摘要：热循环系统是实时荧光聚合酶链式反应(PCR)仪的关键组成部分,决定了核酸检测效率和结果准确性.针对传统PCR检测系统的热循环耗费时间长、温度控制复杂的问题,设计了一种分区温控的实时荧光PCR热循环系统,包括热循环系统硬件电路和机械结构,通过控制试液在不同恒温区切换实现快速热循环,采用增量式比例积分微分算法控制恒温区温度,控制精度达到±0.1℃.使用Fluent建立传热模型,分析试液热延迟现象预估试液变化规律.通过搭建PCR样机进行实验验证,试液升降温速率分别为3.8和4.4℃/s,证明了所提出PCR热循环系统能有效提高检测效率.

摘要：为了实现对人体消化道的无损检查及治疗,基于结肠主动检查和肿瘤热疗的控制要求,设计并实现了结肠诊疗微机器人控制系统。首先,设计了结肠诊疗机器人系统的硬件组成模块和硬件电路;基于射频双向无线通信,给出了软件通信流程和通信时序的实时性要求。之后,驱动运动机构完成仿尺蠖的蠕动运动,并采用PID型广义预测算法控制加热线圈对肠道实施热疗,控制转台角度可旋转观察肠壁图像。最后,通过管道实验和动物活体实验,验证了系统的控制性能。实验结果表明:射频双向通讯可在0.6s内完成控制命令的发送和诊查数据的接收,机器人运动步态连续稳定,视频摄像头可查看肠道前方和侧壁0～360°的图像,对肠道肿瘤实施热疗能在50s内稳定到热疗温度设定值。设计的系统基本满足结肠机器人对肠道实时诊查和热疗的要求。

摘要：交直流绝缘层中本构方程的相似性决定了直流交联聚乙烯(XLPE)电缆附件与交流XLPE电缆附件的结构和设计原理的相似性。但是两种电场下本征参数性质的不同又使得直流XLPE电缆附件的设计不同于交流XLPE电缆附件的设计。为合理设计直流XLPE电缆接头,借鉴交流XLPE电缆接头设计的经验,给出了详细的设计直流XLPE电缆接头结构的方法。在直流XLPE电缆接头的设计中,界面空间电荷的抑制是接头设计成功的保证;而对界面空间电荷的抑制就需要界面两侧绝缘的介电常数和电导率的合理配合。最后,以30 kV直流XLPE电缆中间接头的设计为例,通过仿真计算得出,在高压屏蔽层端部附近界面上的允许切向电场强度取为1.5 kV/mm时,EPDM与XLPE在设计电场下符合应力锥优化设计要求的电导率比值范围可取为(0.5,5),在此范围之外的电导率比值的材料是不可以用来设计直流XLPE电缆中间接头的。

摘要：人造肛门括约肌(AAS)是一种用于治疗大便失禁(FI)的可植入医疗设备,现有的AAS在生物安全性和肠道内容物感知方面存在缺陷,故临床应用受限。首先,结合肠道动力学特性,建立直肠组织的超弹性模型,利用ANSYS进行有限元分析,模拟假体闭合肠道的过程。其次,根据仿真结果,提出了一种嵌入10路压力传感器的新型连杆式人造肛门括约肌结构。最后,进行离体实验和活体动物实验。实验结果证实,仿真模型建立准确,所设计的括约肌假体在血供安全压力内可控便200g,满足人体正常生活需求。10路压力传感器位置分布合理,测量结果线性度良好。离体实验中肠道内容物质量预测的准确性达89.69%,活体实验中排便预警准确性达82%,初步重建了FI患者直肠的便意感知。

摘要：在戒毒所智能化管理的驱动下,基于超宽带技术,设计了一种应用于戒毒所的高精度测距定位系统,改进了原有紫蜂(ZigBee)和无线局域网(Wi-Fi)方法检测精度低的问题.分析测距的误差来源,做出相应的优化校正,并提出一种延迟参数的校准方法,进一步提升测距的精度和稳定性.该系统具有测距与定位两种功能,测距功能可以设置地理围栏以限制人员活动区域,定位功能可以实时监测人员位置.实验研究表明:修正后系统测距精度达到7 cm,测距更新频率达到10 Hz,定位精度提高至20 cm,定位频率达到5 Hz以上,可以更好地满足戒毒所定位系统的实时性和精确性的要求.

摘要：探究了一种新型三维接收线圈结构,以满足肠道机器人在人体内正常工作的功率需求,解决了机器人在人体内姿态随机变化带来的失谐问题.该三维接收线圈每个维度绕制方式相同,各个维度的接收功率相对稳定.从磁芯直径、线圈匝数与线径3个方面,通过一系列对比实验分析结构参数对传输效率和传输功率的影响.对优化接收线圈进行姿态稳定性分析.结果表明:最优接收线圈结构为磁芯直径6 mm、线圈匝数80、线圈线径0.12 mm.当发射线圈的驱动电压为10 V时,该优化接收线圈的最大传输功率为1216 mW,此时无线供能系统的传输效率为6.64%.在不同姿态角下,接收线圈3个维度方向产生的最大传输功率几乎相同.当绕x轴转动角α=45°,绕y轴转动角β=45°时,三维线圈输出最小功率,约为527 mW,该功率可使机器人基本维持正常工作.

摘要：基于新型可重构架构FPGA(field programmable gate array)的图计算加速器同时具备着性能和能效的优势,满足复杂性高、数据规模大和基本操作多变的图计算的性能需求.但高效底层硬件代码的设计需要很长的设计周期,而已有的通用编程与开发环境虽满足功能要求,但性能差距较大.因此,编程墙的问题是影响应用开发与加速器性能的重要阻碍之一.设计良好的编程与开发环境是图计算加速器进一步提升性能且降低开发周期的最重要环节.高效的编程与开发环境需要提供便利的应用程序接口、扩展性强的编程模型、高效的高层次综合工具、能够融合软硬件特性的领域特定语言以及生成高性能硬件代码.对FPGA图计算的编程与开发环境做出系统性探索,主要就编程模型、高层次综合、编程语言以及应用程序开发进行介绍与分析.此外还对国内外相关技术的发展进行总结与分析,并针对本领域相关开放问题与挑战提供了未来思考.

摘要：对带有电流变液智能阻尼器的双层浮筏隔振系统设计一种半主动静态输出反馈模糊滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面矩阵。根据滑模到达条件及可控屈服阻尼力对隔振系统做负功原理设计半主动输出反馈模糊滑模控制器。仿真分析浮筏隔振系统在扫频激励信号下的力传递率及在双频激励信号下的输入力和输出力曲线。仿真结果表明,半主动输出反馈模糊滑模控制下的浮筏隔振系统的减振效果要远好于最优被动阻尼系统。

摘要：现有的区域能源站规划未考虑负荷时空特性,且能源站的选址、设备选型定容、网络布局和管道选径等与区域冷热电联供系统的经济性直接相关,为此,该文提出考虑负荷特性的区域冷热电联供系统站网协同优化设计方法。首先,基于负荷空间分布特征采用改进p-中位模型建立冷热电联供站点数量、选址和供能范围划分模型,基于负荷时序互补特性,考虑多能流耦合和网络协调,提出基于Prim算法的网络布局和管道选径优化模型;然后,基于冷热电联供站、网规划间的相互作用,以区域站网年化总成本最低为目标对冷热电联供站点的设备选型定容和管网布局、管道选径进行交替协同优化;最后,采用Matlab对某规划区域算例进行仿真。结果表明,该文提出的考虑负荷特性的区域冷热电联供系统站网协同优化模型实现了负荷在时空尺度上的负荷转移,负荷分配更加均匀,同时,提高了设备和管网的利用率及区域冷热电联供系统的经济性,验证了所提方法的有效性。

摘要：以功角、有功功率、角速度这些可测量作为反馈量,基于非线性预测控制理论,设计出具有闭合解析形式控制律的励磁控制器.该控制器的设计参数只有滚动预测时间T和控制阶r,便于工程实现和调试.仿真结果表明,该控制器能使系统提高稳定性,具有良好的动态品质,较好地维持了发电机机端电压的静态调节精度.