摘要：国家自然科学基金项目(NSFC)作为我国自然科学研究的重要支持平台,充分反映了我国各自然科学和工程学科研究的最新进展。设计学科是一门横跨工程科学、信息科学、管理科学的新兴交叉科学,其研究基础性推动着产品、系统和服务模式的集成设计创新。本文从历年情况、项目类型、依托单位、负责人、所属学部、研究热点等角度,统计与分析1997—2017年间国家自然科学基金资助设计学科相关领域基础研究的情况。分析结果表明,国家自然科学基金对于设计学科相关领域的资助在持续增长,新兴研究热点不断涌现,但也存在院校间研究水平不平衡、获资助率偏低等问题。

摘要：单相PWM整流器一般采用电压外环比例积分、电流内环比例谐振的双闭环控制方法,在实现交流侧高功率因数的同时稳定直流侧输出电压,因此受到国内外学者的广泛研究。然而,在内外环控制参数设计阶段,传统设计方法一般根据经验选取控制参数,参数选取范围较大,且无法量化评估控制参数的时域控制效果,导致参数优化整定困难。为此,该文提出一种基于离散时域模型的内外环控制参数多目标优化设计方法。首先,采用传统设计方法确定电压外环比例、积分控制参数以及电流内环比例、谐振控制参数的安全设计空间;然后,基于离散时域模型将安全设计空间正映射至控制参数的时域性能空间,实现电流内环控制参数对交流侧功率因数以及电压外环控制参数对直流侧电压超调量的量化评估。在此基础上,通过进一步约束性能目标得到性能优化设计空间,考虑内外环控制参数的耦合效应,对内外环性能优化设计空间进行重新组合,再将其映射至性能空间,得到内外环控制目标帕累托最优前沿下的最优设计空间,从中选取内外环控制参数的优化设计点,在典型工况下实验测得的交流侧功率因数为0.981 26,直流输出电压超调量绝对值为1.37%,证明了所提优化设计方法的正确性。

摘要：为探究点渲染方式对量化点云主观质量的影响并优化渲染算法,设计了不同基础几何体类型和渲染半径计算方式的点云主观质量评价实验。通过威尔科克森符号秩检验和双独立样本T检验,分析了基础几何体类型和最近邻渲染算法对几何和属性量化失真点云主观质量的影响。实验结果表明:基础几何体类型由于混叠程度不同而对主观质量影响不同,基础几何体混叠面积越大则主观质量越低;最近邻渲染算法对主观质量影响不显著,该算法减少了点云渲染后空洞的产生,却增大了混叠程度。在属性失真较小时,最近邻渲染算法效果优于渲染半径固定算法;在属性失真较大时,则劣于渲染半径固定的算法。结合主观实验结果,建立了混叠、空洞失真和基础几何体渲染半径的数学模型,在几何量化采用八叉树剪枝的基础上,通过空间相似性对模型参数进行简化并求解,提出一种利用几何量化参数计算基础几何体渲染半径的算法。与最近邻渲染算法相比,所提算法节省了52%的时间复杂度,渲染点云峰值信噪比提升了12.3%,主观质量分数提升了0.5。研究减少了计算资源,提高了渲染效率,可为渲染器的设计和优化提供参考。

摘要：无人集群作战正在成为一种改变战争形态的新型作战样式。针对当前无人装备试验相对独立、缺乏一体化闭环设计与集成验证手段的问题,提出了一种体系设计与仿真评估方法。该方法包含了作战概念建模与需求分析、体系设计理念与体系设计、内场仿真实验与方案探索、体系原型研发与评估优化、外场集成试验与综合决策五个阶段,创新发展了体系设计、仿真试验、评估优化的理论方法、工具链路、集成环境,为无人集群的体系化、智能化、实战化提供了一定的理论与技术支撑。

摘要：为降低裁剪过程中主观影响元件裁剪顺序的程度,减少裁剪后寻找替代资源的随机性,通过建立待改进产品的功能模型,确定产生负面作用的负面元件,引入可拓学中的优度评价方法计算负面元件的裁剪顺序。根据裁剪规则定义,对替代资源的来源进行分类,并根据分类求解方案。若替代资源来自现有系统内部,则分配有用功能,将寻找替代解的过程转化为矛盾问题求解过程;若替代资源来自现有系统外部,则利用发散分析、可拓变换等工具寻找替代解。将可拓学中的优度评价、发散分析、矛盾问题求解方法融合到裁剪方法中,增强了裁剪元件选择的客观性,为寻找替代资源提供了方向。以剥线机为例对产品进行改进,验证了所提方法的有效性,为可拓学与裁剪方法结合提供了新思路。

摘要：传统方法对工作相关肌肉骨骼疾病风险评估的输入变量变化敏感性较低,导致风险评估输出结果的精确性和可靠性不足。为更加准确地进行人因工程风险评估,提出了基于自适应神经模糊推理系统的快速上肢评估方法(RULA)。首先,基于卷积神经网络对视频中人体工作姿势的关键点进行检测及识别,并计算关节角度;其次,基于自适应神经模糊推理系统对快速上肢评估方法进行改进,搭建工作相关肌肉骨骼疾病风险评估架构以解决评估不同姿势时获得相同评分的问题;再次,随机选取不同工作姿势的关节角度数据对网络进行训练和检测,调整基于自适应神经模糊推理系统和快速上肢评估方法的工作相关肌肉骨骼疾病风险预测模型的最佳参数;最后,选取关节角度数据集里的前15个工作姿势进行相关性验证,将结果与原始快速上肢评估方法的结果进行比较,应用树枝修剪工具的操作过程进行案例分析以实现风险得分的实时动态评估。结果表明,优化后的快速上肢评估方法比原始方法更敏感,验证了利用自适应神经模糊推理系统能够有效改进快速上肢评估方法并实时预测风险得分。

摘要：针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端执行器用滚珠直线导轨研制为例,开展了导轨设计,并进行了导轨试验验证,确定了导轨采用滚珠溅射沉积MoS_(2)复合薄膜的固体润滑方案,间隙为0.04~0.05 mm,满足末端执行器在轨工作2000次以上的使用寿命要求.通过末端导轨试验可知,固体润滑的导轨载荷能力和使用寿命均显著下降,在空间机构用导轨研制过程中,须进行专项寿命试验,以验证导轨能否满足在轨使用要求.

摘要：现有气动软体抓手的运动范围大多受初始长度限制,难以实现小存储体积、大包络范围的设计目标。结合气动结构和折纸结构的特点,提出了一种高收纳比、弯曲-展开耦合运动的软体抓手设计方案。基于三浦折纸结构,设计了一种可弯曲折展的管状折纸模型,并且基于面板刚性假定,分析了边长、夹角等几何参数对该折纸结构曲率半径和弯曲角度的影响;考虑软体抓手的壁厚,利用有限元软件分析了软体抓手的变形行为;采用3D打印和逐层浇筑的方式制作抓手样品,验证了软体抓手的展开和抓取性能。该研究成果可为太空垃圾抓取机器人的设计提供理论支持。

摘要：峰值电流控制Buck变换器广泛应用于电源管理芯片。小信号建模是设计其控制器的关键。现有模型忽略电压外环引入的稳态控制信号纹波与小信号扰动延拓频谱对系统的影响,在高控制带宽场景下失效,从而无法指导控制器的设计。该文首先指出控制器设计决定了控制信号纹波类型,进而研究了可导型纹波对系统建模的影响;然后综合考虑电压、电流环导致的频谱耦合,得到精确的高频模型;最后基于高频模型,提出一种结合遗传算法的高带宽控制器优化设计方法。仿真与实验证明了该模型的精确性与设计方法的优越性。

摘要：在原有直线式移相变压器的基础上,借鉴直线电机相关理论,设计了一款发卡式填充结构的直线式移相变压器,有效地解决了原有结构绕线方式复杂、体积大、不易进行模块化串并联等问题,同时改善了模块化连接时,连接处半填充槽引起的一次侧激磁电流密度降低、气隙磁场畸变等问题。简要介绍了直线式移相变压器系统的工作原理;借鉴直线电机以及旋转电机设计方法,提出了半填充槽结构的直线式移相变压器的设计方法;同时采用了发卡式结构消除连接处半填充槽结构引起的一系列问题;最后通过有限元仿真进行验证对比。结果表明,对于所设计的发卡结构的直线式移相变压器,输出波形较好,气隙磁场畸变较小。