基于信息物理融合的骨折复位机器人系统构建

针对骨折治疗中传统复位方法（手法复位、牵引复位、手术复位）存在的二次损伤、肌能失调、患肢僵硬、破坏血运及术后矫正动态性能差等问题,提出了一种人-机-物融合的信息物理系统（CPHS）用于指导机器人的复位动作。首先,从CPHS的数字孪生、信息感知、系统集成、手术流程、模拟复位等方面论证了并联机器人信息物理系统的构成,将机器人的高定位精度及可重复性与微创方法有效结合,从而指导医生完成仿真规划及术中监控等一系列操作;其次,根据临床骨折复位过程,在机器人操作下对5组不同骨折姿态的模拟骨折病例进行了复位实验;最后,计算出每组实验复位后的移位残余及角度误差,并与传统复位方法的相应数据进行对比。实验结果表明,CPHS骨折复位机器人相较于传统复位方法,在骨折复位过程和患者术后康复上均有着明显的优势。     

改进AFSA算法优化TWSVM的火焰识别方法

为了快速有效地识别火灾火焰图像,提出了一种基于改进人工鱼群算法（IAFSA）的孪生支持向量机（TWSVM）的火焰识别方法。该方法根据RGB-YCbCr混合颜色空间模型中火焰像素的分布特点对火焰图像进行分割,并在此基础上提取火焰图像的相关特征;采用人工鱼群算法（AFSA）搜索TWSVM最优惩罚参数与核参数,并在AFSA算法中利用基于聚类的鱼群初始化方法来获得均匀的初始鱼群,同时采取自适应参数来调整人工鱼群的视觉范围和移动步长,另外在原有的三种行为的基础上提出了两种新的行为：跳跃行为和淘汰重生行为,提高了鱼群算法的寻优效率和求解精度;将提取的火焰各个特征量作为训练样本输入TWSVM模型进行训练;将待测试样本输入TWSVM模型进行分类识别。实验结果表明：相对于深度卷积神经网络VGGNet模型、Fast R-CNN算法、YOLO算法、传统支持向量机（SVM）、Grid-TWSVM、GA-TWSVM、PSO-TWSVM、FOA-TWSVM、GSO-TWSVM、AFSA-TWSVM,所提出的基于改进人工鱼群算法的孪生支持向量机的方法有效地提高了火焰识别准确率和实时性,解决了TWSVM在火焰识别时参数选择困难、常用参数寻优算法寻优时间长等问题。     

基于数字孪生的Buck电路故障诊断方法

针对Buck电路故障诊断方法存在计算量大和准确率低等问题,提出了一种基于数字孪生的Buck电路故障诊断方法。首先,通过Matlab/Simulink软件平台建立Buck电路的数字孪生模型,并根据Buck电路元器件标称值设置数字孪生模型初始参数;然后,将采集的Buck电路输出电压信号及运行状态映射到数字孪生模型中,根据数字孪生模型与Buck电路的输出电压建立目标函数,并利用Levenberg-Marquart算法迭代优化目标函数,实现数字孪生模型的更新,最终实现Buck电路元器件参数估计;最后,比较数字孪生模型得到的参数估计值与Buck电路元器件标称值,若二者之差超过标称值20%,表明元器件失效,从而实现Buck电路故障诊断。实验结果表明,该方法对Buck电路元器件参数具有较高的估计精度与诊断可靠性。     

增量式约简最小二乘孪生支持向量回归机

为了解决增量式最小二乘孪生支持向量回归机存在构成的核矩阵无法很好地逼近原核矩阵的问题,提出了一种增量式约简最小二乘孪生支持向量回归机(IRLSTSVR)算法。该算法首先利用约简方法,判定核矩阵列向量之间的相关性,筛选出用于构成核矩阵列向量的样本作为支持向量以降低核矩阵中列向量的相关性,使得构成的核矩阵能够更好地逼近原核矩阵,保证解的稀疏性。然后通过分块矩阵求逆引理高效增量更新逆矩阵,进一步缩短了算法的训练时间。最后在基准测试数据集上验证算法的可行性和有效性。实验结果表明,与现有的代表性算法相比,IRLSTSVR算法能够获得稀疏解和更接近离线算法的泛化性能。     

Stress and Deformation Analysis of Cylinder-Crown IntegratedHydraulic Press with Large Capacity

Cylinder-crown integrated hydraulic press (CCIHP) is a new press structure. The hemispherical hydraulic cylinder also functions as a main portion of crown, which has lower weight and higher section modulus compared with the conventional hydraulic cylinder and press crown. In order to design cylinder-crown integrated hydraulic press with large capacity, the theoretical design of hemispherical hydraulic cylinder was first proposed, and the structural parameters of 150 MN CCIHP were listed. Then the simulation was carried out to analyze the stress and deformation of CCIHP, and weight comparison was conducted between CCIHP and conventional press. It is shown that the weight reduction for hydraulic cylinder and press crown is about 20% compared with that for conventional press, and the stress and deformation are both within the range of constraints including strength and stiffness conditions. It is possible to manufacture cylinder-crown integrated hydraulic press with large capacity.     

不同温度下AZ31镁合金绝热剪切变形局域化

为了了解镁合金在不同温度高应变率载荷作用下发生变形局域化的特点,进而揭示镁合金在高速冲击载荷作用下发生绝热剪切的特殊规律,采用分离式Hopkinson压杆对挤压态AZ31镁合金进行了常温及高温的高速冲击压缩试验,而后对不同温度冲击后的试样通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜进行变形机制的分析.结果表明:常温下试样在受到剪切力后,在剪切区的裂纹周围产生了大量的孪晶;高温下试样的剪切区内产生了明显的绝热剪切带,并且在剪切带周围发现了大量平行的孪晶.在TEM下观察到剪切带内为等轴晶晶粒,在剪切区内发生了动态再结晶过程.     

平行双孔隧道开挖变形三维数值分析

基于Gibson土建立平行双孔隧道的三维实体结构计算模型,考虑衬砌与周围土体的共同作用,并在盾构开挖面处施加表面力以模拟切削刀盘的推进力效应,分析平行双孔隧道同步开挖及不同滞后距离异步开挖时隧道相互作用所引起的周边土体变形及收敛形式。研究表明,平行双孔隧道异步开挖时,滞后距离对超前开挖隧道周围的竖直沉降影响微小,而对后挖隧道断面竖直沉降以及左右隧道水平位移的影响较大;随两隧道间距的增加,开挖时相互的影响会随之减小。     

三峡库区某工业水厂生产废水处理工程设计

重庆市某工业用水净水厂以长江水为水源,供水量为10.0万m3/d,排泥水直接排入取水口下游水体。为保护三峡库区长江上游段的水环境,采用调节池+重力浓缩池+板框压滤脱水的组合工序对生产废水进行处理,按75%排泥水处理保证率进行工程设计,原水设计浊度为330 NTU。工程实施后,全年减少排入长江的绝干污泥量为1.000 28万t,减少源水量200万m3,具有重大环境和经济效益。     

智慧城市综合能源系统数字孪生技术及应用

传统城市向智慧城市的转型发展对能源系统提出了新的要求,建设数字化、互动化的综合能源系统是重要的应对思路之一。在先进信息技术的驱动下,综合能源系统的数字化与信息化水平不断提升,但如何充分发挥其技术价值仍需要探索。该文围绕综合能源系统的数字孪生技术,对其在智慧城市发展中的需求、价值与意义进行了分析,对其基本技术框架和技术挑战进行了探讨,对相关的关键技术问题进行了阐述,并围绕综合能源系统数字孪生在系统规划、运行、控制以及与城市多领域协同交互等方面的应用进行了展望,希望能够为综合能源系统数字孪生技术的未来发展与应用提供一些思考和借鉴。     

速度-位置偏差耦合复合控制机电一体化仿真

四轴升降活动板系统运行时需要同步抬升并倾斜,受负载扰动后易产生姿态误差,为了避免姿态误差累积过多导致机械设备损坏,应当使用合适的位置同步控制策略。传统的位置偏差耦合控制受扰后产生的姿态误差较大,反应不够迅速。因此提出模糊增益调节的速度-位置偏差耦合复合控制方法,并在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型进行负载扰动实验。实验结果表明该方法系统在起动和受负载扰动时产生的姿态误差小,消除速度快,比传统的位置偏差耦合控制同步性能更好。为了提前验证控制方法在设备上的效果,还建立了基于PLCSIM Advanced与MCD（Mechatronics Concept Design）的机电一体化仿真平台,测试结果表明:系统整体功能完善,活动板倾斜角速度稳定,姿态误差仅0.142°。