基于工程化参数优化的遥测伺服系统仿真分析

针对试凑法研制的XX设备的天线伺服系统无法得到最优化的PID参数情况,研究该设备伺服系统的PID参数优化。首先从设备原始资料及说明书着手,分析设备的组成原理、各元器件的性能以及天线伺服系统指定角度跟踪的机理,其次查阅相关资料,分析该系统关键部件的传递函数模型从而建模整套天线伺服系统,从系统的三环结构依次按照工程化设计的原则对天线伺服系统的参数进行理论优化,最后,采用Matlab/Simulink软件对优化后的整套伺服系统进行仿真分析。仿真分析结果表明采用工程设计优化后参数其总体天线伺服系统的阶跃动态响应性能相比于当前天线的伺服系统性能更佳。该方法从理论上对天线伺服系统的控制性能优化提出了一定的指导作用,对设备到的优化和性能提升提供了一定的实用价值。     

改进PSO电液伺服系统的在线PID参数整定

针对传统的电液伺服系统PID控制器参数在线整定难以达到最优的问题,提出了一种解决方法。根据系统的动态模型,在系统时变参数的变化范围内取若干值,得到一组相应数目的定参数系统模型。针对这组模型,采用改进PSO整定PID参数,获得一组近似最优化的PID参数,拟合数据得到PID参数曲线,利用该曲线进行电液伺服系统的在线整定。该方法可实现近似最优的PID参数在线整定,控制系统的性能得到了明显的提高。仿真结果证明了该方法的有效性。     

正交试验方法在RFID系统混合模式接口即插即用评价中的应用

针对集成传感器RFID系统混合模式接口性能评价问题,提出即插即用性能测试指标,分析了即插即用过程的关键环节,根据即插即用有效性原则建立了混合模式接口性能仿真测试模型,采用正交实验法研究即插即用过程中的主要影响参数关系。试验结果表明:最优算法组合评价具有可行性和有效性。     

移动无线传感器网络系统在n-Rayleigh信道下的性能分析

在n￣Rayleigh信道下,研究了使用选择合并( SC)接收的移动无线传感器网络系统的平均符号误码率( ASEP )和信道容量。基于矩生成函数( MGF)方法,推导了系统采用相干检测的相移键控调制( PSK),正交幅度调制( QAM),脉冲幅度调制(PAM)等数字调制方式的ASEP的精确表达式。同时,也得到了系统信道容量的精确表达式。然后对不同条件下的ASEP和信道容量性能做了数值仿真,理论分析结果与仿真结果相吻合,验证了理论分析结果的正确性。仿真结果表明：随着分集支路数的增加,系统的ASEP和信道容量性能得到了很好的改善,当使用QPSK调制,信噪比为16 dB时,分集支路数L＝1,系统的误码率是6×10－2,信道容量是4(bit/s)/Hz;分集支路数L＝2,系统的误码率是1×10－2,信道容量是5.1(bit/s)/Hz;分集支路数L＝3,系统的误码率是2×10－3,信道容量是5.8(bit/s)/Hz。     

径向基函数神经网络的一种两级学习方法

建立RBF(radial basis function)神经网络模型关键在于确定网络隐中心向量、基宽度参数和隐节点数.为设计结构简单,且具有良好泛化性能径向基网络结构,本文提出了一种RBF网络的两级学习新设计方法.该方法在下级由正则化正交最小二乘法与D-最优试验设计结合算法自动构建结构节俭的RBF网络模型;在上级通过粒子群优化算法优选结合算法中影响网络泛化性能的3个学习参数,即基宽度参数、正则化系数和D-最优代价系数的最佳参数组合.仿真实例表明了该方法的有效性.     

基于ABAQUS的高磷铸铁激光淬火温度场分析

论文利用Abaqus有限元分析软件模拟仿真高磷铸铁激光淬火过程。模拟激光淬火温度场主要包括三维模型的建立、高磷铸铁热物性参数的计算、模型网格的划分、载荷的施加方法、移动热源的程序设计、淬硬层深度确定等。激光淬火试验选取激光扫描功率P=1100W和扫描速度v=25mm/s验证模拟仿真结果,结果显示仿真淬硬层层深与激光淬火试验结果基本相符。     

基于内模重复与自适应复合控制的位置伺服系统

针对传统全断面盾构机姿态调整位置精度难以控制的难题,采用复合控制策略实现位置精度控制。利用模糊控制智能非线性特点在线整定PID参数提高与增强位置伺服系统的自适应与抗干扰能力,同时引入内模重复控制策略进一步优化位置伺服系统的控制精度。通过Simulink/AMEsim联合仿真实现全断面盾构机位置伺服系统的控制与液压系统相联合,实验验证复合策略使设备抗干扰能力与自适应跟踪性能稳步提高,并在矿井巷道试验中取得较好试验结果。     

飞机空速校准用静压测量装置轮廓结构绕流影响分析

介绍了针对一种面向飞机空速校准的外置式静压测量方法,为了减小测量装置轮廓结构绕流对静压测量的影响,从而提高静压测量精度,应用FLUENT对装置轮廓结构进行绕流影响分析,得到绕流影响最小的轮廓结构类型,并采用正交试验方法对收缩角度β、过渡长度L、最大直径ΦD、最小直径Φd共4个参数进行优化;仿真结果表明,测量装置轮廓采用圆弧型收缩过渡结构绕流影响最小,轮廓最大直径和过渡长度对静压测量绕流影响较为显著;最优参数组合为:β=33°,L=40mm,ΦD=50mm,Φd=22mm,优化后的结构对静压管的绕流影响减小了37.5%,提高了静压测量精度。     

二轴数控工作平台的建模与仿真研究

利用系统建模与仿真的方法对数控机床的X-Y工作平台进行研究，建立了数控机床伺服系统动态性能的仿真模型，分析了伺服系统动态特性，应用ADAMS和Matlab/Simulink软件实现对整个系统的动态性能仿真，由伺服系统的Bode图和阶跃响应可以求出伺服系统的各项性能指标，具有很好的动态响应特性，可迅速地为数控机床伺服系统的调试提供可靠依据。     

结构参数对超磁致伸缩致动器动态特性的影响

本文从Terfenol—D棒的线性压磁方程出发,建立了超磁致伸缩致动器（GMA）轴向方向的传递函数动态仿真模型,研究了其主要结构参数,即Terfenol—D棒半径r和长度l、碟簧刚度kF、负载质量MF在对GMA阻尼系数ξ、固有频率f和动态性能指标上升时间tr、调节时间ts、超调量δ的影响。给出了具有优良动态性能的GMA应满足的两个条件,即阻尼系数ξ为0．707和系统固有频率f等于GMA交流驱动频率。最后,根据这两个条件对设计出的GMA进行了结构参数优化,当r=20mm,l=60mm,MF=0．57kg,kF=2000N／mm时,ξ=0．706,f=5680．7HZ,动态性能指标上升时间tr=0．943×10^-5s、调节时间ts=1．29×10^-4s,超调量δ=4％,明显改善了GMA的动态性能和稳态性能。     

Possibilistic Kalman filtering for radar 2D tracking

Standard Kalman filter (SKF) introduced by Kalman in the 60s has gained a non-estimated importance in control as well as in robotics community. Its importance arises from the obtained optimal result in the sense of variance minimization under stochastic, Gaussian and unbiased perturbations, and when the state model as well as the measurement model are precisely known. However, when the last requirement is relaxed such that one or more parameters governing the models are ill-defined and rather given in terms of interval evaluations, Chen et al. (IEEE Trans. Aerospace Electr. Syst. 33 (1) (1997) 251–259) have proposed Interval Kalman Filter (IKF) by extending the arithmetic operations to interval calculus. In this paper, we rather assume that the uncertainty pervading some parameters of the models are given in terms of possibility distributions [21]. This leads to a formulation of possibilistic Kalman Filtering (PKF), which agrees with IKF. The same example of 2D-radar tracking is tackled. Comparisons with IKF are investigated as well the influence of the modelling process on the performance of the filter. Besides, the proposal permits to capture certainty qualified information, which cannot be obtained from IKF.     

Study on a piezoelectric micropump for the controlled drug delivery system

We present the design of a new controlled drug delivery system potential for in vitro injection of diabetics. The system incorporates some integrated circuit units and microelectromechanical system devices, such as micropump, microneedle array and microsensor. Its goal is to achieve safer and more effective drug delivery. Moreover, a valveless micropump excited by the piezoelectric actuator is designed for the drug delivery system, and a simple fabrication process is proposed. A dynamic model is developed for the valveless micropump based upon the mass conservation. To characterize the micropump, a complete electro-solid-fluid coupling model, including the diffuser/nozzle element and the piezoelectric actuator, is built using the ANSYS software. The simulation results show that the performance of micropump is in direct proportion to the stroke volume of the pump membrane and there is an optimal thickness of the piezoelectric membrane under the 500 V/mm electric field. Based on this simulation model, the effects of several important parameters such as excitation voltage, excitation frequency, pump membrane dimension, piezoelectric membrane dimension and mechanical properties on the characteristics of valveless micropump have been investigated.     

Process Parameters Optimization: A Design Study for TiO$_{2}$ Thin Film of Vacuum Sputtering Process

This paper proposes a procedure for process parameters design by combining both modeling and optimization methods. The proposed procedure integrates the Taguchi method, the artificial neural network (ANN), and the genetic algorithm (GA). First, the Taguchi method is applied to minimize experimental numbers and to collect experimental data representing the quality performances of a system. Next, the ANN is used to build a system model based on the data from the Taguchi experimental method. Then, the GA is employed to search for the optimal process parameters. A process parameters design for a titanium dioxide (TiO₂) thin film in the vacuum sputtering process is studied in this paper. The quality objective is to form a smaller water contact angle on the TiO₂ thin-film surface. The water contact angle is 4° obtained from the system model of the proposed procedure. The process parameters obtained from the proposed procedure were used to conduct the experiment in the vacuum sputtering process for the TiO₂ thin film. The water contact angle given from the practical experiment is 3.93°. The difference percent is 1.75% between 4° and 3.93°. The result obtained from the system model of the proposed procedure is promising. Hence, we can conclude that the proposed procedure is a very good approach in solving the problem of the process parameters design.     

双梁磁力压电振动能量采集器的实验和仿真

基于非线性技术改善能量采集器的能量采集效果作用,本文研究了非线性磁力耦合的双悬臂梁压电振动能量采集器,该采集器由两条不同的固有频率悬臂梁与永磁体组成.本文给出双梁磁力耦合压电能量采集器模型并建立了动力学方程式,通过实验测试获取相关参数与拟合磁力公式,数值仿真分析了双梁固有频率比1∶1.2与1∶1.5和永磁体初始间距40mm与30mm的4种结构能量采集器的电压输出性能与频率特征.根据数值分析设计实验:外激励加速度3m/s2作用下,双梁磁力结构能量采集器比单梁线性结构多一个电压共振峰;双梁固有频率比为1∶1.5比双梁固有频率比1∶1.2的电压响应带宽宽;初始磁距30mm共振峰值分别为(12Hz,39.4V)与(18Hz,13.4V)比初始磁距40mm两电压共振峰高且电压共振峰峰之间的电压输出比其他组合结构高.     

对角CARIMA模型多变量广义预测控制器系数直接算法

为了简化多变量广义预测控制MGPC 的设计与实现,提出了对角CARIMA (Controlled autoregressive integrated moving average) 模型MGPC 控制器系数的直接求解方法. 利用多变量对角CARIMA 模型直接递推得到了非常简洁的 MGPC 控制器，控制增量等于控制器系数与设定值、过程输入输出历史数据、模型预测误差历史数据的乘积，控制器系数只与模型参数和设计参数有关，控制器系数维数只由模型结构参数决定. 避免了Diophantine 方程的求解，减少了在线计算量，简化了MGPC 控制器的实现. 在一个DCS 控制的非线性液位装置上的对比实验结果表明了该方法的有效性.     

活体光学投影断层成像系统与应用

光学投影断层成像（Optical projection tomography,OPT）技术可以对1～10mm 尺度的低散射生物样本进行激发成像,具有微米级的空间分辨率、无辐射、成本低等特点,为小尺寸生物样本的高分辨率三维成像提供了一种新的手段. OPT最早通过对离体生物组织如小鼠胚胎、小鼠器官等成像,进行药物疗效评估、基因表达等研究,但是离体成像不能动态、完整地反映生物组织的变化,因此活体成像技术逐渐成为OPT领域的研究热点.本文详细介绍了我们自主研发的活体OPT系统,该成像系统以准直激光器为光源单元,高精密移动和旋转 电控平台为样本定位单元,低温电子倍增（Electron multiplying,EM） CCD探测器为采集单元,实现了针对果蝇蛹等小模式动物的活体三维成像.该系统的空间分辨率优于10 μm,成像视野1～10mm,扫描时间小于2min,重建时间小于5s.最后,本文通过果蝇蛹的三维活体成像实验展示该系统的操作流程、成像结果和初步的生物应用.     

基于MFA与PID控制器的串级控制系统的实验比较

通过实时控制试验,对比了MFA与常规PID分别作为外环控制器的串级控制系统以及单闭环MFA与常规PID控制器的抗干扰能力,试验表明,MFA的控制效果要比PID好,调整参数也比较简单.     

图符一致性对识别效率及可靠性的影响

针对已有研究对图符一致性的影响考虑还不充分的不足,采用被试内实验设计,研究了人机界面图符一致性对识别效率及可靠性的影响。实验共分五组：实验一建立图符形状与指代功能之间的联系（建立用户心理模型）;实验二考察图符外观/形状一致性的影响;实验三考察功能按键位置一致性的影响;实验四和实验五考察图符外观/形状与功能/语义匹配一致性的影响。五组实验的错误率差异的卡方检验结果为：实验四＞实验五=实验三=实验二=实验一;反应时差异的单因素方差分析结果为：实验五=实验四＞实验三=实验二=实验一。结论：外观/形式与功能/语义的“匹配/对应”是界面一致性的核心。相似图符形状指代原有功能时,识别存在学习的正迁移;图符外观一致而指代的功能不一致或反之（新图符指代原有功能）时,识别则会由于心理模型冲突而造成学习的负迁移,表现为识别效率和可靠性的降低。     

Optimal Variable Step-Size NLMS Algorithms With Auxiliary Noise Power Scheduling for Feedforward Active Noise Control

The paper introduces two improvements in the feedforward active noise control system with online secondary path modeling developed by Akhtar, Abe, and Kawamata: 1) optimal variable step-size parameters are derived for the adaptation algorithms of the secondary path modeling filter and of the control filter and 2) a self-tuning power scheduling for the auxiliary noise is introduced. The proposed power scheduling is chosen so that in every operating condition a specific ratio between the powers at the error microphone of the auxiliary noise and of the residual noise is achieved. It is shown that for the same auxiliary noise conditions the adaptation algorithms equipped with the optimal variable step-size parameters improve the convergence speed of the system and the estimation accuracy of the secondary path and of the optimal control filter. It is also shown that, compared with a fixed power auxiliary noise, the power scheduling of the auxiliary noise is capable to better meet the conflicting requirements of fast convergence speed of the secondary path modeling filter and of low residual noise in steady state conditions.      

手指静脉识别传感器的光源设计

针对手指静脉图像采集系统中近红外LED光源的光强均匀性相对较差的问题,设计了一种等边三角形结构的光源阵列.通过应用近红外LED光源的数学模型和斯派罗法则优化两个相邻光源的距离,确定了两颗光源之间的最优距离为6.26 mm,对该光源阵列进行仿真形成面积为10 mm ×20 mm的均匀光照区域.对此光源阵列进行硬件实验,证明等边三角形结构的光源阵列比单排的光源阵列在均匀性和图像质量上更加突出.