一种新的火炮自动操瞄控制方案

基于线性空间几何理论，提出了一种新的操瞄系统控制方案．由于火炮姿态角变化与相应平面的法向量一一对应，所以将调炮诸元转化为法向量夹角计算，可以避免传统方案在微小姿态角扰动情形下导致的计算精度的损失．通过简单的仿真和计算，证明了本文所提操瞄控制方案的可行性．     

欠驱动航天器姿态调节滑模控制

针对欠驱动航天器的姿态调节问题,设计了基于滑模变结构控制方法的控制器．给出基于四元数的三轴稳定欠驱动航天器动力学模型和运动学模型,在此基础上首先利用广义逆和二阶滑模趋近律设计了航天器欠驱动轴的姿态调节控制律,给出了欠驱动轴控制器所具有的一般形式,分析了控制器的可实现性,并引入微小摄动量以保证控制器解的存在,在保证欠驱动轴稳定的情况下,又设计了一阶滑模趋近律控制器实现可控轴的调节,最后证明了该控制方法在干扰作用下是有界稳定的,并进行了数值仿真,验证了所推导控制律对欠驱动航天器姿态调节控制的有效性．     

液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析

利用VOF方法建立单个液滴与基板发生碰撞沉积变形的模型,分别对液滴的运动、射流、弛豫和浸润等4个阶段形态变化进行了分析。对模拟结果分析发现:液滴碰撞速度越大,射流能达到的铺展半径越大,液滴最后平衡所用的时间也越长,但速度太大可能导致在浸润阶段液滴回缩时形成中间空缺的现象。模拟结果与照片相符合,说明文中研究方法可行。对液滴铺展达到最大半径、平衡态半径的模拟值和计算值进行比较,二者的误差很小。液滴流场的变化是决定其形态变化的本质,通过对模拟得到的液滴内部流场进行分析,流场变化和液滴4个阶段的形态变化完全一致,从液滴内部掌握了其变形机理。     

新型跌落装置3R机械手参数分析与研究

以新型跌落装置3R气动机械手为研究对象,通过分析3R机械手各个关节与连杆间的空间关系,建立相应的D-H运动模型,运用动力学分析角跌落状态3R机械手末端释放试品瞬时加速度,找出满足角跌落瞬间重力加速度的数值范围。运用牛顿-欧拉方程,设计气缸驱动力,利用ADAMS软件进行仿真建模,验证机械手运动平滑稳定状态,从而解决角跌落时由于二次碰撞所引起的试品姿态改变的困扰,为后续跌落试验分析提供了理论依据。     

基于层叠的部件轨迹片段模型的视频人体姿态估计

为解决单目视频中的人体姿态估计问题,从人体的部件模型出发,以人体部件轨迹片段为实体构建时空概率图模型,通过逐步缩减轨迹片段在时域上的覆盖度,形成多级层叠模型,采用迭代的时域和空域交替解析的策略,从完整轨迹的推理开始,逐级过滤状态空间,直至获取人体各部件在每帧图像中的最优状态。为提供高质量的状态候选,引入全局运动信息,将单帧图像中人体姿态检测结果传播到整个视频形成轨迹,构成原始状态空间。在3个数据集上的对比试验表明,该方法较其他视频人体姿态估计方法达到了更高的估计精度。     

基于四元数的机械手姿态定向控制

为了有效利用机械手关节自由度,提出机械手的姿态定向控制方法,即保持机械手末端朝向,而允许工具绕某一朝向轴的旋转自运动.四元数法在姿态控制上不存在奇异点,因而采用四元数的方法,实现机械手的姿态定向控制.通过构建姿态定向误差的四元数表述形式,引入姿态定向误差反馈,构造李雅普诺夫函数,证明了其全局稳定性.采用定向控制后,机械手由原先的六维度控制任务转变为五维,从而多出一个冗余度,可以用于提高机械手在避免关节限位、奇异点以及提升可操作度等方面的能力.实验证明,采用该方法能够良好地实现姿态定向误差收敛,验证了理论上的稳定性证明,获得比姿态定位控制更好的运行效果.     

水下机器人-机械手姿态调节系统研究

针对微小型水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)内部空间狭小、机械手展开作业产生较大姿态倾覆力矩的问题,本文研制了一种新型的水下机器人-机械手系统(autonomous underwater vehicle-manipulator system,AUVMS)姿态调节系统。该系统可以通过机械自锁实现姿态保持以减少能耗,并且可以实现"软件限位"和"硬件限位"两级安全保护。为降低AUVMS姿态偏差和调节时间,提出适应于AUVMS姿态控制的模糊双闭环PID方法,通过模糊逻辑在线调节PID参数,以适应于AUVMS的非线性特性。通过研制的AUVMS原理样机进行水池剪缆作业实验,验证了该AUVMS姿态调节系统及提出的控制方法的有效性。     

激光晶体侧面接触热导对波前畸变的影响

对于采用圆棒状工作物质的二极管端面抽运固体激光器,其晶体棒由两块金属热沉夹持散热,晶体棒侧面受到非轴对称的装配压力使得晶体棒与热沉间接触热导呈非轴对称分布,进而影响晶体棒温度及出射光波前的空间分布．在已有的截断高斯模型和塑性形变模型基础之上,建立了晶体棒与热沉间接触热导模型．对高斯型热耗分布,采用有限元法得到了无热界面物质时,不同装配压力下晶体棒端面温度和波前畸变随半径和方向角的变化,并与采用铟箔作为热界面物质时的结果进行了比较．模拟结果表明: 无热界面物质时,在同一半径上,晶体棒端面温度、波前畸变在晶体棒侧面与热沉凹槽底部接触方向最小,在两块热沉接触面方向最大;增大装配压力,晶体棒端面温度整体降低,波前畸变在圆周方向趋于均匀．使用铟箔作为热界面物质时,晶体棒端面温度及波前畸变一致减小,且呈轴对称分布．     

基于最优控制的空间机械手运动规划研究

利用多体系统动力学方法导出机械手系统非完整约束方程,再根据最优控制方法,讨论空间机械手系统载体姿态与机械手关节运动的优化控制问题,并通过仿真算例验证了该方法的有效性。     

一类时滞不确定系统鲁棒容错控制方法

为提高故障系统的性能,研究了一类时滞不确定系统的鲁棒容错控制问题．针对一类典型的线性时滞不确定系统中执行机构和敏感器发生可修复故障的情况,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计一种输出反馈H∞鲁棒容错控制方法,使得系统利用余下的部件仍然能稳定工作,并满足给定系统指标．将该方法在卫星姿态闭环控制系统中进行了数学仿真验证．     

液相对流运动对中等尺度池火燃烧速率的影响

为分析液相对流运动对中等尺度池火燃烧速率的影响,对池火的液相区域进行研究。采用基于气液双向耦合的三维数值模型对池火进行预测,使用大涡模拟方法求解气相区域;通过直接数值模拟求解液相流动,同时考虑浮力效应和马兰戈尼效应;使用共轭传热方法及蒸发模型求解气液两相间的传热传质。用不同燃油池直径、燃油厚度以及燃油种类的池火实验对模型进行验证。研究结果表明：提出的模型能够准确预测中等尺度池火的燃烧速率,预测误差低于3%;在池火发展阶段,忽略马兰戈尼效应和浮力效应导致液相最大流速下降34.3%,液面温差增大70.1%,燃烧速率预测误差增加11.2%;在池火稳定燃烧阶段,浮力效应及马兰戈尼效应对瞬时燃烧速率的影响较小;随着油池直径的增加和深度的降低,浮力效应对燃烧速率的影响逐渐降低;考虑薄层油池液面的下降过程因素能够降低19.2%的燃烧速率预测误差。数值模拟中,考虑液相对流运动及液面下降过程有助于提高中等尺度池火燃烧速率的预测精度。     

钻孔灌注桩桩底灌浆分析

提出了一个确定钻孔灌注桩桩底灌浆浆体形状及尺寸的方法．该方法考虑桩端对灌浆渗流场的影响,假定浆水分界面是变球心的球面与圆锥台面组成的复合面,其球心随灌浆量的增加而下移．该假定较以往的灌浆假定有显著改善,与实际灌浆情况较为符合,可以较精确地根据灌浆量确定浆水分界面．并讨论了浆水分界面的控制参数对浆体尺寸的影响．最后给出一个灌浆算例说明本文方法．     

氧化物活性剂对熔池形状影响的研究现状

对活性剂影响熔池形态的机制和实验模拟的研究现状分析表明,氧化物活性剂对钨极惰性气体保护焊(TIG)的熔池形态具有显著的影响;通过在母材表面涂敷活性剂,可以很好地改善焊接熔池形态.同时,指出了活性焊接的研究方法及研究趋势.     

原位晶体生长及化学反应的湿环境扫描电子显微分析

采用环境扫描电镜(ESEM)及微操纵/微注入系统(MMI/MIS),动态观察NaCl晶体的原位溶解和结晶过程以及BiVO4晶体的原位反应.实测MMI系统的针尖在线性进退(Z-轴)、水平(X-轴)转动和垂直(Y-轴)转动3个方向的位移精度分别达到5、5和0.5 nm.MIS系统的液滴尺寸为200~300μm.通过改变样品室压力(420~850 Pa)和样品温度(-1~50℃),控制水的蒸发和凝结状态,研究水湿环境对晶体的溶解、生长及生长速率的影响.采用2个MMI/MIS系统,通过液体微注入方式,在700 Pa和4℃下分别注入NH4VO3和Bi(NO3)3液滴,得到原位反应产物BiVO4八面体.     

高面形精度标准镜自重变形的补偿技术

为了提高光学检测精度,完善标准镜装配工艺,针对采用胶粘法装配的镜片提出了两种补偿镜片自重变形的方法,即通过改变胶层位置补偿镜片自重变形的方法和通过施加作用力改变镜框形变量补偿镜片自重变形的方法。通过理论计算、建模仿真与光学检测的手段验证不同工况下自重变形对于面形精度的影响。给出了镜片面形与胶层位置、作用力的对应关系,镜片经过补偿可以达到很高的面形精度,明显优于普通胶粘法,实验对象在补偿前的面形精度为4.511nm,补偿后面形精度达到2.134nm,保证了标准镜的高面形精度。     

金属喷射成型过程大量液滴的统计模型研究

通过概率模拟的方法,建立了金属喷射成型过程中大量金属液滴的统计模型.应用该模型对喷射成型过程中钢液的喷射过程进行了研究,给出了在喷射过程中不同尺寸液滴的分布,以及不同液滴产生的位置、初速度分布.通过大量液滴的统计,确定出整个喷射过程液滴的产生、运动情况,为进一步研究液滴在沉积面上的沉积情况提供前提和依据.     

Recent progress in 4D printing of stimuli-responsive polymeric materials

4D printing is proposed based on the additive manufacturing of stimuli-responsive materials and structures, which can realize shape changing upon external stimuli. This article reviews the 4D printing methods and actuating performances of 4D printing structures based on shape memory polymers, hydrogels, liquid crystal elastomers, and electroactive polymers. This article shows that the shape morphing properties of single materials are limited, while 4D printing of composites can integrate the various driving modes of different smart materials. In the end, challenges facing 4D printing such as broadening the scope of smart materials, improving printing processes, the compatibility of printing different materials have been discussed.     

球头刀高速铣削模具钢热力分布3D模拟

为了获得球头刀高速铣削模具钢在切削过程中的热力分布状态,为已加工表面的热力形成机制研究提供基础数据,利用基于拉格朗日算法的有限元工艺仿真系统DEFORM,对汽车覆盖件模具钢Cr12Mo V的高速铣削过程进行了3D有限元建模仿真.模型模拟了球头刀在倾角为15°时的切屑形成过程,预测的进给方向、跨距方向以及轴向方向的切削力与实验数据相符,在剪切面处模拟所得切削平均温度偏差在10%以内.模具表面切削区轮廓形状与高速铣削产生切屑形貌基本吻合,证明建立的3D模型能够较好地反应切削过程中的热力分布情况.     

冲击式气流喷嘴雾化模型

针对冲击式气流喷嘴的雾化特点,考虑气流的冲击作用及表面张力对雾化过程的影响,从液膜受力平衡角度,建立了冲击式气流喷嘴的分阶段雾化模型。分析气流速度、液孔与气孔的相对位置对雾化滴径的影响,模拟结果与实验结果基本一致。     

根据液滴平均直径确定硝化器的最佳中试规模

本研究利用界面化学反应速率和传质速率的动态平衡理论,测定了具有双排蛇管的蝶形底硝化器在液液湍流搅拌分散系统中不同工况下的液滴平均直径(Sauter直径)d_(32).关联出了d_(32)与相比、转速、搅拌桨叶直径之间的关系式.由关联式中各参数随硝化器体积的变化规律,确定了硝化反应器的最佳中试规模.