上海大学学报(自然科学版)

范永威, 华子恺, 吴亦天, 华卫平

2014, 20(4): 397-403. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.02.002

摘要 ( 1865 )

PDF (4723KB) ( 644 )

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摩擦磨损是造成人工关节等生物医用材料在体内失效的主要因素. 借助生物材料磨损试验机, 对生物植入材料进行体外实验, 以考察材料的强度、摩擦磨损等性能. 这对于生物材料在人体中的应用研究十分重要. 介绍一种新型的销盘型(pin on disc, POD) 生物植入材料磨损测试装置(Biotribo-POD). 该试验机可以对生物材料进行生物摩擦学试验, 主要用于模拟和预测临床中人工关节等生物材料的磨损特性, 其中对髋关节、膝关节和肩关节植入材料的预测是研究的重点. 该试验机有6 个工位, 可以同时对6 个销进行试验. 装置分为4 个模块:加载模块、销导向模块、框架模块和运动模块. 该试验机的主要特点是可以通过电脑程序的控制实现多种轨迹, 而且可通过调节所受载荷研究运动情况对材料磨损造成的影响.

动态反馈的一类不确定非完整移动机器人有限时间镇定

陈华1, 陈怡2, 王朝立3, 杜庆辉3, 陈俊风2

2014, 20(4): 404-410. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.041

摘要 ( 1668 )

PDF (3766KB) ( 480 )

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针对一类非完整移动机器人, 通过输入-状态变换得到一个三输入链式系统, 考虑其在含有不确定控制方向和外部扰动时动态反馈的有限时间镇定问题. 运用非光滑控制理论, 给出了新型切换设计算法, 并得到了不连续的三步切换控制器, 使得相应的闭环系统全局有限时间镇定. 通过数值仿真验证了该控制策略的有效性.

一种焊接机器人的运动学分析及轨迹规划方法

范雨, 蔡敢为

2014, 20(4): 411-419. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.02.001

摘要 ( 1892 )

PDF (4777KB) ( 644 )

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首先, 设计了一种焊接机器人的机构, 改进了传统串联式焊接机器人因电机安装在关节处而带来的动力学上的不足. 然后, 使用D-H 坐标系法进行了正运动学求解, 并利用反变换法进行了逆运动学求解. 之后, 提出了一种新的轨迹规划方法, 通过求解目标轨迹上一系列离散点的逆解, 并利用Matlab 软件对逆解进行多项式拟合, 将输入函数转化成简单的多项式表达形式, 为下一步设计控制系统提供了一条更简捷的途径. 最后, 利用Pro/E 软件的机构仿真对该方法进行了验证, 证明了其准确性.

不同新能源扶持政策下的电力市场均衡仿真

赵琛, 张少华

2014, 20(4): 420-428. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.02.003

摘要 ( 1548 )

PDF (9345KB) ( 449 )

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为减少温室气体排放, 鼓励发展可再生能源, 许多国家推行了多种新能源扶持政策, 如可再生能源发电上网价格补贴(feed-in tariff, FIT) 政策和可交易绿色证书(tradable green certificate, TGC) 政策等, 用以完成绿色能源发电的配额要求. 为了研究不同的新能源扶持政策对寡头竞争电力市场的影响, 采用古诺竞争均衡理论分别建立了考虑FIT 和TGC 两种政策的电力市场竞争均衡模型, 并采用两层优化结构实现了市场管理者通过调控补贴价格或证书价格来追求社会福利的最大化. 通过仿真分析比较了两种政策对电力市场的影响, 得到了具有实际指导意义的结论. 该研究有助于可再生能源扶持政策的科学制定.

惯性陀螺仪高速精密微型球轴承的动态摩擦力矩特性

李松生1,2, 凌杰1,2, 陈剑1,2

2014, 20(4): 429-441. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.02.004

摘要 ( 1864 )

PDF (10335KB) ( 489 )

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针对高速精密球轴承内部动态摩擦力矩对惯性陀螺仪性能的影响问题, 在高速微型球轴承拟动力学基础上结合能量守恒原理, 考虑润滑油特性, 按照摩擦产生的机理建立了摩擦力矩的数学分析模型, 对高速条件下不同工况、结构参数和润滑油特性等对轴承内部摩擦力矩的影响进行了分析, 并进行了系统的试验研究. 结果表明, 该数学模型正确可行, 可以指导高速微型球轴承的设计、优化和应用.

基于ARM 的肌电假肢手控制器

卜峰, 李传江, 陈佳佳, 李欢, 郭伟海

2014, 20(4): 442-449. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.042

摘要 ( 2027 )

PDF (3296KB) ( 791 )

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由于肌电假肢手大多基于阈值的张、合控制, 并存在操作灵活性差等问题, 提出一种基于ARM 的肌电假肢手控制器设计方案. 采用ARM 核STM32 处理器作为主控芯片, 通过2路A/D采集手臂尺侧腕屈肌和桡侧腕屈肌的肌电信号, 分别提取时域和频域上的4种特征值, 并采用BP 神经网络分类算法实现对5 种手掌动作模式的在线实时识别. 实验结果表明, 该控制器对5 种动作的整体在线识别率可达97%, 且符合实时性要求, 很好地满足了残疾人假肢手控制的需求.

基于边缘的面向虚拟视绘制的深度编码算法

刘超, 安平, 赵冰, 闫吉辰, 张兆杨

2014, 20(4): 450-457. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2103.07.043

摘要 ( 1441 )

PDF (5094KB) ( 719 )

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深度图由锐边缘包围纹理的匀质区域组成, 因此边缘信息对于虚拟视的绘制至关重要. 由于深度图不同区域的失真会对绘制虚拟视质量产生不同的影响, 提出一种基于边缘的面向虚拟视绘制的深度编码算法. 将深度图划分为边缘区域和平坦区域: 对于边缘区域, 采用全搜索策略, 以提高边缘区域的编码质量; 对于平坦区域, 采用SKIP模式和16×16模式, 以提高编码效率. 除此之外, 在去块滤波中, 提出一种利用纹理图和深度图边缘相似性的可保护深度图片边缘的中值三边滤波器. 实验结果表明, 与JM编码方案相比, 该方法在码率基本不变的前提下, 提高了编码效率和虚拟视绘制的主观质量.

基于FLUENT 测轨道交通隧道中电波折射率结构常数

张永静, 赵东东

2014, 20(4): 458-465. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.031

摘要 ( 1508 )

PDF (1591KB) ( 690 )

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为了合理评估轨道交通隧道环境内湍流场的特性, 以上海地铁1 号线的部分参数为设计背景, 采用美国Ansys 公司的商用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD) 软件包FLUENT 模拟了该环境下列车运行所引起的湍流场中的压强场和温度场. 对压强和温度分布图进行采样, 然后对采样数据进行分析, 并进一步将采样结果运用到该环境下无线电波折射率结构常数的求解中; 与已有实验所得经验值数据进行比较, 二者具有较好的一致性, 从而为该环境下电波折射率结构常数的求解提供了一种可靠的方法.

直角耦合结构的宽阻带SIW 滤波器

任龙1,2, 孟令琴1,2, 祝君豪1, 周景超1, 刘洁1

2014, 20(4): 466-471. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.033

摘要 ( 1722 )

PDF (2211KB) ( 746 )

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提出一种新型的宽阻带基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)滤波器. 该滤波器采用直角耦合结构, 在上阻带产生两个传输零点(transmission zeros, TZs), 分别位于两个不同的二次模(TE102/TE201) 谐振频率附近. 为了进一步提高滤波器的阻带特性, 在SIW的上层金属面蚀刻两个矩形槽. 测量结果表明, 该滤波器中心频率10 GHz处的插入损耗为1.9 dB, 通带内回波损耗大于20 dB. 阻带抑制大于20 dB 的频段为10.518.8 GHz, 有效抑制了二次谐波响应. 相比传统SIW 带通滤波器, 阻带宽度增加了48%. 实测结果与仿真结果吻合良好.

α-Al磁性对强磁场下Al-Cu亚共晶合金定向凝固组织的影响

刘钱, 任忠鸣, 钟华, 李传军, 余建波

2014, 20(4): 472-479. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.022

摘要 ( 1496 )

PDF (1628KB) ( 681 )

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以Al-Cu亚共晶合金为研究对象, 考察了 α-Al单晶磁各向异性对稳恒强磁场下定向凝固枝晶组织生长行为的影响. 实验测定了 α-Al单晶不同晶向的磁化率. 结果表明: Al-Cu单晶中的磁化现象表现出明显的方向性; 难磁化轴为晶体学位向<111>方向, 即磁化率最小; 易磁化轴为晶体学位向<311>或<310>方向, 即磁化率最大; 磁化率随Cu原子数量的增加而降低; [111]晶向族中4个晶向的磁化率不再一致. 对于Al-0.85%Cu合金, 当生长速度为50 μm/s时, 在无磁场情况下其定向凝固枝晶主干沿凝固方向排列; 当施加6 T纵向强磁场时, 枝晶主干偏离凝固方向成一定夹角排列, 这一现象可能是由 α-Al磁晶的各向异性所致.

喷管用整体毡C/C 喉衬热结构完整性分析

许玉荣1, 杨敏2

2014, 20(4): 480-488. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.035

摘要 ( 1494 )

PDF (5515KB) ( 587 )

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采用有限元方法(finite element method, FEM) 计算了固体火箭发动机(solid rocket motor, SRM) 工作过程中及工作结束后的整体毡C/C 复合材料喉衬的温度场及应力场, 并将其应力极值与材料性能测试所得的强度极限值进行了比较分析. 结果表明, 在发动机工作过程中喉衬结构完整, 发动机工作结束后喉衬所承受的最大轴向拉应力超出了材料的轴向拉伸强度极限, 喉衬轴向受拉失效而纵向开裂. 最后, 通过发动机点火实验过程中及实验后喉衬的扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM) 分析对实验分析结果进行了验证.

处理光学捕获运动数据的算法

石娟1, 王得宇1,2, 唐刚1

2014, 20(4): 489-497. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.023

摘要 ( 1771 )

PDF (3213KB) ( 723 )

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利用光学运动捕捉系统捕获布置在实验对象下肢的标记点的坐标, 借助测力板测量动作过程中实验对象受到的外部支反力, 编写Matlab 程序, 并导入以上数据, 实现下肢各体段的质心坐标、位移、速度和加速度, 以及各关节的角度、角速度、角加速度和关节力、关节力矩等运动参数的快速计算, 解决目前已有软件因处理手段繁琐而造成的结果输出周期过长的问题. 借用多项式拟合的方法平滑各参数的曲线图, 并与Visual 3D软件的处理结果进行对比, 验证了算法的准确性.

基于RFID 和DR 技术的室内组合定位技术

李平1, 杨宁1, 钟绍山2

2014, 20(4): 498-504. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.02.014

摘要 ( 1801 )

PDF (4570KB) ( 959 )

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无线射频识别(radio frequency identification, RFID)技术应用于室内定位时, 易受周围环境影响, 出现电子标签信号强度弱、无法读取、定位精度降低甚至无法进行定位计算等情况. 提出使用RFID/航位推算(dead reckoning, DR)组合定位系统对室内运动物体进行定位. 利用RFID 系统校正DR 系统的累积误差, 并在RFID 信号丢失时, 利用DR 系统辅助RFID系统进行有效定位. 实验结果证明, RFID/DR 组合定位技术能有效提高室内运动物体定位效果和精度.

黄灯信号与交通安全

沈黎明1, 沈嘉琦2, 张晓1

2014, 20(4): 505-512. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.001

摘要 ( 1705 )

PDF (1325KB) ( 670 )

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现有交通法规对车辆遇到黄灯时是否允许通行仍然没有定论. 这直接导致了众多驾车人在面对黄灯信号时的反应不一, 对道路交通及安全产生了诸多负面影响. 通过分析车辆行驶中的人-车系统特性, 揭示了交通黄灯信号的重要作用. 此外, 从两个不同视角对黄灯信号的通行权展开论述, 并对黄灯信号合理的持续时间等参数进行了案例设计, 由此得出车辆在行驶过程中遇到黄灯可以通行的结论.

一类离散奇异Markov跳变系统的镇定性

钟金标1, 杜鑫2, 朱训林3

2014, 20(4): 513-520. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.007

摘要 ( 1578 )

PDF (508KB) ( 489 )

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针对一类离散奇异Markov跳变系统, 在其模式跳变的部分转移概率未知的情况下, 研究了稳定性和镇定性问题. 通过引入松散变量, 得到了保证系统随机稳定的充分性判据, 并以线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)的形式表示, 给出了相应的状态反馈控制器设计方法. 算例验证了该研究的有效性及其保守性小的特点.

多环芳烃在上海近郊大气颗粒物(PM_2.5和PM₁₀)中的污染特征、来源及其健康风险评估

吴明红, 陈镠璐, 陈祖怡, 冯加良, 马静

2014, 20(4): 521-530. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.004

摘要 ( 2023 )

PDF (1960KB) ( 810 )

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利用大流量主动采样器连续6 个月采集了上海近郊可吸入大气颗粒物( PM₁₀和PM_2.5), 利用气质联用技术分析了其中16 种优先控制的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs). 结果表明, 上海近郊大气颗粒物PM10 和PM_2.5 中∑PAHs 的质量浓度范围分别为5.25～136 和3.56～149 ng/m³, 平均值分别为36.9 和28.5 ng/m³. 通过特征比值法, 可推测该地区的大气颗粒物主要来源于煤炭燃烧及交通运输排放的尾气. 在16种PAHs 中, 具有强致癌效应的BaP 的质量浓度为0.6～16 ng/m³; ∑PAHs 的总毒性当量(toxic equivalent quantity, TEQ)分别为5.4和4.1 ng/m³. 根据所测大气颗粒物中BaP等效毒性当量的暴露浓度, 利用终生致癌风险(incremental lifetime cancer risk, ILCR) 模型, 分别对不同性别、不同年龄段人群的呼吸和皮肤接触暴露PAHs 造成的潜在健康风险进行了评估. 结果表明: ILCR 大小按年龄段排序为成人>儿童>青年; 按性别排序则为女性>男性. 所有年龄段的终生致癌风险皆略高于美国环保总局(United States Environmental rotection Agency, USEPA) 规定的可忽略阈值(10⁻⁶), 存在一定的人体健康风险, 因此需从源头对PAHs 以及可吸入颗粒物的排放浓度进行有效的控制, 以减少其对人体的潜在危害.

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