基于Spring和JavaBean组件的现场总线虚拟实验平台研究

目前虚拟实验平台越来越普遍,针对学生在实验室完成相关课程的实验任务时,存在不能解决时间、空间和距离的限制的问题,提出了基于Spring框架的虚拟实验技术,构建了一个基于Spring框架的现场总线虚拟实验平台,该平台使用Spring框架将整个构架连贯统一,并且使用JavaBean组件实现了虚拟实验模块的实验部件。实验表明,该平台在连接速度上性能优良,在各浏览器上都无不兼容现象发生,可以大大提高了学生的实验水平。

面向Spring的热点代码在线部署方法研究

随着Spring生态不断发展,越来越先进的部署方式降低了部署的复杂度,提高了不同环境下的部署效率,但是在预生产环境下,对频繁改动的热点代码,其部署效率不是很理想,一些简单的代码修改就会引发对所有依赖服务的重新编译部署,给项目部署、运维以及测试带来很多预期之外的影响。在线部署机制针对这个问题进行了改进,该机制使用自定义注解作为与外部应用通信的桥梁,使在线部署模块独立于外部应用。在线部署模块使用React创建可视化页面,在可视化页面中管理相应的热点代码。热点代码在编辑完成后注入到在线部署模块,进而完成其热点功能在预生产环境的在线部署。实验表明,相对于重新编译部署,该部署机制对原有代码侵入影响较小,减少了反复部署应用以及不同部门协调合作造成的时间浪费,在保持系统稳定运行的同时,提升了系统的部署效率,并成功应用于新型智慧城市评估系统的热点代码模块。研究结果将为迭代开发以及高效部署提供设计思路与技术支撑。

Modeling and Analysis of Vibration Characteristics of Rectangular Plate with Circular Through Hole Under Complex Boundary Conditions

This paper presents a method to study the free vibration of a plate with circular holes.The circular hole is regarded as a virtual small plate in which the mass density and Young's modulus are zero.Therefore,the free vibration problem of the circular hole plate can be transformed into the free vibration problem of the equivalent rectangular plate with non-uniform thickness.The model is derived from the spectral geometry method(SGM),and the displacement of the plate with circular holes is expanded by the modified Fourier series.Virtual springs are added to the boundary of the plate to simulate the boundary conditions of simply supported and fixed supports.The accuracy of this method is verified by comparison with the finite element calculation results.The relationship between modal numerical solutions of plates with circular holes and boundary conditions and geometry of the plate is studied.

基于模型预测的直流微网多电力弹簧协同控制策略研究

针对新能源接入、负荷投切所导致的直流微电网电压质量下降与系统呈现低惯性的问题,传统惯性控制随着电网规模的扩大适应性降低,因此提出一种多直流电力弹簧(DC electric springs,DCESs)单元下的直流微网电压协同控制策略,首先采用分布式一致性算法通过稀疏通信网络交换本地信息与相邻信息,求解全局母线电压平均值,并引入积分环节提高传统通信方式的收敛性。接着考虑系统负荷投切以及源侧功率波动导致的电压突变,基于DCES中的双向全桥DC/DC变换器构建预测模型,令各DCES根据系统功率波动状态自适应求解最佳虚拟电容值,平滑直流母线电压,提升了动态响应速度,同时分析了系统电压的收敛性与稳定性。最后通过MATLAB/Simulink在随机波动负荷、实际光伏场景下从电压质量、即插即用性能、系统惯性3个方面验证了模型的有效性,所提出的控制策略在保证系统电压平稳的同时,具有更优的动态响应能力。

数字技术赋能海珠区经典文化名片策略研究——以三维数字化岭南画派代表作《岭南春色》为例

随着科技的快速发展,文博机构出现利用数字技术保护文化遗产、推动传统文化传承与传播的新趋势。然而,目前大多数此类创作仍以二维数字技术为主,三维沉浸式应用的实例较少,创造性转化的方向有限,这限制了体验的深度和传播的广度。该文以岭南画派代表作《岭南春色》为研究对象,深入剖析了画作的创作对象、层次结构、色彩运用和创作场景,提出了三维数字化的技术策略:场景建模、纹理制作和虚拟现实场景构建。通过这一过程,旨在突破原作传统二维艺术作品的局限,提供一种全新的互动体验方式,使观众能够跨越时空,深入体验画家陈树人的创作环境和作品丰富的艺术魅力,不仅对岭南画派的数字化保护具有重要意义,也为其他文化名片的数字化转型提供了示范,展现了数字技术在文化传承与传播中的应用前景。

基于改进KCF的移动机器人视觉行人跟踪系统

针对视觉跟踪机器人在跟踪目标被大面积遮挡和短暂丢失的场景下容易跟踪失败的问题,提出了一种基于改进核相关滤波(kernelized correlation filter,KCF)的移动机器人视觉行人跟踪系统。在传统KCF算法的基础上引入平均峰值相关能量(average peak correla-tion energy,APCE),结合APCE响应值和最大响应值判断目标丢失情况,并加入了两级重检测机制。在OTB2013数据集的目标丢失(out of view,OV)场景中,改进算法的成功率和精度分别达到0.626和0.592像素,比传统KCF算法分别提升了8.7%和10.9%,有效提高了算法在目标遮挡和短暂丢失场景下的跟踪鲁棒性。在有行人干扰的场景中进行跟踪实验,实验结果表明所提视觉行人跟踪系统能够稳定跟踪目标行人。

机械网络运动方程与构网型VSG惯量阻尼的比较

随着新能源和电力电子设备的广泛应用,新型电力系统面临着多方面的不稳定性挑战。为了克服这些挑战,采用构网型(grid-forming,GFM)控制技术,可以通过电压支撑和主动惯量调节替代同步机,以确保电力系统的稳定性。但构网型变流器自身的惯量阻尼机理尚不明确,其阻尼系数往往被忽略。该文从机械系统的运动方程出发,首先通过推导质量-弹簧系统的运动方程和构网型虚拟同步机控制方程本质上都是二阶微分方程;然后,通过实验仿真验证了机械网络和电气网络的惯量阻尼机理的一致性;最后,通过Matlab/Simulink仿真在IEEE 39节点系统中验证构网型VSG的阻尼系数在维持稳定同步状态中的关键作用。

基于能量函数塑形的直流微电网多电力弹簧电压平稳控制方法

直流微电网低惯性响应特性常导致系统存在不确定性扰动时母线电压波动越限。针对这一问题,文中以直流电力弹簧(DCES)为核心构建智能负载,解析直流电机动能与智能负载惯量能量间的映射关系,实现需求侧等效虚拟惯量注入,快速补偿不确定性扰动造成的DCES输出电压偏差;针对多DCES协同控制,设计动态事件触发机制,以最小通信需求求解全局一致性误差,实现各DCES输出电压期望轨迹实时在线更新;提出了具有最小相位特性的反馈线性化控制器,将传统电压-电流双环控制转化为能量单环控制,构建DCES能量函数,重塑状态变量空间为Grassmann流形,实现系统完全解耦和精确线性化转换,准确跟踪各DCES输出电压期望轨迹,同时确保全局渐近稳定。基于dSPACE的实验结果表明:系统存在外部不确定扰动和内部参数摄动情形下,所提方法可实现直流微电网母线电压的平稳控制,具有动态响应快、稳定性好、鲁棒性强、抗扰性优的特点。

SCARA并联机构刚度和动力学分析

阐述了一种由2条RSS支链和2条R(SRS)2R支链构成,可实现SCARA运动的新型四自由度高速并联机器人机构。首先,采用方位特征理论(POC)分析了该机构的拓扑结构特征,用矢量法求解了位置反解;其次,运用虚拟弹簧法建立了支链的刚度模型,并求解了支链的静力学方程;再次,利用旋量法得到支链中虚拟关节变形到末端变形的微分映射,从而求得机构的笛卡尔刚度矩阵,根据机构的转动和移动刚度性能指标,分别分析了机构在不同工作平面的刚度特性。最后,推导了机构的主动臂、从动臂和动平台速度、加速度方程,并运用虚功原理建立了机构的动力学模型,通过ADAMS三维模型仿真验证了动力学模型的正确性,为该机构的进一步研究及实际应用奠定了理论基础。

基于虚拟弹簧模型的柔性针穿刺仿真研究

在分析柔性针受力和挠曲的基础上,建立二维空间上柔性针穿刺软组织的虚拟弹簧模型,得到针体和针尖轨迹的数学模型。使用Matlab工具软件对针尖轨迹在不同情况下进行仿真。仿真实验结果表明,柔性针弹性变形量对针尖走向影响较小,影响针尖走向的主要因素是纵向控制坐标和针座与水平线初始夹角,且两者的叠加效应最终影响柔性针走向,可以为机器人辅助针穿刺操控提供理论基础,结合软组织变形研究,能够实现柔性针穿刺的轨迹规划和避障运动。

零耦合度空间2T1R并联机构运动学与刚度建模分析

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法,提出一种零耦合度、含1条冗余支链的三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构,并对该机构进行拓扑分析。结果表明:该机构具有符号式位置正解和部分运动解耦特性,其被动冗余支链能避免奇异位置,改善刚度;因机构耦合度为零,易求解出其符号式位置正解,并分析了机构可能产生的3种奇异位置;运用虚拟弹簧法建立了每条支链的刚度模型并进行求解,给出并分析了机构笛卡尔刚度矩阵中扭转刚度和线性刚度的变化趋势,讨论了冗余支链对整体刚度性能的影响,验证了冗余支链可使机构整体刚度性能提升约22%。

一种用于软组织变形仿真的动态质点弹簧模型

针对可以用面模型近似表示的软组织,提出一种简单可靠的软组织变形仿真的质点弹簧建模方法。虚拟体弹簧动态地产生一种约束力表现软体的体特征,准静态方法求解模型使仿真效果更好;用修改的蝶形细分方法把比较粗糙的表面网格模型先细分成若干细节层次,仿真时依质点所受力的大小动态细分,以提高模型仿真的精确度。实验表明:所提出的方法确实增强了软组织变形仿真的体积感;局部动态细分模型与粗网格模型的计算量相差甚少,但其计算精度却提高多倍。

零耦合度部分运动解耦三平移并联机构刚度建模与分析

(RPa∥3R)2R+RPa机构是基于方位特征(POC)方程并联机构拓扑综合理论的一种非对称并联机构,其耦合度为零,且具有部分运动解耦性。本文对该机构进行刚度建模和特性分析。首先,对该机构进行拓扑结构描述,基于虚拟弹簧法对机构支链进行刚度建模,给出支链的静力学方程,并求解机构的刚度矩阵;其次,给出机构在工作空间中的整体刚度分布,并分别对x、y、z轴方向的扭转、线性刚度进行分析;进一步对机构进行有限元分析,并与虚拟弹簧法所得的机构变形结果进行对比,验证刚度结果的正确性;最后,对比非对称的(RPa∥3R)2R+RPa机构与对称Delta机构在不同截面下的刚度特性,结果表明,(RPa∥3R)2R+RPa机构的刚度大于Delta机构。

基于弹簧模型的移动机器人路径规划研究

针对传统人工势场法在路径规划中存在局部极小点问题,提出了一种基于虚拟弹簧模型的移动机器人局部路径规划算法。通过模拟弹性小球在有障碍物的斜坡上滚下过程中的受力情况,规划移动机器人从开始位置到目标点位置的移动过程;建立弹簧力学模型完成机器人的避障行为,并结合使用沿障碍物边缘移动和切换目标点位置两种控制策略,解决局部路径规划算法极易出现的局部极小点问题。仿真试验和实际移动机器人的实验表明,该算法能进行实时避障和路径规划,并确保移动机器人在绝大部分环境中能安全、快速地到达目标点。

基于虚拟弹簧的欠驱动手指的动力学建模和控制

采用虚拟弹簧对2关节欠驱动手指进行了动力学建模。并使用该方法建立实际的3关节欠驱动手指的动力学模型,通过动态控制实验验证了动力学模型的正确性。该方法不仅避免了求解微分几何方程,并且直接派生出可解耦的动力学模型。可直接进行逆动力学分析、仿真和实时控制。同时,建立了基于动力学模型的速度观测器,用于轨迹跟踪,弥补了欠驱动手没有速度传感器的缺点,补偿了欠驱动环节造成的不确定因素。与PID或计算力矩法相比较,其轨迹跟踪误差更小,动态控制效果更好。

虚拟针灸系统中的人体皮肤变形研究与实现

围绕虚拟针灸仿真中在针灸力作用下皮肤变形效果的各种实现技术进行深入探讨;并结合虚拟人体经络系统中三维人体模型的实际结构的特征,对皮肤三维模型及皮肤受力模型的进行分析,最终在传统表面弹簧模型模型中引入虚拟力弹簧来表现皮肤表面模型的体特征。实验表明该方法即能满足针灸力作用下皮肤效果实时绘制的要求,又能体现皮肤受力作用产生变形的物理意义。

超贫胶结材料本构模型

针对胶凝材料含量大于30 kg/m3的超贫胶结材料应力应变曲线达到峰值后呈软化形态的问题,采用虚加刚性弹簧法,建立具有软化特性的超贫胶结材料的本构模型,确定了模型相应的参数,给出了该模型的一个应用实例,为超贫胶结材料的非线性分析奠定了基础。

用约束条件进行解耦的喷浆机器人大臂动力学方程

喷浆机器人的大臂是一闭链机械机构,根据其结构特点,用虚拟弹簧法结合拉格朗日公式,建立了喷浆机器人大臂的动力学方程。通过进一步分析大臂的运动轨迹特点,给出了它特有的约束条件,并由此得到了解耦的喷浆机器人大臂的动力学方程,为其运动分析和控制提供了理论依据和基础。

面向任务的机器人灵巧手控制系统及多指空间协调阻抗控制

为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT II机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实现灵巧手在多自由度仿机器人上的无缝连接.进行了多指灵巧手空间协调阻抗控制的研究,基于手指指尖位置建立了适用于任意手指数目n的机器人灵巧手物体空间坐标系,并基于六维空间虚拟弹簧的阻抗思想和关节力矩反馈实现了以被抓取物体位置和姿态为控制目标的多指灵巧手空间协调阻抗控制.在基于Simulink/QNX的实时控制平台上对DLR/HIT II灵巧手进行了空间协调阻抗控制实验,实验结果表明了灵巧手控制软硬件系统和控制策略的有效性和稳定性.在未降低灵巧手自由度的前提下,将DLR/HIT II多指灵巧手协调抓取操作的控制输入量由30个减为6个,为提高抓取规划算法效率提供了稳定高效的新型控制策略.

虚拟手术中软组织形变建模及力反馈算法研究

基于弹簧-质点模型,建立一种改进的软组织实时形变模型。在正六边形拓扑结构软组织表面模型中,增加了虚拟体弹簧,以实现更加真实的形变效果。在系统中各质点处,表面弹簧形变量的叠加等效为物体表面形变,各质点处虚拟弹簧弹性力的合力等效为物体表面的接触力。该模型继承了经典弹簧质点模型的原理简单、易建模、计算速度快等优点,同时还具有控制变形区域的能力。基于此模型,利用PHANTOM触觉交互设备,进行了软组织形变以及实时虚拟力反馈仿真实验。实验表明,该模型效果逼真,反馈力刷新一次小于1 ms,能够满足虚拟手术系统实时性的要求。