水下滑翔机轻量化建模及执行器约束下非线性MPC控制器设计

针对现有水下滑翔机模型非线性程度和维度过高以及难以设计有效的工程化控制器的问题,首先根据水下滑翔机的运动机构组成及工作原理,忽略建模过程中的次要影响因素,对水下滑翔机进行轻量化建模以降低模型非线性度及复杂度,并通过对比验证证明了轻量化模型的有效性。随后,针对纵垂面运动进一步精简动力学方程,发挥该模型维度低、计算量小的优点,引入状态和控制量的实际约束,设计了贴合实际的实时线性化模型预测姿态控制算法。数值仿真结果证明,在±17.4°和±22.5°等水下滑翔机常见工况下,所提出的基于轻量化模型的控制算法可有效快速追踪期望姿态,且上升时间和稳态调节时间均比传统控制器提高70%以上。

基于能量转移理论的行车风险量化建模方法研究

为建立一种简洁且适用的行车风险量化模型,提出了基于能量转移理论的行车风险量化建模方法,分析了换道避险场景和典型跟车场景的行车风险分布。模型从描述事故致因的能量转移理论出发,提出描述行车风险的风险作用力,通过考虑车辆的动力学约束,推导了车辆可行驶区域,明确了行车风险的影响范围,实现对风险分布的有效约束。仿真结果表明,模型能有效量化行车风险并与传统风险评估指标THW的结果一致,同时,为缓解道路交通风险应当避免行车风险的大规模叠加造成的风险累积。

面向三维打印的壳状结构汽车及部件模型轻量化建模

针对壳状模型轻量化设计和模拟问题,提出一种基于热扩散的壳状汽车模型轻量化方法,并利用三维打印在个性化方面的优势建立具有数值模型模拟、三维打印,以及工程验证的一整套汽车轻量化建模系统.首先对模型进行特征分析和提取;然后在给定特征约束和受力工况(外力)条件下,通过热扩散对受力分布进行模拟,并将模拟数值与模型厚度进行对应,得到初步优化模型;进一步,通过三维打印得到实体实验模型,并对实验模型进行工程受力验证,进而根据工程验证情况调整热扩散程度,使得优化模型的厚度更加逼近实际受力要求;最后通过循环迭代方式得到满足受力要求的重量优化模型.实验结果表明,该方法能够在满足实际受力情况下减重达30%,并大大缩短了壳状汽车模型研发周期,是有效且高效的.

密度感知的3D打印内部支撑结构轻量化建模

为实现3D打印模型符合力学特性的轻量化建模,根据结构分析生成密度可控的内部支撑结构,提出一种密度感知的内部支撑结构建模方案.首先利用基于截面结构分析的方法获得模型在给定载荷条件下的应力状态;然后提出使用泊松重建偏置点来实现模型偏置的解决方案;再根据应力分布,采用隐函数表达的参数化结构作为模型的内部支撑结构,并通过优化局部区域的填充密度来实现整体设计目标;最后从参数化表达的内部结构模型中提取等势面,将其直接转化为三角网格模型.实验结果表明,该方法能构建密度感知的内部支撑结构来满足局部区域的力性能需求,并能够保证内部结构之间的平滑连接,同时避免因大量布尔运算操作产生的错误.

基于分块能量模量化的鲁棒水印算法

论文提出了一种鲁棒水印算法,在DCT域中对包括直流分量在内的分块能量进行模量化,将水印信息调制到量化所得到的余数上。通过研究DCT分块嵌入系数的选择及降低块效应的对策,得出了对DCT直流分量进行模量化嵌入可以有效降低或者避免块效应的结论。实验显示本算法在对抗Jpeg压缩、加噪及剪切等攻击时具有较好的鲁棒性,是有效可行的。

基于单元重用机制的轻量化建模算法

给出了一种在三维模型中发现所有外形相同的模型单元并重用这些单元来构造轻量化模型的新方法。该方法不仅能有效地区别相同几何顶点而拓扑不同的模型单元,并且通过对模型单元进行对称不变性变换及其它优化处理,使相同单元的对齐效果和处理效率得到了进一步的提升。采用的体素化匹配方法对于PCA协方差矩阵退化情况具有鲁棒性,不需专门处理,并可以精确且高效地比较两单元。实验结果表明,该方法相比其他方法可以寻找出更多的可重用单元,速度上平均提升20倍左右,因此本方法在效果与效率上均好于已有的同类算法,并且很好的应用于模型轻量化。

基于线性回归的建模方法——最小量化法

应用线性回归进行预测时,最困难的问题是如何建立一个符合实际的回归模型。该文叙述了此方法的基本思想,以及最小量化法处理准则;在总结回归模型的建模方法基础上,论述了最小量化法建模方法;以某案例实证了本文方法。

基于矢量量化神经网络模型的水环境质量评价研究

以河南省新乡市地下水水质长期观测资料为依据,建立了基于MATLAB技术的学习矢量量化人工神经网络(简称LVQ-ANN)模型,对新乡市17眼地下水监测井进行了水环境质量评价,并与BP神经网络模型,模糊数学综合评判法,单因子评价法的评价结果进行比较,对比结果表明,LVQ-ANN模型评价地下水水质合理可行且评价时间短,预测精度高,在地下水水质评价中具有较高的应用价值。

面向三维模型轻量化的自私羊群优化算法研究

针对传统三维仿真模型优化的费时、费力、占用大量内存以及渲染时的画面丢帧、报错等问题,提出一种基于自私羊群智能优化的三维模型轻量化方法3DL-SHO,在确保三维数据准确性的基础上,降低冗余类型、减少场景的数据量、加快模型的优化速度,同时利用3DMax脚本语言MAXScript实现了轻量化处理方法,方便烘焙。通过对BIM系统以及电厂三维仿真系统的几种智能优化算法的对比实验证明,采用该方法可快速执行所有3DMax批量化操作,显著提高了建模和优化的效率。

基于规则的Web3D森林模型的轻量化构建

树木的建模仿真因其结构十分复杂数据量巨大一直以来都是WebVR领域中极具挑战的研究课题。尤其是目前随着网上三维虚拟场景的急剧扩张,海量WebVR虚拟森林场景在用户端的实时下载请求和有限网络带宽之间的矛盾亦变得日趋突出。提出了基于L-system的Web3D虚拟树木语森林的轻量化建模方法,基于树木L-System描述体系的自相似性和基于重用的WebVR轻量化建模思想,成功地将虚拟树木/森林场景转化为极为轻量化的Web3D文件,甚至只有十几kB大小,即便网络带宽很低的情况下,也非常适于网上的实时传输与漫游,在一定程度上解决了该瓶颈问题。

空间机器人位姿空间分层量化建模方法

本文首先分析了空间机器人在位姿空间的不完全可控性及其给运动规划带来的困难．在此基础上，本文提出一种适用于空间机器人的位姿空间分层量化建模方法．此方法首先对位姿空间进行了分层量化处理，然后通过定义位姿间的相邻关系而建立了位姿空间图（ＣＳＧ），并对ＣＳＧ的顶点和边的碰撞情况做了规定．

相交轴转子系统当量化建模与扭振响应分析

齿轮联结的相交轴转子系统具有转子不同体、不同速、不同轴线等结构特点,使其动力学建模异于常规转子系统,论文采用当量化建模方法,将相交轴转子系统转化为同转速、同轴线的转子系统并建立动力学模型,通过与已有研究对比验证了文中基于DyRoBeS当量化建模方法的有效性.以相交轴齿轮联结转子系统典型结构——某型直升机尾传动系统为研究对象,建立了当量化转子系统动力学模型,分析了系统各阶扭振临界转速及其组成、联结齿轮啮合刚度对扭振的影响、联结齿轮转动惯量对系统临界转速的影响,结果表明:传动系统第1、2阶临界转速为派生临界转速,其余8阶均源于各组成轴;中、尾减啮合刚度值与扭振的各阶共振峰值存在映射关系,部分啮合刚度值会激发共振极大值,应尽量避免;中、尾减啮合刚度变化会引发系统临界转速的变化,尤其是第1、2阶临界转速;不同阶临界转速对各个联结齿轮转动惯量的敏感性亦不同.论文从转子动力学角度研究了齿轮联结的相交轴转子系统的动力学特性,可为此类转子系统的结构优化设计及运行维护提供理论依据.

严寒地区分散式电采暖负荷可调节特性量化建模研究

我国北方地区冬季采暖需求巨大,这为利用电采暖解决大气污染及大规模风电消纳等问题提供了巨大的发展空间。但是,现有研究缺乏对分散式电采暖负荷可调节能力量化建模及评估的关注。由此,建立了基于多层建筑物传热过程的电采暖负荷可调节特性模型,并基于严寒地区实测数据,定量分析了多层建模分散式电采暖负荷功率-时间维度的可调节能力及其影响因素,为进一步控制电采暖负荷满足电力系统多种灵活调度需求奠定了良好基础。

基于衍生式设计的汽车线束支架轻量化建模

汽车轻量化技术能有效降低能耗、减少排放和提升安全性。文中以汽车线束支架建模为例,使用空间尺寸参数对汽车线束支架进行轻量化建模后,在确定设计结构、载荷工况和制造方法的基础上,针对两种不同塑料材料,利用先进的脱胎于迭代式算法的衍生式设计得到轻量化设计结果。衍生式设计的结果在满足力学性能和安全系数范围的同时,质量大大减轻,分别减轻了71.57%和74.38%,表明在设计流程中加入衍生式设计可以实现汽车零件的轻量化创新设计,对现代汽车的轻量化设计具有启迪作用。

基于态势响应的国际冲突量化建模

针对复杂多变的国际冲突,以往的分析多见于定性的研究,而定量的模型研究则非常少见。该文从冲突的滞后响应角度出发,提出一种态势响应量化分析模型,实现对国际冲突态势的推演预测与转折点定位。对于朝核问题的仿真推演证明了该方法的有效性,所建立的态势响应模型为国际冲突推演分析提供了一种新的思路与解决方案。

一种断层相关褶皱定量建模的方法及应用

中国中西部前陆冲断带地表、地下构造复杂,地震资料成像品质普遍较差。针对复杂前陆冲断带的断层相关褶皱,提出了一种在构造复杂、地震资料品质较差地区褶皱的定量构造建模方法,即应用地震波动方程正演、平衡地质剖面数值模拟、构造物理模拟等技术,分步骤求取构造几何学、运动学参数,建立最终的定量化构造模型,从构造变形量、变形机制、变形时间和变形过程4个方面揭示构造变形特征。应用该方法对准噶尔盆地南缘独山子背斜进行定量化建模,确定独山子背斜几何学与运动学构造参数,取得了较好的应用效果。

基于应力分布的3D打印壳模型构造与优化

近年来,愈发成熟的3D打印技术拉近了模型设计与产品制造的距离.但高昂的材料费用仍是制约其发展的重要因素.因此,如何在不改变模型外观的情况下进行模型结构的优化,以此来减少模型的打印体积、降低打印成本是亟待解决的问题.针对该问题,本文提出一种基于应力分布的壳模型构造和优化算法.该算法首先基于模型的体素化表示构造距离场,提取出初始的均匀厚度壳模型.然后基于顶点的von Mises应力,自适应的向外扩张内表面,调整各部位厚度,直到达到相关约束条件.优化得到的内表面与输入的外表面围成最终的优化模型.实验结果表明,在满足外观不变、力学稳定等约束的同时,优化得到的壳模型体积为输入模型体积的17.2%~24.4%,大幅减少了模型的打印体积,有效降低了打印成本.

数字集成电路设计成本模型初探

本文首先阐述了集成电路成本核算的必要性,接着分析了数字集成电路成本的构成,着重论述了影响数字集成电路成本的各种因素,进行了量化建模,最后给出了系数的选取原则。

基于Unity3D与3Dmax的虚拟船舶液压系统三维模型展示

介绍了用一种新型软件Unity3D与3Dmax相结合来实现船舶液压系统的三维虚拟展示,解决了以前用半剖面来实现系统所存在的问题。采用了3Dmax建模软件建立模型,并对模型进行了光照、材质、烘焙和面片处理等;采用了轻量化的建模方法,使得模型更具体形象;采用了较为流行的Unity3D虚拟技术实现模型的展示;用Javascript脚本实现了基本动作。这种完美结合使得船舶液压系统的展示效果更加立体、形象。

行车风险量化新方法及其防控策略仿真研究

行车风险受人、车、路多类时变因素的耦合影响,如何对其进行准确量化一直是制约汽车智能安全技术发展的难题。提出考虑驾驶人行为特性的行车风险量化新方法并介绍对应的行车风险防控策略,将行车风险量化与等效力模型结合,设计行车风险的场模型框架。通过考虑车道线约束和车辆行驶路径的变化,在车辆行驶的纵向和横线上设置不同的风险梯度调整系数并采用Frenet坐标转换,使得行车风险在车辆行驶的纵向和横向上具有较大的差异。结合行车风险的防控指标,设计3种高速公路直行冲突场景和9种无信号灯交叉路口冲突仿真场景,并分别与纵向控制模型(Longitudinal control model,LCM)和预计时间(Time to intersection,TTI)阈值对比,仿真结果表明,所设计的车辆行驶决策模型能够识别各个方向上的风险并能主动执行风险防控,相比LCM模型在安全性上更优;另外,建立的左转风险防控算法在900次无信号交叉路口仿真中的碰撞事故发生率为0,相比TTI阈值算法具有更高的通行效率和安全性。