电化学加工机器人动态性能设计与优化研究

工业机器人工作空间大、姿态灵活、可配置性高，且成本低，广泛应用于搬运、装配、喷涂和焊接等多个领域。但由于机器人末端轨迹精度不高，低速波动大，在电化学加工领域的应用很少。根据电化学加工低速、高轨迹精度特点，提出采用象限法设定电化学加工机器人工作区域，建立电化学加工机器人动力学优化函数，采用第三代非支配遗传算法NSGA-Ⅲ求解各设计参数最优Pareto解集，通过仿真和实验进行了动态性能测试验证。结果表明在设定工作区域内，电化学加工机器人直线轨迹精度可达0.073 mm，圆弧轨迹精度可达0.145 mm，低速工况下轨迹精度相比传统工业机器人提高近10倍。     

脉冲侧压下的筒壳弹性屈曲

本文利用弹性理论对在空气冲击波作用下的圆柱壳的侧压稳定性进行了计算分祈,在不圆度为1％、最大位移为半径的5％时,计算结果与实验结果有很好的一致性。引入等效加载时间概念来表征载荷的时间特性,得到了载荷～冲量关系。通过对各种结构尺寸的临界载荷的计算,证明动力过载系数不仅与加载时间有关,而且与结构有关。在厚度一半径比大于0.005或长度-半径比小于4的区域内,临界载荷对结构几何参数比较敏感。     

低速风洞绳牵引并联机器人支撑系统的模型姿态与振荡控制研究

介绍了基于机器人技术的绳牵引并联机构的特点;设计并建造了适用于低速风洞试验的八绳六自由度绳牵引并联支撑机构样机(WDPSS-8),给出其具体的结构参数,分析了该机构的特点及可行性;建立了该系统的运动学位姿逆解模型和静力学模型,完成了运动学逆解的推导,得到已知缩比模型位姿求绳长变化的公式;搭建了相应的绳牵引并联机构的控制实验平台,在此基础上进行了静力学工作空间的分析,通过 Matlab 编程仿真得到了缩比模型在主位姿处3个姿态角的工作空间;并在此实验平台上进行了缩比模型的三转动自由度姿态变化运动控制,实现了缩比模型运动到指定角度的控制;在此基础上按指定振幅和频率进行了三转动单自由度振荡的运动控制;对运动控制试验结果进行了初步的误差分析.     

基于2.5维小型化设计的UHF频段高性能超材料吸波体

提出一种基于2.5维小型化设计的高性能超材料吸波体,其吸波频带覆盖全球范围内超高频射频识别(Ultrahigh-frequency radio frequeny identification,UHF-RFID)系统工作频段。该吸波体结构借助多个金属化过孔增加回路电长度进行小型化并拓展吸波带宽,通过单独调节上下表面衰减电阻阻值缩小此过程中介质板厚度带来的极化差异。单元尺寸被缩小至13.6 mm×13.6 mm,约为中心频率波长的1/60。仿真和实验结果表明,该2.5维小型化高性能超材料吸波体在840～960 MHz的频带范围内平均吸收率超过99%,相比已公开文献,95%吸波带宽提高45%以上,可用于改善受限空间中RFID系统的可靠性。     

基于CVAE的超高速碰撞碎片云运动过程的快速预测技术

在航天器防护构型设计中，需要快速、精确预测空间碎片超高速撞击防护屏产生碎片云的质量分布及其运动过程。采用深度学习方法，基于条件变分自编码器（CVAE）模型和大量铝球超高速正撞击铝板的光滑粒子流体动力学（SPH）方法的数值模拟结果，初步构建了碎片云空间质量分布与运动特征的快速预测模型。数值模拟中把铝球速度（3.00～8.00 km/s）、铝球半径（2.00～8.00 mm）、铝板厚度（1.000～4.000 mm）以及观测时间（1.0～12.0 μs） 4个变量作为输入控制参数，生成大量格式统一的训练集数据。模型隐藏层采用200个特征数据来描述碎片云质量分布，训练集参数范围内平均误差在0.6%以内，生成一个碎片云质量分布的平均时间小于7 ms。     

超高速碰撞碎片云质量分布快速预测技术

在航天器防护构型设计中,快速预测空间碎片超高速碰撞防护屏产生碎片云的质量分布及其变化规律具有重要意义。本文初步探索了采用深度学习方法预测超高速碰撞碎片云的二维质量分布及其变化过程。训练数据来自约2000个弹丸（铝球）超高速正碰撞靶板（铝板）的光滑粒子流体动力学数值模拟结果,共考虑4个变量（弹丸速度范围3～8 km/s、弹丸半径范围2～8 mm、靶板厚度范围1～4 mm以及观测时间范围1～12 μs）。系统比较了反卷积模型和多层感知机两种模型的预测效果,重点考察了模型的外推能力（应用于训练参数范围之外）。研究结果表明:在训练参数范围内两种模型的预测精度都很高;反卷积模型能够捕捉到碎片云质量分布的颗粒特征,但外推能力较差;多层感知机模型将碎片云中的质量进行了局部均匀化处理,具有较强的外推能力;多层感知机模型通过学习1～12 μs的碎片云质量分布,能够以一定精度预测24 μs时刻的质量分布;反卷积模型的预测时间为毫秒量级,多层感知机模型的预测时间为秒量级。     

基于CFD方法的主动襟翼控制旋翼翼型涡特性研究

基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,建立了一个适用于旋翼二维主动襟翼控制(Active flap control,AFC)数值模拟的方法。在满足对翼型参数化分析的前提下,使用Euler方程求解以提高计算速度,并采用嵌套网格方法对AFC旋翼后缘襟翼进行运动控制。应用所建立的方法,首先进行了算例验证计算,然后着重对AFC旋翼翼型进行了数值模拟。在此基础上,进一步开展了AFC旋翼翼型主要参数对后缘涡影响的计算分析。结果表明:提高桨尖马赫数、增加后缘小翼摆动频率能加快涡产生速度;而提高桨尖马赫数、增大后缘小翼摆动幅度和后缘小翼长度能增大涡的强度;但增大后缘小翼与主桨叶缝隙间距仅在一定范围内能够增加涡强度。