针对现有碰撞检测算法难以解决变形物体碰撞的实时性和逼真性问题,提出一种基于可变形物体的改进碰撞检测算法。该算法在K-dops(K-discrete orientation polytopes)包围盒基础上使用Snake模型应用于包围盒更新过程中,使用改进的Pso(Particle swarm optimization)算法对Snake模型进行边界优化。在优化过程中依据碰撞部位的内凹特性,在Snake模型控制点簇与中心点构成的多直线上,采用改进的粒子选取方式和多种群粒子优化算法思想构成多直线群体。实验结果表明,改进后的碰撞检测算法可以快速准确的模拟物体轮廓,简化了包围盒更新过程,提高了碰撞检测效率。

针对CO优化过程中计算成本较大,远离最优解的初始点收敛速度较慢的问题,提出一种快速收敛的动态松弛协同优化方法。该方法的计算过程分为两个阶段:加速收敛阶段对松弛因子的计算方法进行改进,采用各学科优化解与优化解均值之间的不一致信息构造松弛因子;优化求解阶段以加速收敛阶段的最优解作为初始点,选取符合一致性精度要求的松弛因子进行协同优化,求得全局最优解。通过典型数值算例和减速器多学科设计优化问题对该方法进行验证,结果表明,该方法能够有效降低计算成本,加快远离最优解初始点的收敛速度。

为了弥补相对关联度,绝对关联度和综合关联度在取值范围上存在的不足,试图做了以下改进。引入可调因子和空间距离来调节,构建新模型,证明了改进的模型满足灰色关联公理,能够使关联度的值分布到(0,1]这一更大的区间。提出新模型的准优解所满足的4个原则,如:保序性原则、极差最大化原则、对称性原则以及数值分布区间个数之和最大化原则,并根据灵敏性分析理论总结了具体算法。结合实例,对各类关联度分析模型在性能上进行比较,进而验证了新模型的合理性和实用性。

利用脉宽调制技术分别控制独立的二进制式电源的投运,并与阶梯波合成调制技术相结合应用在逆变器领域,PI控制器通过改变PWM占空比实现对输出电压闭环控制,逆变器的输出电压可以通过设定值进行自动调节,使之可以利用在电力系统和中大功率电机调速系统中。研究了阶调式逆变器的拓扑结构及31电平逆变器的设计方法。验证了研制阶调式逆变器的可行性,该阶调逆变器具有电路结构简单,控制方式灵活,所需电力电子器件少,输出波形特性好等特点。

基于近似解析估算以及CFD数值仿真的方法,对具有狭缝联通特征的密封舱空腔进行多组分气体置换过程仿真计算分析,并基于计算结果进行不同置换方式和参数对置换效果的影响效果分析。基于估算和仿真方法对使用不同气流速度的混合置换与加压置换过程进行计算和分析的结果表明:对于狭缝联通空腔的气体置换效果,混合置换近似估算的结果偏保守,而加压置换近似估算结果偏乐观;对狭缝联通空腔进行混合置换时,从容积较小的空腔充入置换气体,容积较大的空腔抽出气体可取得较高的置换效率;在确定气体置换方式时,可根据不同方法的置换效率变化,选择相应的置换方式,或不同置换方式的组合。

工业机械手进行精密加工时,尽可能在全姿态工作空间内部完成。为了得到紧凑的结构,同时满足加工点都为全姿态点,提出了一种新的蜂群粒子群混合优化算法。建立机械手全姿态空间的结构模型,引入粒子群中全局最优粒子和惯性权重两个参数,通过中间值进行分类,差异权衡惯性权重,增强寻优能力。经验证,该算法搜索能力更强,寻优精度更高。对结构优化模型进行参数辨识,结果表明,在保持原来全姿态空间大小基本不变的情况下得到了结构紧凑、质量最优的杆长参数,从而验证了所提算法的有效性、可行性。

针对微小型四旋翼飞行器大角度快速机动飞行控制问题,提出一种基于动态逆与滑模控制的新型双通道机动飞行控制方法。通过滑模控制与动态逆结合,使系统对模型的不确定性及气动干扰有较好的鲁棒性,动态滑模有效地避免了系统抖振,且构造新的滑模面和飞行器姿态四元数正则模型,提高了控制精度,解决了飞行器奇异问题;动态逆则改善了系统的动态响应特性,在逆系统设计中,由于系统具有零动态,给出了该零动态的稳定性分析。仿真结果证明了控制方案的控制效果。

针对柔性自平衡机器人的稳定自平衡认知问题,提出一种基于多层启发式动态规划认知(Multi-level heuristic dynamic programming,Ml HDP)模型的平衡认知方法,将这种认知方法用于柔性自平衡机器人自平衡学习中。通过引入取向奖赏模块,把原有离散形式的奖赏机制转化为连续形式,以转化后的连续奖赏信号作为评价的主要依据。该方案使得机器人在自主认知的过程中能够记录更多信息量,提高其认知能力。通过机器人的自平衡认知实验可以看出,在机器人具有柔性关节的条件下仍然具备良好的认知能力,学习效果优于传统方法,鲁棒性强。

硫化工序作为轮胎生产中的关键环节,其调度计划制定好坏直接影响整个轮胎生产流程的效率。设计了一种基于硫化顺序—硫化数量的离散编码方式,并在此基础上提出改进的和声搜索算法(IHS)求解以最小完工时间、最小换模费用和最小机器空闲率为优化目标的硫化车间调度问题。算法根据记忆库取值概率和音调微调概率分别对轮胎硫化顺序和硫化数量进行离散过程操作,定义动态微调值对加工数量进行微调扰动。实验结果表明该算法比基本和声搜索算法和粒子群算法具有更高的收敛精度。

推导了机织电极交织电阻的大小范围。建立了场点电势、电极电势、电极电势差三者的数学模型。电极电势为交织点处场点电势的加权平均。采用仿真方法探讨了电极位置、尺寸、接触电阻对电极电势的影响。结果表明,存在两个极值点使电极电势分别取得极大值、极小值;电极电势极值绝对值随电极尺寸增大而减小;接触电阻期望非远大于交织电阻时,电极电势不受接触电阻影响。

研究多响应参数优化问题,给出一种基于主成分分析与神经网络的参数优化方法,对复杂热聚合工艺中温度和时间参数进行优化设计。用加权主成分分析方法将容值和损耗正切值两个响应质量指标转化为单一的质量绩效指标,用其主效应值确定优化范围;建立径向基神经网络模型,搜索并确定最优工艺参数。结果表明,该方法设计的最优工艺参数使两个响应指标均得到较大改善,优化效果明显,是解决复杂非线性多响应工艺参数优化的一种方便有效的方法,具有实际应用价值。

针对化工过程中检测数据变量维数高、非线性与动态特性相结合的特点,而传统的线性降维算法不能提取局部结构信息和动态特性,提出了基于动态邻域保持嵌入–支持向量数据描述(DNPE-SVDD)算法的化工过程监控模型。结合DNPE在非线性降维和SVDD在异常点检测的优势,使用DNPE算法进行维数约减,对降维后的流形空间采用SVDD算法建立监控模型,通过Tennessee Eastman(TE)化工过程进行仿真研究,同时与DPCA、DNPE算法对比验证所提算法的性能,结果表明DNPE-SVDD能获得更高的故障检测准确率。

由于电机制造工艺的限制,非理想反电动势是无刷直流电机无法回避的问题。其对电机控制器设计提出了更高的要求,使传统驱动模式下的无刷直流电机产生了较大的转矩波动。结合常见的反电动势波形,建立了通用的非理想反电动势计算模型,通过该模型计算得到转矩波动率与反电动势波形的关系。并针对方波和正弦波两种常用的无刷直流电机电流驱动方法,就非理想反电动势下转矩波动的变化进行了系统仿真实验,实验结果表明该非理想反电动势模型可以有效地用于转矩波动计算,并且证明了理论计算的有效性。

随着互联网技术的蓬勃发展,网络安全威胁层出不穷,各国对网络安全越来越重视。在分析总结网络安全威胁的原理特点后,给出三种主动安全威胁模型,即饱和安全威胁、删除安全威胁、篡改安全威胁。利用OPNET仿真工具建立多业务通信网络模型,其中网络节点模型是基于排队论而建立的模型。实验仿真设置不同业务强度参数以便获得不同网络状态下的网络性能状态。利用模糊综合评价方法对网络安全威胁效果进行评估。

为更好地解决可再生能源并网问题,针对系统应对短时不确定性的响应能力,定义电力系统灵活性及其评估指标,并基于此提出一种储能优化配置方法。分析电源侧的不确定性,定义电力系统灵活性,针对可再生能源出力不确定性,定义电源灵活性评估指标。从选址和定容的角度,阐述储能配置的原理和方法,并基于电源灵活性评价,综合考虑系统灵活性需求和新建储能成本,建立储能配置模型并求解。以IEEE-118节点测试系统验证方法的有效性。

利用fluent软件的mixture(两相混合)模型及RNGκ-ε湍流模型,通过动网格、滑移网格模拟柱塞移动及缸体的转动,UDF(User Defined Function)设置流体的可压缩性,建立水压轴向柱塞泵有限元计算模型。发现柱塞腔的空化程度与m值(柱塞腔直径与缸体腰形孔当量直径的比值)有很大关系,并建立不发生空化mc值的数学模型。经仿真分析发现:m值越小,柱塞腔中空化度越小。斜盘倾角β、缸体角速度ω越大,柱塞腔中不发生空化区域越小。通过研究,合理选择m值,可以减小柱塞腔的空化,减小柱塞泵的振动,提高柱塞泵容积效率,对轴向柱塞泵的设计具有实际意义。

针对插电式混合动力电动汽车(PHEV)动力系统结构复杂、建立精确的数学模型非常困难的特点和模糊控制器设计主要依靠专家经验、主观性较大的缺点,提出一种基于粒子群优化的模糊能量管理策略,保持按专家知识设计的模糊规则不变,采用粒子群优化算法优化模糊控制器隶属度函数参数。利用Matlab/simulink建立该策略模型,并将该模型嵌入到Advisor软件中进行仿真和对比分析,结果表明,采用基于粒子群优化的模糊能量管理策略与采用未优化的模糊能量管理策略相比,能够更有效地降低燃油消耗,减少尾气排放。

以采煤机截割部齿轮传动系统为研究对象,建立了非线性动力学模型,将非线性动力学理论应用到采煤机截割部齿轮传动系统中,综合考虑阻尼比和激振频率对系统非线性动力学的影响,运用变步长四阶Runge-Kutta方法对非线性系统微分方程进行了求解,得到不同参数下系统响应的相平面图和庞加莱截面图。结果表明:阻尼比越小,太阳轮位移响应的非线性影响越大;激振频率在一定区间由小变大时,太阳轮位移响应由周期性变为混沌性,再变为周期性。此研究方法为采煤机截割部齿轮传动系统的相关非线性问题提供了理论支撑。

为数值模拟和预测缆索破断的动力学特性,基于集中质量法建立了水下缆索的动力学模型,采用经典的Runge-Kutta法进行数值解算;通过设置合适的边界条件实现对缆索破断的模拟,并对快速破断和缓慢破断的动力学行为进行了研究;数值模拟结果表明,破断点及其附近节点的速度在破断后极短的时间内达到最大值,之后扰动以弹性波的形式向破断点以远的方向传播;缓慢破断时张力和速度在缆索上能够更加均匀地分布,使得动能在整条缆索上的分布更加均匀,从而能够高速运动的缆索节点数目更少,节点维持高速运动的时间更短;揭示了扰动以弹性波的形式在破断缆索上的传播机制,用数值的方法证明缓慢破断比快速破断更加安全。

为考察湿度作用下复合固体推进剂内部水分扩散及分布情况,揭示推进剂湿度老化机理,进行了推进剂吸湿试验,提出了推进剂内部水分扩散模型及有限元模型,对推进剂内部水分扩散进行了有限元数值模拟,分析了影响推进剂内部水分扩散的因素。结果表明,采用湿度有限元方法能够模拟推进剂的吸湿过程;温度对水分扩散有一定的影响,温度越高,扩散系数越大,水分在推进剂中扩散越快;推进剂试件尺寸对水分扩散也有一定的影响,试件尺寸越大,内部水分扩散速度越小,到达平衡的时间越长。