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柔性机器人关节伺服系统模型预测控制研究

柔性机器人关节伺服系统模型预测控制研究

作者：王博伦沈阳理工大学

学位级别：硕士

随着我国工业的快速发展、产业升级,工业机器人正逐渐替代传统劳动力实现自动化生产,日渐复杂的任务同时也对其功能、性能提出来了全新挑战。新一代协作式工业机器人以一体化柔性关节为核心驱动部件,通过加入谐波式减速机及力传感器实... 详细信息

随着我国工业的快速发展、产业升级,工业机器人正逐渐替代传统劳动力实现自动化生产,日渐复杂的任务同时也对其功能、性能提出来了全新挑战。新一代协作式工业机器人以一体化柔性关节为核心驱动部件,通过加入谐波式减速机及力传感器实现关节柔性。相较传统工业机器人具有更高的负载-自重比,并且可感知力矩变化,使用起来更加方便、安全,但同时因为弹性元件的介入给关节控制带来了更多不确定性。课题以柔性机器人关节用永磁同步电机伺服驱动系统为技术切入点,利用在线参数辨识与模型预测控制方法设计关节电机伺服系统,提高关节伺服控制性能,进而改善一类由力传感器与谐波减速机引入有限柔性的机器人关节其运动品质。文中首先对柔性关节驱动技术进行详细阐述分析。建立关节用永磁同步电机数学模型,采用i=0控制策略完成电机矢量控制设计,并利用MATLAB/Simulink平台进行面向位置伺服控制的程序逻辑设计与仿真验证。其次,考虑关节电机参数的时变特征,提出对电机参数的在线辨识方法。分别就基于带遗忘因子递推最小二乘法的电机多参数在线辨识与基于EKF-FFRLS的两阶段电机参数在线辨识进行算法设计与仿真实验对比。然后,基于模型预测控制理论方法,设计针对柔性关节伺服系统的联级型模型预测调节器,用以替代矢量控制中速度与电流双环PI控制器。经仿真测试,设计联级型模型预测调节器同PI控制器相比具有更佳优秀的动态响应性能。另外,为测试设计算法在实际柔性关节下的驱动性能,设计基于Zynq异构控制器与自研驱动器的柔性关节驱动平台。其中,Zynq下PL端运行电机伺服算法,PS端做运动命令给定。系统软件实现采用基于模型设计(MBD)技术,利用MATLAB HDL Coder工具由仿真模型自动代码生成VHDL语言程序。经实测表明,基于在线参数辨识与模型预测控制的柔性关节伺服控制系统速度及力矩响应良好,验证了设计算法的可行性与优越性,使柔性机器人关节获得较好地驱动。

关键词：机器人关节伺服系统永磁同步电机模型预测控制在线参数辨识

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基于多色识别水下激光三点测距法的研究

基于多色识别水下激光三点测距法的研究

作者：王博伦北京邮电大学

学位级别：硕士

如今,世界各国都致力于对海洋技术的研究,而水下测距是海洋技术中重要的一项。目前水下测距的方法有很多,比较成熟的有:水下声学测距、水下光学测距等。水下声学测距主要为采用超声波测距,但由于该方法测距频率较低,且同步性较差,因此... 详细信息

如今,世界各国都致力于对海洋技术的研究,而水下测距是海洋技术中重要的一项。目前水下测距的方法有很多,比较成熟的有:水下声学测距、水下光学测距等。水下声学测距主要为采用超声波测距,但由于该方法测距频率较低,且同步性较差,因此无法真实呈现距离的实际变化。水下光学测距技术主要包括水下激光三维空间扫描方法技术、水下激光测距仪系统等。水下三维激光扫描仪的定距精确度一般可达厘米至毫米级,但由于其能耗较大,且成本较高。而激光测距系统因为其测距技术频率迅速、测距误差率小、整体结构完整、能耗低、操作简便等优势,已成为目前水下测距的最重要的方式[2]。本论文就围绕水下激光测距方法中的三点测距法及其误差分析和解决办法展开研究,从多方面分析了水下激光测距可能差生误差的原因,基于三点激光测距法进行了改进,并对改进前后的系统进行了性能对比。本文的主要创新点包括:一、提出基于光子分布计算的光斑中心识别算法,并采用蒙特卡洛仿真进行仿真验证。该算法在不同颜色激光下可更加准确的识别出激光光斑中心,并排除其他相同颜色物体干扰,进而为水下激光测距的精度提供了更准确的算法。提出了基于红绿蓝三色激光识别的水下三点激光测距法,解决了因同色激光在物体所在位置寻找光斑中心时因距离过近相互影响的可能性以及造成的误差,仿真结果表明,在2米距离条件下,相对于相同颜色的识别,测距精度提升了 10.7%。二、搭建了一套可灵活调控角度的三点激光测距系统,探究了浑浊度对三点测距法的影响,三点测距法受激光发射端角度的影响,最后对三色三点光测距和单色三点测距的误差进行对比。得出当水体浑浊度超过50mg/L的时候,测距开始产生较大误差,当待测物体位于三色光汇聚的地方,测量误差最小。以及三色三点测距相在同等条件下对于蓝色单光三点测距精准度提升47%,相对于绿色激光测距提升65%的实验结论。

关键词：水下激光测距颜色识别三点测距法抗水下干扰

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救助船模拟器视景仿真及数据实时通讯的研究

救助船模拟器视景仿真及数据实时通讯的研究

作者：王博伦大连海事大学

学位级别：硕士

海上交通安全训练装备是建设交通强国的核心和关键之一。为了更好的应对海上安全事故,需要提高船员的专业素质和操船能力。高成本、低效率的实船航行训练显然不能满足要求,船舶操纵模拟器作为我国航海领域教学与培训的重要工具,可以为... 详细信息

海上交通安全训练装备是建设交通强国的核心和关键之一。为了更好的应对海上安全事故,需要提高船员的专业素质和操船能力。高成本、低效率的实船航行训练显然不能满足要求,船舶操纵模拟器作为我国航海领域教学与培训的重要工具,可以为船舶驾驶人员提供良好的日常训练。船舶模拟器的核心是通过操作驾驶台上的操纵设备,将操船信号输入到船舶运动数学模型中,视景仿真系统根据数学模型解算出的数据,渲染出较为逼真的船舶航行画面。本文首先采用Unity3D虚拟引擎开发视景仿真系统,提高了视景画面的逼真程度。然后对驾驶台操纵控制系统的软、硬件方面进行设计,实现操纵信号的采集和传输功能,满足了操纵实时性的需求。最后解决了船舶运动数学模型和视景系统相结合的问题,将船舶运动姿态数据实时传输到虚拟场景中,实时模拟船舶的运动情况。具体研究内容如下:(1)针对当前船舶模拟器视景仿真系统在画面逼真程度、跨平台性、仿真实时性和交互性等方面的不足。本文采用Unity3D虚拟引擎开发视景仿真系统,搭建包括船舶和码头的三维模型、海浪、岛屿和天空的虚拟场景,从而提升了视景画面的真实性。通过视角切换技术、多通道显示技术和建立的人机交互界面,让体验者从视觉上充分感受到船舶在海浪中真实航行的情况。(2)设计操纵控制系统的主控板,用来采集操纵设备发出的操纵信号(舵角和螺旋桨转速),将信号发送到视景计算机中的视景软件。使操纵控制系统和视景系统建立联系,实现驾驶员通过操纵设备来操控视景场景中船舶航行的目标。(3)建立船舶位置和姿态的运动方程,利用分离建模思想分析船舶航行时的受力情况,从而确定船舶运动的理论数学模型,用于船舶运动仿真计算,最终得到船舶姿态参数和运动轨迹。并在视景仿真软件中调用C++编写的船舶运动数学模型的解算函数,把操纵主控板采集到的操纵信号作为函数的输入参数,实时解算出船舶各自由度的运动数据,使视景软件中的船舶运动姿态与真实船舶相同。(4)将视景系统与实验室现有的船舶操纵驾驶台进行通讯,利用双通道投影将视景画面在球幕上进行拼接,实现了多通道视景融合成大视场角进行显示,增添了视景画面的沉浸感。并通过视景系统完成实船运动状态复现的实验,实现了虚拟视景与实际应用相结合的目标。

关键词：船舶模拟器视景仿真实时交互操纵主控板船舶运动数学模型

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科普微纪录片《奇妙中国》的叙事创新

电视研究 2024年第1期 52-54页

作者：陈璐明张戌王博伦福州外语外贸学院艺术与设计学院中国社会科学院大学新闻传播学院中国关心下一代工作委员会办公室

中央广播电视总台央视频出品的微纪录片《奇妙中国》以轻量化短视频形式,采用童话风格创作基调,深入浅出地介绍大国工程,实现了良好的科普传播效果。本文认为,《奇妙中国》在艺术影像表现形式、青春化传播模式、多层次共情策略方面突破... 详细信息

中央广播电视总台央视频出品的微纪录片《奇妙中国》以轻量化短视频形式,采用童话风格创作基调,深入浅出地介绍大国工程,实现了良好的科普传播效果。本文认为,《奇妙中国》在艺术影像表现形式、青春化传播模式、多层次共情策略方面突破了科学知识与大众文化之间的传播壁垒,弘扬了新时代主流价值观,彰显了我国科技发展的自信心。

关键词：科普微纪录片《奇妙中国》叙事创新

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鲜糯玉米制品加工过程中叶酸稳定性研究

鲜糯玉米制品加工过程中叶酸稳定性研究

作者：王博伦中国农业科学院

学位级别：硕士

叶酸(Folates)是一类人体必须B族维生素，参与体内RNA等重要物质的形成与代谢，是机体细胞生长和繁殖所必需的物质。人体只能通过摄入膳食获得叶酸，近年来通过生物技术培育的叶酸营养强化鲜糯玉米中总叶酸含量高达3mg/kg，为消费者摄... 详细信息

叶酸(Folates)是一类人体必须B族维生素，参与体内RNA等重要物质的形成与代谢，是机体细胞生长和繁殖所必需的物质。人体只能通过摄入膳食获得叶酸，近年来通过生物技术培育的叶酸营养强化鲜糯玉米中总叶酸含量高达3mg/kg，为消费者摄入天然叶酸提供了有效途径。天然叶酸极不稳定，为减少鲜糯玉米加工过程中叶酸的损失，本文主要研究了玉米加工工艺对叶酸稳定性的影响，探索了提高叶酸稳定性的方法。主要研究结论如下:　　1、优化了玉米中叶酸提取方法，评价了高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)测定玉米中5-甲基四氢叶酸（5-Methyl-tetrahydrofolate，5-MTHF）的准确性。结果表明:最佳提取参数为叶酸浸提液pH为6.5，α-淀粉酶、蛋白酶、大鼠血清的添加量分别为12U/mL、0.028U/mL、14μL/mL，SPE净化柱收集洗脱液2.5mL;HPLC法测定玉米中5-MTHF表明，在0.003μg/mL～1.000μg/mL有良好的线性关系，相关系数为0.9999，检出限为0.001μg/mL，定量限0.003μg/mL，精密度为1.90％，样品加标平均回收率为104.57％;测定叶酸强化玉米（京科糯928）中5-MTHF与总叶酸质量浓度分别为181.18μg/100g(干重)与253.65μg/100g(干重)，本研究优化后的HPLC检测方法适用于玉米中5-MTHF与总叶酸的测定。　　2、分析了加工工艺对鲜糯玉米中叶酸稳定性的影响。结果为:在浸泡、煮制、烤制、储存后，鲜糯玉米中总叶酸含量分别损失24.51％、61.65％、50.72％、26.47％，高温是造成叶酸损失的关键因素。在标准品模拟体系中，分析温度变化、储存时长、光照及冻融次数对5-MTHF稳定性的影响，结果表明5-MTHF对热敏感，光照促进5-MTHF的降解，储存时间的延长及冻融次数的增加会导致样品中5-MTHF质量浓度的降低。叶酸保护剂可显著提高5-MTHF稳定性，经100℃水浴15min，5-MTHF保留率在95％以上，为食品加工中抑制5-MTHF降解提供了思路。　　3、使用叶酸保护剂抑制5-MTHF的降解。在L/D-半胱氨酸、环戊烷硫醇和3-巯基-3-甲基丁醇中，L-半胱氨酸可显著提高5-MTHF在热加工过程中稳定性，且在低浓度(0.01％)下优势明显;抗坏血酸钠与L-半胱氨酸联合使用时，出现协同增效作用，两者最优总添加量为0.03％，最优添加比例为1∶2。此条件下，模拟体系经100℃处理1h后，5-MTHF保留率为90.31％，将此叶酸保护剂应用到玉米浆制备中，5-MTHF保留率可以达91.05％。抗坏血酸钠和L-半胱氨酸抑制5-MTHF降解效果显著，且价格便宜，在食品加工中作为5-MTHF保护剂具有巨大潜力。

关键词：鲜糯玉米制品加工过程叶酸稳定性

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多孔二氧化硅纤维的制备及负载催化性能研究

多孔二氧化硅纤维的制备及负载催化性能研究

作者：王博伦北京化工大学

学位级别：硕士

以二氧化钛为代表的半导体材料,因具备优良光催化活性而得以广泛研究及应用于降解污染物、发展新型可再生能源等领域。目前研究中采用的二氧化钛多数是纳米粉体,难免出现纳米颗粒的团聚、与产物不易分离、回收循环使用繁琐等问题。无机... 详细信息

以二氧化钛为代表的半导体材料,因具备优良光催化活性而得以广泛研究及应用于降解污染物、发展新型可再生能源等领域。目前研究中采用的二氧化钛多数是纳米粉体,难免出现纳米颗粒的团聚、与产物不易分离、回收循环使用繁琐等问题。无机多孔材料因其耐热性,耐腐蚀性,高比表面积等优异性质得到广泛应用。静电纺丝技术是制备无机多孔材料的一种高效方法,因此,本文利用静电纺丝法制备多孔结构的SiO纤维,并将TiO与之复合制成负载型催化剂。研究了多孔SiO纤维的制备方法,以及负载TiO的多孔纤维催化剂在光降解甲基橙实验中的催化性能。研究内容如下:(1)通过锻烧PVP/TEOS/P123复合纤维制备了多孔SiO纤维。其中P123为模板剂。随着P123在纺丝液中含量的提升,纤维中出现更多孔隙与条带,纤维直径在1um左右,FTIR、XRD等结果确认多孔纤维成分为SiO。P123含量为4.9wt.%时,纤维中存在介孔,比表面积5.71m/g,平均孔径7.093nm;采用PAN/PVP模板法制备了多孔SiO纤维。FTIR、EDS等结果确认多孔纤维成分为Si02。PVP含量为10wt.%时,纤维中存在介孔,比表面积647.26m/g,平均孔径2.3nm;通过乳液聚合制备了直径100nm左右的PS微球,以PS作为模板剂锻烧PVP/TEOS/PS复合纤维制备了多孔SiO纤维。随着PS在纺丝液中含量增多,纤维表面存在更多的点状凸起。PS含量为4.5wt.%时,纤维中存在介孔,比表面积5.52m/g,平均孔径7.94nm。(2)通过同轴静电纺丝制备了中空SiO纤维。在芯层纺丝液基体选用PVP时中空纤维形貌良好,芯层推进速率增大时纤维内径增加。芯层推进速率1.2mL/h时,中空纤维外径1um,内径633nm。FTIR、XRD等结果确认中空纤维成分为SiO。(3)对比三种方案制备的多孔SiO纤维表征结果,优选PAN/PVP模板法制备负载型TiO/SiO多孔纤维催化剂,对多孔纤维进行SEM、XRD、FTIR、N2吸附等表征,结果表明TiO含量为12.0wt.%时,在SiO纤维中有一定负载量,分散性好,粒径大小22.5nm,纤维结晶度达99.80%,比表面积达238.72m/g。TiO浓度为2.0g/L时,多孔纤维催化剂在120min后对甲基橙的光催化降解率达96.5%,高于实心纤维催化剂的88.3%,说明TiO/SiO多孔纤维催化剂具备更优良的光催化活性。

关键词：多孔材料静电纺丝二氧化硅纤维光催化

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光致发光沸石分子筛复合材料的研究进展

高等学校化学学报 2021年第1期42卷 299-310页

作者：王博伦宗思宇李激扬吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室化学学院长春130012

除传统的催化、吸附分离和离子交换外,主客体组装化学赋予了沸石分子筛材料独特的物理化学性质和广阔的应用前景.本文聚焦光致发光沸石分子筛复合材料,综述了这类材料最新的研究进展,总结了不同发光客体,如稀土金属、金属簇、量子点/碳... 详细信息

除传统的催化、吸附分离和离子交换外,主客体组装化学赋予了沸石分子筛材料独特的物理化学性质和广阔的应用前景.本文聚焦光致发光沸石分子筛复合材料,综述了这类材料最新的研究进展,总结了不同发光客体,如稀土金属、金属簇、量子点/碳点等与沸石分子筛形成的复合材料的制备方法与组装策略,介绍了该类复合材料的光致发光性质和潜在应用,探究了复合材料中可能存在的量子限域、分子间相互作用、能量转移和电子转移等对发光的影响,并对未来光致发光沸石分子筛复合材料的发展前景进行了展望.

关键词：沸石分子筛主客体组装发光

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基于压铸工艺的铝合金车门结构设计与优化

基于压铸工艺的铝合金车门结构设计与优化

作者：肖伦伦重庆交通大学

学位级别：硕士

车门是汽车覆盖件中的重要组成部分。传统的车门制造采用冲压-焊接工艺,模具开发时间长,生产效率低。为了减少工艺步骤,提高生产效率,降低生产成本,本文对车门进行适应压铸工艺的新型结构设计和优化。通过压力铸造“高压力,高流速”的... 详细信息

车门是汽车覆盖件中的重要组成部分。传统的车门制造采用冲压-焊接工艺,模具开发时间长,生产效率低。为了减少工艺步骤,提高生产效率,降低生产成本,本文对车门进行适应压铸工艺的新型结构设计和优化。通过压力铸造“高压力,高流速”的工作特点得到高质量的铝合金车门。本文基于传统的冲压-焊接车门结构,根据大型压铸件设计规范和车门设计规范,对车门结构进行改进设计。在此基础上,在满足力学性能的要求下对车门结构进行优化,将车门附件装配面从车门内板改至车门外板,减轻了车门的重量,同时车门满足强度刚度要求。最后,对该压铸铝合金车门进行了压铸成型的模拟仿真验证。主要研究内容如下:(1)对一款现有冲压-焊接工艺车门(左后门)内板和外板进行改进设计,根据车门功能保留车门内板曲面特征,同时结合铸造件设计规范,将车门外板设计为铸造件。车门附件装配面曲面特征转移至外板;为了提高车门的刚度,参考交叉式车门内板支撑结构作为该车门内板;根据车门外板设计准则,同时结合压铸件设计准则和车门力学性能要求,将冲压-焊接车门中大部分加强件或加强结构以增加厚度的方式融入到车门外板压铸件中。对铝合金车门铸造件的压铸系统进行设计,根据铸造工艺经验和理论公式计算出浇道尺寸和浇口位置,计算出理论上可以完成铸造任务的压铸机。(2)用Pro CAST软件对设计的铝合金车门进行模流分析,对设计中不合理的特征重新设计。用有限元软件Hyper Works对车门刚度进行分析计算和优化。通过Hyper Works软件中Optistruct求解器对车门进行刚度分析和模态分析;通过尺寸优化对车门厚度进行优化;通过形貌优化设计,提高车门抗凹性能。同时结合铸造件加强筋设计原则,计算出和金属溶液流向相同的加强筋形状和位置。(3)完成优化设计后重构模型并对车门力学性能进行分析。对该压铸铝合金车门进行压铸工艺数值模拟,验证车门充型和凝固过程是否合理。调整溢流槽尺寸和位置,以疏松缩孔体积为目标,以冲头速度、模具温度和浇铸温度三个因素为变量设计正交实验,确定该铸造系统的工艺参数,对铸件的充型过程、凝固过程和疏松缩孔率进行分析。

关键词：压力铸造车门结构车门刚度分析形貌优化数值模拟

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W公司一线服务人员培训体系优化研究

W公司一线服务人员培训体系优化研究

作者：邹伦伦西南大学

学位级别：硕士

近年来,受国家科教兴国、互联网+的影响,线上教学逐渐成为普及所有学龄段的教学形式,越来越多的家长希望足不出户就能获得世界上最好的教育资源。线上教育因其独特的优势给师生和家长带来便捷的同时,也因其背后资本市场对利益的疯狂追... 详细信息

近年来,受国家科教兴国、互联网+的影响,线上教学逐渐成为普及所有学龄段的教学形式,越来越多的家长希望足不出户就能获得世界上最好的教育资源。线上教育因其独特的优势给师生和家长带来便捷的同时,也因其背后资本市场对利益的疯狂追逐逐渐使教育偏离本质和初衷,整个市场呈现出畸形发展的态势。基于此,在积极贯彻落实“双减”政策的背景下,以W公司为首的在线教育机构纷纷响应国家的号召,对内进行大刀阔斧的改革,通过优化产品的合规性、提升人员的服务质量,使教育回归理性和本质。W公司是一家成立了近10年的英语在线教育公司。曾凭借其自身的先发性和优质的资源迅速成为行业标杆,五年内一跃成为全球领先的英语在线教育品牌,收到国内外资本市场疯狂追捧。然而,高增长率并未给W企业带来持续稳定的发展,资本市场的疯狂逐利带来了市场的无序竞争,损害了消费者的利益,整个教育行业呈现出一股混沌、焦灼的状态,甚至让国内的教育体系呈现出严重内卷的趋势。在国家的强力监管之下,企业不得不停下脚步,回到教育的原点重新审视过往的发展道路,探索出一条将速度与质量相结合的可持续发展之路,即通过不断提高服务水平、严格把控产品质量,重新赢得消费者青睐,重振企业信心。高水平的服务质量和让人满意的产品需要高质量的人才做保障。因此,企业需要不断提高人员的知识和技能,强化服务意识,为不同的需求客户提供个性化的解决方案,以学生为中心,以用户为本。诚然,通过招聘可以获得优秀的人才,但从企业和员工的长远发展来看,想要获得与企业发展需求相匹配的人才,有效的培训体系依然是为企业源源不断输送人才的关键。本文通过案例分析、问卷调研、访谈、文献分析等方法,深入调研W公司一线服务部门的现状,结合分析结果了解到W公司的培训现状、存在的问题以及背后的成因,发现W公司的培训体系在培训管理制度、计划制定和执行流程、讲师自身水平和培养制度、课程开发、使用和管理,培训转化与评估等方面存在诸多不足。基于以上不足,在综合考量了W公司当前所处的发展阶段和实际情况后,本文将基于对W公司一线服务人员培训情况的分析,从培训需求分析、课程资源管理、讲师管理、培训效果评估及保障措施这五个方面对W公司一线服务人员的培训体系进行全方位的优化,以期在W公司教学服务部建立更加高效、贴合企业发展的培训体系,一方面为企业提供成功案例,另一方面为企业搭建高质量的人才梯队。最后,本文结合实际情况对优化方案结论和不足之处做了总结和期望。最终,本文得出了以下结论:(1)W公司一线服务人员的培训体系确实存在诸多不足;(2)笔者通过调研结合相关理论,对W公司一线服务人员的培训体系存在的问题进行了细致的拆解,并探索出一条适合W公司的解决方案;(3)为确保优化后的方案能最大限度顺利落地取得显著成果,制定了一系列的保障措施;(4)优化后的培训体系仍需要结合内外部环境的变化持续不断地进行更新和完善。

关键词：教培行业一线服务人员培训体系优化方案