摘要:随着服务机器人和特种机器人应用的不断拓展,机器人在复杂环境中自主开门的能力已成为实现高水平人机协作 与环境交互的重要基础。 然而,门体弹性常导致接触过程中的持续扰动、过大的接触力和力矩,从而降低系统的控制精度与 稳定性。 为了提升机器人在开门任务中的响应性能与控制精度,针对上述问题,提出了一种融合柔顺控制、姿态调整与速度 方向融合的开门策略。 方法上,设计了具有各向异性的二阶导纳控制,使夹持中心在不同方向上具备差异化柔顺特性;结合 力矩反馈与角速度前馈机制,减轻了快速姿态调整阶段的控制负担,提升了系统动态性能。 同时,通过在夹持坐标系下引入 力矩控制并将旋转中心设置于夹持处,有效降低了转动运动对末端平移的耦合干扰。 在轨迹规划中,提出基于实时速度方向 的融合算法,通过动态调整当前速度与滤波速度间的夹角,实现平滑且具鲁棒性的轨迹生成。 结果表明,该方法在初始速度 角度为 ± 30°的条件下仍能稳定完成开门任务,最大扭矩仅为 0. 7 N·m。结论显示,所提策略能有效兼顾柔顺性与控制精度,对 具备弹性特性的门体具有良好的适应性,为机器人自主开门任务提供了可靠的控制方案。

摘要:针对水下监测机器人在高流速水域坐底监测时因水流冲击易发生位置偏移的问题,提出一种融合参数化建模、流体 仿真与多目标优化算法的外观结构改进方法。 首先构建机器人的简化参数化模型,利用计算流体力学平台开展流体域敏感 性分析,结合最优拉丁超立方设计采样与二阶响应面模型拟合,明确设计变量的灵敏度影响;最后基于非支配排序遗传算法 Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)建立以最小阻力、最小升力为目标的多目标优化模型,经 20 次进化迭 代获得 Pareto 最优解集,并通过与其他算法对比,验证了其在多目标优化中的优越性。 实验结果表明,优化方案相较于初始结 构,阻力降低 6. 3% ,升力减少 7. 1% ,体积缩减 18. 8% ;同时,边角圆角处理消除了应力集中,且在不同流速与湍流强度工况下 稳定性更优。 本研究验证了该优化方法的有效性,为任务型水下机器人的结构设计提供了可推广的理论与技术支撑。

摘要:面向高库大坝的多机协同水下检测机器人主要由水面动力浮标与水下检测机器人组成,可实现对坝体的大范围、高效 率协同检测,对保障大坝安全运行具有重要意义。 然而,目前缺乏有效的专用装置对水面动力浮标与水下检测机器人进行安全、 高效的一体化远程布放与回收,限制了该技术的工程应用。 为此,设计了一种基于杠杆锁舌机构与电动推杆驱动的自动脱挂系 统,可实现挂钩的远程自动脱钩与闭锁,并集成计米轮机构实时监测脐带缆的释放/ 回收长度。 该系统通过无线远程通信,支持 水面动力浮标与水下检测机器人的一体化布放、回收及脐带缆动态管理。 实验结果表明,所提出的自动脱挂系统在实际吊装场 景中性能稳定,满足远程自动脱挂需求,可显著提升多机协同作业背景下大型水下机器人布放与回收的安全性和工作效率。

摘要:针对大型储罐除锈机器人在立面作业过程中易受到风力扰动、曲率突变导致轨迹跟踪精度下降的问题,提出一种基 于模糊模型预测控制(fuzzy model predictive control,Fuzzy-MPC)策略。 首先,构建四轮机器人运动学模型并离散化,得出一个 采样周期内的线性离散方程。 建立预测模型与多目标优化函数,采用二次优化求最优解。 通过对位置误差与航向角误差进 行模糊归一化处理,并将其作为模糊控制器的输入变量。 采用改进型加权中心平均法进行解模糊计算,输出自适应调整的预 测步长、控制步长及权重矩阵参数,实现对 MPC 控制器参数的实时优化。 采用 MATLAB / Simulink 进行仿真验证,结果表明所 提出的模糊 MPC 方法相较于传统 MPC 能使位移误差减少 49% 、误差峰值减少 14. 65% ,航向角误差减少 46. 7% 、误差峰值减 少 17. 4% ,验证了所提出的 Fuzzy-MPC 算法的有效性,为爬壁机器人高精度轨迹跟踪控制提供有效可行的优化策略。

摘要:针对传统机械臂在复杂场景下交互效率低、控制方式不够直观的问题,设计了一种基于视觉感知的多维手势识别机 械臂交互控制系统,该系统可实现动静态手势的 3 种交互控制功能:手部二维关节姿态的静态手势交互、手部末端三维运动 的动态手势交互,以及手部运动轨迹的跟随控制交互,从而达成机械臂的直观高效操控。 其中,静态手势关节交互采用改进 的 YOLO(you only look once)结合 MediaPipe 框架,通过检测手部关键点实现关节精准控制,识别准确率达 93. 9% ;动态手势末 端运动交互借助 3DResNet 与双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory,Bi-LSTM)提取动态手势的时空特征, 识别准确率达 93. 87% ,可驱动机械臂末端按预定义指令运动;手部运动轨迹跟随控制交互利用深度相机捕获三维坐标,结合 卡尔曼滤波和滑模控制器实现平滑轨迹跟踪,误差控制在 4. 5 mm 以内。 通过在 UR5 和 Dobot 机械臂上开展仿真与实物实 验,验证了这 3 种交互功能的有效性与准确性,为机械臂人机交互提供了高效、自然且跨平台的解决方案。

摘要:针对现有管道全位置自动焊接设备运动自由度不足、智能化水平较低及难以适应复杂焊接工况等问题,提出了基于 激光视觉传感的移动协作机械臂管道全位置焊接机器人系统。 该系统集成移动底盘、六轴协作机械臂、激光视觉传感器与柔 性导轨,构成七自由度焊接系统,具备多姿态焊枪调整能力。 通过构建基于软 PLC 实时内核的多任务异构控制系统架构,实 现对 EtherCAT / CANopen 多总线网络的集中控制。 利用激光视觉传感器进行焊缝寻位与实时跟踪,结合改进 RANSAC(random sample consensus)算法与自适应阈值策略,实现焊缝轨迹的鲁棒拟合与动态补偿。 窄坡口管道全位置焊接工艺实验结果表 明:系统方案设计合理,机器人运行稳定,焊缝跟踪精度符合要求,焊缝成型良好,能够满足全位置焊接工况的焊接需求。

摘要:针对大跨度桥梁超长斜拉缆索保护层表面损伤人工修补难度大、高空作业风险高等难题,开展高速度、高载荷、高可 靠的分体式仿生攀爬缆索修补机器人关键技术研究。 该机器人由可高速攀爬的轮式牵引单元与载荷单元组成,二者通过绳 索和卷扬机在缆索上串行交替运动。 机器人搭载安全回收系统、视觉感知系统及清理、打磨、修补等专用工具:安全回收系统 可确保机器人在高空作业突发故障时安全返回;视觉感知系统能获取缆索表面损伤图像并完成高精度三维重建,进而生成修 补路径规划;通过机械臂搭载专用修补工具,可对损伤部位依次开展清理、打磨与修补作业。 该技术可实现大跨度桥梁缆索 表面损伤的自主维修,有效替代人工作业,大幅降低作业风险、提升工作效率并削减成本,具有极高的实际应用价值。

摘要:超柔电极是以纳米厚度聚合物为基底的脑机接口器件,通常采用“缝纫机”式植入:微针在视觉引导下将电极快速注 入目标脑区后即刻撤回,仅留独立漂浮的电极长期记录神经活动。 视觉定位误差、电极结构脆弱及长距离运送易致钩取失 败、断裂与脱落等异常,现有系统很少关注异常状况的实时自动识别方法,降低了自动植入的可靠性。 为了解决该问题,提出 一种基于力-视觉融合感知的异常状况识别方法,利用互补的高频低信噪比的力信号与低频高信噪比的视觉信号识别异常状 况是否发生和异常状况的类型。 具体地,根据力信号与初始值之差的绝对值和力信号的变化率实时地识别异常状况是否发 生,然后使用结构化文本与低秩自适应方法微调的视觉语言模型识别异常状况类型,最后根据异常状况类型调整植入操作。 实验结果表明,提出的方法能够有效识别异常状况的发生时刻及其类型,不仅避免了未携带电极的微针插入大脑而导致的不 必要损伤,还能够在钩取失败后通过再次钩取减少电极浪费和植入时间。

摘要:非定常飞行参数对仿生蜻蜓扑翼机的飞行能力与效率具有显著影响,优化相关参数可有效提升其气动特性。 基于 扑翼飞行机理,构建了仿生蜻蜓翅翼的相对运动模型,并采用 Xflow 软件开展数值模拟,分析不同运动参数(翻转角与扑动角) 条件下的升力、阻力特性及流场演化规律。 研究结果表明:翻转角与升力呈正相关,当翻转角从 30°增大至 90°时,平均升力由 0. 06 N 提升至 0. 96 N,而阻力变化相对较小,平均阻力从 - 0. 36 N 减小至 - 0. 57 N,相对降低幅度约为 58. 3% ;扑动角同样与 升力呈正相关,当扑动角从 60°增大至 120°时,平均升力由 0. 27 N 提升至 0. 89 N,相对提升幅度约为 229. 6% ;同时,扑动角与 阻力呈负相关,平均阻力从 - 0. 24 N 减小至 - 0. 93 N,相对降低幅度约为 287. 5% 。 流场演化方面,下扑阶段翅翼下表面形成 高压区,上扑阶段高压区则主要分布于上表面,非定常涡结构的生成、发展与脱落主导着流场的演化过程,并决定了升力与阻 力的时变特性。 综上,在一定范围内增大翻转角与扑动角可有效提升仿生蜻蜓扑翼机的飞行能力与效率,这一研究结论对仿 生扑翼机的优化设计具有重要参考价值。

摘要:为解决 Transformer 类算法在处理飞行航迹短期预测问题时,因固有 Token 计算策略导致多空间维度参数动态关联 冗余计算、进而降低预测精度的实际问题,通过深入分析航迹数据的时空特性与 Transformer 类算法的计算逻辑,在对称多尺 度骨干架构基础上,创新性地引入多维度拆分模块、局域特征提取模块与全局模式拟合模块,提出一种融合全局与局域特征 的多维度计算飞行航迹短期预测算法。 该算法将短期航迹预测任务映射为等长已知航迹序列到未知序列的模式回归问题, 有效捕捉各维度数据的局部时空动态特征与全局时空依赖关系,进一步提升模型对复杂航迹模式的适应性与鲁棒性。 基于 OpenSky 数据集中的海量真实航迹数据,分别开展对比实验与消融实验,结果表明:相较于最新 Transformer 类基准算法,该方 法在平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对百分比误差(mean abso- lute percentage error,MAPE)指标上分别实现 10. 92% 、14. 39% 和 14. 96% 的性能提升;同时,逐模块消融验证显示算法准确性 随模块集成逐步增强,充分证实所提算法的有效性、先进性及各模块对整体性能的贡献。

摘要:随着全球人口老龄化进程加速，改善老年及行动受限人群移动功能的助行器，其生物力学适配机制日益受到关注。本文系统综述了助行模式对下肢生物力学特征的影响，聚焦关节运动学、动力学及肌肉共激活三个维度。研究表明，助行器通过扩展支撑基底面积可显著提升静态稳定性（支撑面积增加1.5至2.3倍，重心偏移量降低38.2%），但可能导致动态协调能力下降（如双侧关节负荷不对称性达68%）。在关节运动学层面，研究尚未明确助行器参数（高度/宽度/类型）与髋、膝、踝关节活动范围的适配关系；动力学分析显示，优化设计可降低关节力矩（如踝关节能耗降低45%至52%），但缺乏个体化损伤预警体系。肌肉激活方面，表面肌电（sEMG）研究表明，助行器虽能降低肌肉激活强度（iEMG减少7.5%至10.2%），却可能引发异常肌肉代偿策略。当前研究存在三方面局限：（1）关节运动学动态适配机制缺失；（2）关节力矩优化与功率消耗的协同关系未明；（3）步态稳定性提升与肌肉协同效率的矛盾尚未解决。基于这些挑战，未来研究需构建融合多参数的个性化适配模型，以实现生物力学效益的最大化。

摘要:物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Networks, PINNs）作为一种融合物理规律与深度学习的新型框架，近年来在地质油藏研究中展现出显著潜力，为解决传统地质油藏研究中计算成本高、依赖大量数据等难题提供了创新路径。本文系统综述了PINNs在油藏数值模拟、参数反演、多相流模拟、地热开发及CO2地质封存等领域的应用进展。通过将偏微分方程嵌入神经网络的损失函数，PINNs能够在数据稀疏条件下实现高精度预测，同时保证解符合物理约束。研究表明，PINNs在油藏替代模型构建、历史拟合、复杂介质模拟等方面具有计算高效、无网格灵活等优势，但也面临训练成本高、泛化能力有限等挑战。未来，通过算法改进、多源数据融合及与传统方法的结合，PINNs有望推动油藏研究向智能化、高效化方向发展。

摘要:基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法对三维非等温黏弹性液滴撞击固壁问题进行数值模拟,其中流体的弹性应力通过Phan-Thien-Tanner本构模型进行表征。为解决液滴张力不稳定性问题,引入人工应力项；为提升三维模拟效率,采用GPU并行加速技术。通过模拟二维非等温泊肃叶流动和三维等温液滴撞击固壁问题,并和其它数值方法结果进行比较,验证了所采用SPH方法的有效性。并在此基础上,模拟了三维非等温液滴撞击固壁过程,评估了方法的收敛性与并行效率,分析了液滴初始温度、温度依赖系数以及其他物理参数对液滴铺展行为的影响。数值模拟结果表明,本文SPH方法能够准确高效地模拟三维非等温黏弹性液滴撞击固壁问题,为相关复杂问题的模拟提供了参考。

摘要:针对增强型地热系统（Enhanced Geothermal System，EGS）因构建人工储层引发的地质灾害风险及地热储层稳定性问题，选取西藏羊八井地热田为背景，以天然裂缝型热储层开采为切入点，规避了构建人工储层所带来的问题；通过建立控制方程组，验证数学模型准确性以确保数值模拟精度，依据羊八井地质条件设定物理参数，依照ZK4001与ZK4002勘探井实测设置边界条件，构建三维裂缝型模拟热储层，运用数值模拟方法研究了地热开发中裂缝型热储层渗流传热动态变化，预测裂缝型地热储层的寿命与出力（即采热性能），提出了地热资源应用方案，讨论了井间距、注入流量与开采压力对出力的影响。结果表明，裂缝网络分布是影响地热提取效率的主要因素；裂缝型模拟热储层开采寿命约为50年，共提取地热能3.66×1010MJ；多井开采系统采出温度存在明显的距离衰减效应，距离注入井越远的产热井采出高温的持续时间越长，注入流量及开采压力对地热系统寿命和出力影响显著。本研究为深部地热资源开发性能研究提供理论依据，为地热资源高效可持续利用开采提供新思路。

摘要:精细评价煤层含气量对资源评估和开发策略的制定具有重要意义，如今对于含气量的分析多集中在预测模型的构建，很少与地质模型相结合，尤其随着机器学习方法的引入，商业建模软件很难满足各类预测模型的建模需求。本文针对煤层含气量预测的复杂性和现有软件的局限性，提出了一种基于势场理论与机器学习的煤层含气量三维地质属性建模方法，以沁水盆地中峪区块山西组2号煤层为例，实现了含气量的准确预测与地质模型的精细构建。该方法采用隐式势场法和泛克里金插值法建立煤层地质构造模型，然后引入支持向量回归、随机森林、随机梯度下降和梯度提升等多种机器学习算法预测煤层含气量，结合K折交叉验证方法优化模型参数，评估预测模型性能，其中随机梯度下降法的预测性能最优，决定系数达0.81，平均相对误差为8.86 %。最后利用克里金插值法结合机器学习预测结果进行煤层含气量三维属性建模，对比发现该方法能够有效的提高的含气量属性模型的准确性，直观且定量地展示煤层含气量的空间分布规律，为煤层气开采有利区的优选提供参考。本研究方法实现了复杂预测模型与地质模型的深度融合，在充分发挥机器学习预测优势的同时显著提升了煤层属性模型的准确性，为煤田地质三维建模国产化软件研发奠定基础。

摘要:目的:基于数据挖掘技术探究慢性乙型肝炎合并非酒精性脂肪性肝病的中医证治规律,揭示其核心病机、用药配伍特征及潜在作用机制。方法:系统检索相关中英文数据库,检索时间为从建库至2024年12月底,纳入慢性乙型肝炎合并非酒精性脂肪性肝病相关的临床研究,使用EXCEL构建证型、证素及药物性味归经数据库,基于Apriori算法使用R语言进行关联规则分析及聚类分析,对所得核心药物进行网络药理学分析及分子对接验证。结果:共纳入83项研究,证型以肝郁脾虚证、湿热内蕴证、痰瘀互结证为核心,病位集中于肝、脾、肾三脏,病性以气郁、气虚、湿为主,核心药物组合为“山楂-丹参-泽泻”。网络药理学及分子对接实验发现,其活性成分包括泽泻醇B、苏齐内酯、泽泻醇B乙酸酯等,核心靶点主要包括BCL2、STAT3、SRC、AKT1、IL6,其可能通过调节代谢、抗炎、抗氧化应激等机制发挥作用。结论:本研究首次通过数据挖掘揭示乙肝合并脂肪肝“肝郁脾虚、湿热瘀互结”的核心病机,提出“疏肝健脾、祛湿清热化瘀”的配伍原则。并通过网络药理学研究,揭示了“山楂-丹参-泽泻”的潜在作用机制,为进一步研究提供了理论依据。

摘要:血管侵犯（Vascular invasion, VI）是结直肠癌（Colorectal cancer, CRC）预后不良的重要危险因素之一，目前关于VI的诊断主要依赖于术后病理，且无法指导预后，因此迫切需要开发预测CRC患者VI风险的新方法。该研究基于人工神经网络（Artificial neural network, ANN）构建了一种更高效、直观的预测模型，旨在改善CRC患者的预后并辅助临床医生决策。该回顾性研究纳入151例确诊CRC患者，采用ANN对12项临床及病理特征的VI状态进行预测，在所有风险特征中，N分期的累积效应最大。多特征联合评估可区分VI阳性与阴性患者，训练队列和验证队列的曲线下面积分别为0.87和0.80。基于ANN的个体化预测模型可用于识别VI高风险患者，并为其制定个性化随访方案，有望改善CRC患者的预后。

摘要:复合材料热压罐固化过程中，预浸料体系的热膨胀系数对复合材料结构内部应力形成、固化后构件的尺寸稳定性、结构轮廓精度等属性存在显著影响。为精确测量复合材料预浸料在热压罐固化工艺温度下的热膨胀系数，本研究将单目光学测量装置与恒温加热平台相结合，基于数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）方法建立了一套非接触高温热膨胀系数测量系统。该系统根据固化工艺温度曲线对复合材料预浸料进行热加载，并利用相机采集不同固化时刻图像信息，通过DIC技术提取热变形，进而计算热膨胀系数。为验证系统精度，本文首先对热膨胀系数标准物质聚醚醚酮进行测量，3次测量的均值为52.4×10-6 K-1，与标准值53.9×10-6 K-1相差-2.78%，证明测量系统符合精度要求。在此基础上，本文利用非接触高温热膨胀系数测量系统对固化温度下碳纤维增强树脂基复合材料预浸料热膨胀系数进行测量，同时基于有限元方法对测量结果进行验证。结果表明，该系统可实现对复合材料预浸料热压罐固化温度下的热膨胀系数进行快速精确测量。

摘要:为了研究矿用单轨吊在转向变轨过程中撇轨,造成轨道折弯设备脱落的问题,通过分析传统单轨吊驱动单元串联的驱动方式和结构参数对轨道的影响,提出一种重载跨越式单轨吊混合驱动方法。以井下10驱单轨吊为研究对象,构建了单轨吊重载多工况“直-弯”变轨力学模型,探讨了串联单元变轨过程中,转弯半径与相邻串联驱动单元距离对弯轨受到侧向力的影响,进而确定跨越式混合驱动方式。结果表明：跨越式混合驱动有效的改善了串联驱动引起的集中应力过高的弊端,单轨吊机车配置和负载总质量为40~60 t,在转弯半径为4~10 m的轨道上运行时,混合驱动出现的最大侧向力相比优化前,分别降低了15.43%、26.19%、35.94%和44.28%,随着轨道转弯半径的增大,改善效果越明显。

摘要:为深入探究高含硫天然气集输管道的气固两相流冲蚀特性，以国内典型的普光气田高含硫气藏现场实际生产情况为例，采用计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）-离散项模型（discrete phase model, DPM）的数值耦合方法，以气体质量流率、操作压力、温度、弯管弯曲率和硫颗粒粒径作为五个控制变量，研究了含硫天然气输送过程中硫颗粒对L360QS无缝弯管冲蚀磨损的分布规律。结果表明：气体质量流率与冲蚀率呈指数正相关，当干气输送质量流率大于15.36 kg/s时，冲蚀磨损对气体质量流率的敏感程度高于弯管曲率与颗粒粒径；当集输管线运行压力为8~10 MPa时，气体粘度对压力的敏感性高于对温度的敏感性，压力增大时，粘度增大，最大冲蚀磨损率下降；当弯曲率R/D≥2时，弯头压力损失对冲蚀的影响趋于稳定；当粒径为10~50 μm时，弯头处最大侵蚀面积主要分布在弯管内弧面45.37° ~78.11°之间。研究成果可为含硫集输管道安全设计，降低冲蚀风险，延长使用寿命提供参考。

摘要:针对卷积神经(Convolutional neural network,CNN)忽略信号本身的重要信息，决策机制弱和单一传感器信息不全面，限制了其基于CNN的故障诊断技术的高性能需求场景中应用的问题，提出了一种多源小波卷积交叉融合网络(Multi-source wavelet convolution cross-fusion model, MSWCFN)的滚动轴承故障诊断方法。首先，采集滚动轴承运行的振动以及声信号作为多源信号的输入，引入小波知识构造复值小波卷积核，提取信号本身所携带的时频信息；其次，使用构建的交叉注意机制从多个维度进行特征融合，获取多源不同敏感程度故障信息；最后，提出使用余弦嵌入损失函数，以缩小不同特征之间的信息差异，输出分类结果。对所提模型进行实验验证，实验结果表明，相比于其他模型。所提模型具有较高的准确率。

摘要:以一项总体需求“某装备发射稳定性”研究出发，建立适用于对该需求进行分解、验证、优化的装备典型系统数字样机模型，并基于数值仿真结果优化设计指标。研究以系统需求分解为核心，通过构建的数字样机模型，分析发射过程机理，将发射稳定性目标转化为伺服机构、车体结构等关键设计参数，并结合多学科仿真验证设计指标。结果表明，该研究方法能有效识别影响发射稳定性的核心设计因素，指导装备系统设计。通过数字样机模型仿真替代传统物理样机试验，显著提升了装备研发效率与系统设计可靠性。

摘要:针对电机驱动系统在外部扰动下转速波动大、转子位置估计精度低及抗扰能力不足的问题,提出一种融合时变积分终端滑模控制器与自适应锁相环的复合控制策略。通过构建时变增益非线性趋近律与快速积分终端滑模面的动态耦合机制,在抑制抖振的同时实现响应速度指数级收敛。针对外部负载扰动,设计具有分层扰动补偿特性的滑模扰动观测器,并通过前馈补偿策略消除其对控制回路的动态影响；设计自适应锁相环动态参数调节模型,用于调节比例系数与相位补偿参数,构建转子位置高精度观测模型。实验结果表明所提控制策略通过多模块协同优化,实现了转速跟踪响应速度、动态稳定性及稳态精度的综合提升,同时保障转子位置估计的高精度与强抗扰特性。

摘要:海洋光伏具有不占用土地面积、发电效率更高和扩容能力强等优点，发展海洋光伏是实现“双碳”目标的重要途径。研发了一体化海洋光伏系统-吸力基础支撑式一体化海洋光伏系统。该结构首先在陆地工厂进行一体化组装，然后通过运输船运送到指定海域。在拖航过程中，其安全稳定性受到拖航过程中船体运动的影响。采用SACS数值模拟软件，进行一体化海洋光伏系统拖航稳定性研究，模拟拖航过程中船体运动对一体化系统结构形变与构件强度特性的影响。结果表明，在拖航过程中的结构变形方面，正常拖航时结构节点偏移量处于较低水平，横荡、纵荡、垂荡方向最大位移占比分别仅为0.96%、1.7%和0.5%，可显示出结构在常规拖航条件下的稳定性。然而，在极端拖航运动工况下，一体化海洋光伏系统最大节点偏移量受多维度船体运动作用明显，横荡方向增长39.6%、纵荡方向增长15.4%、垂荡方向增长12.2%，这明确表明极端拖航速度会对结构稳定性产生极大的负面影响。因此一体化海洋光伏系统在拖航过程下应避免出现极端拖航运动速度以提高结构整体的稳定性和安全性。

摘要:高比例新能源接入流域梯级水电系统显著增加了电网调度不确定性，为应对梯级水风光互补系统所面临的高耦合、非线性、多约束、多目标优化难题，本文提出一种基于物理嵌入神经网络的梯级水风光互补日前优化调度方法。首先，在模型构建阶段，嵌入水轮机效率曲线、水库水量平衡方程及风光出力概率分布等核心物理机理作为物理约束损失项，融入全连接神经网络架构中，旨在增强调度结果的可解释性，克服传统纯数据驱动方法的局限。其次，在训练阶段，依托DeepXDE框架联合优化物理约束损失项与数据损失项，并引入自适应权重调整机制，实现历史运行数据与物理约束方程的多源信息协同，从而提升调度结果的物理合理性及其与实际运行一致性。最后，采用针对多源损失的自适应加权优化策略，克服了训练过程中因梯度量级差异导致的数值不稳定性及收敛困难，进而生成最优调度结果。以某流域实际数据集进行对比验证表明，该模型具备良好的有效性与泛化能力，能够生成兼顾系统可靠性与经济性的发电调度策略，显著提升了系统应对风光出力波动的鲁棒性及梯级水-风-光多能源的动态协同优化性能。

摘要:波浪重建及预测旨在实现海洋表面瞬时波高的还原和预报，该方法能够为船舶航行提供前瞻性信息，降低海上作业的风险。航海微波雷达是目前用于精确波浪测量的新兴工具，可用于推进波浪重建及预测的发展。本文提出了一种基于正则化最小二乘的波浪重建及预测算法。首先根据航海微波雷达获取的水质点径向速度空时矩阵和传播算子矩阵，利用正则化最小二乘法估计波浪模型参数矩阵，正则化参数的引入保证了参数求解的稳定性；然后根据线性波浪传播模型，重建或预测不同空时位置的海面瞬时波高。在数值仿真实验中，分析了波浪可预测区的分布规律，并评估了该方法在不同海况下的重建及预测性能，结果显示在可预测区内参考波高与预测波高吻合程度很高，证明了所提方法具有良好的波浪重建及预测性能。

摘要:为在协作机器人轻量化设计中实现对变截面臂杆结构尺寸的直接优化，本文研究了一种基于参数化截面建模的多目标结构优化方法。首先，基于欧拉梁模型建立了臂杆变截面多个尺寸参数与其刚度矩阵之间的映射关系，结合有限元法构建并实时求解了整机任意位姿的静刚度模型和固有频率模型。随后，选取了臂杆截面尺寸参数为优化变量，以最大固有频率、最小质量和最小静态变形构造了多目标优化模型，以多个工况位姿为基准点，选取非支配排序遗传算法II（non-dominated sorting genetic algorithm II，NSGA-II）进行了多目标优化求解。优化结果表明，优化后在静态变形减小的情况下机器人质量降低了1.06kg，五个位姿一阶固有频率提高了7.39%~11.62%，充分验证了本文方法的有效性。本文提出的基于参数化截面建模的多目标结构优化方法，可有效实现协作机器人变截面臂杆轻量化与动静态性能的协同提升，为协作机器人臂杆结构优化设计提供了一种高效、可行的技术路径。

摘要:针对异构多智能体协同避障中的一致性控制与参数整定难题，提出了一种融合人工势场法与遗传算法的控制策略。首先，建立了无领导者异构多智能体系统动力学模型；其次，设计了基于李雅普诺夫函数的协同避障一致性控制器，证明了在通信拓扑连通且控制增益满足正定条件的系统稳定性。针对传统方法参数整定依赖经验的问题，引入遗传算法对控制器关键参数进行全局寻优，以解决局部极小值与震荡问题。最后，构建了多架无人机与多辆无人车的“空地协同侦察”仿真实例。仿真结果表明：本文方法能有效实现复杂环境下的协同避障，相比于未优化参数，系统一致性误差降低了约70%；与模型预测控制方法相比，在保证避障安全的前提下显著降低了计算耗时。结果表明，所提出的方法兼具稳定性、有效性与较高的计算效率，可为异构多智能体系统的实时协同控制提供一定的理论依据与方法参考。

摘要:针对现代人工神经网络中大量存在的门控神经单元未能充分压缩权重参数导致推理计算效率不高的问题,提出一种矩阵的分层对称奇异值分解(HSSVD)方法,并面向循环神经网络(RNN)和Transformer提出门控神经单元并联压缩与加速方法。首先,对大规模权重矩阵的常规奇异值分解(SVD)所得到的两个因子矩阵,分别将其线性无关列向量和行向量折叠后再作SVD,得到该矩阵的HSSVD形式,进而提出绝对误差约束下的HSSVD秩选择算法；其次,提出一般性门控神经单元并联压缩方法,面向RNN和Transformer的具体门控神经单元给出相应的加速算法；最后,针对金融类软件工程中常见的自然语言转换SQL语句的需求,给出所提方法在实际工程应用中的效果。实验结果表明:与现有典型张量分解方法相比,HSSVD面向RNN和Transformer可同时获取良好的权重参数压缩与推理计算加速效果；在典型视频识别数据集UCF11和YCF上,HSSVD可在RNN总参数量维持在8,400的前提下,分别达到88.1%和88.9%的识别准确率,推理用时分别仅为13.9ms和14.1ms；在标准图像识别数据集ImageNet上,HSSVD可在视觉Transformer总参数量维持在11.9×106的前提下,取得最高82.9%的识别准确率,推理效率达每秒3195.9幅图像；面向自然语言转SQL语句的工程应用,HSSVD在无损轻量化前提下可带来89.3%的存储节约和41.6%的生成效率优化。

摘要:在弱监督异常行为检测中，从视频级标签视频中选择正常与异常关键实例，以学习异常事件与正常状态的判别特征至关重要。现有的特征选择策略主要依据单个实例的异常强度，忽略了实例间的全局统计特性。为此，提出一种联合记忆与均值统计增强特征选择方法。该方法通过存储全局正常模式与均值统计量作为锚点，计算输入视频特征相对于锚点的偏离度，依据偏离度大小选择正样本与负样本，并构建三元组损失函数进行约束，通过关键样本的区分增强正常与异常判别特征。此外，鉴于正常与异常视频片段的边界具有模糊性，设计了滑动窗口约束的动态图卷积模块，增强对渐变过程的特征表示和对局部异常模式的关注。实验结果表明，该方法在UCF-Crime和XD-Violence数据集上的AUC(area under curve)和AP(average precision)指标分别达到86.25%和83.87%，证明本文提出的基于记忆与均值两种全局统计量的特征选择策略，能够有效筛选关键样本实例，显著增强模型对正常与异常模式的判别特征表示能力。

摘要:云环境中加密图像检索能够有效保护数据隐私，但在密文状态下特征表达受限、视觉语义模糊仍是限制检索精度的关键瓶颈。本文提出一种融合动态特征表达与跨模态语义协同约束的加密图像检索方法。首先，构建非对称交叉注意力驱动的局部-全局动态特征融合网络，通过关联建模实现细粒度纹理与全局语义的互补表达，显著增强视觉特征的判别能力。其次，设计视觉-文本语义约束的跨模态哈希协同机制，将融合特征与文本特征映射至统一哈希空间，通过文本对视觉特征的弱监督纠偏，提高跨模态一致性与哈希码可分性。最后，结合BFV同态加密模型，实现密文哈希码的相似度计算，使检索在加密状态下完成，确保特征与结果的隐私安全。在Olivia-2688、GHIM-10k、Caltech-101及NWPU-RESISC45四个公开数据集上进行实验验证。结果表明，所提出的动态融合模块使mAP提升14.01%~15.23%，跨模态语义约束进一步提升4.56%~9.93%；同时，多项式环阶数为8192时，密文相似度计算与明文结果保持完全一致，且具备较高的计算效率。综合结果说明，该方法能够在复杂场景下实现高判别特征表达，实现了云环境中跨模态特征协同的高精度加密图像检索。

摘要:开展了近远场水平地震动作用下饱和粉细砂土地基振动台试验，对模型地基土的宏观现象、侧向变形、加速度、孔压比等进行了分析。结果表明，可液化模型地基在地震作用下产生沉陷，震后局部产生裂缝，有明显的喷砂冒水现象；地基侧向发生剪切型变形，峰值位移出现明显的不对称现象。饱和粉细砂层对地震波的低中频部分反应更为敏感；小震时，地基中加速度由下至上放大效果不明显；中震及大震时，饱和粉细砂砂层加速度未表现出明显放大现象，而黏土层有较为明显放大现象；地震初期孔压因土体剪胀效应短暂为负，随后迅速上升，最终孔压逐渐消散。传统液化判别方法人为因素影响较大，基于SVM、XGBoost和LR机器学习模型，选取上覆土层厚度、震中距、土层加速度、地震强度作为输入参数进行液化预测，其中XGBoost模型效果最好，决定系数达到0.98。基于XGBoost机器学习模型可作为预测砂土液化初判时的一个有效补充。

摘要:树木是天然的滚石灾害生态防护屏障，准确计算滚石对树木的冲击力是生态防护林设计的关键。然而，当前有关滚石冲击树木的相关研究仍较为匮乏。为此，基于合理假设，本文首先构建了滚石冲击树木的简化动力学模型，开展了滚石冲击作用下的树木横向强迫振动模态分析，进一步基于理想弹性模型分析方法联合滚石冲击树木过程中的位移协调方程，推导了滚石对树木峰值冲击力的解析表达式。而后，依托具体的计算工况，将基于理想弹性模态分析方法所得的计算结果与经典Hertz碰撞接触理论、基于ANSYS/LS-DYNA数值仿真方法所得的峰值冲击力进行了对比分析。研究结果表明，本文所提方法假设基本合理，基于理想弹性模态分析方法所得的滚石对树木冲击力的变化趋势和大小均与基于树木采用弹性本构模型的数值仿真计算结果高度一致，可作为滚石冲击树木峰值冲击力的一种快速估算方法。研究成果可为滚石灾害生态防护工程的设计提供一定的科学依据。

摘要:含顺倾断续节理的岩质边坡在实际工程中较为常见，其稳定性与失稳机制主要受坡体内部的不连续结构面及岩桥的控制。本文以澜沧江上游某水电站高陡岩质边坡为研究对象建立了概化模型，基于RFPA3D-Centrifuge数值模拟方法及能量耗散理论，系统研究了节理长度、角度及内摩擦角等参数对顺倾断续节理岩质边坡失稳机制及稳定性的影响。通过分析边坡失稳过程中的应力分布、坡脚位移、岩体损伤、微震事件及滑动面贯通规律，揭示了节理参数对边坡失稳模式的主导作用。研究结果表明：节理长度、角度及内摩擦角是影响边坡稳定性的关键因素，节理长度越长、角度越大、内摩擦角越小，边坡失稳风险显著增加，且节理倾角的大小显著影响着边坡的失稳模式；含断续节理的岩质边坡滑动面的形成本质上是节理与岩桥逐渐贯通的渐进破坏过程，通过模拟结果可将边坡的失稳过程分为下部岩桥贯通破坏、上部岩桥贯通后缘拉裂和滑裂面贯通整体失稳三个阶段，断续节理在失稳过程中起主导作用，其贯通方向和应力集中效应显著影响边坡的稳定性及失稳模式。将理论计算能量安全系数与数值模拟计算结果进行对比发现，RFPA3D-Centrifuge方法在评价该类边坡的稳定性具有较好的可适用性，并且能够直观展现边坡的渐进失稳过程，为断续节理岩质边坡稳定性分析提供了一定的理论支持。

摘要:为有效解决区域多线路纯电动公交车辆协同进站、乘客协同换乘和充电调度等问题，提出了一种考虑跨线策略的区域多线时刻表协同和车辆调度优化方法，以提高系统运营效率和服务可靠性。考虑纯电动公交车运行特点，以发车间隔约束、运行能耗约束和有限充电桩约束等为约束条件，建立了以车辆协同次数最大化、公交企业总运营成本最小化的双目标混合整数线性规划模型，并设计了结合字典序的差分进化算法对优化模型进行求解，以确定出线路最佳车辆调度计划。以北京市的4条纯电动公交运营线路为实例分析对象，相比线路初始时刻表和车辆调度方案，线路总协同次数提升了6.09%，总运营成本下降了12.4%，系统优化效果明显，表明该模型能够有效提高乘客换乘效率，降低站点串车风险并减少企业运营成本。

摘要:针对航空标准集装器（ULD）装载优化研究中目标单一、与实际运控需求脱节、舱位适配约束宽松等问题，提出一种面向航空公司多重运营目标的三阶段递进集装器配载优化方法。首先，以业载最大化为目标，在满足承载力、重心偏移等安全强约束条件下，获取最大业载利用率的初始装载方案；进而以俯仰转动惯量最大为目标进行再优化，并对其进行归一化处理以统一量纲；最后综合权衡归一化俯仰转动惯量与重心偏离平均气动弦百分比，实现飞行安全性、收益性、机动性与经济性的全局平衡。此外，精确约束全机重心在飞行包线内的偏移，提升安全性控制精度。为高效求解该模型，改进了遗传算法：设计了基于舱位-集装器适配矩阵的初始种群生成策略；提出约束罚函数归一化方法以均衡各类约束权重；引入最优保存策略与基于位置约束的交叉变异操作，提升收敛速度与解的质量。最后以B747-400F飞机实例验证优化结果。实验表明：在不同规模案例中，随着集装器数量增加，业载率优化至100%，俯仰转动惯量最大提升43.21%，重心偏差率降至0%，改进遗传算法均在200代内稳定收敛，验证了模型和算法的有效性和合理性。

摘要:为评估70 t级铁路平车NX70A车体在长期服役中的结构疲劳可靠性，通过对比分析AAR-1001标准载荷折算谱与既有线路实测载荷谱的差异。对NX70A车体主要梁件腐蚀情况进行调研和统计。依据AAR标准焊接结构疲劳寿命计算方法，结合不同载荷谱和腐蚀状态，分析单位里程疲劳损伤、计算安全服役寿命、探究不同载荷类型对关键点累积损伤贡献的方法研究了NX70A平车车体的疲劳损伤规律。结果表明：车体主要梁件年均腐蚀量在0.037 mm~0.055 mm之间，且上翼面和上盖板等靠上位置腐蚀更为严重；垂向载荷对多数疲劳关注点的损伤贡献较大，而纵向载荷对大多数关键位置的损伤贡献小于10%；基于AAR标准载荷折算谱进行货车车体疲劳可靠性评估不够保守。可见，准确评估该类货车车体疲劳寿命需考虑实际线路载荷谱及结构腐蚀状态的影响。

摘要:为了在面临特大断面隧道叠加顺层偏压条件时，在保障安全的前提下，合理选择更加经济高效的工法，依托重庆金山隧道国博车站工程，结合数值计算和现场监测，对特大断面顺层偏压隧道施工工法和支护进行了优化研究。研究结果表明：特大断面高边墙隧道顺层侧水平位移及支护结构受力要明显大于另一侧，墙角处受力不均匀性最为明显；预应力锚索可以在拆除竖撑之后与初期支护形成新的联合支护体系，避免支护结构受力突变，有效降低拆撑风险，但其控制围岩变形能力要弱于双侧壁导坑法，拱顶沉降增量增幅达39.5%（最终沉降达21.9 mm），但整体位移仍在安全可控范围之内。从支护优化来看，非均衡支护措施下的初期支护应力最大增量仅4.24%，但可使左右侧支护结构应力偏差幅度从17.8%减小至2%，能有效改善顺层偏压所导致的初支受力不对称现象，且围岩最大竖向位移对比均衡支护措施仅增加0.57 mm；综合围岩变形和结构受力等指标，非均衡支护措施下的优化工法能够在保证结构安全的前提下，大幅增加施工便捷性和经济性，改善结构受力特征。本文研究成果可为今后类似顺层偏压特大断面隧道支护设计和施工提供重要参考。

摘要:基于动量源法将螺旋桨的作用转化为桨叶力分布的作用,对分布式螺旋桨/机翼构型中螺旋桨的作用进行了研究。首先,通过对比不同数值模拟方法,验证了动量源法求解构型气动力的可行性与高效性。接着,通过改变桨叶力分布的变化趋势,研究了螺旋桨滑流影响后方机翼气动力的关键因素。最后,分析了螺旋桨高度变化带来的影响。结果表明,相比常规设计的螺旋桨,桨叶力分布更加均匀的螺旋桨能够增强桨毂周围的滑流,有利于后方机翼上表面低压区的展向扩展,产生“增升减阻”的有利作用。而滑流的旋转使机翼展向气动力分布不均,可在上洗侧带来“增升减阻”的效果,是螺旋桨滑流影响机翼气动力的关键因素。此外,适当增加螺旋桨高度能够使机翼的升力及升阻比进一步提高。

摘要:为提高全尺寸飞机疲劳试验扣重准确度，开展扣重技术研究。将扣重过程分阶段执行，各阶段涉及的扣重计算方法给予理论解析，提出扣重平衡计算进一步消除扣重过程中的附加载荷，形成完整的扣重理论方法。设计了双层地板梁杠杆扣重装置、大直径轻质滑轮扣重装置、弹簧系统扣重装置等高精度扣重设备并得到验证与应用。依据扣重理论方法对某型全尺寸飞机疲劳试验结构件、假件和加载设备进行扣重和扣重平衡计算，结合高精度扣重设备，开展验证试验。结果表明：加载至扣重载荷，各约束点载荷误差小于2 kN；疲劳试验中，空中工况各约束点载荷误差小于5 kN的工况占比为94.9%，地面工况各约束点载荷误差小于该点最大载荷3%的工况占比为98.9%。该扣重技术理论方法和装置提升疲劳试验扣重准确度，为某型飞机全机疲劳试验安全平稳运行奠定了基础，为同类问题提供了理论参考。

摘要:土壤污染直接影响生态环境和地下水安全，污染物在土壤中运移会引起扩散-吸附电位发生变化，研究扩散-吸附电位特征对污染防控具有重要意义。本文以红黏土为研究对象，采用自然电场法，选取氯化钠溶液、硝酸铜溶液和垃圾渗滤液作为代表性污染物，设计实验来探讨不同溶质类型和浓度下，红黏土中溶质运移产生的扩散-吸附电位变化规律。实验结果表明：当目标溶液进入土壤被电极监测到时，电位会即刻下降，且下降的幅度与溶液浓度呈正相关关系。氯化钠溶液和硝酸铜溶液在土体内的扩散过程中，阴离子富集在高浓度一侧，导致电位持续下降，阳离子运移至低浓度一侧导致电位上升。而对于组分更加复杂的垃圾渗滤液，其电位变化规律显著区别于另外两种盐溶液。饱和浓度下高浓度侧电位呈明显下降趋势，非饱和浓度中，既出现了与氯化钠溶液、硝酸铜溶液里类似的电位变化，也有低浓度侧电位持续下降的现象。研究结果揭示了红黏土中三种污染物运移的自然电位响应特征，并验证了该方法应用于红黏土覆盖区污染物运移监测的可行性，为该类地区的土壤地下水污染预警和防治提供了一种较为可靠的理论参考。