由于压电式微操作平台的迟滞非线性会导致其位置精度和动态性能下降，且难以建立精确的迟滞非线性模型，采用一种基于模糊控制策略的位置精度补偿方法，以摆脱对迟滞模型的依赖。以一种一维压电式微操作平台为对象，以平台的位置偏差与偏差变化率为模糊输入，压电驱动器输入电压变化量为模糊输出，提出采用基于PID控制的实验数据获取经验来制定模糊规则的方法。通过模糊推理和解模糊过程，建立平台输入量与输出量之间的模糊关系，实现了可消除迟滞现象的自适应补偿。为了说明所提出的位置精度补偿方法的可行性，通过实验与PID控制进行比较，分析平台跟踪不同频率正弦信号的位置误差。实验结果表明，所提出的模糊控制方法能使平台具有更高的位置跟踪精度和更快的跟踪速度，并具有较好的自适应性。

目前，大部分大型球罐内部定检、维修仍采用在球罐内部搭设满堂脚手架的方式，存在劳动强度大、检修周期长、安全性差、易造成罐体二次损伤等问题。为解决上述问题，设计了一种新的大型球罐内部检修工作台，该检修工作台由底部支承平台、中央支撑立柱、回转支撑平台、顶部回转平台和升降牵引装置构成，采用顶、底部双向牵引和顶部水平回转相结合的结构，保证载人工作篮能够快速运行并精确定位至球罐内壁所有检修工作点。载人工作篮、中央支撑立柱与上、下回转支撑臂共同构成平面四杆机构，保证载人工作篮在运动过程中始终保持水平。运用MATLAB和ADAMS对该工作台主要结构进行了动、静力学仿真分析，验证了工作台设计的合理性，结果满足承载力、平稳性、安全性等设计性能指标的要求。该检修工作台结构简单，装卸方便，采用电力驱动，方便设备状态监测、维护，可极大提高大型球罐检修工作效率。

为进一步提高发动机燃烧效率，减少发动机有害气体的排放，提出了一种液压式连续可变压缩比技术的设计方案。它是通过液压系统控制偏心销转动来改变上止点的位置，从而使燃烧室体积发生变化，实现在调节区间内任意连续可变压缩比的改变。首先，根据所设计的方案分析了其液压系统在2个不同阶段的调节工作原理；然后，利用三维软件Solidworks2010对整个系统进行三维建模，根据模型设计的具体尺寸，得到连续可变压缩比调节的范围为8.81~22.43；最后分析了不同转速下活塞系统综合力（活塞惯性力和活塞表面气体压力的合力）的变化情况，并通过MATLAB与AMESim对构建的液压系统进行了联合仿真试验，探究了不同转速下活塞系统综合力向上和向下时液压系统的流量特性和压力特性。仿真结果表明：发动机转速在中低速条件下，活塞系统调节响应迅速，具有良好的动态特性，证明该设计具有一定实用性。仿真结果为用于液压容积调节的连续可变压缩比技术的实际应用提供了理论依据，具有重要的实际指导意义。

为准确分析直接提钻工况下双斜撑长螺旋钻机桅杆的稳定性，建立双斜撑作用下多段桅杆的挠曲微分方程，引入边界条件，获得双斜撑作用下桅杆失稳特征方程及其提钻临界值。对ZLH43ZL（TB）-D180长螺旋钻机进行稳定性分析，将推导结果与采用ANSYS有限元方法所得结果进行对比。结果表明：推导的失稳特征方程基本正确；直接提钻工况下双斜撑长螺旋钻机桅杆的失稳临界值F_cr与主、副斜撑点位置参数λ₁，λ₂，桅杆截面惯性矩I和主卷扬钢丝绳角度θ等因素有关。失稳临界值F_cr随λ₁和λ₂的逐渐增大，先增大后减小，且λ₁对F_cr的影响甚于λ₂；F_cr随I的增大，先迅速增大，后逐渐平缓；F_cr随θ（0°≤θ≤20°）不断增大而缓慢增大。研究结果对工程机械中类似结构的稳定性分析有一定参考价值。

人体运动感知系统是外骨骼机器人柔顺控制和人机耦合的关键。通过分析外骨骼机器人的下肢动态模型，提出了一种支撑相选择位置控制、摆动相选择交互力导纳控制的人机协同控制方法。根据该方法开发了一种基于多信息融合的下肢外骨骼机器人感知系统，以人体下肢关节角度、人机交互力和足底压力为运动状态感知量，利用变增益卡尔曼滤波算法和Savitzky-Golay滤波算法分别对IMU传感器数据进行姿态角度解算和对FSR压力数据进行预处理，获得步态特征并通过试验来验证该方法的可靠性。试验结果表明：角度解算算法具有高精度、高稳定性的特点，交互力感知方法和FSR压力数据处理算法具有可行性，验证了所开发的感知系统能够可靠地获取关节角度、人机交互力和足底压力并融合处理，以及准确地识别穿戴者的步态特征。研究结果为外骨骼机器人感知系统的优化提供一定参考，促进了外骨骼机器人控制系统及策略的发展。

针对油气田勘探中，复杂的钻井工况导致动密封工作性能极不稳定的问题，结合单金属密封结构和井底高压环境，利用有限元方法对单金属密封受压情况下的接触压力进行分析。用雷诺方程计算单金属动密封的泄漏率，以减小最大接触压力和泄漏率为优化目标，利用正交试验和F评价方法对单金属密封结构参数进行优化，得到密封结构参数对密封面接触压力和泄漏率的影响情况，并将每个水平数对应的优化目标计算结果分别取平均值，得到不同水平影响下接触压力和泄露率平均值的变化趋势，从而确定密封结构的最优水平值，并借助有限元仿真对优化前后的密封性能进行对比。最后根据优化前后的密封结构参数加工2套密封试件，进行密封实验。仿真分析和实验结果表明：高压工况下优化前的密封面内侧磨损严重，钻井液颗粒容易侵入密封面；而优化后密封面的最大接触压力有所降低，动密封面的最高温度和泄漏率明显降低。研究结果对改进单金属密封的工作性能、提高井下动密封的可靠性有重要的现实意义。

针对国内外近几年来主要使用振荡冲击器来提高机械钻速，对此类工具的工作性能进行了理论研究并提出了它在工程技术应用中的结构优化方法。在对振荡冲击器的结构及工作原理进行分析的基础上，首次将瞬变流理论引入并建立了水力脉冲波动压力模型，利用MATLAB软件进行了振荡冲击器水力脉冲数值模拟计算，进而分析了不同因素对振动冲击性能的影响。得出了关键零部件——盘阀的过流面积变化特性，以及盘阀偏心距e和过流孔半径r对振荡冲击器性能影响规律。建立了该工具产生振动冲击的目标函数，并给出了水力脉冲装置优化步骤。在此基础上，加工了工具的样机，并进行了室内试验。试验验证了振荡冲击器的设计合理性、理论分析的有效性和数值计算的准确性。研究结果为水力脉冲工具优化提供指导意义，并为振荡冲击器在钻井现场应用提供理论支撑。

针对精密可控震源压重在激振作业中振幅过大会导致震源下传能量减小及信噪比降低，而隔振系统对震源压重的振动情况有较大影响，对隔振系统参数进行了优化设计。结合机械系统动力学及半无限空间理论建立震源振动动力学模型，采用压重振幅放大系数作为压重振动幅值大小的评价指标，分析压重振幅与隔震系统参数之间的关系，并利用MATLAB软件分别分析隔振系统刚度、阻尼比等关键参数对它的影响；分析发现隔振系统刚度与阻尼比在激振过程中对压重振幅有着较大的影响，不合理的参数设计会使压重剧烈振动甚至发生共振。在此基础上，基于坐标轮换法设计了相应的优化算法，并得到了扫描频宽范围内不同压重质量下隔振系统刚度和阻尼比的最优参数组合。研究结果表明：优化后的精密可控震源隔振系统压重振动幅值在整个扫描频宽内波动显著减小，振幅最大值较优化前减小了75%。研究结果为精密可控震源隔振系统设计提供了参考和指导，为提升震源能量传递率及信噪比提供了一种新思路。

针对现有的风电叶片检测装置存在的缺陷，设计了一种由索杆混联结构驱动的风电叶片检测装置。首先，简述了该装置的零部件组成、独特的结构设计以及工作方式。其次，对其核心部件——索杆式检测平台进行了运动学分析，研究了检测平台上动平台的位姿与驱动绳索、驱动液压缸长度之间的关系以及动平台的4条驱动支链在指定运动过程中速度的变化，即针对检测平台的动平台和定平台分别建立了动坐标系和定坐标系，分别利用Newton-Raphson迭代法和空间向量分析法得出了并联检测平台的运动正反解模型，并且通过分析法推导出机构的速度雅克比矩阵。最后通过MATLAB编程，进行了正反解数值计算，通过位置反解验证了Newton-Raphson迭代法的正确性并绘制出驱动支链的运动变化曲线，为后续该检测装置工作空间及其实时控制的研究打下了理论基础。

在导弹飞行过程中由于工况环境剧烈变化，其整流罩蒙皮温度和热载荷急剧变化，这将对导弹的作战性能产生重大影响。为保证弹载电子设备的设计满足精度要求，提出了一种基于流固耦合非定常数值模拟的设计计算方法。针对弹载电子设备在高速运行过程中的瞬态热载荷是一个典型流固耦合问题，通过求解流体与固体表面的热传递方程，计算获得流场内各点的能量分段函数。运用MATLAB软件计算拟合出流场每块结构微元对应的瞬态功率曲线分段函数，采用将功率曲线分段函数加载至Fluent的热仿真分析方法，直观预测整个弹载电子设备的工作温度及其环境温度的瞬态变化。通过对某型号反辐射导引头及其弹载电子设备气动加热问题进行具体计算分析，获得了该型号装备在各个时刻流场内导引头及其弹载电子设备的瞬态温度空间分布，所得结果与实际有较好的吻合度。结果表明该方法对同类电子设备的瞬态热分析和相应散热设计具有一定参考作用。

针对自动化集装箱码头基于卸箱任务的自动导引车（automated guided vehicle，AGV）路径规划问题，结合最优路径数学模型、路径搜索方法和时间窗，提出了一种基于路段时间窗的AGV路径规划方法。首先，在给AGV下派任务的基础上，用最优路径数学模型为AGV规划出最短路径；其次，用路径搜索方法搜索AGV的备选路径，在路径长度相同的情况下，按照路径中转折次数确定备选路径优先级，转折次数少的备选路径优先级高；最后，在各AGV最短路径下，设置各个路段的时间窗，时间窗无重叠则表明AGV无冲突，对于时间窗重叠的路段，采用在原路径上插入时间窗或者在备选路径上插入时间窗的方法，再进行时间窗重叠测试，若还存在重叠的，则继续调整至最终实现多AGV的无冲突路径规划。为了验证方法的有效性，以8台AGV分区同时工作为例，用实例证明所提出的路径规划方法的避碰效果。结果显示该方法能为多台同时工作的AGV规划出一条无冲突优化路径，并且用时较短；在试验中发现选择在备选路径上插入时间窗的方法效果更好。研究表明所提方法能有效实现AGV的避碰，提高AGV利用率和自动化集装箱码头的运作效率。

目标运动速度与运动状态的快速预判是机器人避障、目标检测与跟踪的关键。经典的初级运动检测器（elementary motion detector，EMD）模型具有在局部范围内的速度矢量敏感特性，在此基础上结合波峰检测算法，提出一种动目标运动速度和运动状态的快速测速法。为验证所提方法的可行性和有效性，以线性排列的光敏传感器阵列为视觉检测单元，在LabVIEW开发环境中，利用雷赛SMC3380运动控制器和研华PCI-1747U数据采集卡，搭建了具有动目标运动控制及动目标信号采集功能的多通道视觉测速系统；通过多通道数据采集及动目标快速测速处理，实现了目标运动速度和运动状态的判别。实验结果表明：多通道视觉测速系统运行稳定，能够实现最大速度为80 mm/s（绝对误差小于±2 mm/s，相对误差小于±3%），以及最大加速度为20 mm/s²的匀加速运动状态的动目标检测与判断。为机器人视觉感知器的动目标快速预判研究提供了新思路。

为了解决智能循迹小车常用的路径识别传感器易受电磁、光线等干扰的问题，提出了基于电感数字变换传感器的智能小车自动循迹系统。通过分析电感数字变换传感器的工作原理，得出通过扩展传感器感应线圈来扩展感应范围的方法，并基于该方法设计了一种使用单个LDC1000电感数字变换器的传感模块。该模块利用SN74LV4052A模拟开关实现对传感器线圈的扩展；采用MSP430单片机搭建了包括主控模块、电源模块、驱动模块和传感器模块的循迹硬件测试系统；通过实时采集和处理传感器的数据并对小车位置进行调整，实现了硬件测试系统循迹的功能；最后，在测试系统上进行了传感器对金属的感应实验和循迹测试。实验结果表明：该传感器可实时检测到轨道与线圈的水平和垂直距离的变化，可以为循迹功能的实现提供保证；该智能小车在5 mm宽的锡箔纸轨道上可以得到良好的循迹效果。研究结果表明该系统具有适用性强、检测技术稳定的特点，可以广泛应用于工业现场智能循迹。

针对X射线相位衬度CT（computed tomography，计算机断层扫描）成像的高分辨率、高稳定性要求，设计了大型精密转台。转台采用焊接结构和密珠轴系支撑，具有质量轻、阻力小、回转精度高的特点。介绍了转台轴系的结构设计和工艺路线，根据成像视野区允许的运动误差对轴系精度指标进行了分解。通过静态分析、惯性释放分析和模态分析研究了转台的静、动态性能并验证了其结构刚度的合理性，结合精度分析对轴系关键部件的几何误差进行了分配，误差综合结果满足指标要求。最后，对转台样机的轴系精度进行了检测，结果表明各项指标满足相位衬度成像要求。焊接结构的轻量化设计和轴系精度分析方法对大型转台轴系的研发具有一定的借鉴意义。

针对现有轮式全向移动机器人在工程实际应用中存在的驱动轮同步转向能力差的问题，设计了驱动轮同步转向机构。首先，基于虚拟样机技术分析了该同步转向机构的工作原理，并将它应用于轮式全向移动机器人。然后，利用运动学原理对加入同步转向机构机器人进行运动学分析，得到了电机输入转速与驱动轮转向速度之间的关系。最后，根据系统结构参数研制了一款主要应用于工厂物料搬运工作的产品样机并进行实验验证。机器人横向移动实验结果表明，该机器人可以通过不同方式进行全向移动，验证了该机器人的全向移动功能。研究表明同步转向机构的应用降低了轮式全向移动机器人控制难度，实现了机器人高速、高精度、高稳定性全向移动。

为了解决功率放大器设计过程中存在的效率低和输入/输出端回波损耗较大的问题，设计了一种工作频率为1.5 GHz的平衡式功率放大器。通过采用3 dB定向耦合器对射频信号进行分配及合成，大大降低了输入/输出端的驻波系数，并将逆F类功率放大器的谐波控制网络引入E类功率放大器的匹配电路中。使用ADS对晶体管进行负载牵引和源牵引，得到晶体管的输入/输出阻抗，同时结合晶体管的寄生参数，在输出匹配电路中对二次谐波、三次谐波分别进行开路和短路处理，且为了进一步提高功率放大器的工作性能，在输入电路结构中抑制了二次谐波。选用GaN HEMT器件CGH40010F晶体管，利用ADS软件进行电路仿真，并采用Rogers4350b高频板材制作该功率放大器的实际测试电路板。仿真优化和实测表明：在输入功率为28 dBm时，该功率放大器的输出功率为41.54 dBm，漏极效率为76.99%，功率附加效率（power additional efficiency，PAE）达到73.59%，输入/输出端驻波系数小于2，同时具有160 MHz的高效率带宽，且最大输出功率较单管功率放大器提高了3 dB。实测结果与仿真数据有一定的误差，但仍有较好的一致性，满足设计指标要求，验证了设计方法的可行性。该设计方法具有效率高和回波损耗低的优势，提高了功率放大器的设计效率，使它在当今高效绿色节能的射频微波通信系统中具有广阔的应用前景。