可装配式空间三平移柔顺机构拓扑构型研究

针对空间柔顺机构拓扑构型难以加工或加工成本过高的问题,提出一种可装配式空间柔顺拓扑设计方法。通过对空间3-PUU型并联机构运动学分析,得到其微分雅可比矩阵,建立空间三平移柔顺机构拓扑构型同构映射矩阵。采用同构映射矩阵与SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)插值模型相结合的拓扑优化方法,建立空间三平移柔顺机构拓扑模型并求解。通过对拓扑构型二次建模与静力学仿真对比分析,实时修正拓扑优化参数,采用3D打印实体模型进行相关试验分析。试验结果表明:文中所设计的空间三平移柔顺机构与3-PUU型并联机构具有同构性,为该类型柔顺机构精确建模与应用提供切实可行的途径。     

二维结构拓扑优化的GPU并行计算方法研究

针对结构拓扑优化中存在的计算量大,计算效率低的问题,以二维结构拓扑优化问题为研究对象,提出了一种GPU并行计算方法。通过对已有串行算法进行研究,结合GPU并行计算的基本特点,采用节点刚度方法计算结构刚度矩阵,相对于MATLAB向量化计算,该算法加速效果显著。以固体各向同性材料惩罚法进行结构拓扑优化为例,在CUDA平台下实现了对结构化网格二维拓扑优化问题的GPU并行计算,得到了清晰的拓扑构型,将该方法与现有计算方法进行对比,GPU并行计算速度有较大提升。     

基于不同过滤函数的ICM拓扑优化混合建模方法

基于独立连续映射（ICM）法中设计变量独立性的特点，提出一种混合插值建模方法。该方法基于两类常见插值函数分别对单元体积、单元刚度阵进行过滤识别，通过两两组合，得到四种不同的拓扑优化模型。四种模型中，除体积目标函数一、二阶导数表达式不同外，它们的结构响应量的敏度分析和优化建模方法相同，从而保证了优化求解算法的一致性。通过拓扑优化数值算例对比分析了不同模型参数下的拓扑优化结果，结果表明，混合建模方法在连续体结构拓扑优化建模中具有可行性和有效性。     

压电式选针器基板的结构拓扑优化设计

在针织机的选针系统中,选针器是用来实施选针控制的元件,要求选针器具有高频率、高精度、低功耗等特点。为了提高选针器的振动频率,本文从优化基板的拓扑结构入手,采用相对密度法和OC(optimality criteria)法对其进行建模和优化计算。为了改善结构拓扑计算的数值稳定性和可制造性,在优化设计的过程中采用了"滤波"技术、模态跟踪技术和针对压电基板的可制造性修正技术。在以上研究基础上,较好地解决了结构拓扑的数值稳定性和可制造性问题,得到了满意的压电基板拓扑结构。     

动态拓扑环境下无线传感器网络分簇算法研究

提出一种适用于动态拓扑环境的无线传感器网络分布式分簇算法,算法根据节点的剩余能量以及与动态变化的簇心之间的距离来挑选簇头,从而使网络能量均匀消耗.与集中式算法不同,该算法只需和部分邻居节点交换阈值信息而无需收集全局节点的位置信息,也不必完成远距离通信等任务.仿真与实际应用表明,动态拓扑环境下,该算法具有良好的负载平衡性能和较小的协议开销,与LEACH算法相比,能有效减少能量消耗,网络生存期可以延长20%～30%.     

可重构机器人单元组合的自同构研究

可重构机器人利用单元组合结构,可以提高环境适应性,改善机器人的使用性能,本文首先提出了一种新的可重构机器人单元结构模型,然后针对可重构机器人拓扑构形中所存在自同构问题,根据单元组合拓扑构形的邻接矩阵,提出了拓扑结点的关联属性及其关联度码的概念,在此基础上,提出了单元组合自同构的列举算法,以及同一拓扑构形特征下所有非同构单元组合状态的计算方法。最后对一拓扑构形实例进行了计算,计算结果表明,本文提出的自同构算法简便有效,使用灵活,可用于可重构机器人的单元组合结构设计。     

面向城市水资源监测的WSN拓扑控制算法

针对传统的水资源监测系统监测周期长、自动化程度低的问题,提出了一种基于WSN的城市水资源监测系统。对已有的WSN层次拓扑控制的LEACH算法,由于簇头节点在网络内的分布是随机的,容易造成簇成员节点与簇头间、簇头节点与网关节点间的通信距离不平衡,故对此不足进行了改进。通过Matlab仿真软件对算法性能进行仿真,结果表明该改进算法LEACH-E能够更好地均衡节点的能量消耗,在保证网络连通性的前提下,监测网络的生存时间比LEACH算法提升了约26%,从而节约了监测网络的运行成本。     

可重构机器的模块化设计

提出了一种基于旋量理论以及图论的可重构机器的模块化设计方法.该方法通过对已知加工任务的分析,建立实现该任务的可重构机器的拓扑构型,同时利用机械模块库生成一系列可选择的可重构机器.设计方法主要由数学模型建立模块、任务分析模块、拓扑构型模块和机械模块的选择模块4部分组成.并根据上述方法,对可重构机器进行软件建模.     

基于FAHP的机械振动WSN均衡拓扑构建方法

针对机械振动无线传感器网络因拓扑不均衡导致传输时延和网络传输能耗增加的问题,提出了一种基于模糊层次分析(fuzzy analytic hierarchy process,简称FAHP)的均衡拓扑构建方法,该方法由构建模糊判断矩阵和计算权重向量组成。首先,传感器节点进行簇内通信获取信标广播信息,将信标节点网络决策因子统一量纲化,利用网络决策因子构建模糊判断矩阵;其次,检验模糊判断矩阵一致性,采用行和归一化处理或拉格朗日最小二乘法计算权重向量;最后,传感器节点通过权重向量计算出各个信标节点综合权值,关联最优信标节点为父节点加入网络,将提出的模糊层次分析拓扑构建方法与基于链路质量单准则构建网络拓扑机制进行对比。实验结果表明,该方法能有效改善传输时延和机械振动无线传感器节点网络寿命。     

视觉可量测实景影像的道路交通标志自动检测

提出了一种基于颜色和形状神经网络的视觉可量测实景影像交通标志自动检测算法.该算法设计了2种类型的概率神经网络,一种可以将图像中像素分为黄色、红色、蓝色和其他颜色4类;另一种可以识别三角形、圆形、矩形和倒三角形4种形状.从而先利用颜色识别神经网络对影像进行颜色分割;然后,在分割后的二值图像上利用灰度投影确定交通标志的候选区域;最后,利用中心投影向量和形状识别神经网络,实现候选区域的形状判断和交通标志自动检测.使用车载三维数据采集系统拍摄的视觉可量测实景影像进行了实验,证明了该方法的有效性和鲁棒性.     

基于国际专利分类表知识社团发现和重组的功能创新策略*

提出从国际专利分类表(International patent classification,IPC)中发现功能知识社团并进行功能创新的方法。通过从IPC中提取并分析功能动词的共现关系,构建功能动词共现网络。选用Newman贪婪算法(CNM算法)对功能动词共现网络进行社团发现,归纳了网络节点之间的4种典型拓扑关系,对社团内部和跨社团的节点之间的拓扑关系进行分析。根据功能动词节点连接的拓扑特征定义了4种类型的功能中介节点,对应提出4条重组相关社团节点的策略,以实现产品功能创新。作为应用实例,从IPC所有条目中提取与排水和干燥共现的功能动词,构建了85个节点的功能动词共现网络,成功地发明了一种利用排水能量供电的亮度可调的管道照明系统。     

基于Dijkstra能量均衡的无线HART图路由算法

针对工业无线HART网络生存时间受节点能量限制的问题,提出一种能量高效均衡的图路由算法(EEBGR)。该算法构建了适合无线HART图路由的新型层次化网络拓扑结构,在求取该拓扑图边的权值时,综合考虑节点能量均衡性指标、流量负载指标和链路传输能耗的影响因素,进而构建出复合权值有向图,并利用改进的Dijkstra算法为各节点决策最小代价的多路径子图路由,以达到全网节点能耗均衡。测试结果表明EEBGR算法有效地减少了无线HART网络单个节点能耗、均衡了网络能量分布、延长了网络生存时间。     

图匹配特征识别的实现

提出了用图匹配理论实现特征识别的基本原理 ,研究了判定边的凸凹性、属性邻接图、设计特征等理论与方法 ,并用此特征识别方法实现了中等复杂程度机械零件的特征识别     

基于网络特性的分布式复杂机电系统脆弱性分析

利用复杂网络理论,提出了一种基于网络结构特性的分布式复杂机电系统脆弱性分析方法.从系统与网络角度研究流程工业中的复杂机电系统,分析系统的网络拓扑结构特性及对故障传播的影响,在此基础上定义节点负荷及脆性系数,对系统固有的脆弱性进行分析,并给出了具体分析方法.以典型化工过程田纳西-伊斯曼系统为例,详细介绍了该方法的分析和应用过程,并对其有效性进行了验证.研究结果表明,该方法可以从系统网络的角度辨识系统中的脆弱点和关键点,为合理设计安全控制和故障预防措施提供了依据.     

广义模块参数关联结构有向图表示方法研究

为化解产晶变型设计过程中参数关联结构关系复杂的问题,将产品结构层次用广义模块进行表示,以减少产品结构层次,缩短参数传递链.运用有向图理论,提出了广义模块参数关联结构有向图的概念,用有向图顶点表示广义模块、子模块和零件,将参数关联驱动关系用有向边表示,得到广义模块参数关联有向图的性质.通过产品广义模块化结构层次关系,将广义模块参数关联结构有向图划分为多个子图,并对子图中顶点之间的横向有向边进行分解,建立了一种规范的参数关联结构关系,给出了其分解算法和参数关联的数学描述,为变型设计参数关联分析提供了理论依据.最后,以皮带输送机为例说明了该方法的有效性.     

基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制研究

现代仪器正在向着网络化和智能化方向发展,传感器网络则是具体体现之一,各个传感器测量的数据可以通过网络以单跳或多跳方式传送到控制节点,从而实现网络化的智能测量。传感器网络中各节点能否覆盖全区域,直接决定了测量结果是否为全样本覆盖集。本文在经典的虚拟力算法思想基础上,研究了基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制性能,具体针对同构节点、异构节点、非规则区域等各种应用场合进行了分析和算法改进,利用仿真实验的方法验证了其性能。仿真实验证明,该算法对于同构节点和非规则区域均可以取得较好的覆盖效果和网络生命周期;对于异构网络则需要进行适当调整,将邻居区域的概念由同构节点网络中的两倍于感知范围扩展为最大的联合感知范围,使得节点在其邻居节点范围内能够维护最低限度的通信链路,就可以使其远离邻居节点,从达到预期的网络性能。同时研究了在实际应用中算法的鲁棒性,主要针对在部分节点丧失通信能力以及节点丧失移动能力时算法的性能,实验表明仍能表现出较好的网络覆盖度。     

特种越野汽车传动系方案的计算机辅助设计

特种越野汽车的传动系结构复杂 ,是一个动力传递与分配网络 ,其传动方案设计的好坏直接影响整车的越野机动性、动力性、经济性等性能。本文对特种越野汽车传动系的方案设计进行了研究 ,将传动系方案设计分解为拓扑结构设计和参数设计及最佳匹配两个层次 ,通过 PTG图自动生成算法和产品可视化建模技术 ,较好地解决了传动系方案的计算机辅助设计问题。     

Observability analysis of alignment errors in GPS/INS

Misalignment can be an important problem in the integration of GPS/INS. Observability analysis of the alignment errors in the integration of low-grade inertial sensors and multiantenna GPS is presented in this paper. A control-theoretic approach is adopted to study the observability of time-varying error dynamics models. The relationship between vehicle motions and the observability of the errors in the lever arm and relative attitude between GPS antenna array and IMU is given. It is shown that alignment errors can be made observable through maneuvering. The change of acceleration makes the components of the relative attitude error that are orthogonal to the direction of the acceleration change observable. The change of angular velocity makes the components of the lever arm error that are orthogonal to the direction of the angular velocity observable. The motion of constant angular velocity has no influence on the estimation of the lever arm.     

具有交货期约束的并行多机车间调度研究

针对有不同交货期约束的车间调度问题进行分析,提出一种求解并行多机车间调度问题的蚁群优化算法。利用改进后的有向无环图(DAG)来表达任务之间拓扑顺序,人工蚂蚁在该图中遍历可以得到任务的拓扑序。此算法包括订单任务列表的优化和机床分配策略的优化,衍生出两种概率公式的设计和两种信息素;并利用启发式信息保证截止时间最早的任务优先调度。最后将该方法应用于ABS阀体制造过程中,证实了该方法的有效性和可靠性。     

一种基于能量约束的传感器网络动态数据融合算法

本文针对传感器网络具有能量约束、低速率冗余数据、网络拓扑易变的特点，提出了一种基于能量约束的动态数据融合算法。该算法首先利用不确定测度进行传感器的动态聚类分组，然后再对每一组通过能量约束选择关键点，通过各组的关键点构成一个连通的数据融合路径，完成传感器网络的数据融合，减少传输到目的节点的信息。实验结果证实，该算法在保证能量消耗少、网络拓扑结构可变的条件下，具有较好的实效性和鲁棒性。