摘要：高效的网格变形方法可以大幅提高流固耦合数值模拟、基于高精度计算流体动力学(CFD)分析的气动外形优化设计等问题的计算效率。常规的基于径向基函数(RBF)的网格变形方法在变形控制点增多时,会引起网格变形计算量激增,而采用减少变形控制点的方法减小计算量,会带来拟合精度的损失。针对已有RBF网格变形方法计算效率与计算精度不能两全的现状,提出了一种空间嵌套径向基函数模型(SN-RBF),发展了基于SN-RBF模型的高效网格变形方法,在保证网格变形精度的同时大幅度提高了网格变形效率。发展的SN-RBF模型采用多个物理空间相互重叠的子模型代替样本点较多的径向基函数模型,大幅度缩短了径向基函数法网格变形的建模时间。鉴于其便于并行的优良特性,还发展了基于该网格变形方法的并行建模方法与并行网格变形方法,使得网格变形效率得到进一步提升。测试算例表明,建模样本点越多,网格变形效率提升越显著。其中CRM翼身组合体算例,建模效率提升高达16947倍,网格变形效率提升高达5218倍。

摘要：RC框架结构在地震作用下多出现局部楼层损伤明显或抗力不足问题,通过对抗侧力构件性能的合理优化可实现各楼层损伤程度相近的设计效果,消除薄弱层,达到更为理想的均匀损伤分布模式。提出RC框架结构的均匀损伤设计方法,以各楼层损伤指数相等或相近为优化目标,各层框架柱配筋率为优化变量,通过智能算法与有限元平台协同计算技术,实现RC框架结构均匀损伤优化设计,并采用弹塑性时程分析和IDA方法对优化效果进行验证分析。结果表明,通过智能算法优化框架柱配筋方案可以有效调控结构各层损伤程度,不同地震波作用下结构最优配筋率分布是不完全相同的,并且框架柱的最优配筋率分布也未呈现明显的统计规律,但将不同地震波下优化结果的均值作为框架柱配筋方案可以提高结构抗震能力,该优化方法合理有效。

摘要：针对物联网传感器难以同时满足高分辨率与低功耗的瓶颈问题,本文设计了一种伪三阶离散时间delta-sigma调制器.该架构将一阶无源噪声整形SAR(Successive Approximation Register)量化器嵌入传统二阶delta-sigma调制器以实现更强的噪声整形能力.本文设计允许系统在更低的过采样率(Over Sampling Ratio,OSR)下获取更高的峰值SQNR(Signal-to-Quantizing Noise Ratio),有效缓解了系统精度和功耗之间的设计矛盾,并且减少了有源积分器的使用.针对传统有源加法器高功耗和无源加法器存在衰减不确定性的问题,本文提出了一种新型前馈求和量化电路,它具有对衰减不敏感的优势并且降低了第二级有源积分器的驱动压力,这进一步降低了系统的功耗.本文提出的delta-sigma调制器采用180 nm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺制造并测试.在电源电压1.4 V下,芯片测试功耗为47.2μW.在带宽为8 kHz的测试条件下,调制器的DR(Dynamic Range)、峰值SNDR(Signal-to-Noise and Distortion Ratio)和SFDR(Spurious-Free Dynamic Range)分别为97.2 dB,96.6 dB和114.4 dB.因此,Schreier和Walden的SNDR FoM(Figure of Merit)优值达到了178.9 dB和0.053 pJ/step.本文提出的伪三阶delta-sigma调制器在功耗和分辨率之间实现了较好的权衡,为物联网领域的低功耗高分辨率调制器设计提供了较好的解决方案.

摘要：惯性平台系统温度过高和剧烈变化是影响惯性导航系统导航精度的重要因素。为提升惯性平台系统的散热能力,提出了基于微型槽和充氦气的改进散热方法,并对散热效果进行分析。以某平台系统结构为对象,根据惯性平台系统传热机理,分析了当前惯性平台散热能力较差的原因。针对微型槽增大面积、填充氦气等散热方法开展数值仿真分析,并通过缩比样件的散热实验进行验证。实验结果表明,在强迫对流的基础上将两种方法结合使用,可使平台温度较改进前降低9.7℃,有效证明了两种散热方法的可行性及散热效果,为后续惯性平台系统的热设计提供指导。

摘要：针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求,本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列,基于FPGA实现高阶调制与编码,并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角,大幅度延长了传输距离。在光接收端,设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管(APD)的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机,降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps开关键控(OOK)信号和正交幅度调制(QAM)信号(16QAM信号)的12 m水下信道实时传输,二者的误码率(BER)分别为2.467×10^(-4)和3.467×10^(-3)。此外,该系统还实现了22 Mbps的非归零(NRZ)-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输(总长度为42 m),BER为3.619×10^(-4)。最后,实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收,提高了系统的鲁棒性。

摘要：自卫式干扰机发射的瞄准干扰使多种基于信号处理的被动干扰抑制方法失效,对现代雷达产生了严重威胁,频率捷变作为一种主动对抗方式为对抗瞄准干扰提供了可能。针对传统随机跳频抗干扰性能不稳定、频点选取自由度有限、策略学习所需时间长等问题,该文面向频率捷变雷达,提出了一种快速自适应跳频策略学习方法。首先设计了一种频点可重复选取的频率捷变波形,为最优解提供了更多选择。在此基础上,通过利用雷达与干扰机持续对抗收集到的数据,基于深度强化学习的探索与反馈机制,不断优化频点选取策略。具体来说,通过将上一时刻雷达频点及当前时刻感知到的干扰频点作为强化学习输入,神经网络智能选取当前时刻各子脉冲频点,并根据目标检测结果以及信干噪比两方面评价抗干扰效能,从而优化策略直至最优。从提高最优策略收敛速度出发,设计的输入状态不依赖历史时间步、引入贪婪策略平衡搜索-利用机制、配合信干噪比提高奖励差异。多组仿真实验结果表明,所提方法能够收敛到最优策略且具备较高的收敛效率。

摘要：渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率;仿真及加工了3片镜片。研究结果表明:采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片;使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度,保持了像散梯度的平滑过渡,且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧;新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题,所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑,并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

摘要：土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技术自动从试验数据中识别出影响材料与构件性能的关键特征,并智能生成量纲平衡、物理含义清晰、力学可解释性高的设计计算公式。基于符号回归表达式树建立了考虑量纲约束的公式智能生成模型,能够保证公式的力学合理性;研发了针对多力学-几何变量场景的归一化方法与基于谱聚类和决策树的工程特征分段算法,进一步提高了模型的稳定性和准确性。以配筋水泥基材料连梁的受剪承载力为例验证该方法的有效性,结果表明:智能生成的公式相较于人工经验公式计算结果准确性提高61.3%,拟合相关性提高23.3%,相关系数达0.90,性能优异;此外,与传统符号回归方法相比,智能生成的公式不仅更为准确,且具有量纲正确性,工程泛化能力更强;同时,有助于揭示力学机理,加速新材料、新结构从试验到设计方法的落地转化流程。

摘要：为解决目前大型风力机叶片在大功率的气动载荷条件下,易产生叶片形变而导致风力机运行效率降低的问题,提出一种预弯预扭的叶片设计思想。本文对NREL 5 MW风力机叶片进行三维流场模拟和单向流固耦合,研究叶片在不同工况下的气动性能与形变情况,并基于叶片在额定工况下的形变量对其进行预弯预扭设计,通过不断的迭代得到叶片最佳预变形参数,使得最终叶片在额定工况的气动载荷作用下弹性变形后的几何形状与原始设计的几何形状一致。结果表明,预弯预扭后的5 MW风力机叶片能够有效消除气动载荷引起的叶片弯曲扭转所导致风力机效率降低的问题,风能利用率提升2%。

摘要：主要研究分数阶Buck变换器的互补滑模控制(CSMC)方法.首先,基于电子元件实际非整数阶的特性与Riemann-Liouville(R-L)定义相比,Caputo定义更能准确描述Buck变换器模型的结论,建立基于R-L定义的分数阶Buck变换器数学模型.然后,将参数不确定性和外部扰动统一为匹配干扰和不匹配干扰,建立两个分数阶干扰观测器(FDOB)分别实现对干扰及其分数阶导数的跟踪.进而,设计新型分数阶互补滑模面,利用CSMC的高精度和分数阶微积分的记忆特性提升滑模运动的鲁棒性和稳态精度;设计新型趋近律,提升趋近速度的同时保证滑模面邻域内的鲁棒性.最后,基于Mittag-Leffler稳定性理论证明滑模控制器的稳定性.仿真结果验证了所提出FDOB的优越性,控制器相比传统滑模方法能够得到更好的动态性能和更低的稳态误差.