基于自适应动态碰撞检测的工业机器人运动规划算法研究

提出了一种基于PRM(probabilistic roadmaps)算法思想的新型工业机器人运动规划算法.将PRM规划算法由全部C空间计算优化为大部分在欧氏空间、小部分在C空间的计算模式,大幅减少了计算量;使用优化空间分割方法提高采样效率;采用凸优化方法解决了机器人静止姿态碰撞检测问题,并结合自适应动态碰撞检测算法,实现在不降低计算精度的前提下,提高运算速度,使规划结果具有完备性.

研究生培养过程中差错预防对策研究

通过对工业管理中的"缺陷预防"定义的梳理,分析研究生培养过程中的差错及其类型,创新性地设计了一种可预防差错的识别数学模型和提出了研究生培养过程中差错预防的具体措施。

基于三次样条插值的GrabCut自动目标分割算法

针对基于图像序列的物体三维模型重建时目标分割需要人机交互且速度慢的问题,提出了基于三次样条插值的GrabCut自动目标分割算法。首先采用三次样条插值对图像进行降采样预处理;然后对采样图像进行背景差分实现目标区域的自动框选,取代GrabCut算法的交互窗口,进行目标分割,再对分割出的目标轮廓进行三次样条升采样插值恢复原目标轮廓;最后定义了行方差差异函数,以主流图像处理软件Photoshop分割结果为参照标准,对不同算法分割的结果进行了精度评估对比。实验结果表明,提出的算法可实现图像的自动分割,且速度快、精度高、鲁棒性强。

一种新型光伏系统最大功率点跟踪研究

针对环境温度和光照强度对光伏系统最优工作点的严重影响,提出一种快速跟踪环境温度和光照强度变化的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)电路结构及控制算法。通过分析太阳电池基本性质,设计一种改进型的Buck变换器拓扑结构,可快速采样短路电流和开路电压信号。在建立光伏发电系统小信号模型的基础上,设计一种非线性控制与线性控制相结合的改进型最大功率点跟踪控制算法,该算法外环为改进的扰动观察(Perturbation and Observation,P&O)法,内环为电压控制环路。仿真和实验表明,该算法不但能在环境变化时快速准确地跟踪光伏电池最大输出功率点,消除系统在最大功率点的振荡,而且具有效率高、响应速度快等优点。

一种自动的非封闭曲面三维重建方法

为了精确实现非封闭曲面的三维重建,提出一种基于曲面三角面片周长的阈值分割方法,首先计算泊松算法生成曲面的三角面片周长选取采样点,然后通过比较样本点与原始输入点之间的欧氏距离自动计算阈值对生成曲面进行分割。实验结果表明,该算法能准确有效地去除伪封闭曲面而不影响原生成曲面的精度,且算法复杂度低、时间效率高、鲁棒性强。

高压固态断路设备均压技术研究

高压直流输配电系统是解决可再生能源大规模接入的重要途径,而高压直流断路器已成为直流电网发展的瓶颈问题。传统的机械式断路器在断开负载时响应时间长、易产生电弧及寿命短,难以满足HVDC系统的速动性和可控性要求。研究基于Si C-MOSFET串并联的固态高压直流断路设备,深入分析其工作特性以及寄生参数对开关过程的影响,提出一种适用于Si C-MOSFET的改进型动态有源门极钳位网络,并通过仿真和试验验证了可行性。

压电碰撞能量收集中接触面的建模与实验研究

采用碰撞的方法可解决压电悬臂梁的固有频率与外部输入频率不匹配问题,从而提高能量收集的效率。该文讨论了附加质量块的结构及碰撞接触面的设计,对不同接触面进行力学分析,并制作和装配了两种不同接触面的实验原型装置,通过外接电阻来测试输出功率。实验结果表明,在相同的外部输入下,非对称接触面设计的附加质量块可增大反向行程时压电梁的变形,与对称接触面相比,其输出功率可提高约23%。

微电网模式平滑切换的多环主从控制策略研究

针对微电网模式平滑切换中传统主从控制切换难度大、参数跟踪复杂、下垂控制切换动态特性差的不足,提出了一种多环主从切换控制策略。该新型控制策略在并网和离网模式下,主源采用带内置参数环的多环控制结构,从源采取恒功率控制结构,不仅主源和从源在模式切换时不需要进行控制策略的切换,而且也不需要再外接参数跟踪器,而控制结构更可靠,切换的过渡过程也更加平稳。通过Matlab/Simulink仿真平台,算例结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性。

利用激光诱导炽光研究高压环境下液体燃料层流扩散火焰碳烟分布的二维图像

研究了在高压环境下压力对液体燃料的碳烟的层流扩散火焰碳烟生成的影响。利用激光诱导炽光和消光法相结合的方法,获得了层流扩散火焰的碳烟分布二维图像,测量和分析了正庚烷的层流扩散火焰的碳烟体积分数生成随压力变化的规律。然后,引入特别设计的"滴入式火焰"装置,该设计为两种以上液体混合燃料的层流扩散火焰碳烟生成的测量提供了保障。最后,定量地分析和对比了饱和环状分子结构(环己烷和环己醇)和直链分子结构(正己烷和1-己醇)的液体燃油的层流扩散火焰的碳烟生成趋势,结果表明,环状分子结构燃油的碳烟生成倾向要强于它们对应的线性分子结构的燃油。

绳系子星按时向指定释放位置转移方法的研究

针对如何实现绳系子星按时向指定释放位置转移的问题，提出两种方法——多项式函数规划法和Gauss伪谱法。第一种方法采用多项式函数规划系绳运动的状态轨迹，实现子星在指定的时间向指定释放位置的转移，且使子星的转移过程呈现更好的平滑性；第二种方法采用Gauss伪谱法规划系绳运动的状态和控制轨迹，实现子星在指定的时间到达指定的释放位置，且使系绳运动控制机构的功率消耗最小。所提的方法既可用于地球同步、月球及深空探测等各种类型转移轨道的实现，也可用于对指定任务轨道的捕获。仿真结果验证了方法的有效性。

工业机器人代码解释器的开发

设计、实现了工业机器人编程代码的解释。解释器的主要功能是将机器人编程指令转化为中间代码,控制系统处理中间代码以控制机器人运动。解释器包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码结构定义与生成。解释器通过VC编程实现。最后,对该解释器的功能进行了测试验证,解释器生成中间代码,机器人控制器读入中间代码解释执行,并启动插补器进行插补计算,所生成的轨迹线符合预期的要求。

用于多孔板细胞分析的自动显微成像系统

设计了用于多孔板细胞分析的自动显微系统以实现药物筛选的自动检测。研究了系统的机械结构、人机交互软件、对焦评价函数的选择和多视野图像拼接功能。该系统采用支架式结构,克服了形变带来的精度影响;对比传统机械传动的优缺点后,采用伺服电机和音圈电机两级调节的方式来提高系统精度和对焦速度。比较了几种对焦评价函数的性能并提出性能更优的评价方法。考虑到高倍显微镜下视野小对实验统计意义的影响,设计了多视野图像拼接等图像处理功能。最后,实验验证了系统的设计技术指标。实验结果表明:单次对焦时间为2s;对焦精度在微米级;单次4×4图像阵列拼接时间为15s,满足系统进行药物筛选对速度、自动化程度和稳定可靠性的要求。

霍尔推力器预电离对低频振荡及壁面腐蚀影响的研究

ATON型霍尔推力器提出后,基于缓冲区的预电离现象的系列研究随之展开。但是迄今为止,预电离率的选择仍然未有定论。文章基于SPT-100型霍尔推力器的真实工作尺寸,建立了二维轴对称全粒子网格质点法(PIC)模型对推力器放电室内的放电过程进行模拟,并通过施加不同的缓冲区预电离率着重研究了预电离率与放电通道低频振荡和推力器壁面腐蚀之间的关系。研究结果显示,缓冲区预电离率的提高可以有效抑制放电通道内的低频振荡,使推力器工作性能提高。但与此同时,由于撞击通道壁面的离子能量增加导致通道壁面腐蚀加剧。

多航天器相对轨道与姿态耦合分布式自适应协同控制

基于一致性理论,在有向通讯拓扑结构下对多航天器系统相对轨道及姿态的耦合协同控制问题进行了研究.本文考虑近地航天器相对轨道的非线性方程以及用罗德里格参数描述的航天器姿态运动方程,建立了考虑控制输入耦合的六自由度航天器运动模型.在仅有部分跟随航天器可获取参考状态(记为领航航天器)的情形下,针对航天器存在未建模动态以及外部环境干扰等问题,提出了一种基于切比雪夫神经网络(Chebyshev neural networks,CNN)的自适应增益控制律,使得各跟随航天器在轨道交会的同时姿态保持一致.因为每个航天器上的控制算法仅依赖其自身及相邻航天器的信息,因此控制算法是分布式的.同时考虑到航天器之间的相对速度及相对角速度难以测量,提出了无需相对速度及角速度信息的分布式自适应协同控制律使得各航天器保持一定的队形且具有期望的相对指向.最后对6颗航天器的编队飞行进行了仿真分析,仿真结果表明本文设计的分布式自适应协同控制律是有效可行的.

光照快速变化下MPPT算法扰动步长的优化设计

针对传统最大功率点跟踪(MPPT)算法在光辐照快速变化下可能发生误判,从而无法快速和准确地跟踪到最大功率点(MPP),该文在实现MPPT的基础上以太阳电池基本电路方程为基础,构建MPPT算法扰动步长与光辐照强度、环境温度、最大功率点及采样周期之间的数学模型,并分析扰动步长在光辐照强度快速变化时的作用机理。实验结果表明该扰动步长数学模型具有较高的可靠性和实用性。

基于样本和线性结构信息的大范围图像修复算法

基于纹理的图像修复算法对于修复破损区域比较大的图像效果较好,但该算法对于含有结构信息的图像修复效果很差.通过新的优先项的计算、平均值补偿及增加惩罚项提高传统的基于样本的图像修复算法的修复效果,结合图像中常出现的直线和曲线结构特征,提出了基于样本和结构信息的大范围图像修复算法.实验表明,该算法易于实现,修复结果能达到令人满意的效果,具有较高的实用价值.

对称型长程表面等离子体共振分析系统

表面等离子体共振(SPR)技术中的长程SPR技术的实际应用受其特殊的膜层匹配条件(待测物和第一层缓冲层折射率需相近)限制而很难扩展。为了解决这一问题,本文提出了一种对称型长程SPR(LRSPR)技术来提高传统LRSPR技术的适用性。设计了一种"缓冲介质层+金属膜+缓冲介质层"的对称型膜层结构,用于打破传统LRSPR折射率匹配条件的制约,并进一步提高电磁场穿透深度和共振峰深度。理论模拟分析了对称型膜层结构,并且自行搭建了基于LED光源的角度谱SPR检测系统。利用该系统进行了不同糖浓度溶液下的折射率分辨率实验,并对数据处理的算法进行了优化。实验测得系统的折射率分辨率达到6.1×10-7 RIU,灵敏度可达1.22×105 pixel/RIU,并且在一定折射率测量范围内具有较好的线性度。

基于三维模型几何信息的纹理图像压缩

为进一步压缩三维模型数据,提高网络传输的速度,同时不降低模型渲染的视觉表现效果.提出了一种基于三维模型几何信息的纹理图像压缩算法.首先对模型三维网格做重网格化,使网格具备半正则的规则拓扑结构;然后利用半正则网格表面的几何信息对模型的三维特征点进行提取,对三维特征点在纹理空间的映射点应用k-means聚类算法获取感兴趣区域;最后结合基于感兴趣区域的嵌入式零树小波压缩算法,实现对模型纹理图像数据的编码和解码操作.实验结果表明,该算法提取的纹理图像感兴趣的细节区域更精确、压缩比高,经过解码和重建后的纹理图像在对三维模型表面贴图映射后具有更好的视觉效果.

航天器喷气姿态机动分力合成抑制模态选取准则

针对利用喷气执行机构实现航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,以期望的姿态指向精度及稳定度为约束,提出了需要抑制的系统模态阶次选取准则。仿真验证模型由绕单轴旋转的中心刚体及柔性附件组成,应用拉格朗日法建立适用于不同附件位置的系统动力学方程,利用准则设计了常幅值分力合成控制力矩。仿真结果验证了所提出准则的有效性,并表明:在姿态机动前若能适当调整柔性附件的位置,将便于分力合成控制器设计,易于获得较高的姿态指向精度及稳定度,且利于减少喷气次数。

含柔顺关节的空间RSSP常力机构建模与分析

为了解决机构在一定输入范围内需要输出常力的问题,提出在一般初始位形下,空间曲柄滑块机构(RSSP)空间柔顺常力机构的建模与参数优化方法.建立机构柔顺关节的变形量与机构无量纲几何参数的关系.运用虚功原理,建立机构输出端与外部环境接触力与柔顺关节的扭矩的力学模型.以接触力采样点相邻差值和的方法表征接触力波动特征的大小,建立起表征接触力波动的目标函数.优化得出一般初始位形下的空间柔顺常力机构的无量纲化结构参数.设计出实验装置,测得实际输出接触力.结果表明,实际接触力围绕着理论接触常力在5%以内波动.