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[硕士论文] 童不凡
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:pH中和过程广泛存在于生物医药,化工生产,水质处理等日常生活与工业生产领域中。但由于其变增益,强非线性和难以建模等特点,现有的控制方法在pH中和过程的控制中一直存在着一定的缺陷,对该过程的控制仍是工业过程控制问题中的热点与难点。回路传递函数恢复方法(Loop Transfer Recovery)由于其鲁棒性强、动态控制性能好、结构简单和算法清晰的特点,一直是航空航天,车辆船舶等运动控制领域中的一种热门控制方法,在解决快速跟踪的运动控制中表现出极优的特点。而pH中和过程有着中和点附近控制灵敏,响应速度快的特点,与一般慢反应的化工过程相比,要求跟踪性能更快更好,抗干扰能力更强。为了实现pH中和过程的控制优化,并将LTR控制推广到流程工业领域中,本文针对pH中和过程的两种不同模型,分别设计了对应的非线性LTR控制方法,实现了对pH中和过程的LTR控制,取得了良好的控制效果。
  对于pH中和过程强酸当量模型,本文将模型进行反S变换,设计了相对应的基于反S变换的两自由度LTR控制器,兼顾了控制器的跟踪性能和鲁棒性能,实现了对pH中和过程强酸当量模型的控制,并对控制效果进行了跟踪性能以及在酸碱不同扰动下的鲁棒性验证。同时针对系统频域特性,采用灵敏度函数验证了系统频域下的鲁棒性能,取得了良好的控制效果。
  针对pH中和过程辨识模型,本文建立了pH中和过程Hammerstein模型,结合了遗传算法与反向传播神经网络,采用遗传算法(Genetic Algorithm)优化反向传播(Back Propagation)神经网络的初始权值和域值,加速网络训练过程,从而建立系统逆模型。并通过LTR控制器对逆模型的控制实现了对pH中和过程Hammerstein模型的控制,取得了良好的控制效果,进一步改进了LTR控制方法,推广了其应用范围。
  针对LTR控制器设计时,无法兼顾调节时间和超调量的问题,本文从控制器加权矩阵参数入手,设计了参数自适应的LTR控制方法,并分别利用基于误差反馈调节的自适应规律和基于模糊规则的自适应规律进行加权矩阵参数的动态调节。仿真实验表明,所提出的两种参数自适应LTR方法均能实现在满足系统鲁棒性要求的前提下,在加快系统调节时间的同时减小系统的超调量,完成了对LTR控制器的优化,是一种行之有效的LTR控制器参数优化方法。
[硕士论文] 张明卿
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业过程更具复杂化,变量多样化,加之对产品质量要求提高,从而对工艺过程中关键变量的预测与监控有了更高的要求。以往单纯依靠变量点预测的精度来评价系统,已经不能满足实际的应用需求。区间预测作为一种概率预测方法,不仅能够预测精度,而且能够预测趋势,为系统的不确定性提供可靠性分析。同时,伴随着工业数据存在高噪声、波动性、复杂性和不规则性等特性,变量的预测与监控变得更加困难。因此,本课题针对工业过程高噪声、数据非平稳性问题,开展区间预测方法研究工作,具体内容如下:
  (1)针对高噪声、数据非平稳性等问题,提出一种改进的互补集成经验模态分解去噪方法,该方法主要将互补集成经验模态分解与样本熵(CEEMD-SE)融合,对数据进行模态分解,将分解出来的分量进行复杂性分析,并依据样本熵值重构分量得到噪声,周期,趋势三部分,剔除其中的噪声分量,达到去噪的目的。
  (2)针对提升预测模型精度,本文提出了一种改进的混合核相关向量机模型(MRVM,Mixed RVM)。MRVM主要利用线性核函数和高斯核两核的占比,来综合衡量核函数在RVM结构中的重要性,采用核密度估计方法对MRVM中的核参数进行优化计算。
  (3)针对关键变量的趋势预测以及系统的可靠性评价,本文提出了一种融合CEEMD、SE与MRVM的区间预测方法。利用两个实际工业过程:HDPE、PTA溶剂系统进行建模,实验结果表明目的方法在点预测精度上有一定的提升;在区间预测方面获得较好的区间覆盖率和较窄的区间宽度范围,并且在多步区间预测中依然保持很好的预测效果,为预测系统中关键变量趋势带来了新的方法,为系统的不确定性提供了可靠性分析。
[硕士论文] 胡欢波
控制理论与控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:倒立摆系统被视为检验各种先进控制方法的典型标杆性系统,在机器人控制、航天技术等领域有着广泛应用。由于倒立摆系统是一类不稳定、多变量和强耦合的非线性系统,基于非简化的非线性模型设计反馈控制律实现其镇定和跟踪控制问题具有一定的挑战性。此外,大部分非线性控制律是通过数字控制器实现的。传统的控制方法在解决倒立摆系统的高精度控制问题上具有一定的局限性。而非线性输出调节理论可以很好的实现精确跟踪参考轨迹、干扰抑制和参数鲁棒性等多个目标。因此,采用离散时间非线性输出调节理论研究倒立摆的位置跟踪问题具有重要意义。
  本论文主要研究了两类倒立摆系统的位置跟踪问题。主要的研究工作如下:
  (1)研究了具有多输入多输出的球形倒立摆系统的位置跟踪控制问题。这一问题可以被描述为典型的离散时间非线性输出调节问题。解决离散时间非线性输出调节问题的关键在于求解一组被称为离散调节器方程的代数函数方程。本文首先利用中心流形定理验证了与球形倒立摆系统对应的离散调节器方程的可解性,然后利用神经网络方法解决了这一跟踪问题。最后,将神经网络方法与传统的线性控制方法进行了比较。仿真结果验证了设计的有效性和优越性。
  (2)研究了具有单输入单输出的直线电机倒立摆系统的位置跟踪控制问题。这一问题可以被描述为典型的离散时间非线性输出调节问题。相对于传统的旋转电机,直线电机具有高精度、快速响应、可靠性好、扰动小等许多优点。但导轨上的摩擦力仍对倒立摆系统的控制精度有着较大的影响。因此,本文将神经网络方法和摩擦力前馈补偿方法相结合提出了离散时间神经网络控制器,实现了直线电机倒立摆系统的精确位置跟踪控制。最后,将神经网络方法与传统的线性控制方法进行了比较。仿真和实验结果验证了设计的有效性和优越性。
[硕士论文] 丁信哲
固体力学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:许多工程中的实际问题,如热传导、流体流动、弹性扭转等问题,都可以归为位势问题控制方程,本文采用高阶单元边界元法来求解二维正交各向异性位势问题。
  准确计算几乎奇异积分是边界元法难题之一。本文针对二维正交各向异性位势问题边界元法高阶单元分析中的几乎奇异积分计算难题,建立了一种半解析计算公式,该半解析法可以准确计算二次单元上的几乎奇异积分。针对二维正交各向异性位势边界元法的3节点二次等参单元,本文构造出与单元积分核具有相同几乎奇异性的近似奇异核函数。从二维正交各向异性位势边界元分析的高阶单元几乎奇异积分积分核中扣除近似奇异核函数,把几乎奇异积分项转换为规则积分和奇异积分两部分之和,规则积分部分用常规Gauss数值积分计算,奇异积分部分由本文推导的解析公式计算,从而建立起了二维正交各向异性位势问题边界元法二次单元几乎奇异积分的半解析算法。
  文中给出了二维正交各向异性材料热传导问题的边界元法高阶单元分析算例,表明了边界元法高阶单元上几乎奇异积分半解析法计算的有效性和准确性。
[博士论文] 王玉伟
仪器科学与技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:光学成像系统广泛应用于工业、农业、国防、科研等各个领域,涉及到人们生活的方方面面。传统的单孔径系统因视场小、分辨率低和三维信息缺失,无法满足人们日益增长的应用需求。现有的全景立体成像技术主要包括曲面反射镜、鱼眼透镜和仿生复眼。曲面反射镜和鱼眼透镜均属于单孔径系统,存在畸变大、分辨率有限等缺点,大大限制了其应用范围。仿生复眼作为一种多孔径系统,具有结构紧凑、大视场、高分辨、畸变小和动态灵敏度高等优点,引起人们越来越多的关注。目前仿生复眼的实现方式可划分为两大类:微透镜阵列和摄像机阵列。其中,微透镜阵列仍处于设计和制备阶段,相比而言,摄像机阵列则更加成熟,已经成功应用于许多实际场合。本着实用化目的,本文选择基于摄像机阵列的仿生复眼作为研究对象,探究实现全景立体成像的关键技术,本文主要研究内容和创新之处概括如下:
  Ⅰ.仿生复眼结构设计:基于视场无缝划分和重叠度最小化原则,本文提出了一种仿生复眼的结构设计方法。首先根据摄像机的垂直视场角,将预定视场划分若干个纬度层,然后再根据摄像机的水平视场角将各纬度层均分为若干个子视场;最后通过分析子视场与摄像机的映射关系,确定摄像机的球面排布方式,并推导出了视场重叠度的理论计算公式。根据上述设计原则,本文设计了仿生复眼SCE和BCE,并对其进行扩展,设计了全景立体成像复眼PCE。
  Ⅱ.单目摄像机标定:传统摄像机标定方法需要清晰的标靶图像,这往往会给图像采集带来不便。基于相移法的抗模糊性,本文设计了三种相位标靶:圆光栅阵列、契形光栅阵列和彩色圆光栅阵列,实现了离焦摄像机的精确标定,这将大大降低远景/近景成像系统的标定成本和难度。此外,本文还提出一种鲁棒性较高的特征点排序方法。
  Ⅲ.多摄像机全局标定:本文利用相位标靶离焦性能好的优点,将其应用于多摄像机的全局标定。当公共视场较大时,直接将相位标靶代替传统标靶,置于公共视场进行标定;当公共视场较小时,提出了标靶平移法;当无公共视场时,提出了辅助摄像机法。仿生复眼中,相邻摄像机公共视场较小,因此本文选择标靶平移法对其进行全局标定。
  Ⅳ.全景图像拼接:本文采用加速鲁棒特征SURF对待拼接图像进行配准,计算图像间的透视矩阵,将所有图像映射至同一视平面下,拼接获得全景图像。确定的场景下,只需进行一次图像配准,可实现全景图像的快速拼接。此外,进行畸变校正和颜色校正,有利于提升图像拼接效果。
  Ⅴ.全景立体成像:本文采用半全局立体匹配SGM算法,计算双目视差图。通过移动双目摄像机,获得不同视场下的视差图,并映射至同一视平面下获取全景视差图,进而实现全景立体成像。
[硕士论文] 李美美
机械设计及理论 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着信息时代的到来和人们消费观念的改变,产品设计理念从“产品功能优先”过渡到“消费者精神需求为导向”。消费者对产品形象的描述具有模糊性、不确定性,为了满足消费者的需求,设计师必须将产品的设计元素同消费者的感知联系起来。本文利用感性工学原理进行消费者对产品造型品质感受的量化,应用BP神经网络构建产品造型元素与感性意象之间的关系模型,据此开发机电产品造型设计方案的感性意象预测系统,更准确的把握机电产品造型创新设计方案满足消费者的需求情况,从而提高产品造型设计方案的有效性。
  本研究分析了机电产品造型与感性意象的关系。以轿车为例,通过设计调查,收集机电产品造型评价的意象词汇、造型样本,并利用统计学分析方法、语义差异法、三角模糊数等方法,借助SPSS软件对数据进行多维尺度分析、因子和聚类分析,确定描述产品造型的代表性意象词汇和典型产品造型样本。其次,通过对机电产品(如轿车)造型元素分析,确定机电产品造型的几何形态、色彩、材质元素的类型,筛选出对机电产品(轿车)造型影响较大的元素,应用信息熵和层次分析法(AHP)分别确定被测试人群的权重和产品造型方案评价对象权重。第三,应用BP神经网络构建轿车造型元素与感性意象之间的关系模型,并应用MATLAB软件与由轿车销售量挖掘的样本数据进行训练,得到产品造型设计方案的整体感性意象预测模型。最后,应用MATLAB软件的用户图形界面(GUI)、Access数据库等技术开发机电产品(轿车)造型意象预测原型系统。
[硕士论文] 常慧贞
工业设计 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:产品的价值实现取决于产品在市场中的表现,产品在市场中的表现取决于被顾客的认可程度,顾客对产品的认可取决于顾客的满意度,决定产品是否被顾客满意的关键是在产品开发的孕育过程中就已经开始逐步形成,特别是在产品开发的孕育过程的初期,即产品概念设计阶段。产品是客观存在的,满意度则是人的主观心理感受。设计出满足消费者的多种需求和产品形式的愉悦感才是设计师和企业面临的挑战,而概念设计在提升顾客满意度的感受上占有非常重要的地位。因此,探索和研究产品概念设计阶段顾客的满意度具有良好的理论参考和实践应用价值。本研究从感性工学、产品设计学、系统工程学出发,构建顾客满意度在概念设计阶段评价应用的知识体系,建立基于满意度的概念方案量化评价指标体系,为概念设计阶段的评价和优化设计提供有效辅助手段。
  本研究主要内容包括:⑴通过对产品设计过程中概念设计阶段的分析,确定了研究样本方案及概念设计阶段评价指标的整体流程及其技术方法,并以台灯概念为例。运用此流程确定了台灯概念设计的4个研究样本方案和由5个一级概念评价指标、11个二级概念评价指标构建的概念设计满意度评价指标体系,为建立产品概念方案满意度评价模型奠定基础。⑵对概念设计评价指标的重要度、评价指标的满意度展开研究,由此建立了基于顾客满意度的产品概念设计评价方法。首先,由模糊层次分析法对各级指标进行指标重要度的计算;然后,通过对各研究方案的二级满意度指标的调查,得到二级评价指标满意度;最后,利用顾客满意度理论构建以概念设计指标重要度、满意度为核心的产品概念阶段顾客满意度评价方法,指导产品概念方案的评价决策。⑶为了更好的进行产品后续设计,若决策者对所选择的概念方案不满意,则进行优化设计,在满意度理论的基础上,构建产品概念设计方案的优化思路。首先,对所选择的方案进行概念评价指标体系的解构;其次,运用顾客满意度理论分析所选择概念方案总体满意度与指标满意度、重要度之间的关系;最后,对其他方案和所选择方案进行指标解构及指标重要度、满意度解析的对比分析,为选择方案的优化设计作参考,由此,得到决策者满意的方案,更好的指导产品后续设计。
[硕士论文] 陈彦蒿
工业设计 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:用户对产品造型的情感认知和需求趋于多元化,导致产品造型的设计目标常趋向于多意象的综合表现,即复合意象。产品设计过程中存在着部件间相互制约、多意象难以整合、设计要素属性矛盾冲突等耦合关系。同样的,不同造型设计要素在重构为新样本时,设计要素间也会产生耦合冲突性,从而造成产品研发的失败。鉴于此,本研究利用熵理论求得产品复合意象,建立了产品复合意象与造型设计要素之间的映射关系,分析了复合意象下造型设计要素的耦合特性,并结合遗传算法提出一种基于产品意象造型设计的耦合优化设计系统。
  本研究主要内容包括:⑴产品复合意象与造型设计要素关联分析。通过分析用户对产品的情感认知,采用语意差分法对用户主观评价值进行量化处理,并经聚类分析、KJ法等方法,确定代表性研究样本及目标感性意象,利用意象熵获取各目标意象权重,从而得到产品复合意象综合评价值。利用形态分析法将产品造型设计要素进行解构,并用数量化一类理论建立复合意象与造型设计要素间关联映射。⑵复合意象下造型设计要素耦合特性分析。运用正交试验设计法将造型设计要素耦合重组,重构为新样本,采用标度变换法将新样本意象评价值转化为三角模糊评级,从而建立产品模糊综合评价模型。利用模糊理想逼近解计算加权标准化模糊决策矩阵,得到模糊最优解与最劣解,进而得到每一个新样本与理想解的相对贴近度,依据贴近度对新样本进行综合排序,获取最优目标样本。解构并归纳新样本造型设计要素组,进一步分析得到产品意象造型中设计要素的耦合原则。⑶建立产品意象造型耦合优化设计系统。利用遗传算法构建产品意象造型设计耦合优化模型,从而建立产品意象造型耦合优化设计系统。该系统将最优目标样本作为初始样本,在设置初始耦合参数下,进行遗传操作,利用耦合适应度函数智能评价及人工干预评价等方式进行适应性筛选,对目标样本进行耦合优化,从而快速、高效率的选择符合用户目标意象的产品。
[硕士论文] 梁学双
机械制造及其自动化 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技的发展以及产品种类的丰富,人们在选购产品时更多的参考依据是产品所能带来的精神层次的感受,如何准确切入消费者的感性意象需求进行产品创新设计成为了新的设计难题。只依靠设计师本人能力的设计方法已不能完美全面的解决这一难题,因此需要整合现有的设计方法与技术,交叉多门学科方法与技术进行集成探索,探索出新的面对不同感性需求的综合设计方法与技术。针对产品意象造型设计,本文通过多种设计方法与技术集成,以实现产品意象造型创新设计。
  本研究主要内容包括:⑴通过网络搜索、杂志查阅及阅读文献等手段对电动轿车造型的评价词汇和现有的电动轿车样本进行收集;采用形态分析法得到产品的造型元素类目,并在此基础上对样本进行聚类分析以选取典型样本;运用问卷调查的方式初步筛选出能准确描述电动轿车外观的感性词汇,继而采用三角模糊分析和因子分析将代表性形容词汇提取出来,并对样本数据和研究方法进行信度和效度的检验。⑵应用数量化Ⅰ类理论和三角模糊分析得到造型特征元素类目对产品感性意象的贡献值,继而运用偏相关分析构建造型特征元素与意象形容词的线性关系模型,作为优化产品造型时的评判依据。⑶以造型特征元素与意象形容词的线性关系模型为基础建立适应度函数,应用遗传算法对造型特征元素进行组合优化,对优化结果应用PRO/E软件建模和Keyshot软件进行渲染的效果图表达。⑷应用MATLAB软件、Microsoft Access数据库技术开发了机电产品意象造型创新设计原型系统,并用电动轿车造型方案设计进行了验证。
[硕士论文] 顾镇北
软件工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的快速发展,高科技产品由于造价高昂、制作工艺复杂等原因,无法进行大样本的可靠性实验,这使得实验数据呈现小子样的特点。如何科学合理地利用小子样的现场实验数据,为产品的可靠性评定提供决策依据成为一个重要课题。近些年在小子样可靠性评定领域,由于贝叶斯理论能够有效地整合验前实验信息与现场实验信息对系统可靠性做出客观的评价,而得到了广泛的关注。因此,本文对基于贝叶斯理论的小子样可靠性评定方法开展研究,主要研究内容如下:
  本文针对基于贝叶斯理论的小子样可靠性评定方法准确率较低的问题,对验前信息预处理和贝叶斯可靠性评定两个阶段进行改进。在验前信息预处理阶段,主要针对验前信息的折算方法进行了研究。针对相似系统的信息折算存在的问题,本文提出了一种相似系统折算方法,基于相关系数确定相似系统间的关系矩阵,采用D-S证据理论进行整合的折算方法;同时针对系统在不同环境下的实验信息,本文提出一种基于F-HS算法的折算方法,提高了信息分割配对的准确率,进而提高了折算效率。在贝叶斯可靠性评定阶段,使用共轭验前分布的方法确定验前信息的分布,提出一种混合验前分布模型,解决了验前信息“淹没”小子样现场实验信息及多源验前分布的融合权重问题;通过贝叶斯公式对混合验前分布模型与现场实验信息进行整合,并采用Gibbs算法对验后分布模型进行采样,有效的对系统可靠性参数进行评定。
  实验结果表明,本文提出的验前信息折算方法,在验前信息与现场实验信息符合相容性检验的前提下,很好地提高了折算的准确率。采用基于混合验前分布模型的贝叶斯可靠性评定方法,解决了多源验前分布的融合权重问题,并对可靠性参数进行有效的评定。本文通过三组对比实验表明本文方法的有效性。
[硕士论文] 余婧雯
动力工程及工程热物理;工程热物理 东南大学 2017(学位年度)
摘要:乳液体系因其独特的封闭液-液相界面结构,而成为微储存器、微反应器、微壳核材料等微功能器件构建的有效模板。然而,乳液液滴往往在外流场的操控下形成所需的尺寸、单分散度、界面形状等主要结构特征,并通过聚合、交联、溶剂挥发、固化、组装等物理化学过程完成微功能器件的构建。因此,乳液液滴在外流场作用下所出现的形变、破碎等动力学行为将对微功能器件的结构及性能产生重要影响。因此,准确地掌握乳液液滴在外流场作用下的动力学行为机理及其界面演化规律,探寻液滴在外流场中动力学行为的主动控制方法,将对乳液液滴法构建微功能器件工艺过程的精密调控具有重要的现实意义。
  近年来,随着电流体力学的发展,外加电场主动控制已成为一条精确调控外流场中液滴动力学行为的有效途径。然而,当前人们对于电场与流场耦合作用下液滴动力学行为特征与规律仍缺乏完整认识,并且流场力与电场力对液滴动力学行为的耦合调控机制仍有待进一步揭示,这些都导致工程实际中外加电场主动调控外流场中液滴动力学行为过程仍缺乏系统的理论指导依据。为此,本文基于相场方法捕捉多相流体界面,并利用电流模型表征液滴荷电过程及电场力作用,通过电场与多相流体流场控制方程的双向耦合,建立了不可压缩单乳液、双重乳液液滴动力学模型并开展数值模拟,研究了在拉伸流场、外加电场及其耦合作用下乳液液滴的形变动力学行为特征与机理,分析了粘性曳力、表面张力与电场力在液滴形变行为中的耦合作用机制。概括起来,论文的主要研究内容和研究结论如下:
  (1)建立不可压缩单乳液液滴动力学模型,研究了在拉伸流场、外加电场及其耦合作用下单乳液液滴的形变动力学行为特征与机理,给出了不同物理场以及不同毛细数、电毛细数、介电常数比、电导率比等对单乳液液滴形变的影响。研究结果表明:单液滴处于单一伸流场中流场产生的粘性曳力将促使液滴发生形变,当毛细数较小时(Ca<0.06)液滴形变率随着毛细数的增大呈线性增加;施加电场后,在液滴与连续相相对电导率R和相对介电常数S的共同影响下,液滴界面处将产生两种不同的感应电荷分布;当施加与拉伸流场来流方向相平行的电场并且当液滴和连续相的电物性参数满足RS>1时,电场所产生的电场力可以抑制液滴的形变。
  (2)建立不可压缩双重乳液液滴动力学模型,研究了在拉伸流场、外加电场及其耦合作用下双重乳液液滴的形变动力学行为特征与机理,给出了不同物理场以及不同毛细数、电毛细数、介电常数比、电导率比等对双重乳液液滴形变的影响。研究结果表明:双重乳液液滴处于单一拉伸流场中外液滴主要受外加拉伸流场粘性曳力的作用而产生宽扁型形变,内液滴主要受外液滴内部流体所产生粘性曳力的作用而产生瘦长型形变;施加电场后,在内外液滴与连续相相对电导率R和相对介电常数S的共同影响下,液滴界面处将产生四种不同的感应电荷分布并随之产生四种不同的形变类型;当施加与拉伸流场来流方向相平行的电场时,由介电常数比S和电导率比R的不同,双重乳液可以产生O-P型、O-O型、O-S型、P-P型、P-O型、P-S型、S-O型、S-S型、S-P型形变,(O-宽扁型,P-瘦长型,S-球型)特别是,通过调节连续相、外液滴以及内液滴的相对介电常数S和相对电导率R可以主动抑制双重乳液在流场中的被动形变而保持液滴具有很好的球形度。
  (3)在对单乳液液滴的形变动力学行为研究的基础上,进一步开展了单乳液液滴分裂动力学行为研究。研究结果表明:无论是在单一拉伸流场还是单一电场中,当毛细数(电毛细数)大于临界值时液滴将发生分裂现象,且在单一电场作用下,液滴分裂形式随着电导率比R和介电常数比S的不同而变化;当施加与拉伸流场来流方向相平行的电场并且当液滴和连续相的电物性参数满足RS<1时,电场所产生的电场力可以促进液滴的分裂。
[硕士论文] 黄将诚
机械制造及其自动化 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技的飞速发展,利用VR(虚拟现实)技术为工业安全生产和人机产品开发提供理论指导依据已成为必然趋势。在工业、医疗、体育以及军事等领域,利用“虚拟人体”技术进行特定环境下的情景模拟和人机功效分析已成为一种重要的手段。而虚拟人体的建模正是其中的研究重点。虚拟人体的建模涉及运动生物力学、人机工程学以及虚拟现实等诸多学科;虚拟人体建模的核心内容是人体骨骼肌系统的建模。本文针对诸多领域对虚拟人体的需求为背景,基于多体动力学原理,结合计算机辅助设计与仿真等手段建立人体下肢骨骼肌系统模型,以期指导人机工程学产品优化设计,并用于康复医疗、仿生机械和体育训练等领域中特定情况下的人机情景模拟分析。
  首先,通过参阅大量中外文献,总结与改善前人的研究方法,参考前人的研究成果,提出以实验采集为基础,多体动力学为原理,计算机辅助设计为手段的人体下肢骨骼肌系统建模方案,并选取6名健康男子为研究对象,基于人体运动信息采集系统进行人体下肢表面肌电信号、下肢环节运动参数、地反力等数据的采集。
  其次,利用MATLAB进行人体下肢 CT图像的滤波去噪与锐化处理,通过编程计算提取下肢表面肌电信号的特征值。运用QTM软件处理实验数据,建立人体下肢点棍运动模型,并进行人体下肢运动参数的提取与绘图。
  再次,利用Mimics软件提取人体下肢骨骼的点云数据;运用 UG软件进行点、线、面、体逐级构造,建立人体下肢骨骼模型;借鉴中外文献建立人体下肢骨骼肌的简化模型,利用ADAMS/view模块结合实验采集数据与人体下肢肌肉关节力矩方程建立人体下肢骨骼肌系统模型。
  最后,在ADAMS环境下进行人体下肢骨骼肌模型的运动学和动力学仿真,获得仿真参数,采用复相关系数法对比分析仿真数据和实验采集数据的相关性,同时分析该模型的可行性与实用性。
[硕士论文] 刘保腾
力学;固体力学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:泡沫铝具有高比强度、高比刚度和高能量吸收率等优点,在汽车交通、航空航天、船舶运输等领域广泛应用。然而,泡沫铝在单独使用下无法很好地满足强度、刚度等方面的要求,通常需要与传统致密的金属材料相结合形成夹芯结构。目前,关于泡沫铝及其夹芯结构的力学性能的研究主要集中在常温条件下,随着泡沫铝应用潜力的日益增大、科技的发展,航空航天领域对环境温度的要求越来越苛刻,需要探索泡沫铝在高低温等极端环境下的力学性能。
  本文以试验研究为主,结合理论分析研究了闭孔泡沫铝及其夹芯梁在不同温度下的力学性能,主要的研究内容以及结果如下:
  一、通过准静态压缩试验获得了不同温度下的泡沫铝应力-应变曲线,发现高温条件下闭孔泡沫铝具有明显的温度软化现象,低温条件下具有略微的硬化现象。在准静态压缩试验中,泡沫铝的屈服应力、平台应力以及能量吸收都随着温度的升高而减小,塑性平台段随着温度的升高而变长,而压实应变基本不随温度的变化而变化。分析泡沫铝的吸能特性并给出吸能效率图和理想吸能效率图,表明泡沫铝是一种理想的吸能材料,在高温条件下更接近理想的吸能材料。
  二、通过理论分析与试验结合的方式研究了不同温度下泡沫铝夹芯梁的准静态三点弯曲变形。发现泡沫铝夹芯梁在常温和低温下的三点弯曲中,高温胶夹芯梁承载能力低,较早地出现面板脱胶导致承载能力下降,吸收能量少,不利于结构的安全防护。泡沫铝夹芯梁随着芯材厚度的增加峰值荷载增大,能量吸收增多,峰载位移减小;随着加载跨距的增大峰值载荷减小,能量吸收减少。泡沫铝夹芯梁在低温条件下,峰值载荷和能量吸收都略高于常温下,表现出泡沫铝硬化现象;而在高温条件下,峰值载荷和能量吸收都远远小于常温下,且随着温度的升高峰值载荷和能量吸收都减小,表现出泡沫铝的高温软化现象。
[硕士论文] 李娜
计算机技术 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA)方法是可靠性分析及故障诊断的有效方法,二元决策图(Binary Decision Diagram, BDD)是进行故障树定性分析和定量分析的有效技术,在故障树向BDD转化过程中,关键是要进行底事件排序,底事件的排序直接影响BDD的规模大小,从而影响故障树分析的效率。
  本文从底事件结构重要度的实际意义出发,考虑了底事件在故障树中所处层次等因素对BDD规模的影响,提出了一种基于结构重要度的底事件排序方法,该方法采用优先级排序策略,将底事件排序策略分为底事件在故障树中所处的层次、底事件重复出现的次数,重复事件再次出现的位置、父节点的门类型以及自上而下自左向右这5类优先级,按照这5类优先级依次对底事件进行排序。
  本文进行实验验证提出的底事件排序算法,实验结果证明对于选取的大部分故障树数据集,本文提出的算法与另外两种算法相比,产生的BDD规模较小,产生的冗余割集较少,缩短了故障树分析时间,从而能够简化故障树定性和定量分析过程,提高故障树的分析效率。最后根据提出的底事件排序算法,论文设计了一个FTA系统。
[硕士论文] 刘闯
力学 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:粘弹性地基弹性薄板和厚板结构已经在实际工程中得到了非常广泛的应用,事实上很多材料具有粘弹性的性质,在一定条件下可以将粘弹性材料近似处理成弹性材料,求解的结果可以满足工程的需要。但是有些情况下必须利用粘弹性板理论才可以满足实际的精度要求。由于粘弹性厚板动力方程的复杂性以及边界条件难以处理,不能求出粘弹性地基上粘弹性厚板的解析解,相关的理论研究也没有见到。为了解决该问题,本文采用有限元数值方法,利用ANSYS软件分析了粘弹性地基上的粘弹性板的振动特性,讨论了板厚度对结构振动特性的影响。但是由于粘弹性材料是一种率相关材料,ANSYS中采用复阻尼理论求解这类振动问题,因此只能进行谐响应分析,所以本文对粘弹性材料的本构模型进行了处理,从而利用ANSYS实现了对粘弹性结构进行模态分析和瞬态动力分析。
  第一章,推导了动态模量实验结果的拟合公式,通过对实验结果的拟合得到了粘弹性材料的材料参数。
  第二章,针对ANSYS不能直接对粘弹性材料进行模态分析和简谐荷载作用下的瞬态动力分析这个问题,提出了将粘弹性结构处理成弹性体加大阻尼形式的解决办法,并给出了相关理论依据。
  第三章,在ANSYS中建立了三维模型,首先对弹性地基上不同厚度的粘弹性板,粘弹性地基上不同厚度的弹性板以及粘弹性地基上不同厚度粘弹性板分别进行了模态分析,通过对比讨论了板厚度对振动特性的影响;之后讨论了地基与板的模量比对结构振动特性的影响,为工程实践提供了理论依据和参考。
  第四章,对粘弹性地基上不同厚度的粘弹性板进行了0~100Hz范围内的谐响应分析,讨论了板厚度对最大动位移和敏感频率的影响;同时进行了正弦荷载作用下的瞬态动力分析,讨论了板厚度对动位移和动应力的影响。
  第五章,对全文进行了总结。
[硕士论文] 张炳早
机械工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的蓬勃发展以及人们对提升生活质量的不断要求,越来越多的科技成果开始应用实际并造福社会。足底压力分析是人体运动生物力学范畴内的重要组成部分,是一门综合运动学、解剖学、工效学等多门学科的研究手段,它在医学检测、体育训练、航空航天、刑事判定等领域均有重要意义。本文对平地行走、平地跑步、上下台阶及非正常步态等多运动模式下的足底压力分布特征进行了实验研究,主要完成了以下内容:
  首先,提出八阵列式足底压力区域划分规则,建立双足在平地运动与上下台阶过程中的足底受地面反馈合力与合力作用点求解函数方程,研究了单支撑期足底所受静摩擦力求解方法。
  其次,介绍了足底压力和加速度信号采集硬件平台,开发了基于MATLAB软件的压力采集数据处理软件程序,并对PVDF压电薄膜进行了标定实验与精度分析。同时还开发了基于LabVIEW软件的加速度信号数据采集系统。
  最后,对多名健康男性青年进行了不同速度下的平地行走、跑步以及上下台阶等正常运动实验研究,同时还进行了模拟非正常步态运动的实验研究。通过对实验结果的图、表对比及统计分析,得到了人体在不同运动模式下的足底压力分布特征;不同受力区域峰值出现相位特征;速度对受力大小的影响规律特征等等。以此为依据,分析并制定了足部康复训练策略。
[硕士论文] 闫龙华
工业设计工程 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:苗族服饰纹样凝结了苗族人民的历史、文化以及审美情趣,具有不可估量的艺术价值及文化价值。然而,在现代社会中,现代化程度的加快致使苗族服饰纹样在年轻一代人中吸引力逐渐降低,瑰宝般的苗族服饰纹样正在逐渐流失。为使苗族服饰纹样能够更好地得以开发利用及保护传承,本文基于眼动技术的应用研究现状及苗族服饰纹样的研究现状的梳理,提出了眼动技术在苗族服饰纹样的评价研究,并基于评价结果进行苗族银饰的创新设计,实现创新设计更好地符合消费者的偏好。
  本研究首先在相关理论基础与技术支持的深入探讨后,对苗族服饰纹样的种类、组织形式、布局形式及构成形式进行了分析。并结合美学原则,提炼出苗族服饰纹样的美学评价指标。其次,在对眼动技术评价实验进行设计基础上,运用眼动技术与语义差异法(SD)结合的方式对苗族服饰纹样进行感性偏好评价实验,并通过均值比较和方差分析,获取得到各个实验纹样的偏好程度。进一步地,结合美学评价指标的纹样辨析,最后确定出4张偏好显著的苗族纹样。最后,剖析了苗族服饰纹样再设计的必要性,并将实验提炼所得的偏好纹样进行了再设计,应用于银饰的创新之中,设计出三套具有苗族特色的银饰作品。将眼动技术运用于苗族服饰纹样评价的研究,通过量化研究的方式提高了苗族服饰纹样评价研究结果的准确性,为产品创新设计提供了可靠的用户偏好依据,亦为视觉识别类的非物质文化遗产保护传承以及开发利用提供了可借鉴的研究手段。
[硕士论文] 杨甜甜
控制工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:在电脑成为人们日常工作和娱乐所不可缺少的工具的同时,因在电脑前长时间工作而导致的各种健康问题也日益突出。为改善这一状况,本课题结合现代个人计算机外设,发明了一种通过实时监测用户脉搏信息估计用户健康状态,同时提供提醒和按摩保健功能的智能保健鼠标,对该鼠标的软硬件进行了设计,并对实验结果进行了分析。
  本研究主要内容包括:⑴分析比较了现有普通鼠标及智能鼠标产品,以及目前人体脉搏检测和分析方法,确定了课题的研究内容和方案。⑵对鼠标在智能保健方面的需求进行了具体分析,提出了一种能实时监测用户健康状况、并在疲劳时提醒用户休息和提供保健按摩的智能保健鼠标设计方案。⑶对智能鼠标进行了总体设计,对其各功能模块:脉搏信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块、保健功能模块和用户配置模块进行了详细的功能设计,并明确了它们之间的相互关系。⑷对智能保健鼠标各模块分别进行软硬件实现,使用STM32F103单片机作为整个系统的处理器,使用PulseSensor作为用户采集脉搏信息的传感器,采用PWM控制按摩贴片振动的频率,使之作用于手部穴位,进行保健按摩以减缓疲劳。⑸通过USB建立上位机同智能保健鼠标的通信纽带,构建了智能保健鼠标原型样机,开发了上位机控制程序和下位机采集及保健程序,验证了智能保健鼠标设计方案的有效性。
[硕士论文] 马小梅
控制工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:随着工业信息化的不断深入,报警泛滥问题成为工业过程报警管理中的重要安全问题之一。报警根源分析对解决报警泛滥问题发挥着非常重要的角色。随着工业过程规模日益复杂,控制算法也越来越多呈现多样化,如何有效的通过数据对报警根源进行诊断对于解决报警泛滥问题具有非常重大的意义。
  贝叶斯网络是一种基于概率论和图论的表示变量间因果关系的有向无环图,用于解决不确定性和概率性问题,已经广泛应用于人工智能、机器学习、故障诊断等领域。然而,当网络中节点不断增多,通过专家经验构建贝叶斯网络变得非常困难,而通过数据进行贝叶斯网络结构学习的解空间因随着变量增多呈指数式增长,于是成为该领域的一个NP-hard研究热点。
  本文主要的研究内容如下:①介绍了报警管理系统问题的现状及研究进展,阐述了贝叶斯网络的研究现状及存在问题,并研究了贝叶斯网络的基础理论;②研究贝叶斯网络结构学习算法,通过评分搜索的方式采用布谷鸟算法与模拟退火算法结合的方法提高搜索效率并防止算法陷入局部最优,并采用二进制Levy策略对结构进行更新,提高算法的准确性,最后用标准测试网络验证了算法的学习效率;③利用偏相关性分析确定变量间的相关性并确定邻接矩阵,通过改进布谷鸟算法,对TE过程进行建模分析,并通过贝叶斯推理对报警根源进行诊断与分析,实验证明本文提出的算法在解决不确定性模型构建及分析中的可行性和有效性。
[硕士论文] 刘章升
设计学 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:产品建构设计的符号学路径(SAPAD)框架理论是从符号学的角度将产品的结构、功能、材料等与产品和用户交互过程中出现的意义建立联系,重塑产品架构的设计方法,从行为、对象、意义三个维度分析进行产品构建,通过分析行为—意义—对象三者之间的关系,建立起以用户为中心的产品建构策略,实现设计创新。
  本研究通过对SAPAD理论框架的深入理解,对南京地区社区独居瘫痪老年人的康复行为进行深入研究,完成社区康复与养老功能服务模块重构,对验证SAPAD模型框架在实际服务设计中的应用提供思考和建议。从老人的康复活动开始,把活动拆解成任务、子任务进行分析,再到行为意义的构建,通过核心意义簇,最后构建社区康复服务系统设计。主要运用SAPAD理论框架对南京地区社区独居瘫痪老人的康复行为进行研究,抽取老人一天的康复活动行为,典型的康复行为有服用降压降血糖药、室内康复运动、社区广场康复锻炼、社区医院测量血压、听康复知识讲座、与子女沟通病情、服用心脏病药,同时研究老人在康复过程中与物、其他人的交互行为,以及行为所指向的意义,完成行为-物-意义之间三个维度的映射关系,最终挖掘到六个意义层级聚类分析得到核心意义簇,并进行核心意义关系建构,通过意义-行为-物的映射分析,重新构建功能服务模块,进而构建社区康复服务系统,提炼康复设计机会。本课题是SAPAD框架理论的延伸研究,探索SAPAD方法在服务设计领域应用的实际效果,为医养融合社区居家养老服务课题提供新的思路和建议,目的不在于最大限度地延长老年人寿命,而在于不断提升老年患者的生活品质。最后也为SAPAD理论框架模型提供实践参考案例,不断完善符号学路径下的产品建构理论体系。
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