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关键词： 不连续动力系统   干摩擦   刚性碰撞   流转换   流障碍   滑模运动  

摘要： 工业生产过程中极为常见现象中包含着摩擦和碰撞,摩擦和碰撞的存在会使得机械系统产生非线性特性,这种特性会导致系统整体的运作过程更加复杂.目前,针对摩擦和碰撞的研究不断涌现.这些成果多致力于探讨单自由度和二自由度系统,而针对三自由度不连续动力学系统的研究尚不充分. 本文利用流转换理论研究了一类含动力吸振器的三自由度摩擦碰撞系统的不连续动力学行为,旨在探讨具有不连续和非光滑特性的摩擦碰撞系统中的运动切换问题.通过分别研究单个目标的运动状态来反映整个三自由度系统的全局动态行为.首先,不同的运动状态和运动方程由每个目标物块的受力情况以及整体模型的连接方式来定义.可视为动力吸振器的物体通过一个非线性弹簧装置与系统中的主质量连接,这有助于更为显著地降低振动和噪声,这种连接方式还增加了系统全局动态行为的复杂性.另外,该模型在外部激励力的基础上增加了负反馈力来提高整个不连续系统的稳定性.随后,在每个目标的二维相空间里划分了多个区域、边界与边缘,并在每个区域中定义了连续的向量场和函数.在流转换理论的基础上,充分研究了边界处的局部奇异性和可切换性.利用向量场和函数的知识,详细推导了振子在分离边界处运动转换的解析条件.另外,由于该系统的摩擦模型具有动摩擦力和最大静摩擦力不相等的特性,本文还研究了边界和边缘处的流障碍现象,并给出了存在流障碍的边界和边缘处滑模运动出现、存在和消失的准则,这部分研究可以为滑膜控制器的设计提供参考.此外,基于映射动力学理论给出了整个系统的六维总映射结构并研究了整个系统的周期运动.最后,通过MATLAB软件对几种典型的运动进行了数值模拟,直观地展示了三个物体在不同区域内的运动状态和分离边界处所发生的运动转换,有助于更好地理解振子在不连续/非光滑边界处运动状态的转换准则.对该三自由度模型的研究为具有动力吸振器的机械装置的设计与稳定性提供了一定的理论参考.本文的主要内容如下. 第一章,介绍了摩擦与碰撞系统的研究背景及研究现状.随后,简明扼要地列举了不连续系统中的流转换理论所涉及的相关定义和物体在不连续边界发生运动切换的相关概念. 第二章,对含动力吸振器的三自由度多体动力学系统的动力学行为进行了分析.首先,详细介绍了该三自由度摩擦碰撞系统的物理模型以及相对应的机械模型并分析了系统在各种运动状态下的运动方程.其次,不同于以往将区域与边界视为静态,而是把区域和边界看作是动态的来进行研究.基于流转换理论,分别对三个物体进行了绝对相空间划分.并且为了更好的研究两个物体之间的粘合与碰撞行为,又给出了相对相空间划分,通过每个物体各自的运动状态来探究全局动力学.同时定义了边界上的流障碍,研究了不同边界处运动状态切换的充要条件.随后,利用映射动力学理论,考虑了整个系统的运动序列.最后,用MATLAB软件对该系统中各物体几种典型的复杂的运动组合进行了数值模拟. 第三章,对本文研究的主要内容进行了总结,进一步对今后的研究方向以及探索目标进行了展望.

关键词： 跨域少样本分类   模型剪枝   正则化训练   参数融合  

摘要： 针对深度学习任务中数据异构、领域差异、数据缺失等问题,业界提出跨域少样本分类方法,并取得了十分优异的性能。然而,在实际任务部署过程中,现有的跨域少样本分类方法依然面临着以下问题:首先,跨域少样本分类任务源域与目标域之间存在较大的差异,所以预训练模型中会存在许多相对于下游少样本任务无关的冗余参数,而现有的方法大都忽略了对这些冗余元素进行处理。另外,模型在下游任务上进行训练时只接触到有限的目标域数据,会导致模型忘记一些关键的源域参数,最终在任务中产生过拟合现象,所以对模型进行微调时需要对源域参数进行选择。最后,除了样本数量受到限制以外,在实际场景中模型还会遇到资源受限的情况,所以需要开发出轻量化跨域少样本分类模型。为了解决上述问题,本文基于模型剪枝机制,开展了以下研究工作: (1)为了限制预训练模型中的冗余元素,本文首先在下游任务微调过程中嵌入“稠密-稀疏-稠密”的正则化微调机制。在预训练模型基础上,首先对预训练模型利用下游少样本数据进行训练来学习模型对于目标域任务的重要性,接着利用剪枝方法移除幅值较低的参数并将得到的稀疏模型进行再次微调使模型达到稳定状态,最后方法将剪枝掉的参数重新取回并以较小的学习率对所有参数进行更新。为了保证最后得到的模型可以保留必要的源域参数,本方法在损失函数中加入一个L2-SP正则化损失指导模型训练。经过上述步骤后,本方法对于目标域得到一个性能优异的稠密模型。该方法可以以即插即用的形式部署于不同的基于微调的跨域少样本学习方案中,实验结果表明本方法可以充分提升基础方法的迁移能力。 (2)目标域样本不仅呈现出少样本带标签的形式,还有大量数据以无标注的形式存在,大部分跨域少样本分类方法都忽略了对无标签数据进行特征处理。为了解决上述问题,提出基于迭代剪枝的自监督跨域少样本分类方法。在对源域数据进行特征提取后,方法在预训练模型基础上利用对比学习结合L2-SP正则化机制对无标签目标域样本进行特征提取;为了抑制冗余元素对于下游任务的影响,在训练过程中对模型进行迭代剪枝操作,即对剪枝后的模型进行重新取回并以一定频率重复上述剪枝与取回操作,这样可以使得“误裁”的参数得到恢复。最后,将得到的模型部署于下游少样本任务并进行微调。本方法将对比学习与迭代剪枝机制进行融合,在充分提取无标签目标样本特征的同时有效限制了预训练冗余元素对于下游任务的性能的影响。实验结果表明本方法可以取得优异的性能。 (3)L2-SP正则化机制可以用于缓解模型在微调过程中忘记关键源域参数的问题,但是该方法只是在模型整体层次使得最后模型靠近于预训练模型,所以最后模型依然会忽略对一些重要预训练参数的学习。为了解决上述问题,从参数层次对源域与目标域模型进行融合,每个预训练模型参数与目标域模型参数通过一个系数矩阵的元素进行线性融合;在对目标域模型进行更新时,本方法同时对系数矩阵进行更新,所以整个融合过程是自适应的。同时,为了进一步对源域参数进行选择,方法对系数矩阵进行剪枝操作,所以最后模型可以对两个领域的参数进行充分选择与融合。本方法实现了对源域与目标域参数的自适应融合,同时可以部署于不同形式的跨域少样本分类任务中,实验表明了本方法的优越性。 (4)为了解决跨域少样本分类模型在资源受限设备上的部署问题,受彩票假设等剪枝方法的启发,将Edge-popup方法应用于跨域少样本分类场景。在预训练模型的基础上,本方法利用少样本目标域数据结合Edge-popup来对模型进行剪枝得到一个对于下游任务性能优异的子模型,该子模型直接继承预训练模型的参数,在下游任务中不需要微调就可以取得十分优异的性能。本方法将彩票假设思想在跨域少样本分类任务进行验证,直接实现了对于预训练模型的结构搜索,大量实验结果表明本方法是十分有效的。 以上方法可以以即插即用的方式部署于不同的基础模型中,在不同数据集上的结果表明本文方法可以有效提升模型的迁移性能。

摘要： 目的 市面上手套式手部康复设备的形式和功能较为单一,具有较大的改进提升空间。区别于传统的刚性外骨骼和纯软体手套设计,本设备采用具有一定柔性的尼龙材料,在保证对手部康复动作精准控制的同时,能够实现连续体变形和良好的人体工效学适应性。方法 整体结构方面,基于较为精确的手指解剖构造和尺寸参数,采用了分段式的设计和线驱动方式,将手部各关节和运动单元进行精细化划分。在此基础上,通过线驱动线走线设计和多电机协同布置,使得该设备具备多自由度运动能力,能够实现更为复杂和精确的运动形式,更准确地模拟手部在多个维度和方向上的运动,如大拇指和小指的对展运动等。控制系统方面,通过PID控制保证康复动作控制的准确性,并通过驱动线拉力传感器感受患者的主动运动趋势,引入主动康复的模式,且能对康复效果进行有效量化评估。结果 本研究提出的设备具有价格低、易穿戴等优点,为患者提供更全面、高效的康复服务,显著提升了患者的使用体验。结论 通过进一步优化和创新多自由度手部康复设备,有望深入探索手部肌骨力学,推动手部康复设备向更精确、更智能、更个性化的方向发展,为康复工作提供更为全面和有效的支持。

关键词： 超表面   逆向设计   预测网络   生成对抗网络   高自由度  

摘要： 为了解决传统方法设计电磁响应差异显著的超表面需要消耗大量时间以及计算资源的问题，打破超表面在波前调控领域的应用瓶颈。研究将生成对抗神经网络与预测神经网络组合的模型引入设计流程中，实现了对高自由度超原子的快速、精确逆向设计。研究表明，使用卷积网络模型作为光谱预测器代替复杂的电磁数值模拟，可以实现对超原子电磁响应光谱的快速、准确分析。生成对抗网络模型则取代了传统的迭代优化试错法，能够根据设计要求快速产生多个满足条件的候选超原子结构。该模型结合工艺容差分析等手段，为全息显示、光学功能器件等新颖应用提供可靠的设计方法。

关键词： 动力放大系数   多自由度体系   张弦梁   断索冲击  

摘要： 在结构动力冲击响应分析中，通常采用动力放大系数（DAF）简化计算结构的动力响应。但是，目前工程结构中对DAF的取值还存在争议。针对此问题，本文推导了多自由度（MDOF）体系的DAF解析表达式，分析了DAF大于2.0的前提条件；分别通过单自由度（SDOF）体系和MDOF体系算例模型验证了解析表达式的准确性，解释了MDOF体系DAF大于2.0的原因。基于所提出的DAF解析公式分析了张弦梁剩余结构在断索冲击作用下的DAF分布规律。分析结果表明：当某一阶模态振型的贡献与静力响应反向时，张弦梁的DAF可能会大于2.0；即使在有阻尼情况下，张弦梁的DAF也可能会大于2.0。

关键词： 混合励磁   多自由度   许-克变换   磁场   转矩  

摘要： 为解决现有多自由度电机的偏转运动部分存在转矩不足、转矩波动大和运动范围小的问题,提出了一种混合励磁型多自由度球形电机。在介绍该电机的基本结构和运行原理的基础上,提出了基于多节点许-克变换的磁场解析法,以解决该电机使用三维有限元法进行磁场计算时速度慢的问题。该方法利用离散的线电流对电机的永磁体和绕组进行等效,并将复杂的气隙区域分别通过多节点许-克变换和指数变换转化为圆环区域,利用圆环区域中磁标量位的解析解计算单根线电流区域中的磁场信息,并通过叠加计算整体的磁场信息。而后利用各区域坐标点的转化关系计算原气隙区域的磁场信息,计算获得径向磁密之后通过安培定律计算偏转部分的电磁转矩。本研究采用解析法和三维有限元法建模分析了电机的磁场特性和偏转转矩特性,两种方法的磁场计算结果的吻合度较高,解析法相对于有限元法在幅值上的最大误差分别为7.3%和3.92%,验证了解析法的准确性。为了进一步验证,研制了样机并搭建了实验平台,进行了电机静偏转转矩的测试,结果表明,该电机具有较高的偏转转矩,最大偏转转矩为2.13N·m,且实验值和两种理论的转矩计算结果的误差较小,实验结果与有限元法、解析法的计算结果误差分别为22.62%和20.13%,验证了解析法建模的有效性。

关键词： 线路纵断面   竖曲线   标高   坐标系  

摘要： 针对传统的铁路线路纵断面标高计算需要在竖曲线范围进行近似调整的方法,理论上存在缺陷且精度不高、计算过程繁琐等问题,提出利用曲线坐标方程计算线路纵断面标高的新方法。新方法通过建立独立坐标系,以每两个坡段构成一个竖曲线单元,每个竖曲线建立一个曲线坐标方程式,以相对里程为自变量,计算竖曲线上任意测点的横坐标、纵坐标值,横坐标为线路纵断面里程,纵坐标为标高。通过实例验证,新方法的计算原理和精度均优于传统的近似计算方法。

关键词： 副车架-电机悬置系统   12自由度分析模型   刚体模态频率   能量分布  

摘要： 基于传统电机悬置系统6自由度振动分析模型,考虑副车架及其衬套的影响,建立副车架-电机悬置系统12自由度振动分析模型。以某电动车型A搭载的后电机悬置系统为研究对象,采用自主编写的仿真计算程序对该副车架-电机悬置系统的刚体模态频率和能量分布进行了分析,并将计算结果与整车上测试得到的试验结果进行比较。结果表明:所建立的12自由度模型的计算结果与实际情况比较吻合,这也验证了所编写的计算程序的准确性和工程应用价值。