为了高效处理大规模点云数据,提出了一种新的曲率估算方法.该方法基于空间六面体栅格分割点 云,针对每个栅格中的测量点逼近局部二次抛物面,通过计算并检查抛物面的最小采样密度和自适应划分 栅格来构建符合给定允差的局部曲面,使用步进法对曲面进行采样,利用坐标转换法计算每个采样点的曲 率、插值采样点的坐标和曲率来构造全局4D Shepard 曲面,并快速计算点云中每个测量点的曲率.结果表 明,该方法通过Shepard 曲面插值点的简单线性组合估算曲率,无需构建三角网格,具有复杂度低,实用 性强的特点.应用该方法能够快速、准确地获取大规模离散数据的曲率值.
为了提高锅炉热力计算模型的通用性和系统的可维护性,提出面向对象应用框架的系统建模方法.基于模型为图结构的基本假定,根据受热面功能和物质流种类确定对象之间的继承关系,提取出单元和流一组抽象对象.在用抽象对象作为惟一元素构造出稳定的系统组织结构和应用框架后,从抽象对象派生出实例对象以实现框架和实例对象的分离.通过对象之间继承关系、逻辑关系和聚合关系的分析,设计了领域问题对象集、系统数据结构和应用框架,并讨论了系统的可扩充性.工程使用情况表明,按此模型开发的系统适应多种炉种和任意受热面布置的锅炉热力计算,具备良好可扩充性能.
为了简单可靠地增加转子系统的稳定性、抑制转子的共振振峰,提出一种新型的被动式电磁阻尼器.基于电磁学原理和阻尼器的工作条件,推导出转子涡动时线圈中波动电流的计算公式,得到了阻尼器的阻尼系数和刚度系数的计算公式.讨论了非叠片转子系统电磁阻力矩的附加功耗问题,并通过数值计算和实验研究了静态电流和转速对阻尼器工作特性的影响. 实验结果表明, 阻尼器的阻尼系数随着静态电流增大而增大、随转速的上升而下降. 随着电流的增加, 由阻力矩引起的附加功耗也迅速上升. 这种阻尼器能有效抑制转子的共振振幅. 被动式电磁阻尼器无需传感器和闭环控制, 稳定性好.
为了提高超声无损检测(UNDT)与无损评价(UNDE)基础数据的信噪比(SNR),提出了一种基于神经网络模式识别理论的小波域超声信号消噪技术.该技术在研究材料内部散射体引起的结构噪声产生机理,以及分析传统裂谱分析(SSP)算法局限性的基础上,利用小波变换方法将原始超声检测信号分解到小波空间,并通过径向基函数(RBF)神经网络所构成的信噪分离器对信号和噪声进行识别、分离来消除噪声,得到高信噪比的超声回波信号.实验结果表明,与传统裂谱分析算法相比,该技术提高了消噪性能的稳定性,增强了湮没材料内部各类散射体散射中的缺陷回波信号能力
为了优化设计直齿圆柱铣刀前角以延长刀具使用寿命,建立了金属切削加工的平面应变有限元模型.该有限元模型基于切削加工的热弹塑性有限元方程和力学边界条件的简化,综合了切屑的几何和物理分离标准,利用修正的库仑摩擦定律定义了刀屑间的摩擦.模拟了不同刀具前角和不同切削速度条件下的切削加工过程.结果分析表明,在相同材料去除率情况下,刀具前角越大,刀具前刀面上的切削温度越低,刀具具有较长的使用寿命.通过优化刀具前角,提高切削速度,切削力和切削温度变化较小,但是显著提高了材料去除率.
为实现对两相流中各相速度的同步测量,提出了一种两相流数字粒子图像测速(PIV)方法.该方法选用合适的示踪粒子显示液体的运动,并用高速摄像机采集气液两相流动数字图像.从图像处理着手,根据图像灰度的不连续性和相似性,对采集到的两相流数字粒子图像进行分离,实现液体示踪粒子和气泡的标定.最后采用基于改进了的互相关算法得到液体流场速度分布,同时利用跟踪法得到气泡的速度分布,并对液体速度场中产生误矢量的原因进行了分析,消除了误矢量.经实例研究表明,该测量方法对硬件的依赖性小,测量成本低,可进一步推广至气固两相流的测量.
针对永磁直线同步电机(PMLSM)永磁体磁链为常数的特点,对PMLSM d-q轴模型进行分析,提出了永磁直线同步电机进给系统的动力学方程及推力控制策略.根据进给系统参数变动范围和扰动力的特性,选择了较优的权重函数,设计了稳定性与品质的混合H∞鲁棒速度控制器.并采用系统灵敏度函数及开环传递函数的Bode图分别检验H∞控制器的抗扰动能力及稳定性.仿真和实验结果表明,设计的H∞速度控制器对模型摄动具有鲁棒稳定性及优良抗扰动能力,进给系统运行稳定可靠,响应速度快和指令跟踪能力强.说明设计的H∞鲁棒速度控制器适合磨床PMLSM进给系统.
为了研究新型管式布风流化床密相区气固流动特性,对流化床内流动特性进行了数值模拟.运用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉气固多相流模型和PC-SIMPLE算法,模拟得到了床内密相区不同工况条件下的气固流动特性,分析了气泡生成、长大和破灭过程,同时讨论了布风管小孔风速和管节距对流化质量的影响.计算结果表明:管式布风流化床具有内循环流化床的气固流动特性,气泡的生成初期具有一定的对称性质,在气泡长大到一定大小的时候,相邻的气泡会发生融合现象,减小布风管小孔风速或增加布风管的横向间距可能造成床层中间部分床料流化质量不高.
利用Hilbert-Huang变换(HHT)的固有模态分解特性,提出了一种涡街信号频率估计的新方法.采用压电传感器进行涡街信号的检测,通过分析信号经过固有模态分解后的时频特性,获得了不同模态所代表的噪声信号成分和实际涡街信号成分.模态中的一部分表示了信号中的噪声,而剩下的部分模态真实反映了信号的频率成分.在仿真的基础上,获得了去除噪声的部分模态瞬时频率与涡街频率的关系.研究结果表明,基于HHT的涡街频率估计方法,可以精确估计涡街信号频率并提高涡街流量计的抗干扰能力.该方法计算量小,能够满足涡街流量计在实际工程应用中的要求.
为了在虚拟环境下实现工作空间设计的人机工程评价,提出了一种新的计算机辅助人机工程设计研究方法.该方法包括对人机工程咨询系统、人机工程仿真系统和人机工程评价系统的整合研究.将人体测量、人体建模、虚拟人运动控制与仿真、人机评价等关键技术结合起来,构建了计算机辅助人机工程设计系统,并以汽车驾驶座椅设计为例进行了实时评价验证.试验结果表明,该方法可以有效地应用于虚拟环境中汽车驾驶空间的人机工程仿真与评价,支持产品开发设计.
针对给定的大规模数据集的回归估计问题,提出基于支持向量机的模糊回归估计方法.该方法把复杂的数据集看作多个群体的混合,每个群体采用单一的回归模型进行描述,使得大规模数据集的回归估计问题变成了一个多模型估计问题.在此基础上把支持向量机与模糊C聚类结合起来得到基于支持向量机的模糊回归模型,并给出了实现该模型回归估计的算法.该方法对大规模的数据样本进行模糊C聚类,并回归估计各聚类的数据样本.数值仿真结果表明,该方法在聚类数据样本的同时能实现多个模型的回归估计,而且模糊隶属度的初始化影响要小于其他的模糊回归估计方法.
为了对化工过程的历史数据进行压缩处理以减少数据的存储空间,给出了一种新的数据压缩方法.该方法基于整数小波变换和多级树集合分割编码,对原始数据进行5层整数小波分解,得到小波系数和相应的时间方向树,使用多级树集合分割编码对小波系数进行编码,输出位平面,再利用自适应算术编码对输出的位平面进行编码,进一步提高压缩比.应用该方法对一造纸厂的温度数据进行压缩和还原,仿真结果表明,该方法无需浮点运算,编码时利用了原始信号在各尺度下小波变换系数的自相似性,具有计算复杂度低、数据压缩速度快、压缩比高和重构误差小的特点.
针对智能交通系统的路径诱导问题,提出了按诱导系统的目标是系统路径或单车路径、所依据的信息性质是静态或动态以及路径生成方式是分散型的还是中心型的三种分类方式.详细讨论了路径诱导算法的实时性、动态路径诱导和交通控制与诱导一体化集成这三个在路径诱导系统研究中的关键问题,并分析了它们最新的研究进展.结合分析结果与路径诱导系统的实际应用前景,给出了基于出行者心理特征模型、多目标优化、路段交通量预测、提供更多智能化服务以及基于分布式人工智能框架模型等进一步研究未来路径诱导算法的重要研究方向.
针对滚动轴承故障识别问题,提出基于共振解调理论和高阶谱分析相结合的新方法.讨论了双谱理论和双谱对角切片的特性,分析了故障滚动轴承振动信号的特点.利用希尔伯特(Hilbert)变换构造原始振动信号的解析信号,求取信号的包络,计算包络信号的对角切片双谱,提取由于滚动轴承二次相位耦合产生的非线性特征,得到滚动轴承的故障特征频率,识别滚动轴承的故障模式.试验和理论分析表明,利用该方法可以有效地将正常轴承和内滚道伤轴承、外滚道伤轴承的振动信号进行分离.该方法保留了信号的相位信息, 并且能够有效地抑制噪声,在降维的同时简化了算法.
针对提花织物图像在噪声环境下分割精确度偏低的问题,提出了一种基于Mumford-Shah模型的数值求解算法.基于Gamma收敛和有界变分函数理论,将模型的极小化过程作为一个自由不连续问题来实现对含噪提花织物图像的分割.定义了分片仿射空间上的自适应三角剖分的离散公式,利用离散公式的Gamma收敛序列对模型进行数值逼近.采用自适应调整算法和有限元网格技术对提花图案轮廓结构实施表征,由共轭梯度方法得到离散公式的最小值.实验结果表明,该算法对噪声有很好的稳健性,且可以有效提高图像分割整体性能.
为解决大规模区域交通控制滚动优化问题中的约束条件复杂、解空间规模庞大的最优化难题,提出了一种基于改进蚁群算法的降阶滚动优化算法.基于宏观交通流模型建立了区域交通控制滚动优化模型,在蚁群算法中设计了层状解构造图对该模型解空间进行描述和求解.运用降阶方法将大规模区域分解成一系列子区域,在蚁群算法中设计了复合层状解构造图对该降阶模型的解空间进行描述和求解,并分析了基于两种解构造图的蚁群算法的计算复杂度.分析和仿真结果表明,该降阶算法提高了整体计算效率,明显地降低了总停车延误时间,适用于大规模区域交通控制的滚动优化.
为利用视图自维护技术提高可扩展标记语言(XML)数据实体化视图维护性能,提出XML数据视图自维护判定准则.采用WHAX数据模型及其查询语言WHAX-QL作为XML数据模型及查询语言,分析了WHAX-QL的重构能力,讨论了自维护问题的定义,设定视图的外延是可读取的,采用最小Z划分对绑定模式进行划分,将绑定模式变量分为显式变量和隐式变量,分别给出插入和删除更新操作时XML实体化数据视图自维护的充分必要条件,给出严格的证明,得到相应更新操作下的自维护算法.结果表明,该维护准则和算法能够用来作为XML实体化数据自维护的判定依据.
针对由于人体模型自由度(DOF)大,标准粒子滤波中采样粒子数较大的问题,提出了一种单目图像序列下基于图像特征分析的粒子滤波运动跟踪方法.该方法检测了人脸区域,从人脸区域构建皮肤模型,用皮肤模型来检测人的手掌部位,细化人体分割区域获得人体初始骨架,利用反向传播神经网络来获得关键部位关节点的位置.采用获得的关节点位置信息,更新表征人体位置的部分状态参数来减少在粒子滤波中不确定的状态参数的数目.实验结果显示,与标准粒子滤波相比,该方法可以减少计算量和增强跟踪鲁棒性.
为解决基于卡方统计量离散化方法在处理未知数据特性时的参数难确定问题,提出了一种基于粗糙集方法的自动离散化方法.该方法根据粗糙集理论对知识不确定性和属性重要性的分析,利用粗糙集方法处理数据不需要先验知识的特点,以基于最小描述长度原理的决策系统信息熵作为离散化过程的评价函数,并由属性断点平均重要性确定多连续属性的离散化顺序,构建了自动的离散化方法RSEChi2.实例测试表明,该方法性能良好,能根据样本数据本身的特性,自动协调拟合和预报精度,不需要先验设定显著性水平和不一致率等参数,离散化结果更为精简,所建决策树分类模型具有较好的预报性能.
针对传统的线性测量网络设计中没有给出具体的整数线性规划(ILP)模型问题,提出一种传感器优化配置模型. 通过分析测量网络回路,推出了变量冗余度的数学表达式,给出变量冗余度的上界来避免测量网络变量的不可行冗余度约束,并结合图论方法和ILP方法,建立了以费用最小为目标的最小测量网络和满足指定变量冗余度要求的冗余测量网络的传感器ILP模型,并对一个冗余测量网络和一个非冗余的蒸汽测量网络进行测量网络设计.仿真结果表明,利用该模型能够得到满足冗余度要求及仪表配置费用最低的优化测量网络
为了解决供水系统优化调度的管网模拟问题,提出了一种基于改进支持向量机(SVM)的宏观关系模型.利用支持向量机推求管网节点水头和供水泵站供水量、供水压力的非线性关系.考虑了样本数量的不平衡性,引入权重因子.在结构风险最小化准则的目标函数中适当加大峰值和谷值样本误差的权重.还考虑了模型参数选择问题,建立了能应用于实际预测的参数选择方法.经杭州市实例计算表明:改进的支持向量机算法提高了测点在峰值压力和谷值压力时的拟合精度,模型95%以上测压点数据的相对误差都在±5%以内,4个测点的平均绝对百分比误差分别达到0.96%, 0.99%, 1.86%和2.06%.
为了控制混凝土小型空心砌块建筑(CSHBB)中的墙体裂缝,提出了一种非线性有限元分析方法.该方法采用通用有限元分析软件ANSYS对不同构造措施和不同结构类型砌块墙体进行了水平和垂直双向荷载作用下的全过程分析,研究了不同类型砌块墙体在平面荷载作用下的应力和位移变化规律以及初裂荷载、极限荷载,分析了各种砌块墙体的整体变形性能,比较了不同构造措施在提高砌块墙体初裂荷载、极限荷载和变形性能方面的作用.同时进行了足尺寸混凝土小型空心砌块墙体的抗侧力试验研究,并把有限元的计算结果与试验结果进行了比较分析.研究结果表明,构造措施能显著提高砌块墙体的整体性能;门窗洞口明显削弱了砌块墙体的抗裂性能;该有限元方法是一种经济有效的分析方法,能替代部分试验研究.
针对桩基水平振动分析问题,建立了能够同时考虑桩体弯曲和剪切变形的桩土计算模型.采用与频率相关的刚度系数和阻尼系数来模拟土对桩的动反力,简化桩体为Timoshenko梁,得到了层状黏弹性地基中能同时考虑桩体弯曲和剪切变形的单桩的水平振动解析解.研究了桩土模量比、桩体长径比、地基成层性以及激振频率对桩基动力响应的影响.并且在给定桩土参数的情况下,把同时考虑桩体弯曲和剪切变形的解析解与只考虑弯曲变形的解进行了比较.结果表明,忽略桩体水平振动时的剪切变形可能会带来较大的误差.
针对BP算法易陷入局部最优,提出将一种新的混沌遗传算法(CGA)用于全局优化给水管网状态神经网络模型的初始权阈值.该算法将混沌搜索与自适应遗传算法相结合,根据混沌运动的初值敏感性、内在随机性以及遍历性的特点,通过混沌映射搜索自适应遗传算法的较优初始种群,并利用自适应遗传算法进一步寻优,对混沌映射和遗传进化进行循环计算直至达到最大进化代数,最终获得BP模型的较优权阈值.实例分析结果表明,与自适应遗传算法(AGA)相比,该算法搜索稳健,全局搜索能力强,并且新算法优化模型具有更高的预测性能.
为了减少视频编码标准H.264运动估计模块的计算复杂度,提出了一种带有模式选择的快速运动估计算法.基于编码块模式最终选择结果的统计分析,讨论了图像特征与模式选择之间的关系,得出大块模式选择的比例远高于小块模式.采用运动估计块匹配过程中得到的中间结果绝对值误差和(SAD)与运动矢量,分别给出了三条模式选择准则.将运动估计的直接搜索过程改进为先进行编码块模式判断,再进行选中块匹配搜索过程.实验结果表明,与全搜索算法相比,该算法平均搜索时间明显减少,同时保持了非常近似的解码图像质量和编码码率,保持了多模式运动估计的优点.
为实现多值逻辑电路,提出了一种新的采用双传输管逻辑的多值逻辑(MVL)电压型动态电路设计方案. 基于该方案设计了三值反相器、文字运算电路、三值与门/与非门和或/或非门等基本电路,并采用标准CMOS工艺来实现这些电路.通过在预充电阶段将输出信号预充至逻辑值“1”来避免电路级联时的电荷再分配问题.采用双传输管逻辑结构来保证输出信号具有完整的逻辑摆幅和高噪声容限.分析结果表明,新设计方案消除了输出悬空态,其规则结构使得输入信号的负载对称性好,减少了延迟时间对输入数据的依赖.采用0.25 μmCMOS工艺参数及3V电源的SPICE模拟结果验证了所提出的电路具有高速及低功耗的特点.
为了克服常规直流电源电凝聚法处理废水电耗和电极损耗大,电极易钝化的缺点,研究了不同电压波形的净化电源处理印染废水的方法.利用实验方法得到了不同电压波形下的电能净化效率,比较了直流(DC)和周期换向方波对电极钝化现象的影响.同时基于电凝聚机理,讨论了形变功率脉冲电源作用下电凝聚过程机理表现出来的双电层电容效应,液相传质和吸附与脉冲吸附等特点.研究表明,与传统的直流方式相比,利用周期换向方波对印染废水进行处理,可以显著降低电耗和电极损耗,克服电极钝化的问题,降低经济成本,促进电凝聚法在实际工程中的应用.
针对永磁型无轴承电机设计中转矩绕组和悬浮绕组设计的特殊性,提出了一种永磁体厚度优化设计新方法.该方法基于永磁型无轴承电机运行原理,进行了永磁型转子结构、悬浮绕组和永磁体厚度优化的设计.导出了计及定、转子定位偏心的永磁型无轴承电机悬浮力的解析模型,通过对磁悬浮力与悬浮绕组电流和转子偏心关系的电磁场分析,来验证该模型的精确度,并应用该模型建立了永磁型无轴承电机的控制系统.仿真结果表明,该设计方法提高了永磁型无轴承电机的转矩和悬浮性能,降低了设计的复杂性,且样机具有良好的动、静态悬浮特性.
为了改善数字微镜器件(DMD)的性能,提出了一种新的优化设计方法.基于数字微镜器件的工作原理及数学模型,利用一个带复位功能、由一个反相器和一个或非门耦合的同步动态存储器(SDRM)来存储数据,并使用一个由两个耦合的反相器构成的电平转换器来提升电压和缩减芯片面积.采用基于数据打散及重排序的预加载、错时更新的脉冲宽度调制技术(PWM)来降低芯片中的时钟速度要求,进而降低存储器数据总线的最大带宽.结果表明,分辨率为1280×1024像素、显示精度为9位的DMD芯片的数据总线最大带宽降到14.748 Mps.该优化设计方法能适用于不同分辨率、不同显示精度的显示模式.
为了在采用时分多址接入(TDMA)的Ad Hoc多跳网络中实现时隙同步,提出了一种基于网络内部参数解析的时隙同步方案.该方案可概括为全网时间同步和保护带设定两个方面.通过给出的网络初始时间同步、网络时间同步跟踪和时间主备份节点的动态选取方法来实现全网的时间同步.基于物理层的参数解析,分析了传播时延和信号收发处理时延对于时隙同步和保护带长度设置的影响,给出了设置保护带长度的推导公式.仿真结果表明,该方案具有比较小的时间同步偏差,能够快速的实现整个网络的时隙同步,可应用于基于TDMA的Ad Hoc网络.
为了验证异向媒质(LHM)对倏逝波的恢复作用,提出了一种借助矩形波导的新型仿真模型.在由相位跟踪测量方法得到LHM折射率近似为1的工作频率下,该仿真模型研究了倏逝波通过人工LHM的传输特性,并用有限计算域内的三维时域有限差分FDTD技术对人工异向媒质进行了仿真,获得了倏逝波电场在空波导中的幅度分布.同时讨论了异向媒质电磁参数与理想完美透镜条件的偏差对异向介质对倏逝波恢复作用的影响.仿真结果表明,异向媒质对倏逝波的幅度具有部分恢复作用.该仿真模型可以在有限计算域内单独对倏逝波的性质进行研究,可以应用于验证异向介质对倏逝波作用的实验.
针对视频编码标准H.264中基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)的复杂度高和存储空间大的问题,提出了一种简化的编码器模型.在对CABAC熵编码器进行理论分析后,给出了CABAC的编码效率公式,进而推导出不同概率时的理论最优量化点集合;通过调整CABAC中消除乘法运算的编码器的区间精度和倍乘系数,研究了这些参数和量化点集合对CABAC的编码效率和存储空间的影响,获得了该种简化模型,并利用此编码模型对不同特性的图像序列进行测试.仿真结果表明,该模型能够在编码效率降低不多的情况下,大大降低复杂度和存储空间,适用于对存储空间要求较高的视频通信.
为了分析和监控电力市场中发电商的报价行为,提出了基于报价数据的量价指数(CPI)方法.该方法结合系统平均发电成本和容量价格对,定义CPI为段容量标么值的加权和.基于国内某省电力市场的实际报价数据,分析了机组的时段、日和月的报价行为,并比较了市场中所有竞价机组和系统平均量价指数值的大小.考虑机组典型的报价数据,给出了正常报价时量价指数的阈值.分析结果表明: CPI方法能够灵敏地反映发电商异常高报价、有效地发现发电商的经济持留行为,还可以准确反映发电商短期报价行为和长期报价策略的变化.