THE NONLINEAR INTERACTION OF VORTEX RINGS WITH A FREE SURFACE

Nonlinear interactions of vortex rings with a free surface are considered in an incompressible, ideal fluid using the vortex contour dynamics technique and the boundary integral equation method. The flow is axisymmetric and the vorticity is linearly distributed in the vortex. Effects of the gravity and the surface tension as well as the initial geometric parameter of the vortex on the interaction process are investigated in considerable detail. The interaction process may be divided into three major stages: the vortex free-traveling stage, the collision stage, and the vortex stretching and rebounding stage. Time evolutions of both the vortex and free surface under various conditions are provided and analyzed. Two kinds of waves exist on the free surface during interaction. In a special case where the gravity and surface tension are very weak or the vortex is very strong, an electric-bulb-like 'cavity' is formed an the free surface and the vortex is trapped in the 'cavity' for quite a. long time, resulting in a large amount, of fluid above the mean fluid surface.

Texture Image Segmentation Based on Nonlinear Diffusion

质地图像分割基于非线性的散开被介绍。质地的规模能在非线性的散开的过程期间被测量。有保存的边的一幅光滑的 5 隧道向量图象，紧张镇静，可伸缩，质地的取向想象，能被联合非线性的散开完成。一个多信道的统计区域活跃轮廓被采用分割这幅向量图象。因为参数不对不同质地图象敏感，方法能被看作一种无指导的分割。试验性的结果在质地图象的半自动的抽取显示出它的高效率。

五轴联动数控刀具切削加工误差非线性插补方法研究

在五轴联动数控刀具切削加工过程中,机床摆心运动轨迹和刀具运动轨迹之间的误差导致加工精度难以保持较高水平,为此提出五轴联动数控刀具切削加工误差非线性插补方法。分析刀具切削加工误差产生的原因,获得理想刀轴矢量,通过插值处理两旋转轴的运动角度,获得实际刀轴矢量误差。通过计算刀轴控制点的距离偏移值,调整刀位和刀闸位置,并使用线性补偿位移调整刀具的位移。同时,根据角度变化计算误差插补量,进一步优化刀具运行轨迹,以确保刀具轨迹始终与理想轨迹保持一致,从而实现五轴联动数控刀具运行轨迹的位移补偿。经实验验证,采用所提方法开展误差插补后,五轴联动数控刀具运行误差小,且运行轨迹贴近理想轨迹。

基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制

为满足两轴直驱伺服进给系统的高精度加工要求,提出一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法,以兼顾加工精度和响应速度要求。建立适用于大曲率轮廓加工的等效轮廓误差模型,同时考虑系统中存在的不确定性动态的影响,建立准确且能实时补偿的改进LuGre非线性摩擦力动力学模型。为提升两轴直驱伺服进给系统轮廓性能,设计基于非线性滑模面的ANSMCC方法,其中非线性滑模面包含轮廓误差分量,通过改变非线性滑模面中增益矩阵值的大小可实时改变系统的阻尼比,从而协调轮廓误差与系统响应速度的关系。实验结果表明,所提方法可以克服系统运行过程中不确定性动态的影响,准确跟踪大曲率轮廓曲线,提高轮廓加工精度。

三维声学特征频率灵敏度分析的边界元法

声系统特征频率的灵敏度分析为其优化设计提供了基础,具有重要意义。边界元法在声学问题的求解中具有独特优势,但因其系统方程系数矩阵的频率相关性导致的非线性特征值问题给声学特征频率的灵敏度分析带来了很大困难。为此,本文首先对非线性特征值问题进行了线性化处理,利用围道积分投影方法将非线性特征方程转换为小规模广义特征方程,然后对其关于设计变量直接求导,并引入左特征向量和转换矩阵构造了一种适用于内外声场的三维声学单/重特征频率灵敏度分析的边界元法。数值算例验证了该方法的适用性,以及对单/重特征频率灵敏度的计算精度。

基于参考调整轮廓误差的直驱XY运动平台自适应非线性滑模轮廓控制

针对精密直驱XY运动平台在执行加工任务时,易受到系统不确定性动力学及双轴协调匹配性的影响而产生轮廓误差的问题,提出一种基于参考调整轮廓误差(RACE)模型和不确定性补偿器(UC)的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法。由于传统的将跟踪误差法向分量视作近似轮廓误差的方法并不适用于大曲率轮廓加工轨迹,因此,建立参考调整坐标系,通过坐标变换的方式计算得出更为精准的RACE模型。采用ANSMCC方法对轮廓误差进行控制,通过设计非线性滑模面可以有效提高系统的动态响应速度和轮廓跟踪精度。为进一步减小参考模型与实际对象之间的误差,设计UC对不确定性动力学进行补偿,从而提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该方法能够有效克服直驱XY平台系统中不确定性动力学的影响,提高轮廓加工精度。

基于区域生长的鱼眼图像轮廓提取算法

以图像二值化为前提,使用基于区域生长的改进算法,获取图像轮廓,实现鱼眼图像校正,克服鱼眼图像轮廓区域内出现大量黑色像素使面积统计算法失效的缺点。仿真实验表明,该算法精度高、效率高,能够获得满意的校正结果。

一种改进的基于活动轮廓和光流的运动目标分割方法

将光流技术和几何活动轮廓模型结合起来对运动目标进行分割,一方面可以通过算法分割出运动目标轮廓,另一方面,使得算法面对背景变化的情况仍具有一定的适应性。为了更好地将二者结合起来,进行2个方面的改进:建立基于运动边缘的几何活动轮廓模型,从而克服光流计算中由弱纹理区域产生的运动空洞对分割的影响;引入边缘增强的非线性扩散作为光流计算模型中的平滑项约束,可以在平滑流场的同时减小运动边缘处平滑效果而保护边缘,进而提高运动目标分割的完整性。研究结果表明:与现有算法相比较,该算法能够更准确地分割出运动目标的轮廓,同时在一定程度上克服背景运动的情况。

基于LLE-SVDD的高维非线性轮廓数据实时监控方法

针对高维非线性轮廓数据的实时监控问题,文章提出了基于局部线性嵌入(LLE)和支持向量数据描述(SVDD)相结合的高维非线性轮廓监控方法。首先对受控的高维轮廓数据进行局部线性嵌入降维,然后使用降维后的轮廓数据对SVDD算法进行训练,最后用训练好的SVDD算法对高维轮廓数据进行实时监控。并利用蒙特卡洛方法生成仿真数据,以证实所提方法的有效性。结果表明,相较于其他方法,所提方法在失控状态下平均运行链长较小,能够及时发现生产过程中的异常轮廓。

X-C直驱平台平面曲线轮廓磨削廓形误差非线性耦合控制

为提高X-C平台的曲线轮廓加工精度,引入了双轴联动耦合控制思想。根据切点跟踪加工原理,提出X,C轴跟踪误差耦合形成廓形误差的计算模型,在此基础上设计了X-C直驱加工耦合控制系统。为削弱曲线轮廓X-C磨削过程中轮廓轨迹、加工速度变化、磨削力变化、控制参数等因素对轮廓精度的影响,研究非线性PID调节的控制策略来补偿控制X,C轴跟踪误差引起的廓形误差。建立了直线电机与力矩电机构成的X-C直驱加工平台仿真模型,并以凸轮加工为例进行非线性交叉耦合廓形误差补偿控制仿真实验。结果表明:与常规加工相比,所设计的非线性交叉耦合控制器能够在一定程度上提高X-C直驱平台曲线轮廓的加工精度。

科氏力作用下涡旋运动的等值线动力学

本文提出了在科氏力作用下,单圈常值涡旋运动等值线动力学的计算公式。用这些公式实施了四组计算,结果与以往动力学分析和数值试验的结论定性一致,数值也较为合理。

SAR图像海岸线检测的区域距离正则化几何主动轮廓模型

合成孔径雷达(SAR)卫星遥感图像可以极大地提高全国海岸线覆盖频率,然而受到海洋波浪所引起的随机海水表面粗糙度的影响,海岸目标与海水背景边界易混淆不清,因此本文提出了基于区域距离正则化几何主动轮廓模型(RDRGAC),引入距离正则项,解决重复初始化水平集函数为符号距离函数的问题,提高了算法收敛速度。此外,将区域面积项系数与SAR图像等效视数(ENL)建立非线性拟合关系,实现RDRGAC模型根据不同SAR遥感图像的自适应调整,改善海岸线自动提取精度。通过河北省北戴河和大连市金州湾SAR数据海岸线提取对比试验,验证了所提方法的有效性。

一种基于贝叶斯估计的地形辅助导航

采用基于蒙特卡罗近似的贝叶斯估计算法处理地形辅助导航系统中的估计问题 ,避免了对复杂地形的线性化过程。数字仿真结果表明该方法比传统的基于扩展卡尔曼滤波的SITAN算法有更高的估计精度 ,并能有效克服初始位置误差较大时 ,基于地形线性化方法易出现的滤波发散问题。

改进Delaunay三角网格等值线提取方法

传统的基于Delaunay三角网格等值线提取方法采用线性内插,对于研究区域变量时,误差较大。提出了采用等值点非线性计算和三角形重心内插等方法,对传统的基于Delaunay三角网格等值线提取方法进行改进,显著提高了对区域变量拟合精度,并在广东海岸带降雨量数据中对该方法的实用性进行了验证。

利用非线性扩散的半自动纹理图像分割

介绍了一种非线性扩散过滤器法从包含纹理的图像中获取灰度、尺度和方向信息,并形成经过耦合保边平滑的5通道向量值图像,对纹理图像的分割变为对此向量值图像的分割。针对半自动操作的特点,在合理的假设前提下,采用了多通道统计区域分割法。试验结果表明,本文的纹理分割方法能有效地利用重要纹理特征与灰度的混合信息,是一种半自动的无监督纹理图像分割方法。

多圈涡旋等值线动力学的研究

将单圈涡旋等值线动力学推广到多圈涡旋的等值线动力学。在等值线动力学的框架内，实施了６组计算。结果显示出涡旋移行过程中逆时针打转的现象，该现象有清楚的前兆可寻。讨论了涡旋松紧程度对涡旋移向的影响以及涡旋非对称结构与涡旋移速之间的联系。这些结果与以往数值试验或动力学分析的结果较为一致。

多轴伺服系统的非线性PID交叉耦合轮廓控制

针对多轴伺服系统动态特性不匹配及轴间耦合带来的轮廓控制问题,在分析系统轮廓误差的基础上,将非线性PID控制器(NLPID)应用于单轴位置控制和交叉耦合控制(CCC)。对于任意轮廓曲线,非线性PID交叉耦合轮廓控制(NLPID-CCC)在加快伺服轴动态响应提高单轴跟踪精度的同时,实时估计轮廓误差后进行动态增益补偿至各轴,实现轴间信息共享减小系统轮廓误差。利用X-Y平台以典型的圆轮廓进行实验,结果表明:与变增益CCC方法相比,NLPID-CCC方法在轮廓误差的均方根值、最大值和平均值分别减少了30.77%、32.65%和30.43%,有效加快了伺服轴动态响应,提高了系统的轮廓加工精度。

Snake模型应用于塞曼效应分裂图谱处理

随着CCD摄像技术成熟并应用于塞曼效应实验中,图像数据的处理方法成了影响实验测量误差的最大因素.本文采用改进的可变压力Snake模型方法实现塞曼效应分裂圆环的数据测量,从而提高测量的稳定性和精确度;并利用Origin的非线性拟合进行数据的误差评价.

基于Mumford-Shah模型的VHP图像分割

该文提出了一种新的基于Mum ford-Shah模型的彩色图像分割方法,针对原有模型主要处理灰度图像的局限性,提出一种在HIS空间分割的策略;并采用在模型演化前作非线性扩散的方法较好地解决了简化的Mum ford-Shah模型不能处理含噪声的复杂图像的问题;对于简化Mum ford-Shah模型计算量大,又不能使用窄带法的缺点,该文使用多个零水平集作初始化并采取多尺度策略。通过应用于VHP计划彩色医学解剖图像,得到了满意的分割精度,大大节省了分割时间,有很好的应用价值。

多轴运动系统非线性轮廓重复跟踪的主从交叉耦合迭代学习控制

针对多轴运动系统非线性轮廓的重复跟踪,传统时域交叉耦合迭代学习控制器(Cross-coupled iterative learning control,CCILC)的设计,各轴间的耦合算子计算精度要求高,计算效率低.本文提出一种主从交叉耦合迭代学习控制方法.基于主从控制设计方法,主动轴采用时域CCILC,从动轴采用位置域交叉耦合迭代学习控制(Position domain CCILC,PDCCILC).保证各轴间运动同步性,同时减轻对耦合算子精确性的依赖.因而可以引入轮廓误差矢量法估算耦合算子提高计算效率.采用Lifting的系统时域矩阵展开方法对所提出的算法进行了稳定性分析和性能分析.基于一个两轴毫米级运动平台,三种典型非线性轮廓跟踪(即半圆、抛物线和螺旋线)的数值仿真和实验分析验证了所提出算法的有效性.