基于情境构建培养解决复杂工程问题能力

解决“复杂工程问题”能力是工程教育认证关注的焦点之一。本文提出培养工科学生解决复杂工程问题能力的首要工作是在适当的教学环节中为学生创设合理、有效、具有专业领域特点和一定“复杂”水平的“复杂工程问题情境”。燕山大学测控技术与仪器专业的"测控仪器电路课程设计"教学环节中,从“技术要素”和“非技术要素”两个方面设计构建了学生学习的“复杂工程问题情境”,取得了良好的教学效果。本文阐述了“复杂工程问题情境构建”的教育心理学依据与构建策略,强调了用课程知识体系承载学生工程师能力与素质的培养。     

基于扩展卡尔曼滤波的信息融合技术在车辆状态估计中的应用

车辆行驶中某些状态参量不易准确测得或测量成本较高,而这些变量的准确获取对车辆底盘控制有着重要的意义。为以较低成本获取重要的车辆运动状态,建立包括横摆、侧向和纵向3自由度的非线性车辆模型,利用扩展Kalman滤波(Extended Kalman filtering, EKF)理论建立了信息融合算法,给出车辆状态变量最小方差意义下的融合结果,利用少量的易测车辆状态信息(转向盘转角、车辆纵、侧向加速度)融合得出所需的难测车辆状态(横摆角速度、质心侧偏角)。并在Matlab/Simulink环境下利用实车场地试验数据进行了离线仿真。多种工况下的场地试验结果表明,该算法在估计汽车横摆角速度、质心侧偏角、纵向速度时具有一定的准确性,特别是对横摆角速度的估计,即使在车辆非线性区也表现出良好性能。同时该融合算法简单、稳定及所需融合输入较少的特点使该算法在实际中的应用成为可能。     

IEPE加速度计电路噪声分析

研究压电集成电路加速度计的主要噪声源,利用En-In噪声模型将内部噪声源等效输入端,实现了输入噪声和输入信号的直接对比,能容易得到噪声对信号的影响。将Y-Δ变换原理引入T型网络噪声分析,降低噪声分析难度。通过对电路噪声的分析,在宽频范围内推导出可用于计算IEPE加速度计电路本底噪声的公式。将理论计算值与PSpice软件噪声分析所得值进行了对比,证明二者具有良好的相关性,同时得出了各噪声源在输入端对总噪声的贡献,提出了在不同频段内降低总噪声的方法,为IEPE加速度计电路的低噪声设计、参数选择和性能优化提供了理论依据。实验样机的实际值与理论值的对比结果表明,此法对于IEPE加速度计电路低噪声设计具有应用价值。     

基于直接横摆力矩控制的汽车稳定性控制策略

建立了适用于汽车稳定性分析的人-车闭环系统整车动力学模型,提出了保证质心侧偏角为零的前馈和单神经元两种DYC控制策略。通过对这两种控制策略的低附着双移线道路仿真,对比分析了两种不同控制策略的控制效果。仿真结果表明:单神经元DYC控制策略能更有效地控制汽车运动状态,提高汽车纵向及侧向稳定性。     

基于状态映射的AES算法硬件混淆设计

代码混淆利用系统自身逻辑来保护内部重要信息和关键算法,常用于软件代码的安全防护,确保开发者和用户的利益。如何在硬件电路上实现混淆、保护硬件IP核的知识产权,也是亟待解决的问题。该文通过对硬件混淆和AES算法的研究,提出一种基于状态映射的AES算法硬件混淆方案。该方案首先利用冗余和黑洞两种状态相结合的状态映射方式,实现有限状态机的混淆;然后,采用比特翻转的方法,实现组合逻辑电路的混淆;最后,在SMIC 65 nm CMOS工艺下设计基于状态映射的AES算法硬件混淆电路,并采用Toggle、数据相关性和代码覆盖率等评价硬件混淆的效率和有效性。实验结果表明,基于状态映射的AES算法硬件混淆电路面积和功耗分别增加9%和16%,代码覆盖率达到93%以上。     

基于正交混淆的多硬件IP核安全防护设计

为了解决集成电路设计中多方合作的成员信息泄漏问题,该文提出一种基于正交混淆的多硬件IP核安全防护方案。该方案首先利用正交混淆矩阵产生正交密钥数据,结合硬件特征的物理不可克隆函数(PUF)电路,产生多硬件IP核的混淆密钥;然后,在正交混淆状态机的基础上,实现多硬件IP核的正交混淆安全防护算法;最后,利用ISCAS-85基准电路和密码算法,验证正交混淆方法的有效性。在台湾积体电路制造股份有限公司(TSMC) 65 nm工艺下测试正交混淆的多硬件IP核方案,正确密钥和错误密钥下的Toggle翻转率小于5%,在较大规模的测试电路中面积和功耗开销占比小于2%。实验结果表明,采用正交混淆的方式能够提高多硬件IP核的安全性,可以有效防御成员信息泄漏、状态翻转率分析等攻击。     

基于光电多码道技术的嵌入式扭矩测量系统

利用光电转换和传递型扭矩测量原理,设计了一种基于光电多码道技术的嵌入式扭矩测量系统,该系统采用多圈分相位式光孔码盘来增加测量点的数量,提高了扭矩测量精度,同时,该嵌入式结构使硬件电路和软件程序更加简单和智能化,实现了对扭矩的实时测量,并传输到上位机进行显示、存储及数据处理。实验结果证明：本系统成本较低,精度较高,可靠性较好。