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鱼的行为控制系统研究

鱼的行为控制系统研究

作者：魏学谦燕山大学

学位级别：硕士

本课题的研究目标是建立一套水下生物的电刺激系统和行为控制方法。基于鱼类的脑功能研究与行为控制系统设计的核心是脑-机接口技术，包括微刺激器及微电极的设计、刺激靶点的脑定位研究、电极的植入及固定和防水方法的研究，以及对脑... 详细信息

本课题的研究目标是建立一套水下生物的电刺激系统和行为控制方法。基于鱼类的脑功能研究与行为控制系统设计的核心是脑-机接口技术，包括微刺激器及微电极的设计、刺激靶点的脑定位研究、电极的植入及固定和防水方法的研究，以及对脑功能和神经信息的分析。在研究初期，主要完成了鱼的脑部解剖结构和脑神经电生理功能方面的基础研究。在脑定位技术研究中，提出了以鲤鱼颅骨特征定位大脑的方法，建立了鲤鱼脑定位三维坐标系，可以较为准确的定位各个脑区的位置。信号采集和电刺激实验中使用的电极是自主设计的微电极，与之前使用的几种电极相比，其电学性能和生物相容性更好。此外，通过对鲤鱼麻醉和固定、电极固定和防水设计的研究，还建立了一套微电极植入技术操作规范。在脑电信号采集与分析实验中，通过分析静止和运动状态下的脑电信号发现，小脑和小脑瓣有明显的同步放电现象，信号呈特定的频幅特性。在转向动作出现时，分析采集到的小脑和小脑瓣的电信号发现，小脑位置信号中分离出的Spike更密集，证明了小脑是鲤鱼的动作协调中枢。在电刺激实验中，采用了有线和无线刺激两种方式，刺激信号为电流信号和脉冲电压信号。通过对脑区运动区的中纵束进行刺激可以引起前进动作，在远离中线的位置进行刺激可引起同侧转向动作，当刺激点距离运动区越近时，能引起运动动作的刺激信号的阈值越小。通过脑刺激和肌肉刺激的方式，实现了控制鲤鱼在特定路径上的循迹任务。

关键词：行为控制脑-机接口微电极脑定位电刺激

动静载作用下区段煤柱能量响应特征及动力失稳机制

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 221-231页

作者：王方田王文林牛滕冲魏学谦中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 陕西华彬煤业股份有限公司陕西咸阳713500 中赟国际工程有限公司河南郑州450007

针对综放工作面回采过程中高静载及强动载扰动下区段煤柱动力失稳问题,以陕西蒋家河煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、实验测试及现场实测等方法研究区段煤柱失稳能量判据、极限能量解析解、静载作用下区段煤柱应力、极限能量演... 详细信息

针对综放工作面回采过程中高静载及强动载扰动下区段煤柱动力失稳问题,以陕西蒋家河煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、实验测试及现场实测等方法研究区段煤柱失稳能量判据、极限能量解析解、静载作用下区段煤柱应力、极限能量演化规律及动力能量响应特征,从能量角度阐明区段煤柱动力失稳机制,并对煤柱动力失稳危险区进行精准预测。结果表明:煤柱动力失稳应满足煤体单位时间内释放能量>煤体耗散能量,静态失稳则满足煤体单位时间内释放能量≤煤体耗散能量。区段煤柱极限能量与最小主应力呈二次正相关关系,煤体损伤的加深会降低煤体极限能量。动静载组合影响下区段煤柱应力、弹性能均增大,超前采动应力影响范围约为工作面前方80 m,塑性区范围内区段煤柱弹性能>极限能量,验证了理论分析的正确性。以弹性能与极限能量负向差值表征煤柱动力失稳危险性,负差值越大,动力失稳危险性越高。动载荷作用下,区段煤柱竖向应力峰值由41.87 MPa增至43.02 MPa、弹性能峰值由0.22 MJ/m^(3)增至0.24 MJ/m^(3)、塑性区逐渐延伸以至贯通,最大负能量差约为0.02 MJ/m^(3),其所在区域主要位于煤柱顶端及两帮,其中超前段区段煤柱采动侧距离巷道帮部约3.0 m处达到负能量差峰值,是煤柱动力失稳的高危区域,通过对照工作面月度微震能量事件,验证了煤柱动力失稳机制研究的合理性。

关键词：动静载煤柱能量响应动力失稳安全高效开采

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一种新型引磁式磁流变阻尼器研究

振动与冲击 2024年第10期43卷 248-259页

作者：王成龙吴鲁杰魏学谦曾庆良山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 济南宇视智能科技有限公司济南250014

针对特定结构限制下磁流变阻尼器工作性能的优化问题,在传统磁流变阻尼器的基础上设计了一种新型引磁式磁流变阻尼器,建立了磁场与流场耦合动力学模型;以输出阻尼力和动态可调系数为优目标函数,基于多目标遗传算法对该型磁流变阻尼器内... 详细信息

针对特定结构限制下磁流变阻尼器工作性能的优化问题,在传统磁流变阻尼器的基础上设计了一种新型引磁式磁流变阻尼器,建立了磁场与流场耦合动力学模型;以输出阻尼力和动态可调系数为优目标函数,基于多目标遗传算法对该型磁流变阻尼器内部活塞进行了优化;建立了多物理场耦合模型并进行了仿真和冲击试验。仿真结果表明:在相同外形尺寸条件下,新型磁流变阻尼器的有效阻尼通道长度为64 mm,相比普通磁流变阻尼器提高了60%;新型磁流变阻尼器的力学特性与动态可调性更加优越,当施加2.0 A电流、活塞运动速度为0.09 m/s时,新型磁流变阻尼器的输出阻尼力为55.9 kN,相比普通磁流变阻尼器(32.4 kN)提高了72.5%;施加不同大小电流时新型磁流变阻尼器的峰值压力与吸能容量均明显高于普通磁流变阻尼器。冲击试验结果表明:当施加2.0 A的电流、冲击速度为2.45 m/s时,相比普通磁流变阻尼器,其峰值压力达到11.64 MPa、峰值压力提高约41%。峰值压力试验结果与仿真结果对比表明:仿真结果和试验结果的趋势是一致的,其相对误差在0.1之内,表明了仿真模型的有效性。

关键词：磁流变液磁流变阻尼器多物理场耦合冲击试验

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一种多孔式液压缓冲器的设计与优化

机床与液压 2021年第16期49卷 82-86,97页

作者：王成龙魏学谦王雪亭曾庆良山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 山东师范大学山东济南250014

针对目前多孔式液压缓冲器优化设计中缓冲曲线不够理想,且未全面考虑结构参数影响的设计优化问题,建立多孔式液压缓冲器的数学模型和AMESim仿真模型,对活塞直径、复位弹簧刚度、环形间隙、阻尼孔间距和孔径等主要结构参数进行仿真研究;... 详细信息

针对目前多孔式液压缓冲器优化设计中缓冲曲线不够理想,且未全面考虑结构参数影响的设计优化问题,建立多孔式液压缓冲器的数学模型和AMESim仿真模型,对活塞直径、复位弹簧刚度、环形间隙、阻尼孔间距和孔径等主要结构参数进行仿真研究;以此为依据,基于遗传算法对其主要结构参数、阻尼孔间距和孔径进行优化,结果表明:优化后的缓冲器峰值压力降低13%,平均阻抗力提高6%,缓冲曲线更加接近理想缓冲曲线。

关键词：多孔式缓冲器设计优化遗传算法

基于不同算法的多孔式液压缓冲器设计优化与比较

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液压与气动 2021年第2期45卷 71-76页

作者：王成龙王雪亭魏学谦曾庆良山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 山东师范大学山东济南250014

以自主设计的新型多孔式液压缓冲器为研究对象,将系统的最大缓冲效率和最小峰值压力作为优化目标,建立了多孔式液压缓冲器节流孔优化模型,分别运用模拟退火算法、粒子群优化算法以及遗传算法对阻尼孔的数量、孔直径和孔间距进行组合优... 详细信息

以自主设计的新型多孔式液压缓冲器为研究对象,将系统的最大缓冲效率和最小峰值压力作为优化目标,建立了多孔式液压缓冲器节流孔优化模型,分别运用模拟退火算法、粒子群优化算法以及遗传算法对阻尼孔的数量、孔直径和孔间距进行组合优化。研究结果表明:相较于经验设计的等孔径等间距方案,经3种算法优化后的缓冲器效率均显著提高,峰值压力均显著下降;上述3种算法中粒子群优化算法在阻尼孔的组合优化中收敛速度更快,优化效果也更为理想。

关键词：多孔式液压缓冲器优化算法组合优化