螺旋锥齿轮齿面接触分析改进算法研究

针对现有齿面接触分析(TCA)的不足,提出了螺旋锥齿轮齿面接触分析的改进算法.基于空间曲面啮合原理、Enler-Rodrigues公式以及接触区几何形状的等量关系对齿面接触分析算法进行了改进,通过方程变换,减少了求解接触点位置的非线性方程组维数,由啮合方程求得到初值选取计算公式,使初始值求解有规律可循.以一对弧齿锥齿轮为例,对算法进行了对比分析与验证,结果表明:改进的齿面接触分析算法可减少求解非线性方程组时初值选取的繁复性与增强非线性方程组迭代求解的稳定性;并利用几何等量关系求解接触区几何参数,能避免求解复杂的齿面相对曲率等二阶几何参数.      

确定飞机杆力-杆位移曲线拐点的复合形最优化算法

应用复合形法的最优化方法，对实际测试获得的飞机杆力-杆位移采集数据，进行分段直线拟合绘制出杆力-杆位移特性曲线，并推导了过定点的最小二乘直线拟合公式。该方法允许参数初值选择范围宽，并具有算法简单、可靠，收敛速度快的优点。     

基于亚像素的圆孔几何参数立体视觉高精度测量

针对工业现场当中圆孔尺寸测量的问题,提出了基于亚像素边界提取和圆拟合的圆孔几何参数双目立体视觉高精度非接触测量方法.该方法包含了经过Canny算法的一次边界定位后的基于灰度矩的亚像素边界二次高精度提取算法,以及采用基于空间三维圆最优拟合求取空间圆的几何中心和半径等参数的算法.实验证明,该方法对于工件上圆孔的测量不仅提高了测量精度,并且减小了空间圆透视投影畸变引起的测量误差,从而满足了现场实验环境要求,保证了圆孔几何参数测量的高精度和高速度.     

3R定位系统在最佳目标-雷达站几何下的误差传播特性

求解3R定位系统的最佳目标一雷达站几何是CW雷达定位体制研究中的关键问题之一。这种最佳几何是3个雷达天线位于正三角形的顶点,3个天线波束在空间正交。给出了利用最优化方法求解这种最佳几何的目标函数,并给出了3R定位体制的普适性误差椭球的二次曲面方程。研究结果表明,在上述最佳目标一雷达站几何下,椭球形误差二次曲面变为圆球形误差二次曲面。     

基于遗传算法的正弦波四参数曲线拟合

曲线拟合法能够精确地提取正弦信号的四个参数。但是，由于数据处理比较困难，其应用在一定程度上受到了制约。本文提出了一种基于遗传算法的求解方法，研究了算法应用中初始种群数、繁殖代数和编码方式的选取以及适应度函数的设计。实验数据表明，该方法具有全局收敛和准确度高的优点。     

基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法

为实现室内结构化环境中仅依靠激光雷达数据进行实时自定位并创建精确的特征地图,提出了一种基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法.几何特征关联与匹配方法的优劣很大程度上影响SLAM的实时性和精度.结合室内结构化环境的特点,提出了一种完备端点定义与提取方法,将直线段特征与完备端点进行关联,优化几何特征扫描匹配过程.此外,姿态角收敛是SLAM进行机器人位姿估计和求解一致性的关键.为确保姿态角准确收敛,采用了基于直线拟合认知的姿态角加权几何平均求解方法.实验证明,提出的SLAM方法得到的定位精度在100mm内,建图精度也较高,能胜任室内SLAM.     

基于自适应差分进化算法的变循环发动机模型求解方法研究

为了降低传统迭代算法在求解变循环发动机非线性模型时对初值的依赖性,将模型的求解问题转换为求最小值的优化问题,引入差分进化算法进行模型的求解,并提出一种自适应差分进化算法(ADE)。ADE借助轮盘赌选择法,利用种群的进化经验可以自适应的选择最适合当前种群的差分策略与算法控制参数。针对变循环发动机四个典型工作点的模型求解问题,研究了标准差分进化算法(SDE)的控制参数对其性能的影响,获取了SDE在求解四个典型工作点时的最优控制参数组合,对比分析了ADE与SDE的性能差异,最后研究了种群规模对ADE性能的影响。结果表明：SDE在求解发动机模型时具有较好的鲁棒性,在求解不同工作点时算法的最优控制参数并不完全相同;相比于使用最优控制参数的SDE,ADE可以在不影响算法鲁棒性的情况下提升效率50%以上;减少ADE的种群规模会在提升算法效率的同时破坏鲁棒性。     

叶片前缘高精度重建方法研究

叶片前后缘的形状对发动机的气动性能有非常重要的影响。对叶片前后缘的精确建模是高质量加工的前提。现有的叶片前缘大多为圆弧或椭圆弧。为了实现精确建模,本文首先运用一种基于带约束的最小二乘方法对数据点进行拟合,然后用拟合的结果作为初值,根据椭圆的极线性质进行更精确地求解。实例表明本文的方法在对椭圆弧的拟合中具有比Fitzgibbon方法更好的鲁棒性及更高的精确度。在重建前缘时,一些事先难以排除的出格点极大地影响了拟合精度,鉴于本文方法具有较好的鲁棒性,本文提出了以前缘点为中心,对于逐次增加数据点多次运用本文的拟合方法,最终排除出格点的方案。数据实验验证了这一方案的有效性。总之,本文提出的拟合方法非常适合于在逆向工程中对叶片前缘的重建。      

基于自由状态平面靶标校准的激光扫描测头研究

研究了三维激光扫描测头的数学模型,构建一种面向现场的三坐标视觉测量系统。其标定方法基于平面自由移动靶标,设计了基于二次曲面拟合的空间几何参数测量方法。实验结果表明在测量范围为900mm×600mm×600mm的情况下,测量误差范围小于0.3%。     

Exponent及Gauss型遥测数据建模初始化算法

在对某大型航天电子设备的遥测数据建模时,经常遇到含有指数类变化规律的数据,对其进行建模可以为研究设备性能的变化规律、实际与设计的差异等提供手段。针对有指数变化趋势的遥测数据,采用Exponent模型、Gauss模型对遥测数据建模,给出了这种数据模型的表达式,研究了2种模型的参数初始化算法。通过数值实验说明模型参数初始化算法的有效性,为后续利用最优化理论求解模型精确参数提供了良好的初试点。     

基于BP神经网络的GNSS-R海面风速反演

针对GNSS-R进行海面风速反演过程中时频域相关物理量较多，数据耦合性强等问题，提出了基于反向传播（BP）神经网络反演海面风速的方法。建立反演过程中相关观测量与风速的对应关系，选取多观测量作为输入，对输入数据进行处理，设置神经元与激励函数，使用BP神经网络自适应调整拟合参数，将风速作为神经网络输出端的特征量提取。反演结果，风速≤ 20 m/s时，反演均方根误差RMSE=1.21 m/s，风速>20 m/s时反演均方根误差RMSE=2.54 m/s，反演结果优于使用时延相关曲线前沿斜率（LES）和时延多普勒相关功率均值（DDMA）方法得到的反演结果，且迭代次数较少，复杂度较低，证明该方法可以应用于GNSS-R海面风速反演。     

高超声速飞行器并行子空间优化设计

采用正交试验设计方法生成初始数据库,建立二次多项式响应面近似模型,以最大巡航距离为设计目标,机体/推进一体化外形参数和巡航弹道参数为设计变量,对高超声速飞行器进行了多约束多学科的并行子空间优化设计.优化设计获得了多学科融合条件下的最优化外形和弹道参数,可作为飞行器进一步详细设计的参考方案.      

Optimizing accuracy of a parabolic cylindrical deployable antenna mechanism based on stiffness analysis

Accuracy of the fitted surface is of great importance to the performance of deployable antennas utilized in space. This paper proposes a stiffness analysis based fitting accuracy optimization method for achieving the optimal parameters of the parabolic cylindrical deployable antenna mechanism. The stiffness matrix of the proposed cylindrical antenna mechanism is established by assembling the stiffness of beams and tension cables. Structural deformations of the mechanism are calculated where the tensioned cable is substituted by a 2-node truss element and an equivalent force acting on the joint. Consideration of the tensity of tension cables, namely tensioned or slack, is transformed into a typical linear complementarity problem. Comparison between structural deformations of the mechanism fixed at different points is performed. Sensitivities of the geometric and structural parameters on fitting accuracy are investigated. Influence of force of the driven cable on structural deformations of antenna operated in different orbits is conducted. A fitting optimization method is proposed to minimize the structural deformations subject to constraints on volume and mass. Simulation result shows that the fitting accuracy of the antenna mechanism is improved significantly through the optimization. The proposed method can be utilized for the optimal design of other deployable mechanisms constructed by joining rigid links.     

一种面向对缝测量的双线结构光光条中心提取方法

针对双线结构光对缝测量系统中光条中心的提取问题,提出一种基于自适应阈值和傅里叶拟合的光条中心亚像素提取方法。该方法根据双线结构光光带截面灰度呈近似周期性分布的特点,先采用骨架细化法获得条纹中心初始位置,再通过均方灰度梯度求取骨架上每一点的法线方向,然后采用自适应阈值法提取出条纹各列法向宽度值,最后利用条纹法向宽度内的灰度值数据进行傅里叶拟合,求取拟合曲线的峰值,连接峰值点得到光条的中心线。试验结果表明,该方法提取的光条中心点到中心点拟合直线的平均距离为0.1182个像素和0.1428个像素,优于骨架细化法和高斯拟合法,并且该方法能够一次完成两根结构光光条中心的精确提取,对缝的测量精度能够达到0.04mm。     

一种新的响应面模型及其在轴流压气机叶型气动优化中的应用

 提出了一种轴流压气机二维叶型的参数化定义方法，该方法使用轴流压气机叶型定义中的常用参数，几何意义明确、不容易产生非合理叶型，利用若干例子说明了该方法在重现轴流压气机二维叶型时的逼近精度。给出了一种新的响应面构造模型，该模型首先认为每个样本其临域内的目标分布函数为正态分布，然后用所有样本的分布函数的线性组合构成整个设计变量空间中的响应面。建立了以该响应面模型为基础的轴流压气机叶型的气动数值优化平台，利用该平台完成了2个轴流压气机二维叶型的气动数值优化。     

基于无序点云的叶片截面特征参数提取

针对提取航空发动机叶片截面特征参数的实用性要求,研究了基于无序点云数据的叶片截面特征参数提取方法.综合距离法和二分法的优点,采用基于矩形腐蚀法的距离-二分法对点云数据排序,基于最小包容区域直线和最小二乘圆拟合,提出了将整条叶片截面点云数据分割成前缘、后缘、叶盆和叶背4部分的自动分区方法,对特征参数提取方法做了研究并用VC++进行算法实现,使用UG/OpenGrip生成UG中叶片截面上的点云数据进行实验运算,计算精度达到10-4mm,表明在实际测量和参数提取中算法误差可以忽略.      

高级曲面设计功能的算法原理及实现

论述了国产化软件BSURF-GI交互式曲面造型系统中高级曲面设计功能的算法原理及其实现途径。提出了一种能沿曲面与曲面交线和过渡曲面边界线进行曲面裁剪的算法,指出了该系统今后进一步研究的方向及与实体造型系统集成的途径。为解决曲面与曲面求交算法中自动给出Newton-Raphson迭代法初值的优选难问题,本文还提出了一种有效的自动优选初值的方法——面积映射法。最后给出了一些高级曲面功能图例。     

非线性偏最小二乘回归法在均匀设计响应面法中的应用

 针对目前多维变量可靠度分析中广泛应用的均匀设计响应面法(RSM),指出了使用最小二乘(LS)法拟合拟线性回归模型时存在的局限性,并提出采用拟线性偏最小二乘(PLS)法来回归响应面系数。由于拟线性回归法限制了模型的形式,精度提高有限,结果也很不稳定,因此又提出用基于样条变换的偏最小二乘回归模型代替拟线性回归模型并用于结构失效概率的计算,既能处理最小二乘法无法解决的变量间多重相关性的问题,又能避开拟线性回归中预先对模型形式的假定。通过算例验证了基于样条变换的偏最小二乘法的适用性和有效性,尤其对于多维变量非线性程度较高的可靠度分析,与普通最小二乘法拟合的响应面相比,其模型更加精确,失效概率精度更高。     

基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法研究

针对现有地下井室病害探测与维护方法的不足,提出了一种基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法,以实现其三维可视化探测与维护.还提出了一种基于多项式曲面拟合的Kinect深度测量误差修正方法,利用联合双边滤波算法对深度图像数据进行预处理;结合SIFT特征匹配和改进的RANSAC算法获取相邻点云间的初始位姿,并利用基于邻域特征的ICP算法进一步实现不同视角点云的精确配准,从而获取全局一致的稠密三维点云.最后,在三维稠密点云的基础上进行曲面重建和纹理贴图,以实现地下井室真实三维重建.实验结果表明:所提方法可有效修正Kinect深度相机的深度测量误差,在0.5～4.5m的测距范围内,其三维重建精度可达2cm;在4.5～7m的测距范围内,精度也可以保持在4.5cm以内.所提重建方法可实现地下井室真实场景的三维可视化,为地下井室的探测和维护提供了技术支持.