A single wheel, gyroscopically stabilized robot

The authors have developed a unique, single-wheel robot that exploits gyroscopic forces for steering and stability. Experiments with two working models show promise for the concept for high-speed, rough-terrain and amphibious applications     

An approach for ergonomic design of mouse wheel

A new method for ergonomic design of a computer mouse is proposed in this paper.In the method,the movements of joints and tip of the forefinger during operating a mouse was captured by a high-speed video camera.The captured videos were analyzed and an algorithm was developed to decide the size and location of the mouse wheel according to ergonomic principles.The algorithm was then coded in a software package with Visual C++ and OpenGL languages.Results of the calculation and simulation agreed well with those of the experiments.The software can also be used for shape design of mouse body,buttons and their layouts.     

High-speed and energy-efficient collisionless walking of underactuated rimless wheel

This paper discusses a method for achieving high-speed collisionless walking of a point-footed walker. First, we introduce a model of an underactuated rimless wheel with an internal reaction wheel for analysis, and develop two controllers for the single-limb support and double-limb support phases so that they minimize the corresponding control period based on the principle of the minimum-time control. The former is determined under the unilateral constraint condition, whereas the latter is determined under the constraint condition of the zero-moment point for maintaining double-limb support, respectively. Second, we extend the results obtained for generation of the highest speed collisionless walking gait without including double-limb support phases by appropriately setting the initial angular velocity of the reaction wheel. The approximate analytical solution of the target initial angular velocity is derived using the linearized model, and that of the nonlinear model is numerically obtained using a bisection method. The validity of the proposed methods is investigated through numerical simulations.     

Game-based pursuit evasion for nonholonomic wheeled mobile robots subject to wheel slips

Pursuit-evasion (P-E) problem has been studied as a noncooperative zero-sum game in homicidal chauffer problem in 1960s and in the game of two identical cars most recently. The capture conditions in the two games, which govern the capture behavior, can be determined by solving Hamilton–Jacobi–Isaacs equations. However, the existing game theoretic solution does not consider wheel slip, and consequently, cannot answer the escape and capture conditions in the presence of wheel slip. In this paper, we investigate how to predict capture and escape conditions when the pursuer has wheel slip. We study a dynamic P-E game problem with a nonholonomic wheeled mobile robot (WMR) pursuer subject to wheel slip and propose an equivalent kinematic model to develop escape and capture conditions in the presence of wheel slip. To our knowledge, this is the first time the P-E game problems with WMR have been analyzed with wheel slip. The presented framework will allow future development of realistic P-E strategies that do not ignore wheel slip and thus will be able to model high-speed P-E on different terrains.     

铁路车轮导纳分析

为控制铁路车轮的振动和噪声辐射,采用模态叠加法分析车轮频率响应,利用ANSYS建立车轮结构有限元模型,根据0～10 000 Hz的模态计算0～5 000 Hz内的频率响应,用Block Lanzos法计算50～5 000 Hz内车轮的固有频率和振型,分析车轮的固有模态和导纳特性.研究结果表明：车轮在名义接触点处受到不同方向激励时所得的导纳特性与车轮相应的模态有关;对于车轮不同接触点处的激励,在1 000 Hz以下频段,轮缘轴向激励引起的径向导纳大于踏面径向激励引起的径向导纳,在其他频段,踏面径向激励引起的径向导纳都比轮缘激励引起的径向导纳大.铁路车轮导纳分析有助于探明车轮噪声产生的机理,是轮轨噪声分析的基础.     

车轮滑行轮轨热接触耦合有限元分析

为研究轮轨接触温升和热应力规律,用有限元法分别建立锥型踏面车轮和磨耗型踏面车轮在60kg／m钢轨上滑行的三维热接触耦合模型．考虑温度场与结构场相互影响、相关材料参数随温度变化以及轮轨接触问题,对在一定速度下抱死滑行时轮轨温度场和应力场的热一结构直接耦合进行分析．结果表明磨耗型踏面车轮的接触斑面积大于锥型踏面车轮的接触斑面积,且前者接触斑趋近于圆形,后者接触斑为细长椭圆形;材料参数随温度的变化对轮轨温度场和应力场影响很大,不可忽略;温度场对应力场的影响很大,温度升高的趋势与应力升高的趋势相同;磨耗型踏面对轮轨的热损伤比锥型踏面小很多．     

高速脉冲信号源的设计与实现

高速脉冲信号源是数据采集系统的重要组成部分,常用于系统的自检与测试中.根据实际要求,提出了高速运放调理和高速电子开关两种方案.分别对高速运放、信号幅值调理、驱动电路和高速电子开关的选择进行了研究,给出了具体的硬件电路设计.并结合相关理论,分析了信号在传输过程中出现的反射现象,提出了符合要求的解决方案.此高速脉冲信号源已成功应用于某采集设备的自检和测试中,效果良好.     

高速信号采集存储及传输系统的设计与实现

为解决高速数据采集系统中的数据缓存和传输速度瓶颈,设计并实现了一种基于光纤通道协议和DDR2 SODIMM存储的高速数据传输、存储系统。利用Stratix Ⅳ GX系列FPGA和QuartusⅡ中自带的DDR2 IP核以及高速收发器IP核,实现了PCI9056的本地接口、DDR2控制器、光纤通道协议和高速串行数据的转换发送,最终实现了数据的高速存储和传输。     

基于IXP2400网络处理器的IPSec VPN网关设计

VPN网关系统在网络安全中有着非常重要的应用.为了解决采用X86 CPU或ASIC平台设计VPN网关所存在的速度或灵活性上的不足,提出了一种采用网络处理器 IXP2400的高速IPSec VPN网关设计与实现方案.仿真实验表明,系统达到了千兆级VPN网关要求,为研发高速VPN网关系统提供了一条新途径.     

基于STeC的高速列车运行模型与算法

为了使高速列车正点运行到达目的车站,提出了基于STeC(时空一致性)语言的高速列车运行模型与算法。该模型具有位置触发自动调整高速列车运行的特点,实现动态确定高速列车制动点并保证列车正点到达目的车站,从而满足了高速列车运行实时系统对时间和空间的一致性要求。通过Matlab/Simulink的仿真测试,证明了该模型的正确性和有效性。     

Speed tracking control using an ANFIS model for high-speed electric multiple unit

The high-speed electric multiple unit (EMU) is a complex, uncertain and nonlinear dynamic system. The traditional approach to operating the high-speed EMU is based upon manual operation. To improve the performance of high-speed EMU, this paper develops a control dynamic model to capture the motion of the high-speed EMU and then uses it to design a desirable speed tracking controller for EMU. We exploit a data-driven adaptive neurofuzzy inference system (ANFIS) to model the running process. Based on the ANFIS model, we propose a generalized predictive control algorithm to ensure the high-precision speed tracking of the high-speed EMU. The simulation results on the actual CRH380AL (China railway high-speed EMU type-380AL) operation data show that the proposed approach could ensure the safe, punctual, comfortable and efficient operation of high-speed EMU.     

高速列车牵引传动系统故障测试与验证仿真平台研究

牵引传动系统作为高速列车能量传递与转换的核心部分, 是保障高铁安全稳定运行的关键系统之一. 故障测试与验证平台是确保实时故障诊断技术在高速列车上有效应用的重要手段和途径. 围绕高速列车牵引传动系统故障测试与验证平台中面临的挑战性问题和关键技术, 本文从故障注入、仿真可信度评估、算法性能评估和仿真平台实现等方法和技术方面进行分析, 并针对上述难题概述了一些解决方案, 提出并构建了一种集高速列车实时仿真、故障运行行为逼真模拟以及随机故障测试和故障诊断算法评估于一体的牵引传动系统故障测试与验证实时仿真平台. 最后, 总结展望了高速列车安全监测验证平台未来研究方向.     

DMA传输方式下高速数据采集的DLL实现

数据采集设备与PC主机之间的高速数据传输有FIFO(先进后出)和DMA两种主要方式。为在Windows环境下实现基于DMA传输方式的高速数据采集，研究了一种DLL方法。首先介绍了DMA传输方式下高速数据采集的基本原理，接着在Windriver底层驱动平台上构造了一个高速数据采集DLL，包括用于数据采集控制和DMA控制器操作的多个函数模块，最后给出用户应用程序调用该DLL进行高速数据采集的详细方法。     

城际高速铁路舒适性综合评价模型

针对城际高速铁路列车运行环境的复杂性,提出城际高速铁路舒适性综合评价模型。采用基于粗糙集和模糊分析相融合的方法,对高速列车舒适性指标进行约简和提取,建立评价指标体系及评价矩阵,并对京津城际高速铁路段舒适性进行综合评价。结果表明,该模型在城际高速铁路舒适性综合评价方面具有实用性和优越性。     

基于虚拟现实的高铁在坡道地段的运动仿真

在坡道地段的运动仿真是高铁在整个运动仿真中的重要部分.为了研究高铁在坡道地段的运动仿真,本文提出了基于虚拟现实的高铁运动仿真模型.首先构建高铁模型和地形;然后将高铁抽象成绳体模型,从动力学角度分析高铁在坡道地段上的受力情况和运动状态;最后在虚拟现实引擎Unreal Engine中进行相关蓝图节点的连接,利用其提供的完整套件、实时高逼真的渲染效果,将其应用在高铁的仿真中.对研究高铁线路选取设计、模拟运行以及列车速度等参数和地形的适应关系等提供了很好的手段和方法,使模拟效果与列车实际运行状态最大程度匹配,同时也给相关的其他研究提供了参考.     

高速动车组强耦合模型的分布式滑模控制策略

高速动车组是由多节车辆与钩缓装置链接而成的复杂系统. 将钩缓装置等效成弹簧 ? 阻尼器系统, 分析动车组运行过程中钩缓装置对相邻车辆作用的动力学机理, 明确作用方式, 建立高速动车组的强耦合模型. 根据列车模型动力或制动力输入的分散特征, 设计分布式神经网络滑模控制策略, 对高速动车组进行速度跟踪控制. 为减小速度跟踪过程中未知因素对高速动车组控制精度的影响, 利用列车历史运行数据, 采用历史工况数据中心对当前控制律输出进行补偿以提高控制精度与实用稳定性. 采用高速动车组运行仿真平台的仿真实验结果表明, 该建模方法较以往多质点模型更能体现高速动车组运行特性, 且采用补偿规则的控制策略优于传统控制效果.     

信令寻径式高速光纤传输交换机研究与设计

针对未来航电系统需求,研究一种新型的以“信令寻径式交换技术”为核心的高速光纤传输交换网络。该文设计了信令寻径式交换网络通信协议,并在此基础上详细论述了高速光纤传输交换机设计方案。目前,16端口的信令寻径式高速光纤传输交换机已初步调试成功,性能稳定,运行状况良好,可应用于航电和中尺度天气预报等高速网络通信系统中。     

基于FPGA的高速收发器研究与设计

在数字系统设计领域,对带宽的需求在不断增长,数据的并行传输已经成为高速数据传输的瓶颈,新一代高速串行总线技术如PCI Express、USB3.0、SATA等技术日臻成熟,而高速收发器是实现串行高速数据传输系统的重要组成部分.解析高速收发器的基本结构、工作原理,分析了总体设计、各模块的详细设计以及在FPGA中的集成,并进行了仿真和验证,研究表明采用高速收发器可以实现FPGA串并转换数据的功能.     

基于红外通信技术与适配器的高速数据采集系统设计

针对高速数据传输稳定性较低、多源数据传输过程非线性干扰较大的问题,设计了基于红外通信技术与适配器的高速数据采集系统。使用系统高速数据采集层的多个高速适配器,完成各待采对象的高速信号数据采集,将其通过通信层的通信接口上传到红外通信模块,利用该模块将所得信号数据复原成真实数据后并传送到服务层,该层的多源数据融合模块运用主成分分析方法,融合接收到的全部数据,同时采用展示层的液晶显示模块,呈现完整的高速数据采集结果。实验结果表明：该系统在不同信号数据长度下,均能以较高采样速率完成不同类型数据的精确采集;该系统能保证各通信信道在不同通信距离下的高速数据传输稳定性,且所得高速数据融合结果能清晰、完整地呈现全部高速数据采集结果。     

高铁传感器系统数据安全传输协议

随着高速铁路的快速发展,以云计算和实时在线分析为基础的高铁数据安全传输研究成为一个热门课题.针对高铁数据传输过程中存在的数据安全认证问题,设计了一种基于国密SM2签名算法的高铁传感器系统数据安全传输协议.以SM2签名算法为核心,基于安全协议将传感器网络收集的行车状态数据传输到云服务平台,实现了高铁行车记录仪和云服务平台之间的安全交互,提高了数据传输的可靠性和完整性.最后对安全传输协议进行实验与仿真,实验结果表明协议在高铁数据传输过程中具有较高的效率和安全性.