针对变排量非对称轴向柱塞泵因斜盘振荡严重而引起流量脉动较大的问题，提出将变量阻力矩视作干扰信号，采用抗扰控制算法来提高其变排量控制性能。通过SimulationX和Simulink平台联合仿真，对比在不同频率的变量阻力矩作用时常规PID（proportion integration differentiation，比例积分微分）控制、指数收敛干扰观测器控制、非线性PID控制、自抗扰控制和滑模控制下变排量非对称轴向柱塞泵斜盘角度的响应特性，以得到最合适的抗扰控制算法。在此基础上，提出一种基于粒子群优化（particle swarm optimization， PSO）的控制参数并行整定方法。仿真结果表明，在10，20和100 Hz干扰信号的作用下，滑模控制下变排量非对称轴向柱塞泵斜盘角度的波动量为常规PID控制下的1.7%，2.2%和23.0%，说明滑模控制算法能大幅减小斜盘振荡和流量脉动。基于PSO的控制参数并行整定方法有效地减小了滑模控制的跟踪误差，整定后的最大超调量减小了87.5%；且该并行整定方法可脱离专业仿真软件，与SimulationX平台仿真相比，其仿真效率提高了10倍以上。研究结果对常规液压控制系统的仿真优化有一定参考价值。

零件的质量评定是柔性智能制造中十分重要的环节。现有的自动化识别装置一般采用非人工接触的光学检测系统，但由于工况环境复杂，诸多干扰因素均会影响零件质量检测与评定的准确性。另外，工业现场的连续作业对工控机硬件的运行速度、光学检测系统的环境适应性以及质量评定算法的预测准确性都提出了更高的要求。基于此，提出一种基于机器视觉与机器学习的零件综合质量评定方法。首先，借助机器视觉技术完成被测零件图像的实时采集与处理，并利用灰度匹配算法与几何匹配算法对零件的图像与CAD（computer aided design，计算机辅助设计）机械加工图进行比较，求解得到灰度匹配分数与几何匹配分数这2个几何特征参数。然后，针对零件表面的缺陷（如划伤、磨损、边缘缺料及锈蚀等），在图像预处理（灰度化、图像增强、高斯降噪和二值化）的基础上，求解得到图像灰度的均值和标准差这2个表面缺陷特征参数。最后，借助主成分分析（principal component analysis, PCA）对零件的四维特征数据集进行降维处理，并利用K最近邻（K-nearest neighbor, KNN）算法对降维后的数据集进行训练和预测，完成零件综合质量评定；在此基础上，比较KNN算法与其他机器学习算法的准确率、召回率和特异度等指标，以验证其可行性。实验结果表明，所搭建的光学检测与处理系统在不同光源条件下的识别准确率达到96.15%以上；当相机的快门时间设定为100 μs时，该系统的图像处理速度达到45.2 帧/s。所提出的零件综合质量评定方法具有较高的准确率与处理速度，适用于复杂工况下零件的综合质量评定。

空间复合力测量是空间感知技术的重要发展方向之一。六维力传感器作为主要的空间复合力测量装置，被广泛应用于火箭发动机推力测试、航天器对接等领域。目前，轻量化已成为六维力传感器的主要研究方向之一，但由于其设计指标多且各项指标间存在相互制约，故采用理论推导、数值仿真及实验验证相结合的方法进行研究。首先，利用螺旋理论建立Stewart式六维力传感器在理想条件下的力映射模型，通过求解综合性能目标函数来确定其各向同性度理论最优时的结构参数。然后，利用ABAQUS有限元分析软件构建Stewart式六维力传感器仿真模型，并对其初始样机的质量、刚度、强度和灵敏度进行了详细分析；在此基础上，分析了上、下加载盘主要结构参数对传感器质量、刚度和强度的影响，进而对加载盘结构参数进行了优化并设计了一种具有正四面体特征的半球形减重结构，实现了传感器的轻量化设计。最后，对优化后Stewart式六维力传感器的性能进行了仿真分析和实验验证。结果表明，基于多目标参数优化结合数值仿真、实验验证可有效提高设计效率和降低设计成本；所设计的减重结构可有效改善Stewart式六维力传感器的质量分布和提高其质量利用率，优化后传感器的质量减小了17.65%且综合性能优异。研究结果可为六维力传感器的轻量化设计和综合性能优化提供参考。

火电厂灰库内壁粉尘粘壁、板结、搭桥等现象严重影响火电机组的安全运营，因此须对灰库内壁积灰进行定期全域清理。针对现有灰库清理机器人作业区间有限及因机械臂伸缩比不足、刚度不大导致的清理效果不佳等问题，通过设计引入往复绳排驱动机构和多级嵌套箱型臂体，设计了大刚度、伸缩比为1∶7的机械臂整体结构，研制出一款面向灰库内壁全方位清理的高效作业机器人。基于机械臂级联臂体本征结构和内外耦合作用力系深度分析，结合Castigliano第二定理和线弹性原理，建立了在复杂交变载荷作用下变长度机械臂整体刚度模型。综合考虑在极端工况下机械臂应力分布特征，通过周期性拓扑优化低应力区各离散子域孔洞形状，提出了在严苛质量约束下机械臂全域刚度优化方法。机械臂性能仿真和测试实验表明：优化后机械臂质量大幅减小，且具备理想的伸缩区间和刚度特性；机械臂末端偏移量的测试值与仿真值存在一定偏差，系机械臂加工和装配误差所致。研究结果为灰库清理机器人的结构设计和刚度优化提供了重要参考。

针对在风力机翼型气动特性敏感性分析中计算效率较低的问题，提出了一种基于数论网格（number theoretic net，NT-net）法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析方法。首先，构建了拟合精度较高的翼型参数化模型；其次，阐述了NT-net法的计算原理，采用NT-net法对翼型参数化模型的多项式系数进行抽样；然后，以风力机翼型S832为研究对象，采用Morris法进行翼型气动特性的全局敏感性分析；最后，进一步分析在特定工况下风力机翼型参数化模型的多项式系数对翼型外形及气动特性的影响。结果表明：影响翼型气动特性的主要因素依次为翼型的最大相对厚度和最大相对弯度、前缘半径和后缘厚度；当来流攻角较小时，最大相对厚度和最大相对弯度取适当的较小值、前缘半径取适当的较大值可有效增强该工况下风力机翼型的气动特性，同时也验证了NT-net法的计算效率更高。研究结果为风力机翼型气动设计提供了理论参考。

PDC（polycrystalline diamond compact， 聚晶金刚石复合片）钻头在强研磨性地层中破岩时，其钻齿在刮切破碎岩石的同时与岩屑、岩石剧烈摩擦，产生的局部高温加快了钻齿的磨损失效，这会极大地缩短整个钻头的使用寿命。因此，探究温度对PDC钻头磨损的影响并改进其水力结构对提升单个钻头的进尺深度和降低钻井经济成本有显著意义。为此，通过钻齿切削实验来验证其温度与磨损之间的关系，并在考虑井底钻井液流动状态及其与钻齿之间对流换热的基础上，建立了PDC钻头井底热?流?固三场耦合模型，分析了井底钻井液与PDC钻头之间的相互作用，同时针对原有的PDC钻头水力结构提出了优化措施。结果表明：1）在钻齿切削过程中温升现象十分明显，说明温度是影响PDC钻头磨损的重要因素；2）PDC钻头井底流场呈热?流?固耦合状态，且钻井液流动状态对其钻齿换热的影响大，这为钻头水力结构的优化提供了方向；3）通过调整喷嘴的流量及角度等水力结构，降低了钻齿的平均温度，可有效改善PDC钻头的磨损情况。研究结果对强研磨性地层中钻头的优化设计有重要指导意义。

液体静压推力轴承的动态特性直接决定了其运行状态的稳定性，而油腔结构和节流方式是影响其动态特性的重要因素。为此，基于小扰动法将环形油腔液体静压推力轴承的Reynolds方程分解成动态方程和静态方程，分别求解得到小孔和毛细管节流方式下其油膜刚度和阻尼系数的解析表达式。同时，通过开展油膜刚度测量实验来验证理论计算结果的正确性，两者之间的相对误差小于15%。理论计算结果显示：对于液体静压推力轴承，环形油腔优于圆形油腔，小孔节流优于毛细管节流。通过分析油腔面积和油腔位置对小孔节流环形油腔液体静压推力轴承油膜刚度和阻尼系数的影响规律发现，当内、外径等基本结构参数确定时，调整油腔的面积和位置可以有效优化该轴承的动态特性系数。研究结果有助于以动态特性为目标的液体静压推力轴承的结构优化设计。

在页岩气开采过程中，压缩机主机气缸内的页岩气在短时间内被急剧压缩，页岩气压力高且波动大，机组转速快，致使主机承受着多种复杂、周期性激励载荷的作用，主机及其零部件产生复杂振动，严重影响压缩机的工作可靠性。因此，以大型往复压缩机主机为研究对象，采用瞬态响应分析与实验测试相结合的方法，开展压缩机主机振动研究。主机振动仿真和测试实验结果表明：主机振动变形最大的部位为四缸端部，为0.09 mm；主机最大应力出现在一级进气缓冲罐与四缸连接部，为29.66 MPa；主机二级进气缓冲罐自由端往复方向的振动烈度最大，为14.75 mm/s，振动烈度满足要求，主机振动处于安全状态；仿真与测试所得振动烈度的最大误差为12.7%，在工程允许误差范围内，验证了仿真方法的合理性和正确性。研究成果为进一步降低压缩机主机振动和优化主机结构提供了参考。

为验证肢腿履带足机构肢腿系统的结构强度，以单肢腿系统为研究对象，基于拉格朗日法建立其抬起工况的动力学模型，推导了其上、下肢腿关节驱动力矩的表达式并予以验证。同时，通过对肢腿履带足机构单腿抬起工况进行动力学仿真，揭示了其支撑腿、抬起腿各铰接点所受力的时域变化规律，并对受力最大的抬起腿的强度进行了有限元模拟与实验验证。结果表明：在肢腿履带足机构单腿抬起工况下，其抬起腿上肢腿的最大应力为165.9 MPa，安全系数为3.04，下肢腿的最大应力为122.9 MPa，安全系数为2.81，均满足单腿抬起过程中的强度要求；抬起腿各铰接点处最大应力的模拟值与测试值的相对误差均在18%以内。研究结果验证了肢腿履带足机构抬腿工况动力学分析方法的正确性以及其结构的安全性和合理性，可为其他肢腿型机构的设计及应用提供参考。

针对磁流变离合器在滑差工作时因内部热量聚集而造成传递力矩下降甚至磁流变液失效的问题，采用仿真与实验相结合的方法对一种励磁线圈与永磁体相叠加的多极式磁流变离合器的温度分布特性进行研究。首先，分析了多极式磁流变离合器的热量来源，并建立了其温度场数学模型。然后，利用有限元模拟方法对多极式磁流变离合器在自然散热与强制风冷散热条件下的温度场进行了仿真分析。最后，通过搭建多极式磁流变离合器实验平台开展了温度特性测试实验。结果表明：多极式磁流变离合器在自然散热条件下连续滑差运行时，允许的最大滑差功率为160~170 W；在强制风冷散热条件下连续滑差运行时，允许的最大滑差功率为730~830 W；若瞬时滑差功率为3 000 W，则在磁流变液不失效的情况下允许的滑差时间为280 s。无论是瞬态还是稳态工况，多极式磁流变离合器的最低温度均出现在远离外壳体的动力输入盘轴端处，最高温度出现在第2个磁流变液工作间隙处。当采用强制风冷散热方式时，多极式磁流变离合器的温升速度降低，从而可延长其滑差运行时间。研究结果为磁流变装置的温度分布特性研究提供了理论参考。

太阳能独立供电是解决南极野外长周期观测活动供电问题的重要途径之一。针对极区特定环境，设计了一种基于集装箱的可移动光伏供电装置。首先，构建了在结构集成化约束条件下光伏组件斜面上太阳辐射量计算模型，确定了光伏组件最优安装倾角；其次，利用CFD （computational fluid dynamics，流体动力学）方法分析了在最优安装倾角、不同风向角时光伏组件的风载荷，并确定了光伏组件的典型风载荷工况；最后，通过有限元方法分析了在典型工况下光伏支架的力学性能。结果表明，对于集成式双排光伏组件，上、下排光伏组件的最优安装倾角分别为29°、39°。光伏组件存在3种典型工况：当风向角为20°时，2排光伏组件均受到下压作用；当风向角为120°时，一排光伏组件受下压作用，另一排受上抬作用；当风向角为140°时，2排光伏组件均受到上抬作用。在3种典型工况下，光伏支架的最大应力为103.93 MPa，安全系数达2.98，满足强度要求；2排光伏支架铰接处的变形较大，最大值为4.33 mm；支架变形分布受风向影响较大，其中来风侧变形量达3.7 mm，另一侧变形量小于1 mm。研究结果可以为解决极区野外长周期独立观测活动的电能供给问题提供一定的参考。

为弥补国内在旋翼翼型高速风洞动态试验模拟能力和测试精度方面的不足，基于FL-20连续式跨音速风洞，提出采用双端同步驱动旋翼翼型试验模型的方式，设计了一套高速风洞动态试验装置。该装置依托双天平动态载荷测量结合表面动态压力测量的方式，可提高旋翼翼型动态气动载荷的测量精度。风洞试验结果显示：当旋翼翼型试验模型的俯仰振荡幅值为10°时，其振荡频率可达17 Hz，且试验马赫数为0.6，雷诺数达到5×10⁶，处于国际领先水平。所研制的动态试验装置及其相关测试技术具有较高的可靠性，且试验数据可靠、规律合理，具备了开展高速风洞动态试验的能力，可为旋翼翼型动态失速问题的研究以及真实直升机试验参数的模拟提供重要的技术支撑。

FISH （fluorescence in situ hybridization，荧光原位杂交）染色是应用于病理分析的重要技术。传统的手工染色方式由于操作繁琐及实验条件限制难以控制杂交质量，而国内现有的染色系统存在自动化程度低等缺点。为了解决上述问题，基于STM32嵌入式系统和GUI （graphical user interface，图形用户界面）开发了一套全自动病理染色控制系统。以STM32F103ZET6作为下位机处理器，利用QT软件和C++语言设计GUI界面，实现了对多样本FISH染色过程的全自动化控制。所研发的控制系统能够满足全自动病理染色系统的控制要求，滴加试剂的位置精度达到0.05 mm，试剂体积精度达到0.6 μL，设备故障响应时间小于0.5 s，多次实验设备运行故障率小于3%，加样时试剂类型选择准确率达到100%，图像可判读率达到90%以上。该控制系统具有高效率、高鲁棒性的优点，结合全自动病理染色硬件系统进行染色实验，取得了均匀、良好的染色效果，因此具有良好的应用价值。

为了深入了解混凝土湿喷机摆动系统的工作特性，根据摆动系统的结构及工作原理，考虑液压元件内部阀芯等零部件的运动响应时间等因素，建立了摆动系统的键合图模型和动力学方程，仿真分析了在摆臂摆动过程中恒压泵、蓄能器和电液换向阀等液压元件的工作特性，并搭建了摆臂摆动测试平台进行实验验证。研究结果表明：在摆臂运动达到稳定状态之前，恒压泵斜盘处于最大倾角状态，泵出高压油液用于左右摆动缸的运动和蓄能器充液，蓄能器气室压力随着摆臂摆动次数的增加而逐渐升高，并最终稳定在14 MPa；在摆臂运动达到稳定状态之后，恒压泵斜盘倾角在0°~19°之间周期性变化，蓄能器放液最大瞬时流量达到322.5 L/min，可实现S形分配阀在0.24 s内完成换向；摆动缸无杆腔工作压力的测试结果与仿真结果基本一致，验证了所建模型的准确性。研究结果为进一步优化混凝土湿喷机摆动系统提供了参考。