摘要：管翅式换热器作为一种高效的换热设备,提升其换热效率和降低投资成本显得至关重要。通过单目标遗传算法(GA)和多目标非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对管翅式换热器进行优化设计,设置翅片高度、翅片间距、管长、横向管数和纵向管数5个自变量的合理设计范围,单目标优化选用换热器效率、压降熵产和最大收益3个目标函数,根据热力学第一、二定律以及经济分析进行目标优化,比较三者的优化结果从而得到最佳优化目标函数,以及在特定运行条件下换热器的最佳设计方案,其中运行净利润能直接反应出换热器效益;多目标采用单目标优化中换热器传热效率和总投入为目标函数,进一步验证优化的合理性和经济性。

摘要：针对现有通风柜流场存在涡流以及气体逸出的现象,采用计算流体动力学的方法进行仿真。更改通风柜窗口下侧结构的形状参数,分别使用不同半径的圆弧挡板,不同长度的椭圆弧挡板,以及增设不同半径的导流板。通过分析通风柜内涡流大小以及出现位置来研究结构变化对通风柜内流场的影响,从而得到结构优化的方向。结果表明,下侧挡板高度较低且长度较短时,通风柜的中心位置以及壁面附近存在明显的大涡流;高度大于50 mm,长度大于90 mm的挡板可使通风柜中心处及挡板与侧壁面交界处的涡流明显减小。增设导流板可使中心涡流消失,同时导流板半径不能大于70 mm,否则会在导流板外侧和末端激发明显的涡流,为通风柜的合理化设计提供依据。

摘要：很多强化学习方法较少地考虑决策的安全性,但研究领域和工业应用领域都要求的智能体所做决策是安全的.解决智能体决策安全问题的传统方法主要有改变目标函数、改变智能体的探索过程等,然而这些方法忽略了智能体遭受的损害和成本,因此不能有效地保障决策的安全性.在受限马尔可夫决策过程的基础上,通过对动作空间添加安全约束,设计了安全Sarsa(λ)方法和安全Sarsa方法.在求解过程中,不仅要求智能体得到最大的状态-动作值,还要求其满足安全约束的限制,从而获得安全的最优策略.由于传统的强化学习求解方法不再适用于求解带约束的安全Sarsa(λ)模型和安全Sarsa模型,为在满足约束条件下得到全局最优状态-动作值函数,提出了安全强化学习的求解模型.求解模型基于线性化多维约束,采用拉格朗日乘数法,在保证状态-动作值函数和约束函数具有可微性的前提下,将安全强化学习模型转化为凸模型,避免了在求解过程中陷入局部最优解的问题,提高了算法的求解效率和精确度.同时,给出了算法的可行性证明.最后,实验验证了算法的有效性.

摘要：电容式微加工超声换能器(Capacitive micromachined ultrasonic transducers, CMUTs)在3D超声成像、水下超声等领域具有重要应用价值。谐振频率决定着超声成像的分辨率,是CMUTs结构设计的重要参数之一。针对具有多层圆形薄膜的CMUTs结构,提出其薄膜结构和材料参数以及有效电极距离的等效方法,建立在直流偏置电压和交流电压共同作用下多层圆形薄膜的振动方程,并分别采用伽辽金法和能量等效法进行求解,获得多层薄膜CMUTs在偏置电压作用下的两类谐振频率解析式。基于有限元模型,利用数值解来验证谐振频率解析式的正确性,并开展参数化研究。结果显示,基于能量等效法的谐振频率解析式比基于伽辽金法的谐振频率解析式具有更高分析精度,适用于薄膜直径/厚度比在20~100范围内、空腔高度/薄膜厚度比不大于1的多层薄膜CMUTs的谐振频率分析;在从0V到接近于塌陷电压的几乎整个偏置电压变化内,解析解与有限元仿真结果的相对误差小于5%。此外,利用所加工的具有三层薄膜的CMUTs芯片对谐振频率解析式进行试验验证,结果显示在不同偏置电压下谐振频率的试验测试值与理论分析值基本一致。因此,所提谐振频率的理论分析方法可广泛应用于多层薄膜CMUTs结构的设计与优化。

摘要：针对制造业中多类型、多颜色工件人工重复分拣出错率高的问题,设计一个基于工业视觉的工业机器人自动分拣物理控制系统和数字孪生系统。提出融合工业视觉、工业机器人、PLC等设备的以太网通信控制方案;基于视觉检测原理,应用视觉检测工具,结合PLC程序能够正确识别工件信息;基于NX MCD软件构建了工业机器人、输送带、工件等数字孪生系统;最后,对工业机器人和PLC进行联合编程,实现视觉分拣虚实系统同步作业。实验结果证明:该系统工件识别正确率高,工件分拣效率高,数字孪生系统能够实现虚实同步,为系统的动态监控、维护管理与虚拟调试提供了便利。

摘要：电容式微加工超声换能器(CMUTs)在便携式超声成像与治疗、家庭超声诊断系统、基于超声波的非接触式人机接口等领域具有极其可观的应用前景。实现低功耗、高机电耦合系数CMUTs的研发是解决上述应用需求的关键,而这就需要对CMUTs机电耦合系数的变化规律及其对功耗的影响具有更深入的理解。针对圆形和方形薄膜CMUTs,利用基于固定电容和自由电容比值的原理建立了圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式,同时利用有限元仿真和对已有CMUTs芯片机电耦合系数的试验测试来验证理论解析式的正确性;开展了机电耦合系数的参数化研究;建立了CMUTs功耗与偏置电压之间的函数关系。结果表明圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式能在低于塌陷电压96%的偏置电压范围内准确分析不同偏置电压下的机电耦合系数。在相同偏置电压下,机电耦合系数随着空腔高度增加而降低,但随着薄膜半径增大而增加;在相同偏置电压/塌陷电压比下,具有不同结构参数的CMUTs机电耦合系数相同。此外,从功耗与机电耦合系数的内在关系研究中可知通过减小塌陷电压或提高在低偏置电压下的机电耦合系数则可实现低功耗和高机电耦合系数这两种相互制约的性能参数的协调设计。

摘要：电容式微加工超声换能器(Capacitive micromachined ultrasonic transducers,CMUTs)在超声成像与治疗、3D超声姿态识别等领域具有广泛应用需求。将CMUTs与ICs进行集成是减小寄生电容、提高信噪比的重要途径,然而目前基于熔融键合的CMUTs制备技术需要高温条件(>1000℃),无法实现与ICs的集成制备。开发基于共晶键合的CMUTs制备工艺是解决上述问题的有效途径。针对该低温工艺,设计了圆形和正六边形空腔CMUTs单元及相应的阵列结构,利用有限元仿真和理论公式分析了CMUTs结构的塌陷电压、谐振频率以及其薄膜在热应力、大气压力条件下的变形。分析结果表明CMUTs塌陷电压及谐振频率在预期范围内,其薄膜在热应力、大气压力作用下不会发生塌陷。对所制备的CMUTs芯片的形貌、结构尺寸、电容以及阻抗频率特性开展试验研究。结果表明芯片形貌、结构参数、电容以及阻抗频率特性与设计预期一致,芯片能正常工作;测试结果验证了CMUTs结构设计与制备工艺的可行性。这些研究对进一步实现CMUTs与ICs的集成设计与制备提供了基础。

摘要：为更好实现可穿戴柔性电子的初期设计和试验验证,提出了一种基于“切割和粘贴”的柔性电子快速制备方法。首先,通过对比光刻工艺与喷墨打印工艺,提出了一种基于激光切割的微纳图案化工艺;接着,利用调节聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体的黏附力来控制能量释放率,将带图案的薄膜结构转印到弹性基底;然后,为保证金属电极与柔性基体间紧密贴合,采用PDMS对整体结构进行了封装;最后,搭建了多通道生理信号采集系统,对所加工柔性电极进行电生理测试与医疗探索。实验结果表明:与传统柔性电子加工工艺相比,文章提出的工艺效率较高,成本较低,可在10min内完成整套工艺,同时制备的电子传感器件可以与皮肤保形接触且输出稳定信号,可为柔性电子的初期设计及后续产业化应用打下基础。

摘要：船舶等海洋工程装备其舱内具有设备众多、空间受限和结构复杂等特点,传统人工巡检不能解决安全和效率的问题。针对这些问题,结合仿生技术,采用负压吸附和电磁吸附两种吸附方式,设计一种船舱检测的多模式攀爬机器人,该机器人能够在狭小空间运动,并且能够适应不同材质的壁面。基于改进的D-H参数法建立机器人运动学模型,进行运动学正解、逆解的计算;分析机器人运动步态,对比传统的步态控制方法,提出基于Hopf振荡器的机器人步态规划策略;搭建样机控制平台,进行步态控制对比测试。实验结果验证了多模式船舱检测机器人的步态规划的稳定性,为船舶等海工装备新形态检测机器人的研究拓展了新的思路。