地面装调的空间机械臂在空间应用时的自适应鲁棒控制

针对空间机械臂在轨操控过程中,重力加速度不同于地面装调阶段的重力加速度,会随着空间位置的改变而变化的问题.本文提出了一种自适应鲁棒控制策略,用于空间机械臂的末端控制,从而使在地面重力条件下装调好的空间机械臂能够在空间微重力条件下实现在轨操控任务.通过分析重力项对空间机械臂轨迹跟踪控制的影响,设计自适应律在线估计重力加速度,从而得到重力项的估计,系统的不确定性通过鲁棒控制器来补偿.基于李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,在地面装调阶段的重力环境下和空间应用阶段的微重力环境下,该控制器对空间机械臂的末端控制均能达到较高的轨迹跟踪精度,具有重要的工程应用价值.     

粒度计算中的商结构

基于商空间的粒度计算理论是目前三个主要的粒度计算理论之一.主要讨论商空间理论中的结构问题,并与粗糙集方法进行比较,指出结构在粒度计算理论中的重要性.讨论如何从结构着手来建立商空间模型.文中给出了从结构上取不同粒度来构造商空间的新方法,最后通过相关例子说明所提出的方法的合理性、可行性.     

粒计算的集合论描述

粒计算的形式化研究一直没有被仔细讨论.文中在集合论框架下,对粒计算做了系统研究,给出了粒度空间的三层模型(论域,基,粒结构).借用逻辑语言L判定粒的可定义性,将经典粗糙集通过此模型重新解释.根据模型中从基到粒结构不同的构造规则,引出并可约和交可约粒度空间的定义,分别讨论了不同粒度空间下覆盖、基和粒结构的关系,从而给出从覆盖求基的方法;进一步,利用子系统表示方法对扩展粗糙集以及一般的交可约与并可约空间的上下近似进行了研究,分析了现有的4种基于覆盖的粗糙集模型的合理性;研究了形式概念分析以及知识空间的粒度空间模型,给出这两种理论中上下近似的概念.     

耕地养分空间插值技术与合理采样密度的比较研究

土壤养分连续空间分布数据是土壤信息系统工作的基础,土壤养分空间插值的研究因此变得尤为重要.对湖北省鄂州市进行土壤养分采样调查,以对作物生长作用较为密切的有效氮、有效磷、有效钾、pH为研究对象,运用克里格法(Kriging)、样条函数法(spline)、距离权重倒数法(IDw)3种插值方法对数据进行栅格化处理,分析比较3种插值方法所得结果的特性以及对耕地养分数据插值的适宜性.通过调整空间采样点密度,比较几种空间采样密度对插值结果的影响,总结3种插值方法在不同空间尺度下的插值精度,并在不同土壤类型内进行不同采样密度的插值分析.     

空间翻滚目标捕获的双滑模面控制律与地面微重力试验

本文研究了空间翻滚目标捕获任务中的相对姿轨耦合控制问题.为了提高系统在有界干扰、测量误差、控制受限、参数不确定等因素影响下的控制性能,设计了双滑模面姿轨耦合控制律,并证明了该控制律作用下闭环系统的稳定性.通过数学仿真与传统单滑模面控制律进行了对比分析,结果表明双滑模面控制律的能够显著减小稳态偏差和噪声.进一步,构建了地面微重力半物理试验系统,设计了轨道面内对翻滚目标逼近与跟踪的任务场景,通过半物理试验结果验证了双滑模面控制律在姿轨控全系统实时闭环、微重力动力学条件下的有效性.     

菜地土壤养分的空间变异特征

通过地统计学、空间分析方法及结合农户施肥调查,对菜地土壤养分的空间变异特征进行研究。结果表明,农户施肥水平差别较大,整体上施磷相对过多,施钾相对较少,土壤OM、NH4 -N、P、K、Ca、Mg和S的变异系数在28.4%～69.2%之间。土壤各养分的空间变异结构有较大区别,土壤OM及NH4 -N的变异具有强烈空间相关性,土壤P、K、Ca、Mg和S养分含量的变异为中等空间相关性。土壤养分的等值线图显示,OM在空间的分布与土壤质地渐变规律相关,NH4 -N呈现南北向的带状分布,P、K、Ca、Mg和S趋于小块状分布。总的来说,施肥等人为因素加剧了土壤矿质养分的空间变异。     

粒度计算中的商结构

基于商空间的粒度计算理论是目前三个主要的粒度计算理论之一。主要讨论商空间理论中的结构问题,并与粗糙集方法进行比较,指出结构在粒度计算理论中的重要性。讨论如何从结构着手来建立商空间模型。文中给出了从结构上取不同粒度来构造商空间的新方法,最后通过相关例子说明所提出的方法的合理性、可行性。     

基于MRI的胸腹部介入治疗机器人工作空间分析

机器人工作空间的分析和求解是机器人机构设计过程中一个非常重要的问题,本文基于Matlab仿真法研究MRI环境下的胸腹部介入治疗机器人的工作空间,根据机器人结构,利用Matlab／Silnulink中的SimMechanics工具箱进行建模,并仿真出机器人的工作空间,最后通过仿真结果验证机器人结构的合理性井对机器人结构的优化设计提出想法。     

空间微重力环境地面模拟系统的控制器设计

针对小型和迷你型试验目标,提出一种新的空间微重力环境模拟系统.系统采用平面气浮和气缸垂直悬浮组合方案来模拟空间微重力环境,并采用恒张力控制思想来模拟垂直地面方向上的微重力状态.采用RBF神经网络控制和滑模变结构控制复合控制方案,其中RBF神经网络用于逼近和补偿系统的不确定信息,并作为前馈补偿使跟踪误差快速收敛;通过滑模变结构控制消除RBF神经网络的逼近误差和不定随机干扰的影响,保证系统的鲁棒性.实验研究结果表明,该控制方案是有效的,系统具有较好的动态响应能力、鲁棒性和自适应能力.     

空间机械臂地面竖直方向重力补偿控制系统设计

为解决大型空间机械臂地面微重力模拟实验问题,设计了一种3维主动悬吊式重力补偿系统.系统主要由水平2维直线运动单元与竖直重力平衡吊挂单元组成,在竖直方向上通过恒张力控制思想实现微重力模拟,并给出了带负载的伺服电机的数学模型.提出一种基于模糊PID(比例―积分―微分)参数整定的力/位混合控制方法,并研究了在未知负载干扰、系统干扰以及机械臂不同运动速度下控制器的控制性能.仿真实验结果表明,该控制方法能够将重力补偿精度保持在0.3%F.S(全量程)之内,使得系统具有较强的鲁棒性和动态响应能力.     

聚集诱导发光探针对模拟微重力下线粒体膜电位的监测及探针-水凝胶三维成像体系的构建

空间特殊环境会引起宇航员机体损伤，机体生理指标的监测对损伤机制和保护手段的研究至关重要。人体长期处于微重力环境，会引起线粒体功能紊乱。线粒体膜电位是线粒体功能是否正常的重要参考指标，因此，快速、简便地监测模拟微重力环境下线粒体膜电位具有重要意义。该文利用线粒体靶向聚集诱导发光探针 TPE-Ph-In 实现了对细胞的免洗和长周期染色，以及在微重力环境下对线粒体膜电位的成像监测。此外，为克服长时间微重力环境下细胞贴壁不牢固的问题，利用水凝胶 Matrigel 包裹细胞进行培养，用 TPE-Ph-In 进行成像，构建了 AIE 探针-水凝胶 3D 成像体系。该文为探究细胞的微重力效应提供了新的研究方法与思路。     

Autonomy capabilities of European deep space probes

The European Space Agency ESA is currently preparing the two deep space missions, Huygens and Rosetta. This paper reviews the related requirements for autonomous operations in a poorly known environment. While for Huygens emphasis is on the control of the descent through Titan's atmosphere, for Rosetta the safe drilling of material samples in the microgravity environment of a comet is analysed. The control concepts to enable adaptive reactions in an uncertain, remote environment are summarized for the crucial mission phases. The performance results obtained from computer simulations are presented and discussed.     

基于冰和水导电特性的新型冰层厚度传感器

包含有离子的水溶液在外施电场作用下是导电的。随着温度的变化,水和冰的导电率也发生变化。基于水和冰的这一导电特性,提出了一种新的冰层厚度传感器结构及其检测方法。这一新型冰层厚度传感器及其检测方法对于在恶劣的检测环境下进行水文检测具有积极的作用。     

Is dual-task performance necessarily impaired in space?

Recent single-subject experiments in space have reported impaired dual-task performance that could result from either a direct effect of microgravity on the central nervous system or from the multistressor environment. We sought to distinguish between these hypotheses using 6 astronauts in the 16-day NASA Neurolab mission, testing them at intervals with a dual task consisting of primary pursuit tracking without vision of the hand and secondary reaction time (RT). The participants were highly trained, instructed to maintain a fixed attention strategy, and restrained in the apparatus. The results showed that absolute and variable tracking error, as well as correct RT and the standard deviation of RT, were unimpaired. However, RT errors became more variable, an effect attributed to a decrease in strategic control. We conclude that the impairments observed in previous dual-task space experiments can be attributed to stressors rather than to microgravity and that performance deficits are probably not a necessary concomitant of space flight if attention is paid to task design and astronaut training.     

基于植物间互利作用的森林生长模型快速计算

植物间互利作用的研究与探索有助于加强林业生产中的混交林建设,从而提高林分生产力。为了快速地模拟植物间互利作用下的生长情况,提出了一种利用植物间互利生长模型进行森林场景快速可视化的方法。该方法通过植物间互利指数、植物自身的生长率、植物当前生物量、环境条件等参数将Lotka-Volterra种间互利模型与植物个体生长模型进行融合,并采用像素化方法进行快速计算,以模拟互利植物的生长情况。通过水曲柳和落叶松混交林在不同的环境资源条件、分布密度、生长时间等条件下的可视化仿真,验证了基于植物间互利作用的森林生长模型快速计算方法的有效性和实用性。     

基于分形特征的模拟失重条件下细胞骨架的图像分析

细胞骨架的结构特点决定了不易找到量化细胞骨架图像的特征参数。为了描述模拟失重条件下细胞骨架的形态变化，以评价药物对失重的细胞学效应的防护效果，本文利用双毯法和数盒子数法分别计算细胞骨架微管和微丝图像的分形维数，利用图像的复杂度描述细胞骨架在不同环境中的形态变化。计算结果表明在模拟失重条件下细胞骨架图像的复杂度减弱，加入药物槲皮素后图像的复杂度略有恢复。利用分形维分析细胞骨架在模拟失重条件下图像的纹理变化，其结果表明分形维可以作为特征参数对失重环境中的细胞骨架图像进行定量分析。     

空间植物培养装置控制系统设计

研制一套空间植物培养装置控制系统,能根据植物在不同的生长阶段,通过上位机软件设置,自动实现对空间培养装置内的参数进行调节。使用半导体加热片控制植物培养装置箱体内温度、相对湿度,同时闭环控制CO2、乙烯,供给栽培基质合适的水量,提供合适的光照强度和光照时间,还可采集图像信息。系统运行测试表明,控制系统性能良好,控制精度能满足植物生长要求,温度、湿度、乙烯、CO2等参数波动均在植物生长需求范围之内。