二届全国大学生工程训练综合能力大赛对参赛小车的运行轨迹有特殊要求,即小车在运行过程中能自行避障。为了满足此功能,在对小车结构进行简化的基础上,建立了小车轨迹的数学模型和方程。然后在Matlab/Simulink软件中建模进行仿真分析,在仿真结果的基础上对小车结构进行优化,同时获得小车在起点的关键数据,如起始角、起始坐标及起始速度等,为小车后续的制作和运行提供了理论基础。

二维PSD的非线性畸变校正算法

光电位置敏感探测器(PSD)用于焊缝跟踪系统时,由于其非线性畸变问题,导致系统跟踪精度降低。本文在分析双三次插值算法原理的基础上,提出了适用于二维PSD在离散标定中出现的非均匀网络的改进双三次插值算法,并通过仿真和实验进行算法验证。仿真结果表明,采用改进算法对二维PSD全感光面上的非线性畸变进行校正后,误差均值为1.2μm,这与其他几种经典插值算法相比有明显优势。实验结果表明,PSD光敏面中心1mm×1mm范围内静态光斑点的非线性畸变经过改进算法校正后的误差均值为4μm;同时该算法对于PSD采集的动态光斑点也取得了比较好的校正效果,验证了其在焊缝跟踪系统中的适用性。

泵车臂架随动控制研究及其联合仿真

混凝土泵车臂架系统的随动控制是为了解决臂架末端布料管在操作人员的牵引下朝某个任意方向移动时,整个臂架系统而随之移动的控制问题。提出了根据所测得的臂架末端移动方位,确定臂架伸缩及回转量的计算方法;针对臂架随动控制所可能导致的稳定性问题,提出了一种以臂架重心移动范围最小为目标的臂架移动轨迹的最优规划方法,并与其他轨迹规划方法通过仿真进行了分析对比;构建了基于Matlab,AMESim,Adams的臂架系统随动控制的联合仿真模型,并以臂架末端完成水平面内的矩形轨迹移动为例进行仿真分析,验证了所提出的臂架系统轨迹规划方案的合理性。

爬圆锥杆轮式机器人的设计及动力学研究

为实现目前路灯杆的清洗及喷漆工作,在已有爬等直径杆机器人基础上,基于可在圆锥杆上爬行的轮式机器人结构,进行了理论分析计算;将得到的结果导入ADAMS中进行仿真,对上升过程中的侧倾现象进行分析,发现弹簧刚度不够是主要原因;针对弹簧力和杆直径变化关系,重新计算了弹簧刚度,得到了平稳的上升过程;针对弹簧刚度过大出现打滑的现象,最终得到了适合此类结构同样重量机器人的弹簧刚度范围。通过仿真可知,采用上升过程确定的主要参数,机器人下降过程同样稳定。

人工牵引下泵车自动浇筑的臂架移动轨迹的优化

为了解决混凝土泵车臂架末端布料管在施工现场操作人员的牵引下朝某个任意方向移动时,整个臂架能够随之平稳移动的优化控制问题,提出了基于泵车稳定性要求,以臂架系统整体重心移动范围最小为目标的臂架移动轨迹规划的优化算法。通过建立和求解受臂架多冗余度运动学方程约束的非线性优化目标函数确定了各节臂架移动的期望路径。为验证所提优化方案的合理性,对不同工况下的臂架系统的自动浇筑问题进行仿真分析,并与现有几种轨迹优化方案进行对比,分析结果表明所提优化方案确能使臂架整体重心的移动范围最小。

摆-球“永动”器结构设计及工艺分析

以提高能源利用率为目的,设计了一种摆-球"永动"器。为了减少能量损失,使单摆来回摆动的时间尽量长,在轨道的选择上,通过对摆线轨道、抛物线轨道和圆弧轨道的效率计算发现,若小球由曲线轨道一侧的最高点开始下落,计算小球经过最低点后回复到轨道的另外一侧的最高点的高度值,摆线轨迹、抛物线轨迹和圆弧轨迹分别为0.88、0.77和0.61。考虑到三个数值相差不大,通过对加工经济性的分析发现,摆线加工难度大,费用高,圆弧轨道使用普通机床即可达到较好的效果。因此,最终确定圆弧轨道方案。在碰撞过程中为实现能量交换,根据完全弹性碰撞的条件,采用质量相等的两小球。V型槽与小球的接触面积小,能量损失小,小球运动也更加稳固。通过比较摆杆和摆线,发现摆杆的计算误差较大,而选择摆线连接摆球还可以避免使用轴承。实物模型中,当摆球初始速度为0,以摆拉到水平位置为起始位置下落时,摆球碰撞次数为4次,来回摆动时间为12.8 s.

新型含氟聚苯撑乙烯的合成及电致发光性能

设计并合成了两个不同烷氧基增溶的结构新颖的含氟聚苯撑乙烯Pa，Pb和共聚物Pc。通过核磁共振和元素分析对其结构进行了表征，通过热重分析、凝胶色谱测定了其热分解温度和分子量及分布；紫外-可见吸收光谱仪和荧光分光光度计测得其吸收-发射光谱。测量发现热失重曲线拐点温度超过400℃。由2-乙基己基增溶的Pa和Pc具有优异的溶解性，固态荧光发射波长分别为499和585nm，相应比PPV和MEH-PPV稍有蓝移。应用旋转涂膜的方法制作Pa和Pc的双层器件（ITO／PEDOT／Polymer／Ba／A1），电致发光波长分别为494和604nm，器件均具有较低的启动电压（4V左右），分别在24和15V时达到最大亮度598和203cd·cm^-2，而此时电流密度分别为100和80mA·cm^-2。

不等宽板坯重力式机械夹钳吊具动力学仿真研究及开发

对于连铸过程产生的不等宽板坯,建立了重力式机械夹钳吊具多刚体动力学模型,仿真分析结果表明,等宽板坯可正常起吊,不等宽板坯则无法起吊。现场夹钳吊具虽可吊运不等宽板坯,但吊具整体出现明显的扭曲变形,分析发现,其主要部件存在装配间隙,受载后产生弹性变形,这也是造成仿真与实践不符的主要原因。提出了钳齿调节装置的设计方案和钳齿调整范围,进一步对不等宽板坯进行了起吊过程的仿真,确定了夹钳与板坯间的作用力,设计开发了装置实物,现场实现了不等宽板坯的安全、平稳起吊。

基于YOLOv5的机耕船双目视觉障碍感知研究

为满足机耕船自动驾驶功能,设计一套YOLOv5融合SGBM算法的机器视觉障碍感知系统。首先,以人、机耕船和农具为对象拍摄和收集图片得到水田障碍数据集,将图像输入YOLOv5网络模型迭代训练得到最优权重,随后将最优权重用于测试,并且与YOLOv4和Faster R-CNN网络进行比较;将双目相机拍摄的左右图像输入YOLOv5模型中进行检测,将输出的目标障碍检测框信息经校正变换后用SGBM算法进行视差计算,完成对目标障碍的识别和深度估计。结果表明,YOLOv5的平均精度均值稳定在87.25%比YOLOv4高1.55%,比Faster R-CNN高4.04%,单幅图像检测时间为0.017 s比YOLOv4快0.081 s,比Faster R-CNN快0.182 s且模型大小仅为13.7 MB比YOLOv4小236.4 MB;在检测机耕船、人和农具时,YOLOv5网络模型的置信度分别为0.91、0.99、0.95。YOLOv5+SGBM的深度估计在2 m内,精度达到98.1%。基于YOLOv5和SGBM的水田深度估计,能满足带旋耕无人驾驶作业的机耕船实际需求。

机械式断水自闭水龙头

我发明的新型水龙头结构如图1所示，在水龙头的阀体上有一个螺旋导引滑槽，旋转水龙头的手柄，阀芯可沿着导引滑槽方向旋转上升（或下降）。若水龙头处于图1所示状态，此时矩形阀口与水流通道垂直，且位于水流通道下方，即阀口关闭，水流无法导通。