基于环境建模与修正的视觉/力觉辅助遥操作系统

为增强空间遥操作系统的力交互性,提出了一种基于视觉/力觉辅助的空间遥操作系统。结合虚拟现实技术,借助力觉反馈设备搭建了基于虚拟3D视觉反馈和虚拟力觉反馈的空间遥操作实验平台。使用KINECT相机采集3D点云数据,采用滑动最小二乘法(SLSM)在线识别未知环境中的模型参数并更新本地虚拟环境。通过虚拟预测环境产生实时的视觉、力觉反馈。基于人工势场的共享控制方法,产生引力或斥力信号来增强操作者控制远端机器人的避障及接近操作目标的能力。该方法在7自由度Schunk机械臂上得到了实现,实验表明此方法能够克服2 s时延影响并显著提高操作效率。     

基于P2P的一种负载饱和避免技术研究

在点对点体系结构的分布式虚拟环境系统中,由于客户机节点的计算能力和带宽的异构性,以及发生在客户机程序之间交互信息量的不同,会导致一些客户机出现负载饱和。一台客户机的负载饱和不仅影响本机程序的运行,也会对周围其他的客户机的运行产生影响,这限制了分布式虚拟环境系统的性能。研究提出了一种在点对点体系结构的分布式虚拟环境系统中避免客户机负载饱和的技术,试验结果显示了所提出的方法有效地改进了系统的性能。     

虚拟环境下的设计质量保证技术

论述了在虚拟环境下的设计质量保证的必要性，综述了虚拟环境下的设计质量保证的关键性技术，提出了在桌面虚拟环境下设计质量保证系统的总体框架。     

虚拟测试

虚拟测试(就是在可视化、虚拟化、集成化的计算机和(或)网络环境下,通过软件实现测量的部分或全部功能,还可以在虚拟环境中对实际的测量过程进行仿真。     

面向虚拟环境的协同设计系统

从面向虚拟环境的网络协同设计系统关键技术入手,研究了虚拟协同平台体系结构、网络传输模式、多用户表示和协同冲突解决机制.     

XNA环境下数据手套交互模块的研究与实现

数据手套作为虚拟现实系统中自然的人机交互设备,能够将人手的姿势实时地传递到虚拟环境中,使用户能够更加有效而自然地与虚拟世界交互。在VC＋＋．NET中封装5DTSDK中的系统函数,解决了XNA与指针接口交互困难的问题,实现了数据手套供XNA使用的COM交互接口;通过在XNA中使用骨骼蒙皮技术,消除了传统虚拟手皮肤出现裂纹等问题;根据人手的运动学特点,在XNA中实现了虚拟手与数据手套的实时交互。实验表明,虚拟手模块能够实时、逼真地实现人手的运动。     

基于静态排水和被动排热技术的全被动氢氧燃料电池研究

常规氢氧燃料电池系统较为复杂,为简化燃料电池系统,设计了一种基于静态排水和被动排热技术的全被动燃料电池。通过增加静态排水和导热板等组件,加强了燃料电池的功能性,减少系统关键零部件。极化性能显示全被动燃料电池与常规燃料电池性能相当,表明全被动燃料电池结构改进并未对燃料电池性能造成不良影响。测试结果表明,全被动燃料电池可长时间恒电流稳定工作,且运行期间电池内部温度仅存在小范围的稳定波动,说明电池运行中产生的废热和多余的水分可以通过导热性能较好的热解石墨和排水组件排出电堆,达到热量和水的平衡。这种基于静态排水和被动排热技术的全被动燃料电池简化了电池系统结构,提高了可靠性,在航天领域具有广阔的应用前景。     

多自由度大型装配工艺装备虚拟建模与仿真

多自由度大型装配工艺装备的结构和驱动形式复杂.通过分解大型工装的自由度,引入运动构件层次结构对工装进行多自由度抽象建模,提出一种节点单元结构构建虚拟环境下的工装模型,并建立了适用于多自由度工装建模的模板;基于多自由度工装模型,通过实时交互指定虚拟环境中工装与装配对象的关系,实现工装和装配对象的组合运动仿真;开发了用于多...     

桥梁断面气动导纳风场依赖特性的数值研究

基于二维不可压非定常RANS模型,分别计算了平板断面、箱梁断面、双边肋断面在简谐脉动来流和宽频湍流中的非定常气动力,并识别出各自的气动导纳函数。在此基础上,通过考察断面在三种不同脉动幅值来流作用下的气动导纳,研究了不同脉动幅值对各类断面气动导纳的影响。结果表明,在竖向简谐脉动来流下,平板断面的气动导纳与Sears函数吻合良好,证明数值识别气动导纳的可行性;湍流作用下,平板断面识别的导纳函数有着实质性的不同,表现出很强的随机跳跃性。与平板断面类似,箱梁断面的气动导纳接近Sears函数。在不同幅值的简谐脉动来流下,平板断面和流线型箱梁断面识别的气动导纳基本一致,表现出了流线型断面对来流特性的不敏感性。计算结果表明,具有显著分离流的双边肋断面,其气动导纳具有明显的来流风场依赖性,表明钝体断面的气动导纳并不能定性为断面的函数,而是由断面与来流风场特性共同确定。     

先进制造环境下质量控制的理论与方法

分析介绍了AMT环境下质量控制的新特点及其主要的理论与方法,其中包括统计过程控制(SPC)、统计过程诊断(SPD)、统计过程调整(SPA)、质量方法论、集成质量系统(IQS)、面向质量的设计(DFQ)、虚拟环境下的质量保证技术以及质量控制的自动化与智能化技术。     

Haptic based teleoperation with master-slave motion mapping and haptic rendering for space exploration

This paper presents a new solution to haptic based teleoperation to control a large-sized slave robot for space exploration, which includes two specially designed haptic joysticks, a hybrid master-slave motion mapping method, and a haptic feedback model rendering the operating resistance and the interactive feedback on the slave side. Two devices using the 3 R and DELTA mechanisms respectively are developed to be manipulated to control the position and orientation of a large-sized slave robot by using both of a user's two hands respectively. The hybrid motion mapping method combines rate control and variable scaled position mapping to realize accurate and efficient master-slave control. Haptic feedback for these two mapping modes is designed with emphasis on ergonomics to improve the immersion of haptic based teleoperation. A stiffness estimation method is used to calculate the contact stiffness on the slave side and play the contact force rendered by using a traditional spring-damping model to a user on the master side stably. Experiments by using virtual environments to simulate the slave side are conducted to validate the effectiveness and efficiency of the proposed solution.     

航天器贮箱变质量流固耦合系统的动力学响应

研究了航天器贮箱变质量流固耦合系统的动力学特性.根据虚拟质量法(VMM),结合边界元法和有限元法构建了系统的动力学模型,建模过程中着重考虑了质量变化对系统的动态影响.通过Newmark直接积分法计算出贮箱变质量系统的振动响应.结果表明:由于系统质量减少,引起了系统振动频率的增大,并产生一个附加负阻尼.系统的振动频率的范围可以通过系统质量的范围确定.变质量引起的附加负阻尼的大小与系统的质量变化率成正比.对于系统的横向振动,质量减少引起的附加负阻尼在整个过程对系统振动的影响比较稳定,对于系统的纵向振动,质量减少引起的附加负阻尼对系统振动的影响随时间的增加而增大.      

虚拟战场环境中大气环境的研究与应用

为全面的体现各种自然环境条件对武器系统的影响，准确的进行武器系统性能的评测和效能的评估，在虚拟战场环境除了构造各种武器平台仿真实体外，还需对各种武器平台进行的陆地，海洋，空间环境进行逼真的表示和描述，重点介绍了大气环境的数值模拟和环境数据在虚拟战场环境中的表示，并基于HLA/RTI协议标准构建了一个大气环境服务器，最后介绍了其在虚拟战场环境中的应用。     

A high-safety active/passive hybrid control approach for compressor surge based on nonlinear model predictive control

Surge active control can expand the stable operating range of the compressor. However, the difficulty of flow measurement, dynamic uncertainty disturbance, actuator delay characteristics, hard constraints of control variable, and system security measures have not been fully considered in the existing active control system, which significantly hinders its engineering application. Therefore, a nonlinear model predictive surge active control method is first presented based on flow estimator designed by using a continuous-time Kalman filter for dealing with the hard constraint of control variable and the impact of actuator delay of compression system with dynamic uncertainty. Then, a high-safety active/surge passive hybrid control strategy is designed, dominated by the surge active control and supplemented by the surge passive control, to ensure the compression system’s safe and stable operation. Lastly, the simulation results suggest that the flow estimator accurately estimates the compressor flow. When considering the delay impact of the actuators and sensors and measurement noise on the system, the proposed method exhibits stronger robustness than the existing methods. The active/surge passive hybrid control strategy can successfully ensure the compression system's safe and stable operation. This paper is of high practical significance for the engineering application of future compressor surge active control technologies.     

太阳帆航天器被动姿态控制研究

针对由有效载荷、太阳帆和4个控制叶片所组成的太阳帆航天器系统,从物理模型出发,利用欧拉方程建立了姿态动力学模型,并通过数值仿真对太阳帆航天器基于控制叶片的对日定向性能进行了研究。研究结果表明,在行星际飞行中太阳帆航天器可以通过使控制叶片保持偏置来保持姿态稳定。     

集成化虚拟装配系统体系结构研究

针对虚拟装配系统中的信息孤岛问题,提出了与CAD系统集成的虚拟装配系统体系结构。通过信息双向传递的VA-CADPIM模型实现虚拟装配系统与CAD系统的设计集成;采用虚拟手和鼠标、键盘的混合交互模式使设计者在沉浸式虚拟环境与非沉浸式CAD环境中相互切换,充分发挥沉浸式与非沉浸式环境的优势;通过分析系统信息流、运行原理及工作流程描述了系统的集成工作过程。基于CATIA V5及其二次开发环境,Immersion Virtual Hand SDK和组件技术实现了虚拟装配原型系统IVADS。通过某飞机的实例验证,表明该体系结构能够实现虚拟装配系统和CAD系统的无缝集成,具有较好的可扩展性和易移植性。     

升力加载法在起落架缓冲器性能研究中的应用

针对某型飞机前起落架,在ADAMS/A ircraft软件环境下建立对应的虚拟样机模型。通过编制仿真控制文件,采用直接在起落架上加载当量升力而非折算当量质量的方法,研究了升力作用对缓冲器性能的影响,更加真实地实现了对起落架有仿升落震试验的模拟。最后,通过对比分析进一步验证了该种升力加载方法的有效性和可靠性,为型号研制中起落架缓冲系统的下一阶段的详细设计工作奠定了基础。     

集成化虚拟装配系统体系结构研究

针对虚拟装配系统中的信息孤岛问题,提出了与CAD系统集成的虚拟装配系统体系结构.通过信息双向传递的VA-CADPIM模型实现虚拟装配系统与CAD系统的设计集成;采用虚拟手和鼠标、键盘的混合交互模式使设计者在沉浸式虚拟环境与非沉浸式CAD环境中相互切换,充分发挥沉浸式与非沉浸式环境的优势;通过分析系统信息流、运行原理及工作流程描述了系统的集成工作过程.基于CATIA V5及其二次开发环境,Immersion Virtual Hand SDK和组件技术实现了虚拟装配原型系统IVADS.通过某飞机的实例验证,表明该体系结构能够实现虚拟装配系统和CAD系统的无缝集成,具有较好的可扩展性和易移植性.     

基于被动相位噪声补偿的自由空间光学频率传递

针对自由空间光信号传输更易受到环境影响的特点，提出了一种被动相位噪声补偿技术。该方法利用探测往返传输的光信号与发射端参考信号拍频获得链路引入的相位噪声，在发射端通过声光移频器（acousto-optic modulator, AOM）对待传递信号移频取共轭即可在接收端获得相位稳定的光学频率信号。该方法避免了使用复杂的鉴相和伺服控制电路，使系统具有更快的补偿速度且没有鉴相范围的限制。实验结果表明，150 m的室外自由空间链路的平均时间1 s的附加频率不稳定度约为1.9×10-16，平均时间1 000 s的附加频率不稳定度约为4.6×10-19。该相位噪声补偿技术为高精度的自由空间光学频率传递提供了一个简单可靠的方案。     

齿轮耦合复杂转子系统弯扭耦合振动分析的轴单元法

针对存在非平行轴的多分支齿轮耦合复杂转子系统,基于子结构分析理论,将系统中的每一根轴视为单元,将齿轮啮合力视为单元的激振力,在局部坐标系中采用集总质量法建立该单元的振动方程;在系统总体坐标系中,将各单元的振动方程联立,形成齿轮耦合复杂转子系统弯扭耦合振动方程,通过数值求解,获得系统固有频率和动态响应。采用所提出的轴单元法,对某航空发动机启动系统进行了模态和强迫振动特性分析。