Capillary electrophoretic analysis of pharmacologically active xanthone compounds from Swertia przewalskii pissjauk extract

Pharmacologically active xanthone compounds isolated from Swertia przewalskii pissjauk were well separated by capillary electrophoresis (CE) within 5 min, using a running buffer of 25 mM disodium tetraborate at pH 9.0. Quantitative determination was shown to be possible because regression equations revealed a linear relationship between the peak area of each constituent and its concentration, with correlation coefficients of 0.9972-0.9994. The relative standard deviations were between 0.44%-0.73% for migration times and 2.52%-4.28% for peak areas. The dissociation constant of 1,7-O-beta-D-glucopyranosyl-8-hydroxy-3,7-dimethoxyxanthone, 1,8-dihydroxy-3, 7-dimethoxy-xanthone and 1,7-dihydroxy-3,8-dimethoxyxanthone were also measured by the CE method, giving a value of 9.04, 8.94, and 8.59, respectively.

基于数据仓库的银行CRM系统的设计与实现

90年代Gartner Group提出客户关系管理（CRM）的概念，CRM可以说是针对一系列与客户有关的问题的处理方案。随着中国加入WTO，许多企业已经认识到了CRM的重要性，银行就是其中一个典型的例子。利用CRM的管理理论，建立适合银行的CRM系统是本文要研究的问题。 在CRM系统的实施过程中，涉及到几类必不可少的相关技术。数据仓库的实施是CRM系统实施的基石，为实现对客户资料的分析与知识的挖掘奠定了数据的组织基础。联机分析处理技术（OLAP）和数据挖掘技术的运用则是CRM系统有效实施的核心，合理的分析结果是CRM系统建设成功的关键。 按照辽宁省工商银行提出的需求，主要完成绩效考核管理、降低营销成本以及进行风险控制的目标。本文旨在通过将数据仓库技术、OLAP和数据挖掘技术的结合，构建一个完整的、高效的银行CRM系统，为银行的加快信息化建设提供帮助。 通过系统的设计与实现，本文完成的主要工作成果有： (1)根据可以获得的银行数据以及系统目标确立分析主题，以主题为依据组织数据，进行数据仓库的模型设计。 (2)设计并实现了银行数据仓库的ETL系统，改善了现有ETL工具的不足，实现了数据的自动抽取，使用配置文件增强了系统的灵活性，在系统恢复等几方面优化了系统的性能，完成了高效，准确，安全的ETL过程。 (3)结合具体分析目标，选择合适的统计学方法、OLAP技术和数据挖掘技术运用于系统中，设计并实现了系统的五个分析模型，分别为绩效考核管理模型，客户价值评价模型，客户分类模型，交叉销售模型以及信贷风险分析模型。并以实际数据为依据，得到了较好的分析结果。 (4)在信贷风险分析模型中，对现有决策树算法C45算法做出了改进。通过对测试属性选择的控制，在一定程度上提高了算法的准确性和预测性，并给出了模型结果的比较分析。 本文设计并实现了完整的基于数据仓库技术的银行CRM系统，较好的完成了系统的分析目标。本文的研究对商业银行充分利用客户资源，提高竞争力具有十分重要的意义。

基于CAN总线的全数字伺服驱动系统的研究

本论文以创新课题“家用服务机器人的研究开发”为背景，对全数字电机伺服驱动系统进行了深入的研究，在此基础上提出了伺服驱动系统的总体设计方案，参与了硬件系统各子模块的设计与调试，完成了软件伺服控制，最终实现了基于CAN总线的全数字伺服驱动系统。论文结合开发的上位机测试软件进行了实验研究，取得了比较理想的实验结果。 本文以该系统为平台，对伺服驱动系统中的难点和热点问题进行了研究，针对这些问题，提出了以下系统设计和实现的新方法和新思路： 1. 将数字信号处理器DSP和现场总线CAN应用到伺服驱动系统中，采用CANopen通讯协议进行信息传输，保证了通讯功能的可靠性； 2. 在电机转速测量中，提出了一种高性能的自适应转速测量算法，与常用的算法相比，提出的算法可以在提高转速测量的准确性的同时，提高系统的响应时间； 3. 在电流测量中，应用巴特沃斯滤波器对电流信号进行滤波，以消除电流采样中的干扰，同时使用Smith预估器消除系统延时产生的影响； 4. 在电机控制算法的研究上，引进了参数模糊自整定PI控制器，该方法实现了高品质的动态和静态性能； 5. 将S/T曲线速度规划的思想引入全数字伺服驱动系统中，通过提高速度的平滑性，特别是高速启、制动状态，来提高伺服系统的整体控制性能。针对DSP芯片定点运算的限制，本文提出了一种余码补偿方案。 本论文理论与实际相结合，以自主研发的服务机器人为平台，对提出的方法进行了实验检验，实验的结果表明本文设计的软、硬件结构合理，控制精度高，响应快，可以满足生产使用的需求。

工业机器人离线编程仿真平台的研究与实现

现代计算机软硬件技术、计算机图形技术高速发展，以及数字仿真技术的广泛应用，为工业机器人离线编程技术的实际应用提供了有利条件。同时，现代生产的高效率、柔性化需求也促使了工业机器人离线编程软件产品的产生。机器人离线编程系统，是利用计算机图形学技术，建立起机器人及其工作环境的模型，利用机器人语言及相关算法，通过对图形的控制和操作在离线的情况下进行轨迹规划。离线编程技术具有传统的在线示教技术无法比拟的优势，比如：可减少停机时间、可提前验证作业程序，进行复杂的轨迹规划等。 国外的机器人离线编程软件功能已经很强大，但是只是针对特有的机器人，还不能做到像办公软件那样通用化。新松机器人公司是国内为数不多的具有自主开发工业机器人能力的公司之一，已成功开发了多款工业机器人产品，为开发自己的离线编程软件提供了客观条件，也提出了客观需求。以此为背景，本文按照软件工程的设计思想，设计了离线编程软件的框架，详细阐述了各个模块的设计原理、运行流程，对涉及到的关键技术问题，从理论、实践两个方面做了较为详细的介绍。最后，针对各个功能做了验证工作。离线编程软件系统，首先需要一个虚拟的3D仿真环境，通过该虚拟仿真环境，显示机器人的运动效果，同时为作业编程点的获取提供可视化的环境。为了提高虚拟仿真的真实程度，需要实现碰撞检测功能，并且精度和速度都要满足要求。为了便于操纵虚拟机器人，需要一个模拟示教盒的软件，以及虚拟控制器软件。为了实现多个软件之间的协作，需要传递控制流与数据流数据。 本文主要解决了整个离线编程软件系统开发过程中遇到的下列问题： (1)3D图形仿真环境的建立。本设计采用了OpenGL作为底层的图形API，并对图形显示模块做了封装，提供一组简单、方便的接口。 (2)数据结构的定义和资源管理。涉及到图形资源、抽象的仿真对象资源。为了实现多个类型的机器人能在同一仿真环境下运行，需要建立一个机器人类型库，采用了基于“抽象工厂设计”这种设计模式解决这个问题。 (3)基于3D空间的碰撞检测技术。主要采用了基于AABB包围盒和分离轴检测的技术(SAT)，实现两级计算，先粗后精。 (4)仿真环境和实际环境之间的工件标定技术。 (5)虚拟作业的建立。包括根据矩阵方法用鼠标选取操作来获取示教点，设计虚拟示教盒软件，生成作业文件。 (6)多个软件之间的通信及协议制定。

原子力显微镜Tapping模式探针动力学与操作方法研究

自从1986年G. Binnig 等发明原子力显微镜(AFM)以来，纳米科技研究得到了快速发展，纳米科技研究的最终目标是从纳米甚至分子与原子尺度上制造功能器件或系统，而实现此目标的手段之一是研制能够在纳米尺度上进行精确可控操作的装置、方法与技术。对此，学者们对基于 AFM 的纳米操作进行了大量研究。基于AFM-Tapping模式的纳米观测与操作具有成本低、易实现性等特点，因而近年来成为纳米技术研究的热点。但基于AFM探针的纳米观测和操作的基本理论仍然很不完善，许多情况下缺乏基于探针观测与操作的纳观作用力的合理解释与描述，因此限制了基于探针的纳米技术发展。为了解决这一问题，本论文在国家自然科学基金项目“基于机器人化的纳米操作方法研究(60575060)”的支持下，广泛收集和查阅国内外相关资料，重点开展了AFM-Tapping模式下探针动力学解释方法与建模研究，并进行了基于AFM-Tapping的纳米操作方法研究。主要研究工作如下： 1)针对探针动力学建模问题，开展了基于Hamilton原理和变分原理的有边界条件的探针一维悬臂梁建模方法研究。利用模态叠加法和模态函数正交性对探针各阶模态进行了解耦分析，得到了解耦的探针动力学方程。 2)开展了纳观尺度下探针-样品作用力研究。分析与阐述了毛细力、接触力和摩擦力等纳观尺度作用力；开展了基于Lennard-Jones势模型的不同形状探针与样品间的相互作用势描述方法研究；并根据势能-力之间的关系，研究了可描述半球形探针与样品间相互作用力的数学表达式。 3)开展了基于弹簧振子模型的纳观非线性力作用下探针振动问题分析研究。首次提出了基于探针弹性力与非线性纳观力平衡关系的探针振动状态区域划分方法。在探针振动能量平衡分析的基础上，研究了AFM-Tapping模式中的双稳态现象，进而得到了描述双稳态现象的解析表达式。最后采用Lyapunov指数分析的方法，证明了探针在非线性振动中确实存在着混沌现象。 4)研究了基于AFM-Tapping模式的纳米操作方法。通过研究探针振幅调节控制和预编程作业轨迹规划策略，提出了一种具有增强探针概念的纳米作业方法。该方法可以在参数设定和预编程条件下自动完成纳米尺度的平移和旋转操作，从而可以大大提高纳米操作的效率和精度。实验结果验证了该方法的有效性。本文的工作为纳米操作方法的研究提供了可以借鉴的理论与实验经验，有助于推动基于AFM的纳米操作与制造技术的发展。

面向月面探测作业的双目立体视觉测量及三维环境生成技术研究

星球漫游车技术是一项跨学科的综合性技术，它反映了一个国家整体科技水平和高技术产业的发展水平，对漫游车进行研究具有长远的战略意义。漫游车一般都工作在特殊的环境中，综合考虑功耗和有效载荷等问题，可以发现，非视觉传感器与视觉传感器相比在环境感知能力和综合性能方面都不甚理想，因此，基于视觉传感器的立体视觉定位也一直是各类漫游车用以感知环境所首选的技术。基于立体视觉可以构建相应的地面人机交互系统。该交互系统具有实现离线示教功能，通过虚拟现实和立体视觉技术实现虚拟漫游车在虚拟地形中行走，虚拟机械臂对虚拟物体进行研磨等功能。操作人员在虚拟环境中对月球车的各种运动进行验证以后，再将数据上传给真实的漫游车以实现真实的漫游和考察工作。因此，立体视觉系统性能的好坏将直接影响到漫游车的后续工作情况，它是漫游车自主导航和进行科学考察的基础，直接关系到漫游车的安全，是一项关键的技术。 本文的研究依托于中国科学院知识创新工程方向性项目“月球车月面探测作业支撑技术研究”，旨在探索立体视觉系统的实现及其与车载机械臂配合工作的问题。从理论和实践两个方面，对其中的若干关键技术，如双摄像机标定、对极几何恢复、图像校正、图像匹配、三维重建和车载机械臂视觉定位等进行了研究。主要研究成果如下： 1．提出一种基于坐标排序的标定特征点存储算法，使得两幅图像中的标定特征点能够快速准确的对应存储。基于径向一致约束（RAC）模型优化方法与直接光学法的优点，提出一种改进的光心确定方法，实验表明该方法有效地提高了Tsai两步法的标定与测量精度。以上两种方法为实现双摄像机的高精度标定奠定了基础。 2．在双摄像机的标定阶段，提出一种新的以三维重投影误差为优化目标的双摄像机两步标定算法，实验证明该方法的标定与测量精度要高于传统的基于二维重投影误差的方法。提出一种考虑多个畸变系数基于三维重投影误差的两步标定算法，实验证明该方法比只考虑一个畸变系数的Tsai两步法能够获得更高的标定与测量精度。研究了基于遗传算法和粒子群算法的双摄像机内、外参数的整体优化问题，实验证明可以获得比传统梯度下降法更高的标定与测量精度。以上改进方法可以使标定精度达到工程要求，并为后续的图像校正和三维测量奠定基础。 3．从简单背景和复杂背景两种情况对对极几何的离线恢复问题进行了研究。对于对极几何的离线恢复问题，提出了基于正确匹配标定特征点进行基础矩阵高精度估计的算法。该算法的特点是与标定共用同一组数据，其有效性得到了实验的验证。对于对极几何的在线恢复问题，基于摄像机成像几何原理证明了图像坐标系下存在的一种左右图像坐标间的约束关系，并设计了相应的稀疏匹配算法，采用两阶段鲁棒稀疏匹配算法对基础矩阵进行了高精度的估计，实现了对极几何的在线恢复。与传统方法相比，本文的方法速度更快，精度更高。 4．研究了标定与非标定图像的极线校正算法，利用上述改进方法求得的高精度的投影矩阵和基础矩阵，获得了令人满意的校正效果，为稠密匹配奠定了坚实的基础。研究并实现了四种稠密匹配算法，并进行了算法性能的比较。针对稠密匹配后的初始候选匹配点对，研究了三种误匹配的剔除方法。实验结果表明这些方法能够有效剔除误匹配点对，提高三维重建的效果。 5．研究了基于最小二乘法和立体成像几何法的三维重建算法，研究了一种集成上述多种改进算法的欧式三维重建算法。研究开发了三维重建软件，基于真实图像进行了欧式三维重建实验研究，取得了良好的重建效果。 6．以月球车为应用对象，研究了虚拟机械臂和车载机械臂的平面定位机理，构建了基于立体视觉的虚拟机械臂定位仿真平台。基于虚拟环境下验证好的数据，进行了月球车车载机械臂平面定位的实验，结果证明车载机械臂具有良好的视觉定位精度。

旋翼飞行机器人故障诊断及容错控制方法研究

无人直升机（Unmanned Helicopter）具有固定翼无人机所不具备的很多优势，它具有垂直起降、空中悬停、协调转弯、前飞、侧飞等多种飞行模态。这种独特的飞行性能决定了它的使用价值：在军用方面，无人直升机既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各种软硬杀伤性任务，包括侦察、监视、目标截获、诱饵、攻击、通信中继等；在民用方面，无人直升机在航拍、大气监测、交通监控、资源勘探、电力巡检、森林防火、农业等方面具有广泛的应用前景。但是，直升机自身动力学所固有的高度复杂性和不确定性，导致难以对其实现高性能控制，目前视距范围内遥控仍然是其主要的行为方式，这极大地制约着无人直升机的实际应用。近五年来，将机器人学中的自主行为技术与无人直升机平台相结合，构造全自主型无人直升机系统，即所谓的旋翼飞行机器人（Rotary Wing Flying Robot, RWFR），被认为是一种可行的技术路线；同时，与之相关的自主控制方法也成为移动机器人领域的重要研究方向之一。 自主行为能力包括三个层面的内涵：一是自主、在线的环境理解能力，这里的环境不仅是机器人所处的外部环境，也包括其自身的动力学以及健康状态；二是以环境理解为基础的优化行为自主产生能力；三是控制自身本体实现期望行为的能力。对于旋翼飞行机器人而言，其自身健康状态的自主理解以及与之相关的控制行为产生是至关重要的环节，因为它决定着可靠性。旋翼飞行机器人具有多变量、非线性耦合、柔性结构等多种动力学特性[1]，在飞行过程中会遇到风、发动机振动等多种扰动，其机械部件和控制系统极易出现故障，如果故障不能被有效检测或在有限控制周期内没有被及时处理，旋翼飞行机器人就会因其静不稳定的特点而失去控制，导致机体严重损毁甚至地面人员伤亡。 本论文针对旋翼飞行机器人的自主健康诊断与管理能力开展深入研究，重点研究传感器、执行器、飞机本体故障解耦，各子系统故障的检测、辨识与容错控制，面向在线应用的算法实时性等核心问题，旨在建立具有结构简单、实时性好、针对典型故障可实时进行故障诊断及容错控制的方法体系。论文的具体内容如下： 第1章，对故障诊断及容错控制方法的研究现状进行综述，深入分析并归纳旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制中存在的问题和发展方向，引出本文的研究内容和重点。同时，在简要介绍国内外各种旋翼飞行机器人实验平台的基础上，选择一种具有典型性的实验平台进行深入分析，总结了其特点和不足，为研制自己的实验平台系统奠定基础。 第2章，作为论文后续方法研究、仿真及实验验证的基础，首先介绍旋翼飞行机器人的动力学模型，接下来介绍本人参与研制的开放式仿真系统，并着重介绍以作者为主要负责人所设计、研发的40公斤起飞重量级旋翼飞行机器人开放式飞行实验平台—ServoHeli-40。 第3章，以阐述ServoHeli-40旋翼飞行机器人自主飞行控制结构及独立通道控制方法为基础，创新性地提出旋翼飞行机器人容错控制体系结构，并分析该结构中各模块任务及作用。针对传感器和执行器故障之间的耦合问题，提出基于贝叶斯推理的异类故障解耦方法，为独立研究传感器、执行器故障扫清障碍。 第4章，重点研究旋翼飞行机器人传感器故障诊断及容错控制。针对不同故障检测类型和阶段，提出了三种方法。首先针对突变类型的传感器故障采用基于db2的小波变换方法进行检测，对传感器数据进行时频域同时变换，实现实时准确分析；其次应用自适应神经网络方法对故障信号及正常飞行中飞行模态变化进行区分，提高了故障检测的可信性与可靠性；最后以多源传感器信息融合为基础，探索在部分传感器出现故障的情况下提供次优的传感器数据。 第5章，重点研究执行器软性故障的在线估计及控制策略在线重构问题。首先提出旋翼飞行机器人执行器定量软性故障的数学表达方法，深入研究两种自适应UKF方法在执行器软性故障在线估计方面的有效性和可行性；最后，提出一种基于故障参数在线估计的控制策略重构方法。 论文针对所提出的方法，以ServoHeli-40旋翼飞行机器人的实际拟合动力学模型为对象开展了仿真研究，部分内容在ServoHeli-40上进行了实际飞行实验验证。

力觉触觉再现技术及其应用研究

力觉确虫觉再现技术是近年来发展起来的一项新兴技术，在遥操作机器人、虚拟现实、医疗仿真、原形设计、纳米操作等很多领域中获得了相当广泛的应用。力觉／触觉再现接口是一种力反射设备，它可以使用户触摸、感觉、操作、创建和变换虚拟环境中仿真的虚拟3维物体。根据能量来源的方式，力觉确虫觉再现接日分为有源和无源两类。本论文针对有源力觉／触觉再现接口的动力学进行了分析，并以虚拟手术和机器人遥操作为背景，做了一些力觉／触觉再现技术的应用性研究工作。具体说来，本文主要进行了如下四项有创造和有价值的工作：（1)分析了有源力觉／触觉再现接口设计时所要考虑的几个基本问题，推导了力觉确虫觉再现接口的动力学模型。(2)以PHANTOM和GHOST SDK为开发平台，构造了一个虚拟仿真系统，研究实现力觉确虫觉再现接口涉及的几个基本问题。(3)以力觉／触觉再现接口PHANTOM为主端，全方位移动机器人M.BOT为从端建立了遥操作实验系统。提出了两种系统结构：位置给定系统和速度给定系统，并根据速度给定系统给出了具体设计。（4）遥操作实验研究。对于速度给定系统，给出了虚拟平面、虚拟障碍和虚拟墙实验。对位置给定系统与速度给定系统进行了对比分析。实验主要体现力觉／触觉再现技术对遥操作精确定位与避免碰撞的作用。

水下机器人多功能仿真平台及其鲁棒控制研究

为了辅助水下机器人控制系统的研究和开发，论文第一部分研究和建立水下机器人多功能仿真平台。基于现代仿真技术，先后研制成“7000米载人潜水器”多功能仿真平台HOV7000，“CR-02”6000米自主水下机器人多功能仿真平台CR6000和远程自主水下机器人多功能仿真平台LAUV。该种平台具有缩短研制水下机器人周期、减少试验成本、提高系统安全性和可靠性等特点。该平台的创新点在于水下机器人控制系统的硬件和软件与真实系统的硬件和软件完全一致，在多功能仿真平台上调试后的程序直接作为真实系统的控制程序运行。 论文第二部分针对7000米载人潜水器工作环境的复杂性，水下机器人本身参数摄动、外界扰动、传感器、执行机构、控制器不同程度存在不确定性、非线性和延迟，常规的控制方法一定程度上难以克服上述不确定性的影响等问题，研究了可以克服上述多环节不确定性、适合7000米载人潜水器水下作业场合的强鲁棒控制方法。其创新点为将运算量较大的多输入多输出鲁棒控制算法通过选择适当的加权函数应用于实际的水下机器人控制系统。本论文研究内容如下： 1、利用现代仿真技术研究水下机器人多功能仿真平台的实现方法。深入研究了水下机器人动力学模型、推进系统、海洋环境中海流、海底地形和水下机器人传感器等模型。利用机理仿真法，研究了水下机器人分立件推进系统模型和动力学模型；基于电子海图数据采用曲线/曲面拟合法建立了海流数据库模型，并提出了DTTCGSFD的海底地形生成方法；基于随机仿真法研究了水下机器人传感器的模拟方法；采用相似仿真法研究了基于势流理论、水面进行波、CFD的海流模拟方法和视觉传感器模拟方法；采用综合仿真法建立了一体化推进系统的模型。 2、研制成的水下机器人仿真平台具有下述9个方面的功能：基本原理、设计思想和方法的验证；控制系统软件和硬件的静态和动态调试；系统性能的测试与评价；下水前使命可实现性的全程实时验证；水下使命执行过程的伪在线监视；实时运行过程的离线重现；示教与训练；故障可能原因的仿真分析；演示与汇报。现场试验结果表明，多功能平台上的控制效果与现场湖试和海试的试验结果基本吻合。水下机器人多功能仿真平台的研制成功对于水下机器人的研究开发工作具有很大的实际意义，它使我们的研究工作从基于实际环境研究开发向基于虚拟环境研究开发转变，大大缩短了研究工作的周期，节省了大量的人力、物力和经费。 3、研究了基于MLQG的7000米载人潜水器控制方法。将7000米载人潜水器看作慢时变线性系统，采用带遗忘因子的递推最小二乘辨识算法及平方根算法辨识出水下机器人系统的时变参数，利用LQG控制具有克服零均值白噪声的特点设计2种MLQG鲁棒控制器。仿真试验结果表明MLQG控制算法对水下机器人系统存在海流扰动和参数时变两种不确定性均具有较好的鲁棒性。 4、研究基于混合灵敏度的H∞水下机器人鲁棒控制方法。由于水下机器人系统的模型摄动加权函数、输入加权函数、性能指标加权函数等加权函数的选择是水下机器人系统鲁棒稳定性和鲁棒性能的核心。深入研究并设计出适合于7000米载人潜水器的各加权函数后，将混合灵敏度问题转化为标准H∞问题，采用代数Riccati方程或LMI方法设计了可克服水下机器人多环节同时存在不确定性的鲁棒控制器。通过对频域和时域分析表明H∞鲁棒控制对于提高7000米载人潜水器系统快速性、减小系统稳态误差和克服系统不确定性具有更好的效果。在HOV7000多功能仿真平台上进行的控制系统试验——阶跃响应试验、动力定位试验以及H∞鲁棒控制和PID控制的比较试验验证了上述控制效果。 5、为了克服基于H∞鲁棒控制理论设计的控制器具有保守性的缺点，研究了基于结构奇异值µ的水下机器人鲁棒控制方法。在对结构奇异值µ理论深入研究后，讨论基于结构奇异值µ鲁棒控制和基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制在系统模型摄动加权函数、输入加权函数、性能指标加权函数等加权函数的选择方面的区别与联系。设计出各相应加权函数后，采用D-K迭代方法设计了可克服水下机器人多环节同时存在不确定性的控制器参数。频域和时域内的理论分析结果，和HOV7000多功能仿真平台上的试验——系统阶跃响应试验、动力定位试验以及基于结构奇异值µ鲁棒控制与PID控制比较试验结果，表明采用基于结构奇异值µ的水下机器人鲁棒控制方法比基于H∞混合灵敏度的鲁棒控制方法具有更好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。

基于动态混合网格的AUV水下发射与对接数值仿真研究

实现AUV水下发射和对接是解决AUV水下能源补充，水下数据交换和故障检测，实现AUV整个作业过程完全自主的必要前提。而AUV水下发射和对接运动的流场为多个物体运动的流场耦合叠加，对AUV的运动影响不同于无界流场中的单体运动，因此非常有必要研究多体相对运动的绕流场对AUV运动的影响，以实现AUV水下发射和对接的高精度控制，最终实现AUV水下发射和对接工程。 本文为获得AUV水下发射和对接过程数值模拟，针对水下单体、多体的三维大位移运动边界数值仿真问题提出了一种基于动态混合网格数值仿真的方法。主要解决了关键的三个方面问题：1)如何根据流场的特性划分网格拓扑结构，建立适合物体运动的网格；2)如何适应移动边界运动的任意性，建立相应的控制方程，并构建相应的运动区域方法和网格更新方法；3)如何实现移动网格的加速求解并保持计算精度。本文的主要研究内容为： 1) 针对复杂单一域提出一种基于八叉树、Delaunay三角化、层面推进法和前沿推进法的三维混合网格生成方法；对复杂多域提出块混合网格生成方法。数值结果表明，采用本文提出的这两种网格划分方法能适应复杂区域的网格划分，同时能满足流场分布特性，减少网格数量，提高网格划分的质量，提高数值求解精度。 2) 从提高ALE描述的控制方程计算精度方面，提出了三维动态混合网格方 法、改进动态混合网格方法和动态层混合网格方法分别适用于不同运动模式下的网格运动更新。这样不仅能描述任意形式的物体运动，而且能遵守ALE描述控制方程的守恒性，同时提高网格更新的速度，网格更新后的质量和数值求解的精度。 3) 针对多体非定常数值求解耗时，本文提出了动态混合网格并行计算模型，采用基于区域分解的分块耦合并行算法来加速数值求解速度。在不损失计算精度的前提下获得了很高的并行计算加速比。 4) 为了验证移动网格法数值求解的精度，本文首先对单个复杂形状的AUV进行了非定常直航和非定常回转运动的运动边界数值仿真，并用试验和定常求解结果和非定常附加动量源方法验证了移动网格法数值求解的精度。 5) 本文将混合网格方法、移动网格方法和并行计算方法应用到了AUV从发射管发射和对接发射管两个过程的三维大位移运动边界数值仿真中，并用理论值和定常结果验证了数值求解的精度，得到AUV发射过程和对接过程的流场水动力特性，并通过理论和数值试验，提出AUV水下发射和对接方案。

北极冰下自主/遥控水下机器人导航与轨迹跟踪研究

将水下机器人用于极地科考，可以通过其携带的多种传感器和设备进行大范围、长时间的冰下观测作业，并取得重要的极地科考资料，如冰下水纹，海冰厚度等。而这些观测数据必须与准确的浮冰位置信息相结合才有实用价值，但北极高纬度特性和长期覆盖的大范围海冰使得一些传统水下机器人导航技术难以有效实施，所以需要研究一种能在北极冰下具有良好性能和高可靠性的导航系统。同时，对北极海冰进行的一系列科学考察，需要载体能够沿着浮冰上预定轨迹航行，但由于海流等外界影响的存在，浮冰处于实时运动中，所以要顺利完成科考任务，必须有相应的轨迹跟踪算法作为支撑。 本文正是针对以上这两点需求，在充分考虑环境特殊性的情况下，研究了水下机器人在北极冰下的导航与轨迹跟踪问题，提出了基于GPS测向仪冰面修正的水下机器人自主导航技术和基于制导控制器的浮冰轨迹跟踪方法，并进行了仿真和实物测试，试验结果表明本文所研究的导航设计方案和浮冰轨迹跟踪方法合理，可以达到北极冰下科考的定位精度和作业要求。 主要工作包括：（1）ARV导航系统设计。详细研究了各导航传感器的输出信息；坐标系定义、坐标变换、相对于浮冰的航位推算以及绝对坐标的求解；最后详细研究了整个冰下导航系统。（2）ARV导航系统误差分析。首先对各传感器的误差进行了详细分析；接着通过分析整个导航算法，建立了浮冰坐标系下ARV位置误差传递方程；最后通过引入具体传感器的参数指标，数值计算了整个导航系统的精度。（3）浮冰轨迹跟踪系统设计。首先对水下机器人在冰下的航迹进行了描述；接着分析了两种冰下制导控制器，视线法制导和横向轨迹误差法制导；最后详细研究了整个ARV航迹控制系统。（4）浮冰轨迹跟踪算法仿真。详细讨论了北极“ARV”的水平面动力学模型。并结合模型对浮冰轨迹跟踪算法进行了Matlab和视景仿真，验证了算法的合理性。（5）湖试和海试结果分析。通过对ARV棋盘山湖试和北极冰下海试数据分析，定量说明了导航误差和轨迹跟踪性能。

空中目标的识别方法

本文的工作是为实时电视跟踪系统探讨一种以飞机为主的空中目标的识别方法。本文的全部工作主要分以下几个方面：1．特征抽取与特征选择：本文采用飞机轮廓线的Fourier描述子的归一化幅值序列为其特征，同时引入其它几个特征，并利用有限K－L变换作特征选择。2．两类目标的识别：因为飞机在不同视角下的图象差别较大，本文利用跟踪系统能够得到的关于飞机的位置与运动信息，求得飞机的视角，而在不同的视角范围内解决其分类问题。本文利用使损失函数最小化的方法求得两类间的决策超平面。3．多类目标的识别：本文提出一种只通过解决两类文题而求得多类目标的线性判决函数的新方法。本文的大部结论已在具有图象显示设备的PDP－11/23计算机上用FANTRAN－77语言得以实现。本文的后部将给出一些图表以示分类器训练结果。

三相机立体视觉

作为计算机视觉当前研究的一个热点，作为被动式测距法的一个典型，三相机立体视差法不仅有着广阔的应用前景，而且在揭示人类视觉机理方面有着很大的理论研究价值，但因其匹配速度慢而一直没有得到广泛的应用。本文对该方法作了全面深入的研究。旨在寻求一种快速有效的匹配方法。事实上，在该方法的实施过程中，真正费时的不在匹配本身，而在预处理。故在工作中对边缘抽取及拟合花费了很大的精力。并在以下三方面有自已的独到之处：（1）基于边缘的峰值特性，提出了一种简单的快速细化方法；（2）在Hough变换边缘检测中，将边缘的梯度方向信息结合进去，使变换速度得到惊人的提高（20～30倍）；（3）在最小二乘方误差拟合边缘检测中，为提高边缘跟踪速度，提出一种固定增量搜索法。另外，在匹配过程中，基于图象结构的相似性提出一种结构模板匹配法，用经进一步提高匹配的可靠性。总之，本文在提高速度方面作了很大的努力，并尽可能提高处理效果，快速有效是本文的宗旨。

面向CIMS的专用仿真语言SIMAN－C的图形输入与动画输出

本题目的主要研究内容是在微机图形工作站上实现CIMS专用仿真语言SIMAN_C 的交互图形输入和动画输出，为此作者进行了大量的软件开发工作，全部软件用C语言和汇编语言写成。具体分成以下几个部分：1). 分析、掌握了 AGC高级图形控制板的功能，并对具图形功能进行了大量的二次开发。2). 完成了基于双屏幕工作的，在大屏幕上实现以键盘控制为主的二维图形屏幕编辑系统，完成了专用的图形库及管理系统。 3). 完成了 CIMS 布向的大屏幕编辑系统，并将完成的系统布向建入数据库中。4). 完成 CIMS 仿真结果在大屏幕上的动画输出，同时也提供仿真结果的数值输出。本文的研究较好地解决了纯数字仿真的单调性和枯噪性，为 CIMS 仿真的地一步研究打下了良好的基础。

激光金属沉积成形过程热行为的研究

激光金属直接快速成形技术是在80年代末期出现的快速原型技术（Rapid Phototyping, RP）基础上结合同步同轴送料激光熔敷（On-axis Laser Cladding）技术发展起来的一项先进制造技术。它涉及机械、激光、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、材料科学等领域的关键技术。它突破了传统快速成形工艺方法和成形材料的局限，是目前快速成形诸多方法中研究最多、最有发展前途的新型制造技术。它基于材料累加思想，能够在无需任何刀具和模具的情况下由CAD模型直接驱动沉积成形金属零件，从而大大缩短了新产品的研发周期并节省了大量的资源。中国科学院沈阳自动化研究所开展了该技术的研究，并研制开发了激光金属沉积成形系统（Laser Metal Deposition Shaping, LMDS）。本文介绍了金属零件激光直接快速成形技术的原理和特点，分析了当前金属零件激光快速成形过程数值模拟研究的热点和发展趋势。结合激光金属沉积成形系统的研究需要和遇到的实际问题，阐述了激光、金属粉末和基板三者之间的相互作用，利用有限元的方法数值模拟了各种影响成形精度和效率的因素对激光金属沉积成形系统过程热行为的影响，包括不同扫描方式、不同基板预热温度等，并利用激光金属沉积成形系统系统进行了验证。具体的研究内容如下： 1. 阐述了激光与金属粉末之间的相互作用。激光快速成形过程中，高功率激光束与基板金属交互作用产生熔池，同步送入的金属粉末在熔池内被迅速熔化然后迅速凝固。熔池内的冶金动力学过程包括传热、传质、对流及气-液界面冶金反应和固-液界面扩散等与工艺质量的好坏密切相关，直接影响成形零件内气体和夹渣物的吸收、聚集和逸出，进而影响成形零件的微观组织、成分变化及其它物理冶金性能。基于熔池内传质、传热及流动对成形层的组织和性能的决定性作用，建立了激光金属沉积成形过程的数学模型和有限元模型。 2. 利用有限元分析中的“单元生死”技术，通过APDL语言编程建立了激光金属沉积成形系统过程三维多道多层的数值模拟模型，得到了激光金属沉积成形系统过程中试样和基板内的温度、温度梯度以及热应力分布规律。 3. 研究了沿长边平行往复扫描、沿短边平行往复扫描以及层间正交变向平行往复扫描等不同扫描方式对激光金属沉积成形系统过程热行为的影响，得到了不同扫描方式下试样和基板的温度、温度梯度和热应力变化规律，并结合快速凝固理论对这一过程中出现的现象进行解释。 4. 为了实现基板的预热，根据热传导理论自主设计开发了用于激光金属沉积成形系统过程的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能PID控制器以及计算机串口温度检测和反馈控制等部分组成，具有结构简单、功能完善、可靠性高等特点。它既可以通过智能PID控制器实现对基板预热温度的控制，也可以通过计算机串口实现对基板预热温度的实时检测、记录以及反馈控制，从而使基板预热温度在室温～600℃之间连续调节。此外，它的计算机串口温度检测模块还可以用来实现对激光金属沉积成形系统成形过程基板温度的实时监测，为数值计算提供较为准确的边界条件以及用来检验和校正数值模型的正确性与可靠性。 5. 利用数值模拟的方法研究了基板预热温度分别在室温、200℃、300℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃时对激光金属沉积成形系统过程温度、温度梯度以及热应力的影响。在相同的条件下，利用激光金属沉积成形系统系统和基板预热系统进行了实际成形实验。对成形实验得到的试样进行了深入的研究，包括：成形试样的成形高度和表面质量与基板预热温度的关系；成形试样的利用扫描电镜分析成形试件沉积层的显微组织特征；利用能谱仪分析沉积层合金元素的化学成分偏析情况。 6. 建立了集数值模拟和成形加工于一体的软件平台。它既可以实现简单零件变模型尺寸、变热物性参数和变工艺参数的数值模拟，也可以直接驱动激光金属沉积成形系统完成简单零件的快速成形。这为研究各工艺参数如激光功率、扫描速度、送粉速率、光斑尺寸以及基板预热温度等对激光金属沉积成形系统过程的影响提供了一个平台。