基于STM32的定点剖面浮标监控系统设计

定点剖面浮标监控系统包括浮标本体的下位机控制系统和岸基人机交互系统。定点剖面浮标电控系统是以STM32单片机为控制核心,控制浮力调节步进电机以实现浮标下潜和上浮,定时采集压力传感器和溶解氧传感器以获取不同深度水质的溶解氧含量和温度,其中压力传感器测量水深。采用FATFS文件操作系统进行数据存储,并通过4G数传电台建立了上位机与下位机的数据传输,进而基于LabVIEW设计了岸基监控人机操作界面。河流测试结果表明所设计的系统有效实现了浅水域水质的长期监测。     

张紧式系泊半潜式风机平台水动力响应建模分析

针对某半潜式风机平台,采用锚链和聚酯纤维绳分段连接形成张紧式系泊系统,建立环境载荷数学模型及环境载荷作用下的平台及系泊系统动力学方程。通过Simulink集总参数计算与AQWA数值仿真2种方式,对比分析风载荷阶跃输入、浪载荷正弦输入作用下平台的响应特性。结果表明,Simulink集总模型计算结果与AQWA数值仿真结果较为吻合,这在一定程度上说明了集总参数建模方法的合理性。研究发现,在风阶跃输入作用下平台主要表现出横荡、垂荡、横摇3个自由度方向的响应,其中横荡稳定时间较短,但偏移量相对较大,而垂荡和横摇的稳定时间较长且基本一致;在浪正弦输入作用下平台同样主要表现出横荡、垂荡、横摇3个自由度方向的响应,此时横荡幅值相比垂荡同样较大。横荡位移与振幅较大的原因在于采用了张紧式系泊的半潜式平台设计,进一步约束该自由度是接下来平台与系泊系统优化设计的研究方向。     

三关节机械鱼的动力学及运动研究

针对仿生机械鱼水下运动控制问题,通过对鱼体外形和运动模式的研究,建立了仿生机械鱼的结构模型,将其简化为3根相连的连杆组成的连杆机构,进行了动力学分析,并对第3根连杆的水动力学运动规律进行了初步分析,发现机械鱼的游动阻力与鱼在水中的面积、摆动频率、连杆长度等因素有关,适当地选择3根连杆的质量和长度可以提高机械鱼的游动速度和加速度。根据"大摆幅细长体"理论获得舵机摆动角度,采用Matlab对鱼体游动和舵机摆动进行了仿真,并进行了实验研究。仿真结果和实验结果都表明:摆动频率越快,驱动动力就越大,但会使鱼体摆幅增大,进而影响游动速度以及运动的平稳性,存在一个合理的摆动频率范围使得游动速度达到最大。     

双半球胶囊机器人倾斜环境爬行性能研究

为了实现食管、胃部和结肠等非结构宽裕环境内的介入诊疗作业,提出一种万向旋转磁场驱动的主被动模态双半球胶囊机器人,机器人在被动模态下可实现肠道内定点悬停姿态调整,在主动模态下可实现肠道内的滚动行走。建立了胶囊机器人在主动模态下的爬行动力学模型,研究了机器人在倾斜环境下的爬行性能,仿真得到了机器人的不同系统参数下的最大爬坡角度,仿真结果为复杂环境下胶囊机器人运动学的研究奠定了基础。     

基于TOFD周向扫查的厚壁管道倾斜裂纹精准定量

利用超声衍射时差法(TOFD)对厚壁管道实施周向扫查时,曲率表面与直通波路径不重合,引起倾斜裂纹长度和角度定量误差。为实现深层裂纹检测,提高探头中心距(PCS)进一步增加检测误差。考虑管道外壁曲率半径、PCS与裂纹端点深度之间的几何关系,开展厚壁管道倾斜裂纹精准定量研究。推导厚壁管道TOFD检测周向扫查时,裂纹长度和倾斜角度定量公式,并对比优化前后检测误差。仿真研究表明,对壁厚30.0 mm,外壁曲率半径148.0 mm的碳钢管道内,长度4.0 mm,倾斜角度10°～50°的裂纹实施检测时,长度和倾斜角度定量误差分别下降可达0.10 mm和1.58°。实验针对碳钢管道试块中长度4.0 mm,倾斜角度30°的裂纹,长度和倾斜角度定量误差从0.30 mm和2.74°,降低至0.27 mm和0.28°。所述方法可适用于不同曲率管道内部倾斜裂纹定量检测,应用范围较广。     

一种近水面拖曳式浮标的设计及仿真分析

针对具有稳定性和良好操控性的近水面、高海况、高速拖曳式浮标的设计问题,提出了设计方案并建立了浮标的动力学模型,然后进行了四级海况下的数值仿真,仿真结果表明该浮标具有良好的稳定性。     

LCL补偿型浮标感应耦合电能传输系统特性

感应耦合电能传输(ICPT)可用于浮标系统水下传感器的长期稳定可靠供电。在此建立LCL补偿型浮标ICPT系统的模型,分析得出不同负载下,谐振点处该结构的输出功率和效率都较高;分析水下次级绕组LCL补偿与串联补偿的区别,当次级品质因数小于1时,LCL补偿输出功率更大;进而提出补偿电路的设计思路;建立LCL补偿型浮标ICPT系统实验平台。实验表明系统在12 V电源条件下,输出功率最高达到18.637 W,效率达到0.649,且能实现恒流输出,证明了设计的合理性,提升了系统性能。     

电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统

针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点,提出了基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。首先对电驱动海洋绞车系统进行动力学分析,然后建立电驱动海洋绞车数学模型,进而建立主动升沉补偿自抗扰控制系统的仿真模型,并进行仿真分析。在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等情况下对该系统进行仿真,并与PID控制器进行比较,结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时,控制器参数保持不变的情况下,自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能,比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于虚拟样机的倾斜轴滚筒洗衣机动力学仿真分析

以某型号倾斜轴滚筒洗衣机为研究对象建立其三维模型,结合ANSYS有限元分析软件,在ADAMS/View环境下,依据刚柔混合建模方法建立了滚筒洗衣机的虚拟样机模型。基于此模型对其脱水工况进行仿真分析,研究其振动机理,确定悬挂系统各关键参数对洗衣机振动噪声的影响。     

自动倾斜器七种等效机构的动力学对比分析

自动倾斜器是直升机操纵系统及旋翼系统中最关键的部件,也是搭载自润滑关节轴承的重要部件,研究和分析自动倾斜器的刚柔耦合,对球铰轴承试验机的研制具有重要的意义。将ANSYS和ADAMS相结合分别建立七种机构构型的内外环嵌套动态式自动倾斜器的刚柔耦合模型,进而对它们进行动力学仿真分析。结果表明:在这七种等效机构中第六种构型(外环3-SPS+PRS、内环3-SPS+PRS+PS)在工作时运动平稳,振动幅度较弱,性能最佳,其刚柔耦合模型球铰轴承的Y方向位移、速度、加速度曲线的变换范围最小。     

仿生机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法

从揭示鱼类外形仿生和运动仿生中蕴含的仿生机理出发,提出一种机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法,该方法将流体变量和结构变量同步进行推进,并在每个迭代步内进行子迭代,因而提高了算法的稳定性。将鱼体游动介质分为流体介质、结构介质和相互作用的交界面介质,分别建立三种介质的动力学方程。采用隐式耦合方法,给定鱼体变形为输入,将鱼体运动转移到流体单元上,形成对周围流体的激励,通过求解流体动力学方程得到流体作用力,并将该作用力传递于鱼体,作为外力来驱动鱼体自主游动,从而实现流体和结构的交互过程,最后通过机器鱼的自主游动算例验证了方法的有效性。该方法可以评价不同外形和不同运动规律的机器鱼自主游动性能的优劣,进而为揭示仿生游动机理提供科学依据。     

四卷扬同步控制性能分析

随着吊装重物的大型化,单卷扬单吊钩的形式已不能提供足够的起重力矩来吊取重物,工程上常采用多卷扬单吊钩的吊取形式.但卷扬系统各自单独的液压控制系统常常会存在泄漏、参数不一致和比例阀死区等问题,导致马达输出角度之间存在同步误差.同时,卷筒平均半径的不一致和吊钩存在的初始角度误差也会导致钢丝绳出绳长度不一致,进而导致吊钩发生倾斜,存在安全问题.基于四卷扬单吊钩的形式,提出了将四卷扬系统分为两组,组间以吊钩水平倾角数据作为反馈量采用交叉耦合控制,系统内采用马达转角数据作为反馈量,采用主从控制的控制方法,利用常规PID和滑模变结构分别进行控制.仿真研究表明,此种控制系统可以很好地消除吊钩存在水平倾角的问题,控制系统的控制性能较好,鲁棒性较强.     

四卷扬同步控制性能分析

随着吊装重物的大型化,单卷扬单吊钩的形式已不能提供足够的起重力矩来吊取重物,工程上常采用多卷扬单吊钩的吊取形式.但卷扬系统各自单独的液压控制系统常常会存在泄漏、参数不一致和比例阀死区等问题,导致马达输出角度之间存在同步误差.同时,卷筒平均半径的不一致和吊钩存在的初始角度误差也会导致钢丝绳出绳长度不一致,进而导致吊钩发生倾斜,存在安全问题.基于四卷扬单吊钩的形式,提出了将四卷扬系统分为两组,组间以吊钩水平倾角数据作为反馈量采用交叉耦合控制,系统内采用马达转角数据作为反馈量,采用主从控制的控制方法,利用常规PID和滑模变结构分别进行控制.仿真研究表明,此种控制系统可以很好地消除吊钩存在水平倾角的问题,控制系统的控制性能较好,鲁棒性较强.     

舰船指挥舱操控台人机工程综合评价方法

为客观地对舰船操控台人机工程设计方案进行定量综合评价,使方案能够充分利用和提炼专家意见,并考虑专家经验的模糊性,从系统工程角度,建立多级模糊综合评价模型,并对其中指标权重系数的确定方法、指标特征值,尤其是定性指标特征值的量化问题进行探索。对某型号舰船指挥舱操控台人机工程设计方案进行了评价,评价结果表明:设计方案具有可行性,为多指标、不同类型指标并存的评价和决策提供了思路。     

重型车辆织构化刹车系统热力学行为与摩擦学性能研究

重型车辆刹车系统受瞬态高温和雨水异常侵入的影响,易引起热力学行为与摩擦性能退化。为研究表面织构对刹车系统热力学行为和摩擦学特性的影响,基于有限元法开展刹车系统热力学分析,考虑大量雨水侵入的液体润滑极端情况,提出一种动压润滑与织构集成模型的摩擦学性能分析方法。结果表明：水平凹槽织构可使制动盘温度场及应力场分布较均匀,进而避免接触区域局部瞬态高温引起的车辆制动失效;随着凹槽织构倾斜角度增大,承载力增大,摩擦因数减小;不同组合型织构中,圆柱与椭球组合型织构表面承载力最大、摩擦因数最小,圆锥与椭球组合型织构表面承载力最小、摩擦因数最大。研究发现重型车辆刹车系统表面构筑合适倾斜角度凹槽织构和组合型织构有助于提升其工作性能。     

50m水深处不同系泊形式浮式风力机的系泊系统分析

针对50m水深处浮式风力机系泊的安全性与经济性问题，基于中国南海北部某海域海况，通过叶素动量理论、势流理论、莫里森公式和有限元理论分别计算风力机风载荷、平台波浪载荷和系泊载荷，建立了50m水深处风力机-平台-系泊的耦合数值模型，并对比分析钢链、钢缆和聚酯缆系泊材料，及其与重块和浮筒在不同组合方式下系泊系统的性能和经济性。结果表明，在系泊线上合理地配置重块和浮筒在可以有效优化系泊张力响应极值；在满足系统性能的基础上，采用钢缆与重块组合或者聚酯缆与浮筒组合的系泊形式，在50m水深海域使风力机具有较好的适用性。采用钢缆或者聚酯缆作为系泊线主体的系泊形式，能够显著提高浮式风力机系泊系统的经济性。     

凹槽型织构对钻头滑动轴承表面摩擦学性能影响分析

基于雷诺方程建立表面织构化滑动轴承润滑理论模型,探究不同织构参数(分布角度、深度、面积比、偏斜角度、长度)对钻头滑动轴承承载力和摩擦因数的影响规律.在油膜收敛和最小油膜厚度附近区域布置织构,有利于增加轴承表面润滑性能,而织构布置在油膜发散处反而会减小轴承承载力,增大摩擦因数.织构的最佳织构深度与轴承的工况相关,不同偏心率条件下最优织构深度不同,轴承所承载的载荷越大,凹槽型织构化轴承的最佳织构深度越深;摩擦因数随织构面积比的增加先增大后减小,当面积比为18％时,摩擦因数最小.织构深度对织构偏斜角度的影响较小,轴承摩擦因数随偏斜角度的增加逐渐减小;织构长度为轴承宽度的1/2时,轴承润滑效果最佳.     

起重机伸缩臂计算方法对变形量影响分析

针对某型号伸缩臂起重机臂架系统,利用Ansys软件的APDL语言,根据刚性、几何线性梁和几何非线性梁理论,抽象出3种不同的简化模型,并通过比例法迭代计算不同伸缩臂模型下的最大起重量,进而讨论其对起重机变形量的影响。对Ansys计算结果进行处理比较,得出3种不同方法对变形的影响。算例结果表明臂长较长时,臂架变形非线性因素影响比较大。该方法为同类型伸缩臂架系统力学模型的简化提供借鉴,同时为更准确的计算起重性能提供参考。     

基于联合对抗训练的深度学习表面缺陷检测方法

表面缺陷检测是确保产品质量的重要途径。深度学习在表面缺陷检测中已经得到了大量应用,并为实现自动化的表面缺陷检测提供有效的技术途径。然而,深度学习模型容易受到对抗攻击的威胁,进而严重影响其准确性,甚至造成模型失效。为提升深度学习模型对对抗攻击算法的防御能力,基于对抗训练提出新的基于联合对抗训练的深度学习模型。对抗攻击算法包括单步攻击算法和迭代攻击算法,为提升所提联合对抗深度学习模型的防御能力,在对深度学习模型训练时即同时添加不同对抗攻击算法生成的对抗样本,同时增强模型对单步对抗攻击算法和迭代对抗攻击算法的防御能力。为验证所提算法的有效性,所提算法以CIFAR10和磁瓦表面缺陷数据集为基础进行验证。试验结果表明,所提的联合对抗训练深度学习模型能显著提升对单步对抗攻击与迭代对抗攻击的鲁棒性,并优于传统方法。     

塔式起重机在变幅运动过程中货物的摆动规律

塔式起重机变幅机构的加、减速运动引起货物摆动和整机结构的振动,从而影响吊装效率和整机结构的稳定性,为此,研究塔式起重机在变幅运动过程中货物的摆动规律。针对小起升高度或附着式塔式起重机,在不考虑塔身变形的情况下,将塔式起重机-小车-货物系统简化为悬臂梁-移动质量-球摆系统,基于Lagrange方程推导悬臂梁-移动质量-球摆系统的动力学方程,揭示了小车运动、货物摆动与起重臂振动的相互作用规律,利用Matlab软件计算分析在变幅运动过程中加、减速参数和起升钢丝绳长度对货物摆动的影响规律。仿真结果表明:小车运动加速度使货物摆动的平衡位置发生倾斜,倾斜的角度随着加速度幅值的增加而增大,加、减速运动时间影响着下一个运动阶段货物的摆动初始角度,货物摆动的频率随着钢丝绳长度的增大而减小。