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基于有限/固定时间的机械臂柔顺控制研究

基于有限/固定时间的机械臂柔顺控制研究

作者：印帅盐城工学院

学位级别：硕士

近年来,机械臂在复杂环境中执行较为困难的接触式任务时,仅依赖单一的位置控制已无法满足机械臂的柔顺控制需求。因为当机械臂与外部环境接触时会产生接触力,接触力太大会影响机械臂的柔顺性和稳定性;而接触力过小则会导致机械臂无法顺... 详细信息

近年来,机械臂在复杂环境中执行较为困难的接触式任务时,仅依赖单一的位置控制已无法满足机械臂的柔顺控制需求。因为当机械臂与外部环境接触时会产生接触力,接触力太大会影响机械臂的柔顺性和稳定性;而接触力过小则会导致机械臂无法顺利完成预期任务。因此,机械臂需要在确保自身拥有足够柔顺性和稳定性的同时顺利完成任务,阻抗控制和轨迹跟踪控制则是实现这一目标的关键。轨迹跟踪控制可以让机械臂精确完成给定任务,而阻抗控制则可以根据接触力的大小对机械臂进行位置控制,使机械臂做出柔顺动作,从而提高机械臂的柔顺性。此外,复杂的工作环境中存在着各种干扰,在这些干扰的影响下,会使机械臂控制系统出现跟踪精度低、收敛速度慢等问题,这些问题的研究对机械臂柔顺控制的发展至关重要。因此,本文以柔顺控制策略中的阻抗控制为基础,结合有限/固定时间控制理论,对机械臂的轨迹跟踪进行研究,主要研究内容如下:(1)以双连杆工业机械臂为研究对象,建立基于改进型DH参数法的运动学模型,并对机械臂的正运动学和逆运动学进行了详细推导,使用MATLAB中的机器人工具箱(Robotic Toolbox)对机械臂进行了运动学建模,以检验用DH参数法建立的机械臂运动学模型的准确性,并验证了机械臂正运动学和逆运动学推导结果的正确性,最后分别采用数值法和Monte Carl法对机械臂工作空间进行可视化仿真分析,为后续柔顺控制研究提供基础。(2)针对机械臂在复杂环境中进行柔顺控制时存在未知扰动影响导致跟踪精度差、柔顺性低的问题,提出了基于实际有限时间的双幂次滑模阻抗控制方案。首先,建立带有未知干扰项的机械臂动力学模型,并将机械臂动力学进行空间转换。然后引入滑模控制,提高系统响应速度,并结合阻抗控制和双幂次函数设计了双幂次滑模阻抗来控制机械臂末端的运动轨迹,将接触力转化为位置控制,提高了机械臂系统的跟踪精度和柔顺性。接着设计了Lyapunov函数证明系统是实际有限时间稳定。通过仿真对比实例,对所设计的控制方案进行了仿真验证,结果证明了控制方案的有效性。(3)针对机械臂在受到关节摩擦等不确定因素影响下导致柔顺控制时跟踪误差高、系统收敛慢等问题,设计了一种基于模糊自适应滑模算法的固定时间机械臂阻抗控制方案,该控制方案首先建立了含有关节摩擦等不确定因素影响的机械臂动力学方程,并对关节摩擦力和其他不确定因素等非线性项进行补偿。通过模糊自适应控制对机械臂轨迹运动进行实时轨迹调整以提高控制精度。结合滑模控制,加快系统柔顺控制的响应时间和提高系统的鲁棒性,然后将阻抗控制、模糊自适应控制和滑模控制组成复合控制方案,并设计合适的Lyapunov函数,证明了系统是实际固定时间稳定。最后的仿真实例和对比实验表明,该柔顺控制策略能有效提高机械臂柔顺性以及鲁棒性。

关键词：机械臂柔顺控制有限/固定时间稳定性轨迹跟踪模糊自适应控制

聚丙烯纳米塑料对生物脱氮和微生物氮代谢的影响及机制

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聚丙烯纳米塑料对生物脱氮和微生物氮代谢的影响及机制

作者：徐军帅安徽建筑大学

学位级别：硕士

污水处理厂作为城市与工业废水处理的关键环节,经常发现含有纳米塑料,尤其是聚丙烯纳米塑料(PP NPs,Nanoplastics),其在污水中普遍存在且浓度较高。在污水的生物处理过程中,PP NPs因其尺寸小和较强的吸附能力直接威胁到微生物的活性,进... 详细信息

污水处理厂作为城市与工业废水处理的关键环节,经常发现含有纳米塑料,尤其是聚丙烯纳米塑料(PP NPs,Nanoplastics),其在污水中普遍存在且浓度较高。在污水的生物处理过程中,PP NPs因其尺寸小和较强的吸附能力直接威胁到微生物的活性,进而干扰微生物氮代谢功能。然而,现有研究主要集中在PP NPs对生物脱氮性能的影响上,而且研究所用NPs浓度较低、范围不全,且尚未深入至分子生物学及微生物生态学层面去探讨PP NPs对微生物氮代谢的影响机制。理解生物脱氮活性、微生物氮代谢与生物脱氮过程之间的紧密联系至关重要,这些因素的变化会影响整个脱氮过程的效率。因此,通过在序批式反应器中模拟城市污水并添加不同浓度的PP NPs(0 mg/L、1 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L),深入探究了PP NPs对生物脱氮性能、生物脱氮活性和微生物氮代谢的影响及机制。该研究采用化学分析和线性回归模型来评估不同浓度PP NPs对生物脱氮系统中的脱氮速率、污泥比耗氧速率、活性氧含量、乳酸脱氢酶含量以及脱氮关键酶活性的影响,并进一步探究脱氮关键酶活性与脱氮性能之间的相互关系。接着,利用实时荧光定量PCR技术测量氮转化功能基因的丰度,利用线性回归方法分析不同浓度PP NPs对氮去除的关键功能基因的驱动因素。最后,采用主坐标分析、冗余分析、皮尔逊相关性分析不同浓度PP NPs胁迫下功能基因与生物脱氮的相互关系,通过曼特尔检验分析不同浓度PP NPs胁迫下微生物氮代谢的关键影响因素,并采用化学分析方法量化检测微生物能量载体产量、电子载体产量和微生物电子传递系统活性,从而在分子生物学和微生物生态学层面上探讨了不同浓度PP NPs对生物脱氮的影响机制。具体结论如下:(1)通过分析不同浓度PP NPs对生物脱氮性能的影响。结果显示,随着PP NPs浓度的升高及作用时间的增加,生物脱氮性能变差,生物脱氮系统遭到破坏。(2)采用化学分析和线性回归模型来评估不同浓度PP NPs对生物脱氮系统中的脱氮速率、污泥比耗氧速率、活性氧含量、乳酸脱氢酶含量以及脱氮关键酶活性的影响,并进一步探究脱氮关键酶活性与脱氮性能之间的相互关系。结果显示,不同浓度的PP NPs对生物脱氮脱氮活性均有抑制作用,随着PP NPs浓度的增加抑制作用逐渐增强。PP NPs浓度增加,污泥表面吸附过多PP NPs,减弱了细菌的传质能力,引起细胞内活性氧含量产生与乳酸脱氢酶含量释放增多。PP NPs诱导的活性氧含量增加加剧了细胞的氧化状态,造成过氧化损伤,同时乳酸脱氢酶含量的释放改变了细胞膜的通透性,细胞膜损伤后导致酶失活、蛋白质氧化与DNA结构破坏,降低了活性污泥的脱氮能力。线性回归结果显示,氨单加氧酶活性与氨氧化作用之间存在显著线性关系;亚硝酸盐氧化酶活性与硝化作用具有线性关系;硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性与反硝化作用呈显著的线性关系。(3)使用实时荧光定量PCR技术测量了氮转化功能基因的丰度,利用线性回归方法分析了不同浓度PP NPs对氮去除的关键功能基因的驱动因素。通过统计学方法,该研究探讨了PP NPs不同浓度下对功能基因与生物脱氮的相互关系及微生物氮代谢的关键影响因素。通过化学分析手段,量化生物脱氮过程中微生物能量及电子载体产生量以及微生物电子传递系统活性,从而在微生物生态层面解析了PP NPs不同浓度对生物脱氮的影响机制。研究发现随PP NPs浓度增加,除nir K和nor B基因表达上升外,其他氮转化功能基因的表达普遍下降,表明PP NPs对功能基因表达具有抑制作用。在移除0 mg/L和1 mg/L PP NPs处理组后,nxr A/amo A与出水氨氮浓度显示出显著的线性关系。nir S/16S r RNA与出水硝氮浓度显示出显著的线性关系。nos Z/nar G与硝氮去除量显示出显著的线性关系。指出这些基因是相应氮去除过程的关键驱动因素。研究发现,皮尔逊相关性分析显示,部分功能基因与出水氨氮、亚硝氮及化学需氧量的浓度呈负相关,而与好氧硝氮的浓度呈正相关,但程度各异。冗余分析,蒙特卡洛检验显示PP NPs、好氧末端硝氮及出水亚硝氮是最能够解释功能基因变化的化学指标,表明功能基因表达对脱氮过程的十分重要。主坐标分析指出,随PP NPs浓度增加,样品间功能基因的差异性变得更加明显。曼特尔检验揭示在PP NPs影响下,氮转化功能基因、关键蛋白酶活性、能量及电子载体含量、微生物电子传递系统活性和污泥比耗氧速率是微生物氮代谢的决定性因素。研究发现,在PP NPs作用下,能量及电子载体含量呈现下降趋势及微生物电子传递系统活性下降表明微生物电化学活性受到一定程度的抑制,这说明高浓度PP NPs抑制了微生物的能源生成、传递与利用效率。在PP

关键词：纳米塑料微生物氮代谢氮转化功能基因相互关系

熟地补骨汤治疗肾虚血瘀型骨质疏松症的临床研究

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熟地补骨汤治疗肾虚血瘀型骨质疏松症的临床研究

作者：王植帅甘肃中医药大学

学位级别：硕士

目的:通过观察熟地补骨汤治疗肾虚血瘀型骨质疏松症的临床疗效,评价熟地补骨汤治疗肾虚血瘀型骨质疏松症的有效性及安全性。方法:招募2022年3月至2023年10月就诊于甘肃省中医院骨质疏松(老年骨)科并确诊为肾虚血瘀型骨质疏松症、符合纳... 详细信息

目的:通过观察熟地补骨汤治疗肾虚血瘀型骨质疏松症的临床疗效,评价熟地补骨汤治疗肾虚血瘀型骨质疏松症的有效性及安全性。方法:招募2022年3月至2023年10月就诊于甘肃省中医院骨质疏松(老年骨)科并确诊为肾虚血瘀型骨质疏松症、符合纳排标准且自愿加入该项研究的72例患者为研究对象,采用随机数字表法分为对照组和试验组。对照组给予口服阿仑膦酸钠片、维D钙咀嚼片和骨化三醇胶囊;试验组在对照组的治疗方案基础上增加口服熟地补骨汤。两组的治疗疗程均为3个月,在治疗前与治疗后2周、1个月和3个月观察并随访比较两组患者的VAS评分和中医证候积分;在治疗前与治疗3个月后分别对两组患者的骨代谢指标(PINP、N-MID、BALP)水平和中医临床疗效变化进行比较,治疗结束后继续随访3个月对比两组患者骨密度值(BMD)变化。将观察数据收集后运用统计学软件SPSS 25.0进行统计学分析,对熟地补骨汤治疗肾虚血瘀型骨质疏松症的临床疗效和安全性进行评价。结果:本研究共纳入72例患者,对照组36例,治疗过程中1例脱落(患者出现严重胃肠道反应无法继续接受治疗退出研究),实际纳入35例;治疗组36例,出现1例脱落(患者前往外地无法配合治疗所需疗程退出研究),实际纳入35例,两组实际完成70例。1.一般资料:经对比两组患者治疗前一般基本资料(性别、年龄、体重指数、病程)无统计学差异,具有可比性(P>0.05)。***评分:与治疗前相比,两组患者在接受药物治疗2周、1个月、3个月后VAS评分均有降低,差异具有统计学意义(P月后,两组患者BMD值均有所升高,且差异具有统计学意义(P月治疗后对照组临床疗效总有效率为82.86%;试验组总有效率为94.28%。两组患者临床疗效比较采用卡方检验,试验组临床疗效优于对照组,具有统计学意义(P<0.05)。7.安全性观察:在本次临床观察过程中,对照组1例患者出现严重胃肠道反应随后脱落,其余患者均未出现严重不良反应;两组患者治疗前后的安全性指标检查均未出现明显异常,表明熟地补骨汤治疗的安全性和可靠性。结论:熟地补骨汤对于肾虚血瘀型骨质疏松症患者具有较好的疗效,可以明显缓解患者的临床症状,降低患者疼痛感,提高患者的骨密度,改善骨代谢生化指标,并且同时具有安全可靠性,具备临床推广的意义。

关键词：骨质疏松症肾虚血瘀证熟地补骨汤

生态农业循环模式中发展绿色食品的实践探索——以河南麦多生态农业为例

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中国农业综合开发 2024年第9期 57-59页

作者：张军帅李永革熊瑞冰黄雅凤左彦军马杰河南省安阳市农业生态与资源保护站安阳455000 河南省安阳市农村社会事业发展服务中心安阳455000 河南省安阳市汤阴县农业农村局汤阴456150

河南省安阳市河南麦多生态农业科技有限公司(以下简称“河南麦多生态农业”)结合绿色食品发展需要的条件和要求,对种植产品技术规程进一步规范化、标准化,突出优质、安全、健康的种植方式和生产要求,建立良好生态农业循环模式,生态农业... 详细信息

河南省安阳市河南麦多生态农业科技有限公司(以下简称“河南麦多生态农业”)结合绿色食品发展需要的条件和要求,对种植产品技术规程进一步规范化、标准化,突出优质、安全、健康的种植方式和生产要求,建立良好生态农业循环模式,生态农业循环发展同绿色食品发展同步开展、利益共生,提高了产品的市场竞争力和美誉度,是农业质量效益和竞争力同步提高的有效实践,为推动农业全面绿色转型升级发挥示范作用。

关键词：绿色食品生态农业循环模式麦多生态农业高质量发展河南省安阳市

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盾构隧道施工对邻近管线变形的影响研究

盾构隧道施工对邻近管线变形的影响研究

作者：燕帅安徽理工大学

学位级别：硕士

东南丘陵区茶园反硝化沟脱氮效果优化提升及环境效益评估

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东南丘陵区茶园反硝化沟脱氮效果优化提升及环境效益评估

作者：臧帅南京信息工程大学

学位级别：硕士

纳豆芽孢杆菌对脂多糖应激下肉鸡生产性能和肠道健康的影响

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纳豆芽孢杆菌对脂多糖应激下肉鸡生产性能和肠道健康的影响

作者：张超帅河南农业大学

学位级别：硕士

本试验旨在研究饲粮中添加纳豆芽孢杆菌对应激状态下肉仔鸡生长性能、抗氧化能力和免疫功能以及肠道菌群的影响。通过利用脂多糖刺激构建应激模型,探索纳豆芽孢杆菌与肉鸡生理特性、肠道菌群之间的关系,为纳豆芽孢杆菌在家禽饲料中的应... 详细信息

本试验旨在研究饲粮中添加纳豆芽孢杆菌对应激状态下肉仔鸡生长性能、抗氧化能力和免疫功能以及肠道菌群的影响。通过利用脂多糖刺激构建应激模型,探索纳豆芽孢杆菌与肉鸡生理特性、肠道菌群之间的关系,为纳豆芽孢杆菌在家禽饲料中的应用提供依据。试验一,不同浓度的纳豆芽孢杆菌对肉仔鸡生长性能、血清抗氧化能力和盲肠微生物的影响。选用240只体重相近的肉仔鸡,随机分为5组,每组6个重复,每个重复8只鸡。试验Ⅰ-试验Ⅳ组,添加量为100-400 mg/kg纳豆菌的梯度实验。在14日龄和42日龄采集样品。结果表明:(1)肉鸡平均日增重、料重比和42日龄体重,随着纳豆菌添加比例的提高而提高,在达到300 mg/kg时,肉仔鸡平均日增重显著高于其余处理。(2)纳豆菌在动物日粮中的添加,会促进动物机体血清内抗氧化酶含量的增加,在300 mg/kg的添加比例时,达到峰值。(3)纳豆菌会提高肠道微生物的物种数量和均匀程度,在门水平上,200-400 mg/kg的添加量,均会对厚壁菌门丰度增高起到促进作用,减少拟杆菌门丰度占比。而在属水平上,300 mg/kg的添加比例,会大幅提高42日龄肠道内另枝菌属的占比,另枝菌属具有良好的炎症调节作用。综合考虑下,选取300 mg/kg纳豆菌的添加量,对动物机体肠道菌群和生产性能改善效果最佳。试验二,纳豆芽孢杆菌对脂多糖刺激下的肉鸡生产性能和肠道健康的影响。选取144只体重接近的1日龄肉仔鸡,分为3个处理。处理一是腹腔注射生理盐水,处理二是腹腔注射LPS,处理三则在处理二的基础上饲喂300 mg/kg的纳豆芽孢杆菌。应激模型的构建,则是从第二周开始,每周的1、3、5日,根据肉鸡当前体重,按500μg/kg BW的添加比例,将LPS溶解于1 m L的生理盐水中,通过腹腔注射促进肉鸡吸收,这个过程持续两周第一部分,对LPS应激下肉鸡生产性能和血清理化性质的影响结果表明:(1)对生产性能的影响:LPS的注射,会大幅降低肉鸡日采食量,而且纳豆菌的添加后,不仅能提高动物采食量,同时还能有效降低料重比。(2)对血清理化性质的影响:纳豆菌的饲喂,通过提高血清免疫球蛋白含量,能够缓解由于LPS应激导致的抗氧化能力的下降趋势,增加动物机体血清抗氧化能力。同时,LPS引发的炎症应激,会显著降低血清免疫球蛋白含量(P<0.05),纳豆菌饲喂后,能缓解应激导致的免疫球蛋白含量降低,并在试验后期,显著提高血清内Ig G的含量(P<0.05)。第二部分,对LPS应激下肉鸡肠道健康的影响结果表明:(1)对肠道黏膜的影响:纳豆菌的添加会显著改善黏膜抗氧化能力,在修复LPS对肠道黏膜抗氧化能力的破坏后,显著提高GSH-PX和SOD的含量,同时会抑制促炎因子的产生,提高黏膜SIg A和抑炎因子IL-10的含量。(2)对肠道菌群Alpha多样性的影响:应激会促进有害菌种类和丰富度的增加,最终导致后期Shannon指数显著降低(P<0.05),降低菌群丰富度和多样性。纳豆菌处理能抑制有害菌定植,缓解应激导致的菌群丰富度和多样性的改变。(3)对Beta多样性的影响:试验前期,LPS注射后,门水平上,与试验Ⅱ组相比,试验Ⅲ组饲喂纳豆菌后能显著增加厚壁菌门丰度占比(P<0.05),提高放线菌门丰度占比,降低互养菌门和脱硫杆菌门占比。属水平上,与试验Ⅰ组相比,试验Ⅱ组unclassified＿f＿＿Oscillospiraceae属的菌群丰度显著提高(P<0.05),梭状芽孢杆菌丰度占比显著降低(P<0.05);粪杆菌属、考拉杆菌属和另枝杆菌属丰度占比明显降低;试验Ⅲ饲喂纳豆菌后,Christensenellaceae＿R-7＿group菌属和梭状芽孢杆菌丰度占比显著提高(P<0.05)。试验后期,门水平上,纳豆菌的饲喂,能有效降低变性菌门、蓝细菌门和拟杆菌门的丰度占比,提高厚壁菌门的比例。属水平上,饲喂纳豆菌后,粪杆菌属菌群占比显著提高(P<0.05),肠球菌属显著降低(P<0.05)。综上所述,纳豆菌的饲喂添加,改善有益菌和有害菌的比例,调整菌群结构,缓解炎症应激造成的肠道损伤

关键词：纳豆芽孢杆菌脂多糖应激肠道健康

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混合碱激发矿粉泡沫混凝土的制备及性能研究

混合碱激发矿粉泡沫混凝土的制备及性能研究

作者：胡忠帅烟台大学

学位级别：硕士

传统的泡沫混凝土具有节能、轻质、施工方便等特点,在建筑保温隔热、填充、隔声、抗震等方面都有应用,而碱激发泡沫混凝土在此基础上更能做到低碳环保,然而,碱激发泡沫混凝土水胶比大、孔隙率高、约束骨料少且比表面积较大导致其强度低... 详细信息

传统的泡沫混凝土具有节能、轻质、施工方便等特点,在建筑保温隔热、填充、隔声、抗震等方面都有应用,而碱激发泡沫混凝土在此基础上更能做到低碳环保,然而,碱激发泡沫混凝土水胶比大、孔隙率高、约束骨料少且比表面积较大导致其强度低、硬化慢、干缩大及具有较高的开裂风险,因此,研究碱激发泡沫混凝土强度、收缩及抗裂等性能对确保工程质量具有重要意义。本文研究了碱激发基体材料配比、激发剂种类及掺量、泡沫用量对泡沫混凝土性能的影响,在提高性能和降低成本的目标下开展了应用研究,主要研究成果如下:(1)研究了不同基体材料配比对泡沫混凝土性能的影响,结果表明,使用复合碱激发剂的条件下,与基体材料全部是矿粉的对照组相比,P·O 42.5普通硅酸盐水泥对S95级矿粉替代量的增加使泡沫混凝土抗压强度降低,20%普通硅酸盐水泥替代部分矿粉时,掺加粉煤灰没有引起泡沫混凝土抗压强度的下降;(2)研究了激发剂种类和掺量对混合碱激发泡沫混凝土性能的影响,试验结果表明,氢氧化钙作为单一激发剂制备的泡沫混凝土抗压强度最高,其制备的密度等级为A08的泡沫混凝土28d抗压强度能达到4.78MPa,且早期抗压强度高于仅由P·O 42.5普通硅酸盐水泥制备的泡沫混凝土;(3)在掺入拜耳法赤泥的条件下,研究了不同密度等级的混合碱激发矿粉泡沫混凝土的性能,结果表明,随着密度等级上升,掺加拜耳法赤泥制备的泡沫混凝土流动度、抗压强度和稳定性逐渐增加,干湿循环后混凝土抗压强度损失率逐渐减小。

关键词：泡沫混凝土不同基体材料激发剂拜耳法赤泥密度等级抗压强度

高中物理教学中引入微积分思想的实践研究 ——以高二电磁学部分为例

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高中物理教学中引入微积分思想的实践研究 ——以高二电磁学部分...

作者：王春帅上海师范大学

学位级别：硕士