为满足航空发动机控制系统复杂构件快速研制需求，研究了基于数字化模型驱动和SLM（selective laser melting, 选区激光熔化）增材制造技术的快速研发迭代技术。通过建立增材制造使能的高效正向研发模式，打通 “设计—仿真—制造—验证—认证”一体化迭代流程和技术路径，实现了系统级产品功能和性能最优化开发。工程应用实践表明，该技术促进了航空发动机控制系统向轻量化、集约化、高性能、高可靠性方向发展，推动复杂关键零部件/组件的创新研发与应用，不仅可以缩短研制周期，还可降低研发成本，使系统研发效能大幅提升。

为缓解复杂工程产品设计优化中计算复杂度和计算精度之间的矛盾,结合最小二乘支持向量回归（least squares support vector regression，LSSVR）模型，提出一种基于差距映射的变可信度近似模型构建方法，即最小二乘支持向量回归差距映射（LSSVR with difference mapping framework，DMF-LSSVR）方法，以实现小样本条件下高精度近似模型的构建，并通过工程实例验证该方法的有效性。工程实例结果显示所提出的方法具有较高的预测精度,可为复杂工程产品的设计优化提供理论基础。

针对核级球阀性能评估技术应用较为困难的问题，基于Femap & NX Nastran有限元仿真及其二次开发技术进行核级球阀性能评估仿真研究，并定制仿真流程以提高其产品性能评估效率。首先，研究了阀门连接方式对结构自振频率的影响规律、轴对称球阀密封比压计算模型，以分析仿真技术有效性并提高仿真计算精度。然后，结合二次开发技术，基于设计工程师对产品性能评估的需求，定制了核级球阀性能评估仿真流程，开发了核级球阀性能辅助评估软件。最后，结合核级球阀性能辅助评估软件，对DN100核级球阀进行应用研究，以验证提出的核级球阀性能快速评估技术的有效性。结果表明该方法可以显著提高核级球阀性能评估效率，能有效实现评估过程快速化、智能化，可为其余产品的性能评估仿真流程的定制提供借鉴。

为了提高割草机器人的工作效率及环境适应能力，基于移动机器人平台设计了一种既受遥控操作又能自主运行的适用于大型机场草坪作业的割草机器人。首先，运用高精度差分GPS（global positioning system，全球定位系统）采集机场草坪边界和障碍物的位置信息，根据采集的信息将机场草坪分为最少数目的凸多边形工作区域；考虑到割草机器人无法原地无半径转弯，在传统迂回式路径规划算法的基础上提出一种往返直线型路径规划算法，并在凸多边形路径规划区内推导出遍历路径的显示方程表达式。其次，运用高精度差分GPS测得割草机器人实际轨迹并与规划轨迹对比，设计了一种区间判断型轨迹纠偏算法；以执行电机的PID（proportion integration differentiation，比例积分微分）控制和区间判断型轨迹纠偏算法构造割草机器人双闭环轨迹跟踪控制器，对按传统迂回式路径和往返直线型路径行进的割草机器人进行轨迹跟踪仿真分析。最后，以自制的割草机器人为例，按往返直线型路径运行方式进行样机实验。仿真结果发现：当割草机器人跟踪当前路径到达终点后会自动调头跟踪下一条路径，验证了轨迹跟踪算法的稳定性；传统迂回式路径运行方式下割草机器人的漏割率较高，达到46.42%，而往返直线型路径运行方式下其漏割率为7.15%，明显优于传统迂回式路径仿真结果。样机实验测得的漏割率为8.89%，与仿真实验结果一致，表明所设计的轨迹跟踪算法对大型机场草坪作业割草机器人是适用的。研究结果可为大型机场草坪割草机器人的开发提供理论指导。

针对四轮爬壁机器人在铅垂壁面上转向失稳的问题展开研究。首先，基于机器人驱动轮与铅垂壁面相互作用的赫兹接触理论，提出了一种机器人摩擦力模型，利用线性积分算法求解出机器人驱动轮转向过程中的纵向摩擦力、横向摩擦力和转向阻力矩；然后，通过机器人动力学建模，推导出转向过程中的驱动力矩关系式，并利用MATLAB仿真得出不同转弯半径、不同磁吸附力和不同负载质量所对应的驱动力矩值随转向角近似呈正弦变化趋势。最后，进行了机器人转向稳定实验，结果显示驱动力矩的实测值与仿真值基本吻合。仿真和实验结果表明，控制转弯半径为0 m、调节磁吸附力为1 000 N和限定最大负载质量为27 kg，能够保证机器人转向稳定，有效解决轮式爬壁机器人转向失稳的问题。研究结果可为四轮爬壁机器人的路径规划和转向稳定性控制提供理论依据。

针对大惯量专用转台运行过程中存在的系统响应时间长、易产生振荡以及末端位置定位误差较大的问题，提出了一种基于全闭环+模糊自适应PID （proportion integral differential，比例积分微分）的精度控制方法。在大惯量专用转台执行机构处加入多圈绝对式编码器，以实现控制系统的全闭环；利用模糊自适应PID控制实现不同负载下高精度控制系统的快速调节。为更加深入研究大惯量对专用转台控制系统的影响，对转台进行了系统建模；同时在MATLAB仿真环境中分别建立了基于模糊自适应PID控制和普通PID控制的转台控制系统仿真模型，并搭建了转台测试平台进行验证实验。对比不同控制方式下系统控制性能的仿真结果可知：普通PID控制系统响应时间长，系统跟随误差大；而使用模糊自适应PID控制可使系统的响应速度提高75%，跟随误差降低降低70%。由实验结果可知专用转台定位精度为[-0.2°,0.2°]，满足了设计精度要求。仿真和实验结果表明利用模糊自适应PID控制可有效提高系统的响应速度，全闭环控制可使系统的定位精度得到有效提高。研究结果为转台控制系统的设计提供了有效的参考数据，促进了大惯量转台的高精度化发展。

针对刚性罐道故障类型识别精度低这一难题，提出了一种基于遗传算法(genetic algorithm，GA)和支持向量机（support vector machine，SVM）的刚性罐道故障诊断方法。搭建了立井提升系统实验台，模拟2种典型的罐道故障，并采集提升容器振动加速度信号。运用经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）方法对振动加速度信号进行分解，选取前4个固有模态函数（intrinsic mode function，IMF），然后运用奇异值分解（singular value decomposition，SVD）方法计算出每个IMF的奇异值作为故障特征参数，将得到的故障特征参数作为SVM的训练集，通过GA参数寻优方法得到SVM关键参数c和g的最优值，并选取新的测试样本检测SVM的诊断效果。实验结果表明:基于GA-SVM的刚性罐道故障诊断方法的平均分类准确率达到93%。研究结果表明该方法能精确地识别刚性罐道的典型故障类型，为立井提升系统等非线性非平稳复杂系统的故障诊断提供一种通用可行的解决方法。

为了探究动态视觉搜索任务中显示移动速度对搜索绩效的影响，设计了动态视觉搜索实验。通过E-prime软件测试8个显示移动速度下的搜索绩效，并对反应时间进行配对t检验。实验结果表明：当显示移动速度不高于4°/s时，动态搜索绩效与静态搜索绩效没有显著差异；当显示移动速度不低于6°/s时，二者差异显著，且其差异随显示移动速度的增大而增大。此外，当显示移动速度不高于8°/s时，不同显示移动速度之间的搜索绩效差异性与速度区间的宽度Δω有关，Δω越大，搜索绩效差异越显著；当显示移动速度高于8°/s时，不同显示移动速度之间的动态搜索绩效均存在显著差异。动态视觉搜索任务的平均反应时间和误检率随着显示移动速度的增大而增大。研究结果说明显示移动速度对动态搜索绩效的影响显著，可为动态界面显示移动速度的设置提供一定参考。

车辆定位导航系统实时、准确获取车辆位置对实现智能驾驶具有重要意义。针对传统定位导航系统存在的精度低、成本高、鲁棒性差等问题，基于GPS/INS(global positioning system /inertial navigation system,全球定位系统/惯性导航系统)、机器视觉和超声波雷达技术，设计了一种多传感器融合的智能车定位导航系统，旨在实现智能车在简单、结构化道路环境下的自动驾驶。利用GPS/INS技术实现智能车地理坐标获取，利用机器视觉技术实现智能车前方车道线检测，利用超声波雷达技术实现道路边沿检测，并对地理坐标、车道线和道路边沿数据进行深度融合，实现车道级定位导航。最后，进行了智能车定位导航现场测试，结果表明该系统满足车道级定位导航性能要求。研究结果表明，在简单、结构化道路环境下，多传感器融合的智能车定位导航系统结构简单，实际运行状况良好，可极大提高定位导航精度。

为减小非可展直纹面侧铣过程中产生的原理误差，提出一种新的刀具加工轨迹优化方法，将曲面匹配方法应用于初始刀具加工轨迹的优化过程，并使用序列二次规划算法求解曲面匹配问题。首先，采用现有的刀具加工轨迹生成方法得到刀轴轨迹曲面；其次，对刀轴轨迹曲面进行法向偏移得到对应的刀具加工包络面并进行原理误差计算，使用基于序列二次规划算法的曲面匹配方法对加工包络面与设计曲面进行曲面逼近，得到空间变换矩阵；再次，通过空间变换和法向偏移，得到优化后的刀轴轨迹曲面及其对应的刀具加工包络面，以及对应的优化刀具加工轨迹及加工误差分布数据；最后，使用MATLAB进行仿真，并与基于最小二乘法的曲面匹配方法进行对比验证。仿真结果表明该优化方法有效地减小了初始刀具加工轨迹产生的原理误差，这说明提出的方法能够用于减小非可展直纹面侧铣加工时产生的原理误差。研究成果为提高非可展直纹面侧铣的精度提供了新的技术支持。

针对传统设计中因采用理论与经验相结合的方法而导致的桥式起重机主梁设计周期长、截面尺寸大、材料利用率低及设计成本与制造成本高等问题，提出以优势互补为理念的串行算法，即采用2种算法循环执行多次，直到满足输出要求。充分利用遗传算法（genetic algorithm,GA）全局快速收敛，人工鱼群算法（artificial fish swarm algorithm,AFSA）在小变量范围中求解精度较高、稳定性好等优势，通过在AFSA中增加缩小变量范围模块来构建AFSA-GA串行算法。选用3种类型测试函数对AFSA-GA进行可行性验证，并将AFSA-GA应用于50 t/22.5 m的桥式起重机主梁轻量化设计，以验证该串行算法的实用性。结果表明AFSA-GA在求解精度、收敛速度、鲁棒性方面满足工程实际要求，且具有适用性。工程实证表明AFSA-GA串行算法可应用于桥式起重机主梁轻量化设计，可达到缩短设计周期、减小截面尺寸及提高材料利用率的目的。

车体静强度试验需要通过液压缸对车体进行作用力加载。针对传统车体静强度试验台手动调节液压缸作用力操作复杂、精度低以及试验台信息化程度低、监管困难等问题，基于LabVIEW设计了车体静强度试验台测控系统。基于LabVIEW开发了该测控系统上位机软件，在控制算法上，针对液压缸加载特性和系统安全性、鲁棒性的要求，对PID（proportion integration differentiation，比例积分微分）算法进行改进并基于自适应算法对PID参数进行调整；选择S7-200 SMART PLC（programmable logic controller，可编程逻辑控制器）作为下位机来对液压泵站进行控制，上、下位机间采用OPC（object linking and embedding for process control，过程控制中的对象链接和嵌入）技术进行通信；基于以太网开发了试验台信息化系统，并设计了信息化流程。试验结果证明：该测控系统实现了对液压缸作用力的快速、准确控制，具有较强的安全性和鲁棒性；达到了对液压泵站远程操作、数据实时采集及对试验台信息化管理的目标。该测控系统可推广至需对液压缸作用力进行自动控制和对系统信息化要求较高的实际应用中。

半主动天车升沉补偿装置是一种实现浮式钻井平台升沉运动的节能高效装备，但其相关技术被国外厂商封锁且国内尚缺乏准确有效的试验支撑，为此建立了补偿作用下的四自由度钻柱纵向振动模型以揭示半主动天车升沉补偿机理，并以此为理论依据设计了半主动天车升沉补偿试验平台及其机械结构、液压系统和控制系统。该试验平台的主要设计参数包括补偿载荷、最大补偿行程以及最大补偿速度，从工况模拟能力、补偿缸载荷以及补偿效率这3个方面综合分析了平台的试验能力。结果表明：通过控制浮动天车位移可以明显降低升沉运动对钻压的不利影响；主、被动补偿缸分别承担了补偿过程中的动、静载荷；设计的试验平台不仅能模拟满足实际要求的补偿工况，而且在最大补偿工况下的补偿效率为93.14%，说明它具备良好的试验能力。研究成果为半主动天车升沉补偿技术的研究提供了可靠的理论和试验依据。

针对具有应力集中效应的金属管结构在承受复杂交变载荷时的疲劳断裂问题，提出一种基于高低频复合振动的加载方法，并通过自行研制的高低频复合振动实验装置，探究带V形切口金属管材的断裂行为。基于金属管材的复合振动特性，提出了一种可以提高金属管材裂纹萌生速率与扩展稳定性的复合振动频率控制曲线。设计了高低频复合振动实验装置的机械系统和计算机测控系统，并对预制V形切口的6061铝合金、45钢和304不锈钢三种不同金属管材进行了振动断裂实验研究。同时，为了对不同金属管材的特殊断面进行比较与分析，提出一种管材断面质量检测与评价方法，并对3种金属管材断面几何精度及断裂时间进行测量与评价。实验结果表明：在给定的线性递减的低频振动载荷作用下，金属管材裂纹会快速萌生并平稳扩展；在叠加高频振动载荷后，金属管材的断裂时间大幅缩短，其裂纹扩展速率显著加快，且管材的瞬断区较小、断面平整。研究结果对金属管材在复杂交变载荷下的寿命分析及在工程应用中的抗疲劳设计有重要的参考意义。

心磁检测对于心脏相关疾病的诊断具有独特优势，在用于测量心脏磁场的传感器(下称心磁传感器）的研制过程中，需要在模拟心磁的磁场环境下进行测试工作。基于此，设计了一个用于心磁传感器测试系统的亥姆赫兹线圈，它可以产生磁感应强度为pT级的动态磁场，模拟心磁环境，以满足心磁传感器测试的需求。根据亥姆赫兹线圈的磁场产生原理，使用磁屏蔽筒对环境磁场进行屏蔽，通过计算确定了线圈尺寸、线圈匝数、导线长度及导线横截面直径等参数。使用COMSOL Multiphysics仿真软件对亥姆赫兹线圈产生的静态磁场的分布均匀性以及通入线圈电流变化时磁场的动态特性进行仿真分析。仿真结果表明，所设计的亥姆赫兹线圈满足设计要求，能够产生磁场强度为100 pT左右、均匀度小于5%、波形实时性好的类心脏磁场波形，为心磁传感器的测试提供了良好的测试环境。所设计的亥姆赫兹线圈能够用于心磁传感器的测试工作，为心磁传感器的实际应用奠定了基础。

链轮是刮板输送机传动部分的关键件零部件之一，其设计质量直接影响着刮板输送机的传动性能、生产效率和使用寿命。由于链轮加工工艺复杂，链轮的理论设计对实际加工起着决定性作用，因此进行链轮的参数化设计研究极其重要。链轮的参数化设计是采用WebGL（Web graphics library，网页图形库）第三方库（Three.js）以及JavaScript在浏览器中进行。以常见的规格为14 mm×50 mm的七齿链轮为例，在链窝设计中，采用SolidWorks对链轮建模且详细分析链窝结构，总结出一种全新的链窝设计方法。在Three.js中通过编写JavaScript参数控制函数，按照链轮设计标准，对链轮进行参数化设计。并应用Web前端开发，在局域网环境下，通过HTML、CSS、JavaScript语言建立网页链轮数据库，方便用户选型、下载以进行生产加工。通过3D打印技术打印所建链轮并与工厂实际生产加工的链轮进行对比分析，结果表明所建链轮模型与实际生产加工链轮没有明显差异，证明了链轮参数化设计方法的可行性和准确性。研究结果为其他更复杂零部件的参数化设计提供了参考。