机械产品概念设计模型及其计算机辅助设计是目前研究的重点和热点问题.通过讨论提出了基于功能-原理-行为-结构(FPBS)模型的机械产品概念设计过程,研究了FPBS模型元素的语义关系,为模型的应用打下基础.对FPBS模型的知识系统运算需求进行了分析,表明本体能够有效地应用于FPBS模型的知识系统运算.据此提出了基于本体的FPBS模型,并进一步构建了FPBS本体模型系统.实例表明,该模型可以有效地应用于机械产品的计算机辅助概念设计.

对于新研装备,技术风险的度量和管理十分重要.为了合理度量舰船装备研制中所隐藏的技术风险,分析了舰船装备设计方案及其特点,在此基础上,运用技术成熟度评价方法,构建了舰船研制方案技术风险评估的指标体系.该指标体系借鉴技术成熟度评价的思想,结合舰船武器装备设计方案的特点,使设计方案技术风险评估具有实用性和可操作性,有效地解决了设计方案所隐含的技术风险量化问题.该指标体系对其它装备的技术风险评估也具有一定的借鉴作用.

提出了信息熵改进的粒子群优化算法用于解决有应力约束、位移约束的桁架结构杆件截面尺寸优化设计问题.首先介绍了信息熵基本理论和基本粒子群优化算法理论,然后对粒子群优化算法作了合理的参数设置,并将信息熵引入粒子群优化算法的适应函数和停机判别准则中.最后对2个经典的优化问题进行求解并与其他算法进行了比较.数据结果表明信息熵改进后的粒子群优化算法在桁架结构优化设计中优于其他同类算法.

为探究IHI摆式飞剪剪切机构特性及优化方法,分析了IHI摆式飞剪剪切机构的结构组成和工作原理, 通过数值方法推导了剪切机构几何位置的解析法公式,计算出剪切机构初始位置.基于ADAMS动力学分析软件,建立飞剪剪切机构的机构杆件模型.仿真分析再现了飞剪的运动过程,得到剪切机构上、下剪刃的运动轨迹，速度变化曲线，剪刃开口度变化曲线和剪切过程中详细数据值.针对分析结果,利用ADAMS进行结构优化设计.优化结果改进了飞剪剪切过程中的速度超前和滞后问题,有利于剪切过程以及轧制工艺.基于ADAMS的分析方法与优化结果对IHI飞剪剪切机构的结构设计与改造具有实际运用价值.

针对现有垃圾中转站无法与压缩车配套使用的问题,提出了新型生活垃圾中转站装载装置方案.运用遗传算法对生活垃圾六杆举卸装置进行运动优化设计,建立了目标函数和约束条件,实现了垃圾翻斗举卸轨迹的优化,利用ADAMS进行了动力优化,确定了相关构件的结构参数.在优化设计的基础上制作了主体机构样机模型,试验表明该装置达到了预期设计要求.

针对目前城市生活垃圾压缩设备普遍存在压缩效果不够理想的问题,提出一种新型压头和箱体结构，给出一种压缩效果和密闭性较好的城市生活垃圾压缩方式．通过优化传统垃圾压缩设备压头的结构,设计一种推铲形新型压头装置,提高垃圾压缩设备的压缩倍数,改善垃圾的压缩效果．对现有压缩设备箱体的结构和污水排放口进行了改进,设计一种与推铲形压头相匹配的垃圾压缩设备新型箱体．采用有限元分析方法,对设计的推铲形压头装置和箱体进行了分析．分析结果表明,同目前垃圾压缩设备使用的平压头和楔形压头相比较,设计的推铲形压头具有更好的压缩效果,为城市生活垃圾压缩设备压缩装置的设计和制造提供了理论基础．

为使机器人具有良好的结构性能和工作性能,其结构系统必须具有良好的动力学特性.针对动力学特性问题,以ADAMS仿真软件为平台建立了简化的二自由度冗余驱动并联机器人模型,求出了运动学逆解,采用冗余驱动力控制电机的方法,完成了动力学仿真.结果表明该方法能减小驱动力变化范围和降低驱动力峰值,优化电机驱动力,提高并联机器人的驱动性能.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对相关冗余驱动并联机器人的动力学研究具有普遍的应用意义,同时为并联机器人的调试与控制提供了理论依据.

介绍了德国BWG公司带有动态轨距优化技术的道岔,针对武广客运专线轨距加宽式转辙器(FAKOP),首先建立车辆/道岔转辙器动力学仿真模型,运用动力学参数设计方法对道岔在轨距加宽不同的情况下,实现列车过岔平稳性影响的仿真分析.提出了一种动态轨距优化设计的最优方案,并对此方案下车辆逆向过岔时的动力性能进行仿真分析.仿真结果表明,FAKOP技术能够减少尖轨受力,提高列车在运行中的舒适度.

为平衡算法收敛速度和全局搜索能力,克服差分进化算法易“早熟”的缺陷,在分析引起种群多样性下降及个体进化停滞原因的基础上,通过引入高斯变异操作,提出了基于高斯变异改进的差分进化算法(modified differential evolution base on Gauss mutation, GMDE). 数值仿真及2个工程优化问题的求解结果表明本文算法能有效避免“早熟”收敛,且在算法收敛速度和全局搜索能力上取得了较好的平衡.

针对平直道路上碰撞交通事故的多发性和复杂性,借鉴人工势场理论思想,提出了一种基于危险斥力场的自动驾驶汽车主动避撞局部路径规划算法.该算法建立了算盘式道路和危险斥力场模型,根据算珠受到来自道路边界斥力、障碍物边界斥力和线性拉伸弹簧拉力共同作用达到的受力平衡状态,得到一个非线性方程组,用牛顿迭代法求解出一条能安全避开障碍物且符合汽车动力学性能要求的避障路径.仿真结果表明,该算法有效可行,且具有运算量小、实时性好、安全可靠的特点.

为实现快速、平稳的加样臂位置控制,将模糊控制与传统PID控制相结合,设计出基于模糊自适应PID的位置控制器.通过模糊控制在线调整位置环PID控制器的3个参数,使控制器具有较强的自适应能力和抗负载扰动能力,同时还具有传统PID控制器精度高的优点.仿真结果表明,基于模糊自适应PID的位置控制器比传统PID位置控制器响应速度快,调节时间短并具有抗干扰能力.进行了加样臂的运动控制实验,以传统PID控制作为对比,通过改变加样臂的运动环境验证了模糊自适应PID控制可以实现加样臂的准确位置控制并具有一定的自适应能力,可以为类似控制器的设计提供参考.

在直流电机复合定位控制系统(CPCS)设计过程中,发现电机速度等动态响应曲线发生振荡,表现出一定程度的不稳定性.为探究这一振荡与控制系统内在结构之间的关联性,使用MATLAB对PID及CPCS系统动态响应、根轨迹及频率特性等进行分析、比较.结果显示：高阶控制系统的传递函数总可以通过降阶等方式简化为具有1个实数零点、1个实数极点和2对复共轭极点的基本形式.其中离原点位置较近处的一对复共轭极点的移除是造成CPCS系统稳定性下降,产生振荡的根本原因.该振荡可通过增大另一对复共轭极点实部或减小虚部的方法予以降低或消除.这一结论对提高控制系统的定位精度和稳定性具有重要的参考意义.

针对目前基于计算机的偏振OCT具有系统数据处理速度慢、不能实时显示等问题,设计了基于FPGA的偏振OCT双路信号处理系统.FPGA设计包含同步时序控制、正交解调和CORDIC运算三个模块.同步时序控制模块为系统的各器件提供同步控制信号,实现数据的实时处理和同步显示.正交解调和CORDIC运算模块对预处理后的干涉信号进行振幅解调和相位解调,获取反射率和双折射率数据,经USB接口送入计算机进行实时显示.对玻片、云母片和生物组织进行偏振OCT系统成像,对成像结果的分析验证了系统具有实时探测生物组织反射率和双折射率的能力.

为了获得高增益小尺寸天线,通过在基片集成波导上引入二阶Hilbert分形缝隙,提出了一种新型复合左右手传输线.在等效电路模型的基础上,利用HFSS和Serenade软件对该传输线的电路参数进行了提取；利用MATLAB语言给出了该传输线的色散曲线；最后,由该传输线设计了终端短路的缝隙天线.实验结果表明：该天线馈电网络简单,工作在复合左右手传输线的-1阶模式上,比之前报道的复合左右手谐振天线具有更小的电尺寸和更高的增益.由于这些性能,使得该天线可以用于无线通信系统中.

目前对于形状和尺寸均确定的刚体的自动上料已有成熟技术,但对于柔性物体的自动上料尚没有完善的解决方案,针对具有高度柔性的海带条设计了海带条自动上料机.该机采用PLC控制、步进电机驱动,包括绕水平轴间歇回转180°的转台和在转台上对称布置的2对用于夹持海带条的专用夹具.通过对海带条相对尼龙的摩擦系数、海带条在自重作用下弯曲与伸出长度关系的规律、海带条强度等实验得到了海带条的基本物理力学性能,设计并制造出对厚度范围在0.5～1.5 mm的海带条有足够夹持力且同时可以顺利被拉出的专用夹具,完成海带条自动上料机的机械系统及控制系统的设计.通过对该机的试运行,证明研制的海带条自动上料机满足了海带打结机自动上料的要求.

为实现分散式门禁控制器的集中管理,研制了一种基于W5100的网络化门禁管理系统．门禁控制器核心采用低功耗MSP430F149,与上位机的实时通信利用嵌入式以太网硬件协议栈W5100芯片实现．门禁管理软件采用VC++.NET设计开发,远程数据传输通过非对称式的客户端/服务器通信模式和面向连接的流式套接字来实现．该系统传输数据可靠,抗干扰性强,且支持电池供电,解决了市电故障带来的门禁锁死问题．