为解决机器人与环境间接触力控制性能受机器人本身动力学参数时变、接触环境变化以及力测量信号干扰噪声影响的问题,设计了基于卡尔曼状态观测器的机器人力控制方案,采用递归最小二乘法来实时估计环境刚度矩阵,引入系统状态误差反馈和卡尔曼滤波算法实现机器人力控制系统对外界干扰及系统模型误差的补偿.实验结果表明:在环境刚度未知的条件下,采用该控制方法可使机器人末端与环境间接触力的误差控制在10％左右.

为分析中耳的声传递特性,采用声场与结构耦合的人耳有限元模型模拟声音在中耳中正向和逆向传递过程,分别获得外耳道声音激励经听骨链传递到耳蜗的中耳正向压力增益，以及耳蜗声音激励经中耳传递到外耳道的逆向压力增益.通过中耳正、逆向压力增益的乘积来分析声音在中耳往返传递的压力增益,评价中耳对耳声发射传递的影响．在1～3 kHz范围内,计算结果显示中耳往返压力增益平均值为-18 dB．

建立了含中心件平移振动的拉威娜式复合行星齿轮传动系统非线性动力学模型，推导了构件间相对位移并建立了系统的运动微分方程组.采用数值积分法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果.综合运用分岔图、时间历程曲线、相空间轨线、庞加莱截面与功率谱分析了激励频率对系统分岔与混沌特性的影响.结果表明:齿侧间隙与时变啮合刚度等非线性因素的耦合使得复合行星齿轮传动系统内部具有丰富的非线性动力学行为;增大系统啮合阻尼比可以使系统逐渐摆脱混沌状态,进入稳定的周期运动.

针对国产数控雕刻机现状和市场需求,运用模块化设计思想,研发了基于高性能数字信号处理(DSP)的新型雕刻机数控系统．在轨迹控制中运用了快速数字积分插补算法,在速度控制中采用了基于大“S”的速度控制方法.结合步进电机的转矩-频率特性和微处理器计算能力,提出了抛物线加减速控制方法,合理地利用了微处理器的资源,使电机的升、降速过程快而平稳．将该算法应用于所设计的基于DSP和现场可编程门阵列(FPGA)的三维雕刻机数控系统中,加工速率提高了大约20％．

为了提高螺旋桨空化性能多相流模拟的精度,采用改进数值模型对NSRDC4381螺旋桨的片空化形态和空化崩溃性能图谱进行了模拟与校验．数值模型由混合密度中显示包含非凝结性气核(NCG)质量分数和体积分数的混合物多相流模型,考虑湍流脉动影响的相变临界压力、NCG质量分数取7.8×10-4、NCG体积分数取1.0×10-6、气泡平均初始半径取1.5 μm的改进Sauer空化模型,以及剪切应力输运(SST)湍流模型组成．结果表明:预报空化崩溃性能图谱与实验值符合很好;非设计进速系数下模拟空化形态与采用Sauer空化模型的结果一致,较实验值略偏小;中度和重度空化下,推力和力矩系数的预报精度明显高于采用Kunz空化模型的结果,严重空化时精度提升约16％;即使在高负载且严重空化的非设计工况下,预报推力和力矩系数误差分别为4.95％和2.28％,也在工程可控范围内,证明了所采用数值模型的有效性.该模型可进一步用于螺旋桨空化初生的数值判定．

为了创建逼真的全回转起重船起重作业虚拟训练环境,根据实际海上起重作业过程,综合考虑海况、动力定位、实时操纵、压载调整等多种因素对起重作业的影响,构建了多通道数据交流数学模型,并通过虚拟现实技术、通信网络技术、实时动力学解算以及半实物操纵模拟等方法的联合应用,实现了身临其境感觉的交互式半实物仿真环境．仿真实验表明：工程技术人员通过仿真演练可以对起重作业过程的关键参数进行推敲,对实际操作过程进行预演,起到辅助制定工艺过程、降低海上起重作业风险以及提高海上工程作业的可靠性的作用.

应用显式代数雷诺应力湍流模型对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究,为了避免过高地预报梢涡涡核内湍流黏性耗散,对湍流模型进行了旋转和曲率修正．应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,为了避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理．计算结果表明：提出的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报螺旋桨梢涡流场的分布及涡核位置,并准确反映了梢涡形成和发展过程中梢涡内主涡和次涡的关系,与实验测量结果基本一致．

基于BP神经网络,提出了一种通过神经网络判断决策结果来控制舰船综合电力系统断路器通断、实现系统故障保护的智能保护方法．基于该保护方法,完成了智能保护装置的软硬件设计,并结合Hypersim实时闭环测试平台对智能保护装置进行了测试,结果表明:智能保护装置能准确、快速发出信号来控制目标电力系统断路器通断,该智能保护方法能够满足保护的快速性和选择性要求．

为了预测结构的抗震能力,以分别代表低层、中层及高层结构的3层、9层、20层钢框架为例,采用增量动力分析方法对3个结构模型进行了近断层地震作用下不同强度指标的地震性能评估．基于增量动力分析,从概率的角度得到了结构在不同强度指标下的地震危险性曲线、年平均超越概率及重现周期．通过对比分析发现不同层数的结构模型选取不同的强度指标进行性能评估的有效性不同:3个结构模型均适合采用Sa作为地震动强度指标;3层钢框架不适合采用aPGA作为强度指标,9层钢框架较适合采用aPGA作为强度指标,而20层钢框架选取aPGA作为强度指标的有效性尚不确定．

为了从三维细观尺度评价沥青混合料在荷载作用下的非均匀性,利用X-ray CT 扫描沥青混合料试样,获取试样内部的精确三维细观结构,根据三维重构原理开发程序并建立了与混合料试样内部空间实际分布形态一致的三维数值试样,分别赋予集料、砂胶和空隙不同的材料属性,进行低温、快速加载条件下的间接拉伸虚拟仿真.结果表明:与基于三维均质体试样的数值模拟相比,三维数值试样内部的应力和应变分布都完全呈现不均匀状态,与实际试验状态更一致;有空隙时的平均应力集中因子(2.78)明显大于无空隙时的平均应力集中因子(1.42),表明空隙的存在明显增加了试样受荷载作用下的应力集中,该方法克服了传统数值模拟无法考虑各因素空间分布影响的局限性.

采用等效时间成熟函数反映不同温度历程下混凝土的水化反应状态,对考虑混凝土水化度的水管冷却等效热传导进行了研究,推导了基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导有限元计算公式,研制了相关的有限元程序.在计算有热源水管冷却问题的混凝土平均温度时,需要存储各高斯点、各增量步等效时间增量,以获得时间增量区间对应的等效时间增量区间,然后计算考虑混凝土水化度时,该时间区间内的水化热温升增量．针对采取骨料预冷和通水冷却等温控措施的某实际混凝土工程,分析在高温季节浇筑的混凝土块的温度和徐变应力,结果表明温度变化范围在12～27 ℃,考虑混凝土水化度时计算的浇筑块温度最大增高1.022 ℃,但徐变应力差异较小．

对180°弯道局部长有非淹没刚性植被的水流特性进行了研究．用钢筋来模拟天然河道的刚性植被,采用三维多普勒超声流速仪(ADV)分别对无植被和局部有非淹没刚性植被2种情况下的弯道水流流速场进行了测量,得到了水流沿程各断面的三维流速和紊动能分布,对2种情形的试验资料进行了比较．结果表明:植被的存在使得弯道流速重新分布,水流内部结构发生明显改变．基于等效阻力系数法,采用水深平均模型对局部非淹没刚性植被水流进行了二维数值模拟,计算结果与试验数据基本一致,表明该数值格式能预测弯道植被水流的特性．

采用二阶精度和谐的加权平均通量(WAF)格式对浅水波方程中的间断解和干湿边界问题进行了研究.用基于HLL求解器的WAF 格式近似数值通量,中心差分格式离散地形源项,在干湿边界处重新定义数值河床,保证格式是和谐和扩展和谐的.最后模拟了带激波和干湿边界的浅水问题,精确地捕捉到了激波和干湿边界面,验证了该格式具有高分辨率、无振荡以及正确模拟干湿边界的能力.

为了解决浮冰在正弦荷载作用下的稳态响应问题,把浮冰视作黏弹性的浮板,利用汉克尔变换和拉普拉斯变换求解了浮冰在正弦荷载作用下的动力学方程,得到了其近似解析解以及数值计算结果．分析了正弦荷载频率对仿冰材料浮板稳态响应的影响,揭示了黏弹性浮冰的动力学现象．结果表明:当正弦荷载的频率为某一确定值时,浮冰的振动幅值会达到最大值,正弦荷载的频率对破冰效果影响较大．

实验研究了激光工艺参数 (如激光平均功率、扫描速度、光斑直径等)对选区激光微烧结Cu基双组元混合金属粉末扫描线宽的影响及规律．结果表明:若激光平均功率越高、扫描速度越慢、光斑直径越大,则扫描线宽越宽;窄的扫描线宽需要低激光功率、快扫描速度、小光斑的工艺方案, 其中小光斑对获得窄扫描线宽尤为重要．最后通过工艺参数的优化,获得了扫描线宽约为120 μm的复杂三维金属零件．

针对水下航行体尾流激光雷达近场后向散射信号强、易导致接收系统饱和的难题,采用电流模式电路设计理论设计了一种举动式水下激光雷达接收系统．该系统充分挖掘接收电路的动态范围利用率,在探测周期内产生举动电流，将输出电压的基点由0 V调整到跨阻放大器正向饱和电压附近,有效扩展了动态范围区间,使接收系统对近场信号的接收动态范围有效利用率提高约40％,而举动式电路部分的存在导致的系统带宽减小幅度仅为13％．该系统已成功应用于尾流激光雷达样机并进行了海试，结果表明：该系统完全可以满足大动态范围尾迹探测的需求,可广泛应用于各种大气和水下后向散射式脉冲激光探测系统．

分析红外接近传感器的工作原理,针对红外接近传感器容易受到环境噪声影响而发生检测错误的问题,提出一种高效的环境噪声抑制方法.该方法通过光学镀膜滤波和基于时序控制的数字模拟混合减法电路,分步滤除环境噪声,达到准确接近检测目标的目的.设计了相关传感器电路,可以在太阳光或灯光光照度低于4 000 lx,温度低于85 ℃的环境下,实现25 cm范围内的物体接近程度的准确测定.在相同工艺下,通过Spectre进行仿真,结果表明:该传感器在给定的噪声环境中工作与无环境噪声的理想情况相比,最大误差不超过1％.所设计电路已在0.35 μm 3 V CMOS工艺下投片验证,结果满足设计指标.

研究了多用户协作通信系统容量与用户间比例公平性的折衷优化问题,将该优化问题视作非凸优化问题．为减小算法复杂度,利用并行分解的方法给出了一种机会中继与分布式功率分配的联合资源优化算法．首先提出了基于用户容量增益的机会中继选择策略,然后利用KKT条件给出了分布式节点优化功率分配算法．仿真结果表明:相对于随机中继选择以及平均功率分配,该算法在具有较低的算法复杂度的同时,能够显著提高系统性能并保证公平性．

为了进一步降低正交频分复用系统中高的峰均比,通过分析基于脉冲整形抑制峰均比的正交频分复用系统模型,提出一种选择最优奈奎斯特脉冲的方法.该方法在保证系统误码率性能不受影响的条件下,可以根据具体应用调节系统峰均比抑制性能,调节参数为整形脉冲的滚降因子,使改进的奈奎斯特脉冲整形技术具有更强的适应性和实用性．仿真结果表明：优化的脉冲整形技术能够明显提高峰均比抑制性能,同时保证系统的误码率最小;通过选择合适的滚降因子,峰均比可接近单载波信号且保持系统误码率不变．

针对多输入多输出(MIMO)雷达在非高斯杂波背景、信号参数随机或未知的情况下,难以建立目标统计检测模型的问题,基于粒子滤波方法,根据参数的概率分布函数抽取粒子,将复杂积分运算转化为求和运算求取似然函数,给出了一种MIMO雷达目标似然比检测的通用模型,解决了非高斯杂波条件下无法得到检测统计量的问题．以复SG-Alpha联合稳定分布作为MIMO雷达非高斯杂波分布模型,给出了基于粒子滤波的似然比检测方法.最后通过仿真实验给出了该方法在不同条件下的检测性能,并与传统MIMO雷达目标检测方法进行了比较,结果表明在非高斯杂波背景下该方法的检测性能要明显优于传统方法的．

为精确地分析和评估对等(P2P)算法的性能,在并行分布式网络模拟器的基础上,设计并实现数据包级的通用可扩展P2P算法模拟器．该模拟器可实现达万级节点的大规模P2P算法仿真．模拟器采用分层框架结构,包括P2P用户模拟层、P2P算法模拟层、P2P传输模拟层和并行分布式连接层,并完成对传输层UDP和TCP套接字扩展、改进,将P2P应用层算法控制消息解析与网络层数据分片传输相结合,支持大规模P2P实时和非实时算法．结合BitTorrent阐明本模拟器的设计与实现,达到万级节点的模拟实验结果验证本模拟器的正确性和有效性．

针对遥感图像中的高斯噪声,提出了基于SURE-LET和非张量积小波的去噪方法,主要包括图像在非张量积小波下的分解、各个子带在不同阈值函数下的处理以及它们最优的线性组合3个步骤．通过选择合适的非张量积小波滤波器参数,使无噪遥感图像和噪声在变换分解中得到的小波系数分离较好,去除噪声对应的小波系数时被去除的无噪图像对应的小波系数较少,从而取得更好的去噪效果．实验结果表明：此方法用于高斯噪声的遥感图像的去噪不仅速度很快,而且去噪效果优于传统基于张量积小波的SURE-LET方法．

针对自然语言描述的软件缺陷报告常会出现不完整、二义性、抽象层次混杂的问题,面向黑盒测试发现的缺陷,提出了一种图形化的软件缺陷描述语言——软件缺陷描述图(SDDG)．首先采用扩展巴科斯范式(EBNF)对SDDG进行形式化描述,然后以因果图为基础,定义了描述中涉及的各种图形符号．通过理论分析论证、描述实例对比以及实验验证表明:与传统的自然语言描述以及基于XML的描述相比,SDDG清晰明了、重点突出,提高了软件缺陷报告的可读性、完整性以及可重现性,减少了测试人员和开发人员的理解不一致现象；该方法不仅提高了双方的沟通效率,同时为软件缺陷分类和分析提供了更好的原始数据．

针对模糊C均值聚类(FCM)算法聚类原型最适合于球状类型簇的特点,提出了基于类间分离度和类内紧缩度加权的冗余聚类中心的FCM算法,即先将大簇或者延伸形状的簇(非凸)采用加权FCM算法分割成多个小类(冗余类),从而规避FCM算法对初始聚类中心敏感的弱点．由于隶属度划分矩阵的元素是每个样本隶属于各冗余类的隶属度值,因此将其作为各冗余类的类特征,通过对应分析得到冗余类的新特征,再次采用加权FCM算法进行冗余类合并,最后达到分类效果．以代表曲线分割和曲面分割分类问题的3个典型数据集为算例,结果表明该方法能够识别不规则的簇,解决了FCM算法对初始聚类中心敏感的缺陷．

根据水下目标对抗来袭水下潜器的基本原则和典型态势,以正态分布模型为基础,推导了随机机动及机动并使用对抗器材2种情况下的目标位置分布模型.借助能够真实再现水下潜器攻击目标的完整攻防过程的仿真系统,记录对任一阵位对抗来袭水下潜器状态下的目标分布情况.仿真结果表明：文中给出的模型与仿真所得的分布情况一致,证明了其有效性和合理性,可进一步利用该分布模型为评估水下潜器攻击效果或规划水下潜器搜索策略提供支撑.

为了有效地控制仿射传播聚类的全局搜索和局部搜索,将仿射传播聚类视作一个搜索能量函数最小值的方法,提出一种基于动态阻尼因子策略的动态阻尼仿射传播聚类．使用两阶段动态阻尼因子策略,使得仿射传播聚类迭代过程中阻尼因子不再是静态固定值,而是自适应的动态改变值,构造了1种线性策略和2种非线性策略来动态改变阻尼因子的值．在标准数据集上的实验结果表明:动态阻尼仿射传播聚类避免了仿射传播聚类发生震荡,同时可以加快仿射传播聚类的收敛．

针对当海况不佳时,水下航行器即使处于系泊状态下也会产生大幅晃动,从而使得捷联惯性导航系统(SINS)无法快速完成自主初始对准的问题,提出了利用多普勒计程仪(DVL)提供的速度信息来辅助SINS实现运动中对准的方法.同时针对该环境下SINS只能获取粗略的初始方位信息的问题,提出了基于平方根求容积卡尔曼滤波(SRCKF)的动基座对准滤波算法.该滤波算法克服了扩展卡尔曼滤波(EKF)存在的滤波精度低以及须计算雅可比矩阵的不足,并在滤波过程中以协方差平方根矩阵代替协方差矩阵进行迭代更新,从而提高了滤波算法的收敛速度和数值稳定性.仿真结果表明:该方法能够解决水下航行器的动基座初始对准问题,且对准精度高,数值稳定性好.

为了提高开关磁阻发电机高速运行时的发电效率,改善整个系统的高速运行性能,提出了一种励磁参数优化策略:以相电流有效值作为励磁参数优化指标,针对开关磁阻电机自身非线性的特点,选取使得相电流有效值最小的开通角和关断角作为优化的励磁参数,并通过曲线拟合手段对这些离散的优化参数进行处理．最后将优化的励磁参数与提出的控制算法相结合,实现了整个发电系统的优化控制．仿真和实验验证表明:该方法易于实现,整个系统不仅具有较高的发电效率,而且在负载突变时呈现出良好的调节特性．