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基于迭代学习的机械臂神经网络滑模控制

控制工程 2024年第1期31卷 25-31页

作者：范其明屈绿锋李洪强康洋天津中德应用技术大学智能制造学院天津300350 天津理工大学机械工程学院天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384 武汉船用机械有限责任公司湖北武汉430084

针对机械臂末端载荷变化引起机械臂抖动的情况,提出了将神经网络、滑模控制和迭代学习控制相结合的控制方法。首先,利用神经网络的逼近特性,逼近建模误差和外部干扰,使逼近值作为滑模控制器中新的增益,避免滑模控制器本身的抖振。然后,... 详细信息

针对机械臂末端载荷变化引起机械臂抖动的情况,提出了将神经网络、滑模控制和迭代学习控制相结合的控制方法。首先,利用神经网络的逼近特性,逼近建模误差和外部干扰,使逼近值作为滑模控制器中新的增益,避免滑模控制器本身的抖振。然后,引入迭代学习控制,发挥滑模控制和迭代学习控制各自的优势,得到精度高、鲁棒性强的控制方法。最后,仿真结果表明,对于械臂末端载荷变化引起的不同范围的外部干扰,所提控制方法只需较少的迭代次数就可以达到较高的轨迹跟踪精度。利用迭代过程中误差最小的控制力矩对机械臂进行控制,可以使机械臂准确到达所需位置。

关键词：机械臂抖动抑制滑模控制神经网络迭代学习控制

虚拟现实技术在医学生眼外伤教学中的应用研究

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国际眼科杂志 2024年第10期24卷 1645-1649页

作者：郑超马济远张国恒费霏孙嘉星张帅周健窦国睿中国人民解放军空军军医大学第一附属医院眼科全军眼科研究所陕西省西安市710032 空军军医大学基础医学国家级实验教学示范中心陕西省西安市710032

目的:探讨虚拟现实(VR)技术在医学生眼外伤教学中的应用效果。方法:以2022-11/2024-04期间参加《眼科学》教学实践的90名医学生作为研究对象。采用对照试验方法,试验组45人采用传统课堂眼外伤理论授课联合VR虚拟仿真实验,对照组45人仅... 详细信息

目的:探讨虚拟现实(VR)技术在医学生眼外伤教学中的应用效果。方法:以2022-11/2024-04期间参加《眼科学》教学实践的90名医学生作为研究对象。采用对照试验方法,试验组45人采用传统课堂眼外伤理论授课联合VR虚拟仿真实验,对照组45人仅参加传统眼外伤教学。授课后,比较两组理论考核成绩、学习能力(以自我导向学习评定量表评估),并对教学质量满意度进行问卷调查,采用t检验或卡方检验进行统计分析。结果:试验组学员的理论知识和病例分析得分均显著高于对照组(理论知识:试验组57.27±2.78分vs对照组53.91±3.20分;病例分析:试验组35.71±3.73分vs对照组32.67±5.52分,均P教学质量满意度高于对照组(P能的眼外伤教学能有效提升医学生对基础知识和实践技能的掌握,增强学生自我导向学习能力,提升教学满意度。

关键词：眼外伤虚拟现实技术医学生教学教学质量教学满意度

胃肠微环境下吻合钉仿生表面对细菌黏附的微流场仿真

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医用生物力学 2024年第2期39卷 339-345页

作者：冯荣川胡亚辉马言张春秋刘淑红刘帮付蔚华天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384 天津市骨植入物界面功能化与个性化研究企业重点验室天津300190 天津医科大学总医院胃肠肛肠外科天津300052

目的模拟在吻合钉植入人体以后,吻合钉表面与肠壁组织之间的微流场环境,研究其仿生疏水化表面对细胞外液流速和壁面处流体剪切力的影响,进而通过流场的变化调控细菌的黏附。方法观察鲨鱼皮肤微结构,建立细菌在微流场环境中的简化二维运... 详细信息

目的模拟在吻合钉植入人体以后,吻合钉表面与肠壁组织之间的微流场环境,研究其仿生疏水化表面对细胞外液流速和壁面处流体剪切力的影响,进而通过流场的变化调控细菌的黏附。方法观察鲨鱼皮肤微结构,建立细菌在微流场环境中的简化二维运动模型。通过计算流体动力学数值仿真,模拟静态流场和动态流场中,细菌分别在光滑表面和微织构表面的运动,比较两种表面环境下细菌周围的流场特征和流体剪切力,分析流体剪切力影响细菌黏附的内在机制。结果仿生微织构的加入增强了微流场内细胞外液的流速,在静态流场中流体对细菌的黏滞作用较小;动态流场中流体对细菌的推动作用更强;一定范围内的微坑宽度使微织构壁面所受流体剪切力更大。结论吻合钉的仿生微织构表面,加快了细胞外液的流速,提高了微织构壁面和细菌所受流体剪切力,对细菌的附着有一定影响。研究结果为吻合钉抑菌表面的研究提供了理论依据。

关键词：仿生鲨鱼皮肤结构吻合钉抑菌性细胞外液流速壁面剪切力

基于动态启发的双向搜索A^(*)路径规划算法

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现代信息科技 2024年第2期8卷 86-91页

作者：陈家伟许颖婷陈淑婧张霖蔡志明福建理工大学电子电气与物理学院福建福州350118 福建理工大学电子信息与电气技术国家级实验教学示范中心福建福州350118

针对传统路径规划A^(*)算法搜索速度慢,且所得路径转角过大的问题,提出了一种基于双向搜索的A^(*)路径规划算法。首先调整A^(*)搜索算法的整体搜索方向为双向搜索,初步提升搜索速度;其次,在规划过程中引入动态权重系数来调节启发式函数... 详细信息

针对传统路径规划A^(*)算法搜索速度慢,且所得路径转角过大的问题,提出了一种基于双向搜索的A^(*)路径规划算法。首先调整A^(*)搜索算法的整体搜索方向为双向搜索,初步提升搜索速度;其次,在规划过程中引入动态权重系数来调节启发式函数,通过平衡路径长短与规划速度之间的关系,进一步提高搜索速度;最后采用B样条曲线对所规划的路径进行平滑优化,解决A^(*)算法规划路径转角过多无法满足移动机器人实际运动控制的问题。仿真实验结果表明,相比传统的A^(*)算法,该算法在搜索节点和规划时间方面分别平均减少79.24%和62.56%。

关键词：移动机器人 A^(*)路径规划双向搜索动态权重系数 B样条曲线优化

基于Inspire的异形塑料薄壳加强肋拓扑优化设计

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天津理工大学学报 2024年

作者：檀雪宁张磊王收军董磊岳之斌天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

为减小特种电子设备塑料薄壳自质量，提高其刚度，以某设备异形塑料薄壳结构为对象，研究其内部加强肋布局优化和截面尺寸设计等问题。根据设备内部零部件布局要求设计出异形薄壳结构，以刚度最大化为优化目标，采用Inspire软件对其加... 详细信息

为减小特种电子设备塑料薄壳自质量，提高其刚度，以某设备异形塑料薄壳结构为对象，研究其内部加强肋布局优化和截面尺寸设计等问题。根据设备内部零部件布局要求设计出异形薄壳结构，以刚度最大化为优化目标，采用Inspire软件对其加强肋布局进行拓扑优化设计分析，寻找最佳传力路径，确定相对最优结构布局方案。通过有限元仿真分析表明：在异形薄壳总质量减小23.8%的情况下，其强度和刚度均满足工作要求，实现了特种电子设备的轻量化设计。

关键词：拓扑优化设计异型塑料薄壳 Inspire 加强肋轻量化设计

可变形全向移动机器人的自适应鲁棒PD控制研究

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天津理工大学学报 2024年第6期40卷 21-28页

作者：于腾赵连玉天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

针对可变形全向移动机器人两种不同构型的动力学系统中存在的不确定性问题，提出了基于Lyapunov稳定性理论的自适应PD控制律来自逼近系统中的摩擦和外部扰动等不确定项，实现轮椅和轮床两种构型系统的补偿控制。考虑系统的补偿精度和抗... 详细信息

针对可变形全向移动机器人两种不同构型的动力学系统中存在的不确定性问题，提出了基于Lyapunov稳定性理论的自适应PD控制律来自逼近系统中的摩擦和外部扰动等不确定项，实现轮椅和轮床两种构型系统的补偿控制。考虑系统的补偿精度和抗干扰性，在控制律中添加了鲁棒项，减小算法的逼近误差。通过Lyapunov稳定性理论证明了提出的自适应鲁棒PD控制律能在可变形全向移动机器人动力学中保证系统的稳定性。以轮椅构型为例，仿真结果显示该算法具有良好的轨迹跟踪性能，验证了该算法的有效性和可行性，进而为移动机器人电机的选型提供了有效参考。

关键词：全向移动机器人自适应鲁棒PD控制补偿控制轨迹跟踪

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不同牙周膜有限元模型应力响应的力学分析

天津理工大学学报 2024年第2期40卷 144-150页

作者：宋阳祁晨希徐晨光刘德海张春秋杨秀萍天津理工大学机械工程学院天津市先进机电系统设计与智能控制实验室/机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

为寻求更可靠的牙周膜(periodontal ligament,PDL)材料建模方式,研究分析了PDL在不同有限元模型下的应力响应。根据CT扫描数据构建人下颌牙周组织三维模型,建立未分层和分层两种PDL模型,未分层模型整体赋予其超弹性属性,分层模型将PDL... 详细信息

为寻求更可靠的牙周膜(periodontal ligament,PDL)材料建模方式,研究分析了PDL在不同有限元模型下的应力响应。根据CT扫描数据构建人下颌牙周组织三维模型,建立未分层和分层两种PDL模型,未分层模型整体赋予其超弹性属性,分层模型将PDL从上到下分为5层并逐层赋予其超粘弹性属性,施加唇舌向1.5 N正畸力,仿真计算两种模型的PDL应力分布。结果表明:两种模型下的PDL应力响应值均为尖牙最小,且各PDL应力响应值从上到下均呈现先减小后增大的趋势;分层超粘弹性模型与未分层超弹性模型相比,PDL最大、最小应力值出现位置大致相同,而在数值上普遍更低:最大值降低了0.22%~42.95%,最小值降低了5.71%~10.52%。未分层PDL模型下的分析结果会误导选择较小的正畸力,而分层超粘弹性模型更能体现PDL不同水平方向的力学特性差异,以此方式建模更为真实可靠。

关键词：生物力学牙周膜有限元模型超弹性模型超粘弹性模型

基于多目标遗传算法的外骨骼人-机并联系统性能优化

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天津理工大学学报 2024年第5期40卷 86-93页

作者：齐文耀杨玉维周祖意天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

在提出一种具有仿生交变穿戴接触刚度的膝关节外骨骼人-机物理交互(穿戴)系统研究原型的基础上，开展穿戴系统参数优化分析，用于实现其穿戴舒适性与承载有效性的提高。首先，基于Ansys软件平台，搭建系统虚拟样机模型；其次，基于仿真... 详细信息

在提出一种具有仿生交变穿戴接触刚度的膝关节外骨骼人-机物理交互(穿戴)系统研究原型的基础上，开展穿戴系统参数优化分析，用于实现其穿戴舒适性与承载有效性的提高。首先，基于Ansys软件平台，搭建系统虚拟样机模型；其次，基于仿真分析，构造一种计及外骨骼缓冲层结构、材料参数为设计参变量的可穿戴性新型综合评价指标——穿戴舒适度，并获取后续优化初始数据种群；最后，针对穿戴舒适度指标开展多目标遗传优化分析，以寻找外骨骼穿戴系统的设计参数最优值。仿真分析表明，大腿肌群穿戴处最大等效应力(Von-Mises)有效值相对优化前降低44.45%,最大有效变形降低2.86%,有效受力结点数占比提高1.75%。因此，仿真结果可佐证上述人-机并联物理交互系统设计与其性能优化方法的有效性与合理性。

关键词：膝关节外骨骼机器人穿戴舒适度人-机并联多目标遗传算法

基于PSO算法优化水肥配比和水肥pH控制系统

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天津理工大学学报 2024年

作者：唐腾飞李霞胡猛超杜希望游璧榕王旭辉天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

农业中水肥管理十分关键。目前水肥一体化设备智能化不高，水肥调控不够精准，并且水肥调控中存在的大滞后、大惯性、数学模型不精准问题。为了解决这些问题，设计了一套通用氮、磷、钾肥料精准配比的水肥一体化系统，并采用粒子群算法... 详细信息

农业中水肥管理十分关键。目前水肥一体化设备智能化不高，水肥调控不够精准，并且水肥调控中存在的大滞后、大惯性、数学模型不精准问题。为了解决这些问题，设计了一套通用氮、磷、钾肥料精准配比的水肥一体化系统，并采用粒子群算法（particle swarm optimization algorithm，PSO）优化模糊比例-积分-微分（proportional integral derivative，PID）控制器参数，应用于水肥一体化中水肥配比和水肥溶液pH值控制，通过Matlab软件对系统进行控制仿真，在水肥配比控制中相较于模糊PID控制超调量减少28.48%，调节时间减少18.2s；在水肥溶液pH值控制中相较于模糊PID控制超调量减少30.55%，调节时间减少62s。

关键词：水肥一体化水肥配比控制水肥pH控制精准农业模糊PID