摘要：为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB)。理论设计上考虑了两类前置放大器的带宽和噪声问题,采用PSpice for TI软件仿真验证其可行性,并通过阶跃响应和噪声测量验证其性能参数。在室温条件下,采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet,GAGG(Ce))探头对^(241)Am源进行系统测量。结果表明:跨阻放大器的带宽为101 MHz,低于电压反馈放大器的381 MHz,但其基线噪声σ_(noise)≈448.32μV优于电压反馈放大器的σ_(noise)≈680.96μV;电压反馈放大器和跨阻放大器分别满足GAGG(Ce)探头快输出脉冲上升沿时间(2 ns)和标准输出脉冲上升沿时间(20 ns)的带宽设计需求。两类前置放大器均可满足不同场景下对高带宽和低输入噪声的需求,并与SiPM不同的输出模式相匹配。受限于电路的固有噪声和SiPM的输入电容,设计的跨阻放大器适合于能量测量和小面积SiPM应用,而电压反馈放大器更适合时间测量和大面积SiPM阵列。

摘要：结合理论计算、有限元仿真和试验测量,研究了基于声学黑洞的声学迷宫结构的优化设计方法,给出了具有5.01和7.75个倍频程的小尺寸、宽频吸声结构。首先,基于传递矩阵法,建立声学黑洞的数学模型,计算声学黑洞的反射系数,并将理论计算结果与有限元仿真结果进行对比。然后,基于声学黑洞的导纳变化规律,设计单、双旁支管声学迷宫结构,通过优化设计,实现迷宫结构和声学黑洞导纳的匹配。最后,基于声学迷宫结构导纳的匹配结果,应用模拟退火算法构造优化模型,获得了宽频吸声的小尺寸声学迷宫结构,并打印3D样件进行试验验证。研究结果表明:应用双旁支管声学迷宫代替声学黑洞管道中的环腔,经优化设计,旁支管迷宫和声学黑洞的导纳可以实现完美匹配,并可以在保持吸声性能不变的前提下,实现结构的小尺寸设计,优化后的结构有效吸声带宽是优化前的13.36倍,倍频程是优化前的3.64倍。

摘要：针对具有不确定动态和未知时变海洋环境扰动的欠驱动自主水下机器人(autonomous underwater vehicles, AUVs),提出一种基于事件触发通信机制的分布式固定时间三维编队控制方案.首先设计一种固定时间扰动观测器估计AUV不确定动态和未知时变海洋环境扰动组成的集总扰动,且观测器估计误差在固定调节时间内收敛到零;建立事件触发通信机制,降低多AUV之间的通信频率,节约通信资源;进一步,基于上述固定时间扰动观测器和事件触发通信机制,融合动态面控制技术和固定时间控制理论,设计分布式事件触发固定时间三维编队控制律.现有的固定时间扰动观测器和控制律均有两个幂次项,所设计的固定时间扰动观测器和固定时间编队控制律仅保留收敛速度较快的幂次项,可降低参数调节难度.理论分析表明,所设计的编队控制律能使多欠驱动AUV在固定调节时间内实现三维编队控制,仿真和比较结果验证了所提出控制方案的有效性和优越性.

摘要：为实现高耐久功能可恢复结构,设计了钢-FRP复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB)替代钢筋,塑性铰区使用高延性水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)替代混凝土的新型组合柱。在0.13轴压比下,对SFCB-ECC-混凝土组合柱进行低周往复荷载试验研究。评估了SFCB中FRP体积分数(0%,43.6%,100%)和塑性铰区基体类型(ECC,混凝土)对组合柱抗震性能和可恢复性的影响。之后通过OpenSees进行了轴压比、SFCB配筋率和ECC强度的参数分析。结果表明:SFCB可使试件获得稳定的二次刚度,在2%位移角前,试件无需修复即可快速恢复原有功能;组合柱残余变形随SFCB中FRP体积分数增加而减少,但其初始刚度和峰值承载力也相应降低;在塑性铰区使用ECC可进一步减少残余位移,同时显著提高峰值承载力和延性;参数分析显示增大轴压比将提高SFCB-ECC-混凝土组合柱承载力,但会降低延性;随SFCB配筋率和ECC强度提高,组合柱承载力也相应增大;在实际工程中可合理设计SFCB和ECC材料特性以满足特定结构刚度、强度和可修复性的要求。

摘要：针对一类具有非凸输入约束和外界干扰的不确定多输入多输出严格反馈非线性系统,提出一种有限时间自适应神经网络动态面跟踪控制方案.首先,通过引入非凸约束算子,将所设计反馈控制输入转化为与其同方向具有最大幅值的实际输入向量,进而保证实际控制输入始终保持在非凸约束集合内;然后,采用径向基神经网络逼近不确定连续函数向量,以解决控制增益矩阵上下界未知情形下的控制问题,并利用不等式放缩处理未知有界干扰;接着,利用反步法设计有限时间自适应动态面跟踪控制器,保证闭环系统所有信号均为一致最终有界的,实现期望轨迹的有限时间跟踪控制;最后,给出数值仿真算例以表明所提出控制方案的有效性.

摘要：针对星载天线无法通过天线罩实现隐身的难题,提出星载无天线罩自隐身天线。通过多模谐振原理并利用差异化激励方法,构建具有单模态宽带隐身、双模态隐身-反射和双模态隐身-辐射特性的多模态电磁超表面,进而设计辐射-隐身一体化天线。实测结果表明,在3.05~4.95 GHz和6.4~10.5 GHz的带外吸收带,实现雷达散射截面(radar cross section,RCS)缩减;在5.7~6.15 GHz的频率区间内轴比低于3 dB,天线的增益为15.3 dBi,所设计的无天线罩一体化隐身圆极化阵列天线具有带外RCS缩减特性和良好的带内圆极化辐射性能。

摘要：针对高速飞行器集群飞行过程中的分布式协同制导问题,提出了基于最小生成树的自适应拓扑优化与制导方法。构建了飞行器集群通信链路的拓扑图,根据通信代价将距离量化为权值,通过最小生成树中Kruskal算法思想实时生成最优通信拓扑图;采用分布式双层协同制导构架与多中心分布式拓扑优化决策方法,在一致性协同控制律中对协调变量进行补偿计算;实现了飞行器集群协同飞行中的拓扑自适应优化调控。仿真验证结果表明了所提方法的有效性与优异性能。

摘要：针对新能源发电系统对隔离DC-DC变换器宽电压范围的需求,提出一种基于电感复用的宽范围准谐振型变换器。通过引入谐振技术,变换器在合理的参数设计下可以实现一次侧开关管零电压开关(zero voltage switching,ZVS)导通以及二次侧二极管零电流开关(zero current switching,ZCS)关断,解决了传统倍流整流变换器ZVS实现和占空比丢失相矛盾的问题;采用电感复用的思想,无须将变压器的励磁电感设计得过小,即可实现宽范围调压,在较窄的开关频率范围内有效提升了电压增益范围;相较于全波整流,优化了变压器的绕组利用率。结合变换器的工作特性,分析推导了所提出变换器的软开关条件和电压增益,继而给出了谐振参数设计方法;最后通过一台800W样机的实验验证了变换器拓扑的可行性与理论分析的正确性。

摘要：输电塔长期受到风动荷载、导线舞动荷载等振动荷载作用,导致节点螺栓松动。为研究输电塔螺栓节点在横向振动荷载作用下的螺栓松动规律,通过光纤光栅螺栓进行了6组螺栓角钢搭接节点和3组螺栓群角钢对接连接节点共计32个试件的横向振动试验,研究了荷载幅值、振动频率、螺栓预紧扭矩等参数对螺栓松动的影响,分析了螺栓在动力荷载作用下的力学性能。结果表明:螺栓松动在振动初始时刻预紧力缓慢下降,之后经历预紧力快速下降阶段,最后预紧力损失速度逐渐变缓并趋于稳定;对于角钢搭接节点和螺栓群角钢对接连接节点,随着振动幅值的增加,螺栓松动程度增加,随着预紧扭矩的增大,螺栓松动趋势减小,振动频率对螺栓松动的影响较小;螺栓安装间隙对搭接节点螺栓松动几乎无影响,搭接节点远离加载端位置的螺栓更易松动,螺栓群角钢对接连接节点靠近加载端的螺栓相比中间位置的螺栓更易松动。试验结果为工程中螺栓预紧力监测和螺栓防松设计提供参考,保证节点承载力。

摘要：为灵活设计商场、库房等大开间建筑的内部空间,提出了一种外剪内框结构体系,即在普通框架结构四周布置剪力墙,将其作为主要抗侧力构件,内部框架结构主要承担竖向荷载。推导了外剪内框结构体系的内力分析方法,提出了框架与剪力墙相对刚度控制参数的计算公式与设计方法。基于某4层框架结构,设计了对应的外剪内框结构,评估了外剪内框结构体系的抗震性能与抗倒塌能力。结果表明,外剪内框结构体系内部框架柱截面面积相对较小,可以实现更大的建筑空间,框架-剪力墙相对刚度的设计方法可用于实际设计。材料用量相同时,外剪内框结构较框架结构抗震性能更好,其抗侧刚度提升30.3%,极限承载力提高7.3%,罕遇地震下基底剪力减小13.8%,顶点位移减小66.3%,最大层间位移角减小74.3%。