在分析无刷直流电机两两导通双极性脉宽调制(PWM)方式的基础上,提出一种改进的双极性PWM无刷直流电机(BLDCM)控制方式,该方式采用4个功率管同时进行PWM控制,其中同一桥臂上下两个功率管处于互补导通模式.分析了该PWM方式对无刷直流电机续流过程及电磁转矩的影响,与传统的双极性PWM方式相比,采用该双极性PWM方式可以减小转矩脉动,低速时平稳性好,并且适用于快速启、制动和频繁正反转场合.仿真和实验结果表明该双极性PWM方式能够显著改善无刷直流电机的转矩脉动问题.

为了解决自由飘浮空间机器人笛卡尔运动规划过程中由动力学奇异而导致的关节速度无限大或无法计算的问题,提出了一种基于奇异值分解的高精度避奇异运动规划算法.在传统阻尼最小方差的基础上,利用奇异值分解将阻尼系数从固定量转化为随广义雅可比矩阵动态自适应变化的变量,算法保证了空间机器人通过奇异点时各关节的角速度变化曲线连续且平稳.算例验证了算法的有效性,结果表明该算法在非奇异位置不会引入跟踪误差,相比传统阻尼最小二乘法累计跟踪误差大约降低15%.

针对终端运动受约束的机械臂位置/力混合控制问题,提出了一种自适应小波滑模控制算法.该控制方案将滑模控制的鲁棒性及自适应调整能力与小波神经网络相结合,根据坐标变换得到降阶位置/力模型,针对降阶模型采用小波神经网络在线学习系统未知动力学模型中的非线性部分,同时引入滑模控制自动调整小波网络权值参数,从而对神经网络的固有逼近误差进行有效补偿,达到期望的跟踪性能.二自由度机械臂的仿真结果表明该控制器能保证系统快速有效跟踪指定参考信号.

为避免出现虚腿问题,使用三点调平法控制钻机平台,以最高点为参考基准,使用比例积分微分(PID)算法调整最低点,同时使用模糊随动控制调整两个次低点,保证平台沿着最优路径调整.通过建立系统模型,从受力角度定义了虚腿模糊化子集,为虚腿的判定和控制提供依据.仿真和实验结果表明该算法可以快速调平平台,并且在调平过程中不会出现虚腿问题,有效保证了钻机平台的稳定性.

针对支持向量机(SVM)适应性学习过程中产生的知识积累问题,提出了基于分类信息制导的知识积累方法.该方法为每个样本产生了用误分率表示的分类信息,误分率低的样本作为保留样本用于知识积累、参与训练和更新SVM.输入空间先被映射到高维特征空间,在该空间中依次为每个映射样本构造一个合适的分离超平面,使其对训练样本具有较低误分率,该误分率即作为相应样本包含的分类信息.与基于距离计算的传统方法相比,该方法对目标样本的定位准确性大为提高,增强了SVM的鲁棒性,提高了其适应能力.实验比较表明,该方法在计算效率和分类性能上具有非常突出的优势.

提出了一种对一类状态和输入都带有不确定的时变时滞模糊系统的稳定性分析和设计方法.定义了一个模糊Lyapunov-Krasovskii泛函(FLKF),得到了开环系统时滞相关鲁棒稳定条件.在推导过程中引入多个模糊自由权值矩阵变量,避免使用模型转换和边界不等式所带来的保守性.采用并行分布补偿算法,得到了闭环系统时滞相关鲁棒稳定条件,通过一组线性矩阵不等式设计出反馈控制器.最后,通过仿真例子验证了结果.

针对蚁群算法加速收敛和停滞现象的矛盾,提出一种基于模拟退火机制的蚁群算法.在高温阶段以高的概率接收候选集内较差的解加入更新集,随着温度的降低,路径上的信息素分布趋于集中,可以使算法快速收敛.在温度控制机制上采用回火策略,可以使解的质量进一步提高.在算法中结合3opt局部优化算法可进一步提高算法效率,并证明了该算法以概率1收敛到最优解.数值实验表明:相对于基本蚁群算法,该算法的迭代次数可以节省99%左右,且准确性提高接近1%.

针对模拟电路测试点选择的特点,对粒子群算法进行改进,提出利用粒子群算法与整数编码故障字典相结合的方法进行测试点选择,给出了该算法的模型和应用于模拟电路测试点选择的一般规律.首先根据各测试点的数据建立整数编码故障字典,然后利用改进的粒子群算法选取最优测试点.将该方法应用于实际模拟滤波器的测试点选择,并通过统计实验的方法与已有的测试点选择方法进行比较,结果表明:利用该方法很容易求出模拟电路的全局最优测试点,且需要设置的参数较少.

基于模糊C均值(FCM)聚类算法建立了实测洪水过程的模糊聚类模型,模型可将实测样本分为若干类,每一类的聚类中心即为一个典型洪水过程.由于传统FCM聚类算法易陷入局部极值点,难以适应洪水过程分类具有的数据量大、维数较高的特点,因此采用遗传算法对其进行了改进.应用改进算法对一个实例进行聚类分析,并结合基于可能性定理的聚类有效性准则,对聚类结果作进一步的有效性评价.分析表明:改进算法产生的分类结果比较合理,较接近于实际情况,可以应用于洪水过程分类.

针对雨水资源开发潜力综合评价问题,采用投影寻踪聚类(PPC)模型,将多维的雨水资源开发影响指标转换到低维子空间,并利用免疫进化算法(IEA)寻找其最优投影方向,根据投影函数值的大小对雨水资源开发潜力进行分类评价.实际应用表明:该方法能利用一个综合反映多因素之间复杂关系的特征指标进行分类评价,且计算效率高、易于实现.

针对信息安全风险评估的不确定性和复杂性以及传统的数学方法在评估信息安全风险等级中的局限性,将人工神经网络理论、小波分析及模糊评价法有机结合,建立了基于模糊小波神经网络的信息安全风险评估模型.采用模糊评价法对风险因素的指标进行量化,将模糊系统的输出作为神经网络的输入,构造模糊小波神经网络并加以训练.仿真结果表明:模糊小波神经网络模型可实现对信息系统的风险因素级别的量化评估,解决现有评估方法所存在的主观随意性大、结论模糊等缺陷,并且比BP神经网络具有更高的拟合精度,收敛速度更快.

为了使研究人员能对用户点击界面目标时的错误率进行快速预测,提出了一种基于Fitts′定律的预测用户点击错误率模型,并用实验验证了该模型的有效性.第一阶段的实验是为了计算Fitts′定律中的系数值,并将其用于第二阶段实验的数据分析;第二阶段的实验在10种时间受控的条件下进行,目的是消除用户的个体差异.实验结果表明:测试数据符合Fitts′定律,并且该模型预测得到的错误率与实验测试得到的错误率非常接近(二者相关性为0.953 7),因此该模型是有效的.

对计算广义格林函数时不同方法导致的舍入误差进行了分析.引入伪相对误差的概念,找出舍入误差对结果影响大的声波速度计算范围,采用计算特征值矩阵条件数的方法来判断舍入误差对数值计算结果影响的大小.结果表明:通过求取克里斯托夫矩阵的特征多项式的根来计算衰减因子,进一步计算格林函数的方法更精确.在此基础上提出采用减小矩阵条件数的方法来减小舍入误差,用精确计算的格林函数值推出的主要漏波材料体内的漏波速度值以及衰减值与已有结果一致.

以金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备生长的4片蓝宝石衬底氮化镓基发光二极管(LED)外延片为样品,对氮化镓基LED的发光性能的影响因素进行了对比分析.采用场发射扫描电子显微镜(FSEM)观测湿法腐蚀前后的样品表面缺陷形貌,用X射线衍射(XRD)检测样品的晶体质量,通过室温光致荧光光谱(RT-PL)及光学积分球对样品的发光特性进行了测量和分析.结果表明:结构设计对提高LED发光性能的影响大于晶体质量的影响,优化LED光学、电学结构是提高氮化镓基LED发光性能的关键手段.

针对水下自主导航中重力场匹配导航的需要,提出了一种基于重力异常分析的制备全张量重力梯度图的方法.分析了实际测量中引起重力异常的各种因素,并提出以全球重力场模型推算地下剩余质量和测点纬度引起的重力异常,加上用数字高程模型推算地形起伏及布格板引起的重力异常,在此基础上制备较高分辨率的局部全张量重力梯度数字地图.仿真实验及与实测数据的对比分析表明,所得全张量重力梯度基准图的特性与实测数据基本符合.与其他方法的对比发现,该方法是一种更准确有效的制备全张量重力梯度基准图的方法,所制备的重力梯度图更符合实测数据的特性.

为了提高卫星自主导航能力,提出了一种脉冲星/CNS(天文导航系统)组合导航方法.在脉冲观测期间,仅利用天文导航提供的位置信息对卫星进行定位.一旦产生一个脉冲到达时间,利用基于MMAE(多模型自适应估计)的UKF(无迹卡尔曼滤波器)对天文导航和脉冲星导航提供的信息进行融合,以解决组合导航系统非线性和脉冲到达时间噪声不确定等问题.与天文导航方法相比,该组合导航方法定位精度提高了55%,并且多模型滤波比单模型滤波具有更高的位置估计精度.

为改善传统SIP(会话初始化协议)移动架构下位置管理和实时业务的切换性能,提出了一种基于锚域的异构无线网络移动性管理方案.SIP终端通过内嵌的锚移客户端和移动锚点一起控制终端的移动(包括垂直切换).描述了异构无线网络中锚域内与锚域间切换过程,分析了影响切换性能的相关参量.仿真结果显示:在终端间通信距离相对增大和带宽相对较小的情况下,该方案对比传统SIP架构的切换延迟分别减少了约40%和25%.

针对基于导频的信道估计开销问题和盲信道估计的复杂性问题,提出了一种基于线性预测的多输入多输出系统的半盲信道估计算法.该算法在结合基于导频和盲信道估计方法的基础上,将线性预测技术扩展到信道估计算法中,通过解循环卷积的方法对信道的相关矩阵进行估计,同时给出了权值因子的选择公式.该算法不仅具有较小开销和较高的频谱效率,而且达到了改善信道估计精度、提高系统性能的目的.仿真结果表明:该算法在相同条件下对多输入多输出下行链路的误比特率性能有1 dB左右的改善,对信道估计的均方误差有1~3 dB的改善.

针对无线电导航系统中存在的远近效应和天波干扰,提出了一种选通的部分并行干扰抵消方法,通过捕获跟踪输出的相关峰值判决对强干扰信号进行选通并抵消,从而提高接收机对弱导航台信号的捕获性能.给出了算法的结构及理论分析,并对算法进行了仿真.结果表明:部分干扰抵消算法能够消除无线电导航系统中存在的远近效应和天波干扰,改善导航接收机的捕获性能,消除导航接收机的工作盲区.最后采用现场可编程门阵列技术对其进行了硬件电路设计和实验验证,并进行了实验验证,结果表明该方法能够改善弱信号的信噪比,消除远近效应和天波干扰.

针对图像处理的噪声平滑和对比度增强问题,提出了一种仿生图像滤波器.滤波器模拟初级视皮层自适应机制和大周边感受野(包括经典感受野、经典外周与去抑制区)3个区域之间的作用机制;引入自适应形状的核函数模拟自适应方向选择机制以平滑噪声;进而利用3个不同尺度的核函数来模拟大周边感受野的3个区域,通过3个区域的加权组合调节边缘区域的对比度.对灰度图像的处理实验表明:这种仿生图像滤波器可以有效地平滑图像噪声,增强细节特征,使图像在视觉效果上得到明显改善.

在A356铝合金和AZ91D镁合金消失模铸造浇注过程中采用与流动方向一致的水平振动,研究不同频率和振幅的机械振动对A356和AZ91D消失模铸造充型能力的影响.建立了消失模振动浇注时金属液充型数学模型,利用流体动力学和传热学原理,分析振动对消失模铸造浇注过程中充型能力的影响.结果表明:金属液充型能力随着振动频率和振幅的增加而增强,振动峰值加速度在1g~4g之间,机械振动可明显提高A356和AZ91D消失模铸造充型能力.数学模型计算结果与实验结果基本一致.

为解决金属板材折弯成形的回弹及凸模设计问题,提出了一种基于遗传算法的反向传播神经网络预测方法.根据板料的折弯试验,建立了板料回弹预测的遗传神经网络正、逆模型.采用对象-正模型-逆模型学习法,用正模型研究板料折弯回弹规律,用逆模型预测折弯凸模的半径几何值.通过对某一起重机吊臂工件的折弯成形实验,证明提出的预测方法在模具设计和工件成形方面均有满意的效果.

采用二次微波硬化水玻璃砂加热工艺,研究了微波加热水玻璃砂的性能变化,对比分析了二次微波加热水玻璃砂与一次微波加热水玻璃砂的强度变化趋势,测试了二次微波加热水玻璃砂的性能特征.试验研究结果表明:采用二次微波加热水玻璃砂工艺方法,加热时间短、硬化速度快、模具受热时间短,可采用普通木模和塑料模,显著降低了微波加热水玻璃砂对模具材料的要求;微波加热硬化水玻璃砂的性能受水玻璃加入量、加热功率与时间、环境湿度等因素影响;微波加热硬化水玻璃砂具有强吸湿性,提高微波加热硬化水玻璃砂的抗吸湿性是该工艺实际应用的关键.

采用超音速微粒撞击工艺在Mg-Gd系稀土变形镁合金材料上成功制备出纳米晶结构表层,通过光学显微镜和高分辨透射电镜研究了由表层沿厚度方向不同变形层区的微观结构特点及微观组织细化特征.结果表明:整个塑性变形层的微观组织和结构呈梯度分布,在样品表层形成了尺寸为10~20 nm晶界清晰的纳米晶粒,亚表层主要为高密度的位错缠结、位错列、位错网络及被位错分割形成的细小残余孪晶或微条带状亚结构,靠近基体的变形层区以形变孪晶和块状亚结构为主.分析认为动态再结晶是细化组织和导致高能亚结构转变为纳米晶粒的最关键因素.

建立了平板式固体氧化物燃料电池堆的耦合电化学动力学与流体动力学的三维模型,据此揭示电池堆内部传热传质过程.基于空气与燃料气流动均匀性分析,结合Fluent软件与外部VC++子程序计算了不同工作条件下电池堆的热电特性参数.与同向流条件下模拟结果相比较,在逆向流条件下,电池堆沿电池宽度方向具有较均匀的核心部件PEN(阳极/电解质/阴极)温度与电流分布,更高的功率输出、燃料利用率及发电效率;降低燃料供给速率,PEN温度梯度减小,而功率输出、燃料利用率以及发电效率提高;提高空气供给速率,PEN温度梯度减小.

根据已知的水中圆锥形柱腿(小锥角)的弯曲湿模态,首先运用线性势流理论并引进附连水质量,证明了这些湿模态满足两个正交关系;然后借助湿模态展开及其正交性求解了地面运动激励下水中圆锥形柱腿的动力响应.该方法的主要优点是由于相应控制方程中湿模态间实现了解耦,从而能将一个多自由度问题化简为系列单自由度问题.算例表明只要系统的湿模态和湿频率一经求出,待求的各阶广义坐标和响应就能容易地确定,因此比常用的边界元方法更有效.

利用汉密尔顿原理推导出了自由阻尼悬臂梁的控制方程,计算了各阶模态自由阻尼悬臂梁的振动频率;然后根据模态叠加的方法构造悬臂梁的挠度函数,再利用虚功原理推导出集中力突然撤去情况下的自由阻尼悬臂梁瞬态响应近似解析解.算例分析表明:推导的公式准确可靠,且该方法简单,便于应用于工程计算.

应用非线性静风稳定分析理论,结合平均风分解法,提出了斜风作用下大跨度悬索桥非线性静风稳定分析方法.综合考虑静风荷载非线性和结构自身非线性,编制了相应的分析程序.以某三塔双主跨悬索桥为对象,进行了不同风偏角和不同风攻角下的非线性静风稳定全过程分析.结果表明:静风失稳最低临界风速发生在非0°初始偏角情形下,即斜风对大跨度悬索桥静风稳定性可能更不利;在斜风作用下,双主跨悬索桥的来流跨首先进入失稳状态.

在建立漂浮型铁路斜拉桥主梁纵向列车制动响应模态受控方程的基础上,同时考虑到大型桥梁结构参数的不确定性会直接影响到主动控制效果的稳定,推导出当桥梁结构模型频率发生变化时桥梁结构的鲁棒控制方程,并以天兴洲公路铁路两用斜拉桥为工程背景,对其主梁纵向列车制动响应的鲁棒控制进行了仿真分析,结果表明:对于具有不确定参数的桥梁结构,采用鲁棒控制方式抑制主梁纵向列车制动振动响应的效果明显优于主动控制方式.

在毛细相变流体回路(CPL)系统中加入微泵引射辅助回路,以提高其传热能力,并建立一个三维模型来分析引射器的工作性能.数值结果表明:主回路不但能正常运行,而且辅助回路能够提高主回路流体的质量流量;但在引射器的出口中包含气相,这些气体能够流入蒸发器,对整个系统都会造成不利影响.因此在引入微泵引射辅助回路的同时必须在引射器出口和蒸发器入口段之间加入过冷器,使得引射器出口中的气相冷凝成液体进入蒸发器,保证蒸发器的正常工作.

以全氢罩式退火炉为研究对象,分析了退火工艺与钢卷退火性能之间的影响关系,引入过程能力指数和过程性能指数的计算分析方法,建立了一套全氢炉在线退火状态评估策略.结合退火过程钢卷温度分布的数学模型,借助计算机仿真技术进行了全氢炉在线退火状态评估仿真平台的开发,为直观地评估全氢炉周期性生产的退火状态和控制水平,进而指导退火过程的故障排查和控制调整提供了辅助试验分析平台.

在医疗垃圾焚烧炉中进行了不同燃烧方式的焚烧实验.实验选择两种燃烧方式进行比较:低空气系数燃烧实验,空气系数为1.3;常规足量空气系数燃烧方式,空气系数为2.0.实验中采用保持二次风量不变,仅通过调节一次风量的方式改变空气系数,测定了烟气中NOx与CO的质量浓度.实验研究表明:低空气系数燃烧能够在垃圾床层中形成稳定的高温燃烧区域;低空气系数燃烧方式产生的烟气量下降20%,NOx的产生量下降约33%,灰渣热灼减率提高21%.

采用响应面法对固定化洋葱假单胞菌脂肪酶催化乌桕梓油制备生物柴油的工艺参数进行了优化.通过SAS 9.0软件分析,确定了最佳工艺参数:醇油摩尔比4∶1,脂肪酶用量2.7%(质量分数),反应温度41℃,含水量7%(质量分数),转速200 r/min,反应时间12 h.在此最佳工艺条件下,生物柴油得率为96.22%,与回归模型预测值(97.07%)非常接近.回归系数为0.981 9,说明该回归模型可准确预测乌桕梓油生物柴油得率.