摘要：已有颈部康复设备负载精度差且负载调节时间长,为此基于抗阻康复训练治疗理论设计新的颈部康复机器人系统.设计机械结构,使电机输出的拉力转换成颈部的抗阻负载.将控制系统分为控制模块与算法模块,提高系统的流畅性和稳定性.利用磁场定向控制算法实现电机力矩的精准控制,为颈部康复训练提供稳定可控的拉力.设置拉力传感器和姿态陀螺仪传感器,防止使用者头颈部姿态错误或未知事故.统计10名受试者使用所设计系统进行颈部康复训练的评估参数,并对统计结果进行分析.仿真测试显示,磁场定向控制算法能够提高负载精度并缩短调节时间;负载测试与仿真测试结果的一致性验证了控制方案的可行性.系统性能测试表明,所设计的颈部康复机器人的拉力控制误差不超过0.59 N,响应速度为0.53 s,达到临床使用标准.

摘要：针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的效用,设计一种基于应力矩阵和领导跟随策略的24机编队立体构型,通过灵活地仿射变换队形,提高MAS编队空间对抗效率。其次,基于一致性理论、滑模理论和鲁棒性控制,利用时变编队应力矩阵,设计了一种鲁棒一致性跟踪控制器,以在外部未知扰动条件下,确保MAS时变编队在机动与仿射变换时跟随者对领导者的精确协同跟踪。然后,通过构造Lyapunov函数证明了外界未知扰动下3维MAS时变编队连续机动和队形变换的稳定性。最后,通过仿真实验验证了所提出的控制器能够使时变编队在机动和队形变换过程中实现精确协同跟踪。

摘要：目前飞行雷诺数下复杂工况地面试验需要的运行成本极高,高雷诺数流态下的试验数据少而稀,变雷诺数气动力精确模化存在严重的数据不均衡和小样本问题,因此,气动仿真精度亟待提升。为解决变雷诺数气动力获取成本与模型精度之间的矛盾,聚焦后续飞行器设计的降本增效,以CHN-T1运输机标模为研究对象,通过数据融合和信息迁移两大策略,降低了预测模型对高雷诺数样本的依赖,实现了宽域高雷诺数小样本气动特性的快速预测。本研究利用覆盖亚跨声速、百万至千万量级变雷诺数下的18条气动力曲线构建了宽域变雷诺数气动数据集,设计了涵盖不同速域、雷诺数和马赫数外插等多种复杂度的算例进行分析验证,将仅利用单一来源试验数据构建的模型精度作为基准,对比了不同方法的特点。结果表明,利用10条左右的高精度气动力曲线作为建模数据时,采用基于神经网络的数据融合方法得到的气动预测模型均方根误差可降低50%以上,信息迁移方法得到的气动力预测模均方根误差也可降低至少40%。

摘要：摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)作为一种新兴的发电技术在高熵能源收集、可穿戴电子器件以及自驱动传感系统中取得了重要的发展。但是由于TENG固有的高阻抗特性,高开路电压(kV)和低短路电流(μA)使得TENG的输出表征和信号采集高度依赖昂贵的仪器/设备,与此同时较高的信号处理复杂度限制了TENG在物联网中的实际应用。提出了一种简单有效的将TENG信号用于智能监测的信号采集和处理方法,并基于此设计制作了非接触式智能手势密码锁。以单电极式TENG为信号触发端,通过基于金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的唤醒电路设计实现TENG触发状态的识别,然后利用微控制器(Microcontroller unit,MCU)读取MOSFET的通断状态并处理,接着将MCU与上位机程序建立通信,最后利用上位机中的信号处理程序实现非接触智能密码锁的效果演示。该工作为TENG用于智能监测提供了实践借鉴,推动了TENG在物联网、人工智能等领域的商业化应用。

摘要：软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分为五组:对照组(正常软骨组)、糜蛋白酶浸泡组、糜蛋白酶擦拭组、电摩擦笔去除10%组、电摩擦笔去除20%组。使用激光光谱共聚焦显微镜和环境场扫描电子显微镜对五组样本进行表面形貌及结构表征,并开展拉伸实验评估每组样本力学性能。研究表明,对照组的表面算术平均高度最小、断裂强度最小、断裂应变最大;电摩擦笔去除20%组的表面算术平均高度最大、断裂强度最大、断裂应变最小,其余三组表面算术平均高度、断裂强度和断裂应变值均介于上述两组之间,其中电摩擦笔去除10%组、糜蛋白酶擦拭组、糜蛋白酶浸泡组表面算术平均高度和断裂强度依次降低,断裂应变依次增大。此外,课题组对不同组弹性模量展开研究,结果表明,对照组弹性模量最小,电摩擦笔去除20%组弹性模量最大。以上研究发现,软骨浅表区的缺损改变了其表面形貌和结构,降低了其力学性能。本文研究成果或对软骨损伤预防及缺损修复具有重要意义。

摘要：丝材+电弧增材制造(wire and arc additive manufacturing, WAAM)适用于一体化成形大型复杂结构组件,在保证高氮钢增材结构件性能的同时,进一步提升高氮钢丝材的沉积速率,需要对不同直径高氮钢丝材的等离子弧增材工艺特性进行研究.通过设计不同的送丝高度和送丝速度对高氮钢增材过程中的飞溅行为,及焊道N元素含量的变化进行研究,分析等离子弧增材制造中HNS6-N5高氮钢丝材的熔化特性和飞溅过程.结果表明,送丝速度和送丝高度决定了高氮钢熔滴的过渡模式,也影响了焊道成形与工艺稳定性.在相同的热输入下,随着送丝速度的减小,熔滴的飞溅行为更加剧烈,同时焊缝中的N元素含量呈现下降趋势,随着送丝速度的增加,焊缝中的N元素含量逐渐增加,综合调节丝材直径、送丝速度与送丝高度可以获得过程稳定、熔滴过渡飞溅、焊缝氮含量高、熔覆效率高的增材效果.

摘要：针对航天复杂薄壁零件加工工艺数据结构化程度低、难以重用等问题,将知识图谱引入工艺设计领域,提出了一种典型的复杂薄壁零件加工工艺知识图谱构建方法。首先,自顶向下定义工艺知识层次结构,利用本体建模构建了模式层;其次,利用知识抽取、知识融合及本体关系建立的方法自底向上构建了数据层,通过Neo4j图数据库完成了模式层与数据层的映射,并实现了工艺知识的可视化表征和快速检索;然后,在构建完成的工艺知识图谱基础上,结合零件属性和特征拓扑关系的相似度实现了工艺路线推荐;最后,搭建了复杂薄壁零件加工工艺知识图谱可视化系统,并以框段类零件为例展示了工艺知识检索与工艺路线推荐功能。研究结果表明:对基于知识图谱和相似度计算的工艺路线推荐模型进行了500次测试,有94.7%的推荐列表中存在与目标零件相符的工艺路线。这证明了该工艺知识图谱的构建方法是可行的,并且其对工艺设计工作起到辅助决策作用,可以有效提高工艺查询和设计的效率。

摘要：混合澄清槽是重要的萃取分离设备,采用计算流体力学(CFD)方法研究了一种新型轴流泵式混合澄清槽内流体流动与剪切力,确定了搅拌桨型对混合室内的平均剪切速率、剪切速率空间分布、剪切速率概率分布的影响,结果表明:与传统泵轮式混合室相比,轴流泵式混合室内锥形泵及双桨叶的搭配可以大幅提高混合室的抽吸力与剪切力,搭配六叶半闭式涡轮桨后抽吸力可提升87%,混合室平均剪切速率提升90%,同时轴流泵式混合室内剪切力的分布更加均匀。

摘要：针对压力脉冲测试系统运用滑模控制在体积切换时抖振突出的问题,提出一种滑模抗干扰控制方法。采用奇异值摄动理论对压力脉冲测试系统进行降阶简化,方便控制器的设计以及应用。根据系统降阶模型,构建扩张状态观测器,用于估计系统中的不确定参数和工件体积切换等未知干扰,并将估计的干扰值作为前馈信号补偿给滑模控制器,从而减小干扰不确定上界,减小切换增益来达到抑制抖振的目的。通过选择合适的Lyapunov函数对所提控制方法的稳定性进行了推导证明,使用AMESim、Matlab/Simulink构建的联合仿真平台进行仿真分析,并通过压力脉冲测试台进行了实验验证。研究结果表明:在整体跟踪性能方向,传统滑模控制方法相较于PID方法提升了21.10%,而所提控制方法相较于PID方法提升了30.86%,所提控制方法可以有效估计与补偿未知干扰,实现更小切换增益的同时保持控制精度,在工件体积切换时有效抑制了滑模抖振,提高了系统的抗干扰能力。

摘要：针对受扰动下的多航天器系统姿态一致性跟踪问题,提出一种基于干扰观测器与固定时间理论的分布式姿态协同控制策略。多航天器系统在空间中易受太阳光压、重力梯度与地磁力等外部干扰影响而导致控制精度下降,此外航天器内部惯量不确定性带来的影响也不可忽视,因此设计一种基于二阶积分滑模的干扰观测器对复合干扰进行快速精确估计,且该观测器无需任何干扰先验信息。利用观测器获得的估计值,结合领导跟随法,提出一种分布式固定时间姿态协同控制器,实现系统固定时间收敛,收敛时间可通过控制参数进行调节。利用Lyapunov函数证明了系统的固定时间稳定性。仿真与对比试验结果表明,干扰观测器能在较快时间内实现对复合干扰准确估计,协同控制器能在固定时间内实现对期望姿态鲁棒跟踪,与自适应有限时间方法相比,该控制策略精度更高、收敛速度更快和燃油消耗更少。