基于克隆选择的小世界优化算法

针对小世界算法在多极值等复杂函数优化中存在算法后期种群多样性退化、全局搜索效率下降等问题,提出一种基于种群克隆选择的小世界优化算法。该算法以小世界现象信息传递的高效性改进克隆过程中体细胞高频变异的随机性,实现克隆增殖、克隆选择以及小世界网络短连接等算子在局部空间的搜索,克隆删除与小世界随机长连接在全局空间的搜索。实验结果表明:各种克隆算子与小世界变异算子相结合,增加了种群的多样性,扩大了搜索范围。与其他算法相比,该算法在收敛速度和多极值点函数搜索能力等方面具有明显改善。     

RV减速器主轴承拟静力学模型快速计算迭代方法

针对具有多球特性的RV减速器主轴承较传统轴承的拟静力学模型拥有数倍规模的非线性方程组,导致其在极限工况下计算难以收敛的问题,建立了RV减速器主轴承5自由度拟静力学模型,结合Newton与Broyden算法,提出一种新的求解轴承拟静力学非线性方程组的组合式迭代算法。在轴承几何、运动关系简化的基础上,结合轴承静力学模型,推导了RV减速器主轴承拟静力学迭代初值,解决了传统轴承拟静力学迭代初值不够精确的问题。在不同联合载荷下将提出的组合式算法与Newton算法、Broyden算法进行算例比较,结果表明:所提组合式迭代法可有效克服当径向力大于等于3kN时出现的复数解或不收敛问题,验证了所提组合算法的快速有效性;RV减速器主轴承每个球的载荷及其接触角大小关于外部径向力作用在轴承接触点的法线对称,并与其正向和球位置所成的夹角γ相关;在同一轴向和径向联合载荷下,当γ为锐角时,每个对称部分的球载荷与γ成反比,反之接触角与夹角γ成正比。     

公路隧道行车及横通道间距的研究

以雪峰山隧道为工程实例,为避免隧道火灾时车辆间的引燃,根据公路隧道火灾特点,利用辐射传热原理,对车辆间的火灾蔓延进行分析,同时为确保隧道火灾时人员安全疏散,利用火灾模拟软件FDS4.0及隧道疏散模拟软件Tunev,分别计算和比较了4种典型火灾场景在不同横通道间距情况下的危险时间及包含人员疏散行为特征的疏散时间,并分析其经济性。结果表明:火区上游客车最小引燃间距为1 m,油灌车最小引燃间距为5 m,隧道内安全行车间距应大于65 m;雪峰山隧道的最佳横通道间距为270 m。该结论可为公路隧道消防系统的设计、紧急疏散方案和引导指挥体系的建立提供理论依据。     

一种仿生机械臂空间位置反馈方法的研究

为了解决仿生机械臂空间位置反馈的问题,将眼电图作为神经反馈,应用于仿生机械臂空间位置反馈系统,通过多角度目标点重复扫视实验,分析眼球转动角度与对应眼电信号特征之间的映射规律,建立了人眼双目视觉定位模型.采用四元数法构建人眼、仿生机械臂坐标转换模型,并通过自行设计的物理实验平台进行坐标转换参数标定、计算旋转矩阵和平移向量,根据参数化定位模型将提取到的目标点转换为机械臂坐标系位置信息,从而实现了空间定位.研究结果表明,人眼双目视觉的定位模型可以有效地提取目标点坐标,为仿生机械臂提供空间位置反馈,同时也为仿生机械臂空间位置反馈提供了新思路.     

大型飞机机身壁板装配位姿调整系统的运动规划

为了解决大型飞机机身壁板数字化装配中的调姿与对接问题,设计了一种面向大型飞机机身部装的数字化柔性工装试验样机,提出了一种基于精密三坐标定位器四点支撑的大型飞机机身壁板的装配位姿调整方法.该方法不仅适合于调姿路径不确定的情况,而且还将装配位姿调整过程分解为位置与姿态2个调整阶段,从而降低了多轴协调控制的难度.由于装配件的位移、速度、加速度轨迹的理论计算与物理实验结果均是光滑连续的,而且满足各边界约束条件,因此该调姿系统及其运动规划方法可满足机身壁板装配调姿的精度、效率和稳定性要求,为装配件调姿运动的高效精确控制奠定了基础.     

可变视场下的火灾探测算法

针对火灾发生初期由火焰面积小、特征不够明显且易受干扰等因素所导致的火焰识别困难的问题,提出一种可变视场下小面积火焰快速探测方法.该方法利用旋转云台实现小面积火焰疑似区域的大监控范围跟踪和视野中央聚焦;通过镜头变焦处理对小面积火焰进行自动放大,提高火焰区域“多分辨”视觉识别特征的显著性;采用自适应区域增长算法对火焰图像进行识别,有效完成火焰疑似区域分割;通过建立的信任度概率模型,将疑似概率作为火焰判定的量化参数,用于火焰区域的最终确定,从而在识别算法和图像获取硬件设备两方面改善火焰探测系统的工作效率.实验结果表明,火焰成像质量得到明显改善,火焰特征识别速度得以明显加快,小火焰检测精度显著提升,可广泛应用于火灾早期以及远距离火焰检测与预警.     

结合运动想象和动作观察的伸-握动作识别方法

为了获取单侧手部在伸-握动作下与运动想象直接相关的脑电信号(EEG)特征并实现精细动作有效识别,提出了结合运动想象和动作观察的单侧手部伸-握动作精细识别方法。首先,设计了结合运动想象和动作观察的复合范式,增强了伸-握动作所对应大脑皮层的激活程度,并探索了在运动想象、运动观察和复合范式下大脑皮层的激活规律;然后利用小波变换重构各个通道EEG并计算相应多尺度熵,并通过共空间模式获取伸-握动作所对应EEG特征;最后,利用线性判别式法从EEG特征中识别"伸开"和"握拳"精细动作。实验结果表明:相比单一实验范式的运动想象或动作观察,该方法在低频(5～20 Hz)时更能有效地激活运动区和枕区的神经元;同时,"伸开"动作对应EEG的多尺度熵明显大于"握拳"动作的熵值,实现了单侧手部伸-握动作精细意图感知,其平均正确率可达85.7%。     

外隔圈不平行度对轴承性能影响的数值分析

为给轴承隔圈精度设计及制造误差控制提供理论依据,进行了外隔圈平行度不良引起单列轴承倾斜运转时的性能分析。首先用外隔圈端面倾斜角来描述其不平行度,分析了其倾斜角对轴承安装姿态的影响,继而以滚动轴承拟静力学分析为基础,给出了考虑外隔圈不平行度的角接触球轴承动力特性计算方法,并分析了外隔圈不平行度对轴承生热的影响。以7014C轴承为例,在轴向力为400N、外隔圈端面倾斜角为0.018 2°的情况下,计算的最大接触应力增大了2.15%,且该值随着倾斜角的增加而增大。同时,外隔圈的不平行度会引起球接触区域发热不均匀,在径向载荷作用下,外隔圈不平行度引起的轴承发热更明显。大多数机床主轴是在承受径向载荷工况下工作,因此外隔圈平行度不良的影响不容忽略。     

有载分接开关驱动轴转动位置的闭环反馈抗扰控制策略

针对有载分接开关在实现切换工作时驱动轴存在传动不稳定、转动位置不精确的问题,提出了一种以有载分接开关驱动轴转动位置为被控量的闭环反馈抗扰控制策略。首先,根据在电动机构作用下有载分接开关工作状态对驱动轴的转动位置需求,建立了驱动轴期望位置的误差动态控制系统;其次,设计了两个跟踪微分器以计算驱动轴位置信号的光滑跟踪信号,进而可通过调节参数来控制驱动轴位置轨迹的过渡过程;然后,设计了两个扩张状态观测器去估计误差动态控制系统中的状态值及由于有载分接开关在工作中受负载变化、切换方向改变等因素引起的总和扰动值;最后,利用驱动轴位置误差信号及误差动态控制系统的状态估计值设计非线性反馈控制器,并在控制器中补偿扩张状态观测器估计的总和扰动值来实现抗扰控制效果。应用Matlab仿真软件对所提控制策略进行了验证,仿真结果表明,所提控制策略可实现有载分接开关驱动轴的期望位置控制,与传统PID控制策略相比,所提抗扰控制策略将有载分接开关驱动轴闭环反馈控制下位置误差减少了85%。