铁道车辆动力学云平台架构设计及原型验证

现阶段铁道车辆动力学领域的基础仿真软件多为单机模式,基于单机模式开发追赶国外先进仿真软件短时间难以达到,鉴于此,提出一套基于云平台的自主可控的车辆系统动力学软件架构。依据车辆系统动力学理论,依托云服务,搭建拥有自动化流程建模、云计算、后处理分析等功能的平台。在此基础上建立拖车仿真模型,并与SIMPACK仿真计算结果进行对比研究车辆动力学性能,验证平台的可用性和可靠性。平台的实现在一定程度上可以替代常用的铁道车辆动力学软件,可为同类型软件的开发提供参考。     

基于多智能体的网购生鲜无人车配送调度仿真

无人车配送可有效缓解目前末端配送效率低、人力成本高、安全隐患多等问题。以城市社区网购生鲜无人车配送为研究对象，搭建了网购生鲜时空需求数据驱动的多智能体仿真平台，构建了基于实际路网的仿真环境及无人车、客户、配送站3类智能体，以运营成本最小及客户满意度最大为优化目标，设计并测试了动静态订单分配策略及距离最近或时间最紧配送路径规划策略。基于上海某生鲜电商实际订单数据，对不同策略展开情景模拟及敏感度分析，实现了运力资源的优化配置。     

基于OpenFOAM的充液航天器刚-液耦合仿真

针对航天器姿态控制系统的设计需要,利用开源软件OpenFOAM搭建用于充液航天器刚-液耦合计算的仿真软件。在动边界问题中,推导出非惯性系下的N-S方程,避免了传统CFD软件中动网格法所带来的大量网格转换计算,提高软件计算效率。采用PIMPLE（pressure implicit with splitting of operators,semi-implicit method for pressure linked equations）算法搭建了晃动力求解模块,采用变步长龙格库塔法搭建了姿态运动模块,实现航天器的基于CFD方法的刚-液耦合仿真。利用该软件对相关算例进行了数值仿真,其结果与基于等效力学模型的刚-液耦合程序以及商业软件的计算结果吻合良好。     

线束端子压接后外观缺陷的视觉检测算法研究

针对线束端子的缺陷检测效率低、漏检率高等问题，提出一种基于机器视觉的图像检测方法：分析线束端子3个主要部位的5种典型缺陷模式，并定义了缺陷评价参数；设计了定位基准拟合算法、待检部位自适应分割算法和缺陷特征参数计算方法；给出了各类外观缺陷的判断准则。实验结果表明，检测算法适用于各单类、多类混合缺陷模式，综合漏检率和误检率较低，准确率和实时性较高，能够满足实际应用要求。     

蒙卡渲染画面多特征非局部均值滤波降噪算法

针对蒙特卡罗渲染在低光线路径采样率下绘制的图像容易出现噪点的问题，提出一种蒙特卡罗渲染画面多特征非局部均值降噪算法。使用canny算法对场景反射率图进行梯度化，以反射率梯度图为引导图，利用引导滤波器对法向量图预滤波；求出预滤波后法向量图中图像块之间的结构相似性，利用结构相似性倒数的对数值对非局部均值滤波器权值进行改进；利用改进后的非局部均值滤波器对噪点图像进行滤波重构。实验结果表明：该算法能在典型场景中有效降低渲染画面的噪声，改善均方误差和峰值信噪比质量指标。     

基于风速预测模型的风电一次调频仿真研究

为进一步提高风速预测精度,考虑数据内部结构性与外部影响因素耦合性叠加特征,以及风电机组功率特性,构建逆向前馈神经网络自回归移动平均模型(back propagation-autoregressive integrated moving average model, BP-ARIMA),并对风电场风速进行预测仿真,通过与实际数据对比分析,验证了所建模型具有较高预测精度。在所建预测模型基础上,基于风力发电机组典型功率特性曲线,统筹考虑储能装置容量优化配置与风电机组的致稳性问题,应用MATLAB-SIMULINK平台进行风电机组一次调频仿真。结果显示：一次调频控制策略的频率调节能力相较于常规超速减载调频控制可至少提高十个百分点。     

基于妥协案例推理的作战仿真实验范围迁移

作战仿真实验范围通常依靠专家确定，耗费代价较大。为将作战仿真实验的历史数据中关于实验范围选择的知识迁移至新的作战仿真实验案例，提出一种基于妥协策略的案例推理方法。根据案例的数据特点，提出作战仿真实验案例的表示方法；根据案例的结构和属性特点，提出主客观综合赋权的混合相似度计算方法；针对案例检索时出现检索失败和检索结果包含信息量较少的问题，提出基于妥协策略的案例检索方法；根据检索结果的特点，提出实验范围的整合迁移方法。基于历史数据进行了实验分析，证明了方法的有效性。     

时间依赖型多时间窗车辆路径问题研究

针对一类考虑城市交通拥堵情况的时间依赖型多时间窗车辆路径问题(time-dependent vehicle routing problem with multiple time windows,TD_VRPMTW),提出一种混合离散灰狼算法(hybrid discrete grey wolf optimizer,HDGWO)进行求解。在HDGWO中,设计了新的灰狼个体更新公式,采用基于客户排列的整数编码方式,使算法可直接在离散问题解空间中执行基于标准灰狼算法个体更新机理的全局搜索;设计了基于问题性质的种群初始化策略,用于生成具有高质量和多样性的初始种群;引入头狼信息交流公式,用于探索头狼形成的优质解空间;构造具有多种局部搜索操作的自适应变邻域局部搜索策略,用于增强算法的局部搜索能力。结果表明：HDGWO可有效求解TD_VRPMTW。     

云边协同系统中基于博弈论的资源分配与任务卸载方案

综合考虑时延、能耗和计算资源成本，构建云边协同系统中的效用最大化问题，并将其分解为计算资源分配、上行功率分配和任务卸载策略三个子问题。提出一种基于博弈论的资源分配和任务卸载方案（game-based resource allocation and task offloading， GRATO） 以分别解决上述子问题。利用凸优化条件求得计算资源分配最优解；设计一种低复杂度的上行功率分配方法用于降低无线干扰；针对任务卸载策略优化问题，提出一种基于博弈论的分布式任务卸载算法（game-based distributed task offloading algorithm， GDTOA）。仿真结果表明，GRATO方案在时延和能耗方面的性能优于其他方案，还可以感知用户的优先级，使紧急用户具有更高的效用和更低的时延。     

面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模

传统运动仿真的虚拟建模缺少针对复杂系统中信息子系统与物理子系统的动态性融合建模。融合传统运动学虚拟建模与信息计算的优势，针对运动仿真的精度和实时性难以满足实际工业制造需求的问题，提出面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模方法，并以机械臂的运动学控制为仿真案例进行验证，解决了实际环境中机械臂的驱动与仿真环境虚拟机械臂运动不一致的问题。搭建了复杂系统运动仿真虚实映射平台，集成了虚拟建模环境CoppeliaSim，融合实际机器人的运动反馈，和虚实映射计算模型，确定工业机器人运动方程的唯一位姿解。实验结果表明本文提出的方法实现了工业机器人的虚实映射实时运动仿真。     

船舶运动控制硬件在环仿真系统的研究

目前众多学者致力于将当前先进的控制理论应用到船舶运动控制领域,但在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难,为此,设计并实现一套船舶运动控制硬件在环仿真系统。该系统包括船舶运动DSP控制器,船舶运动仿真系统,控制与监测系统三部分,对相关硬件电路和软件设计进行了研究。系统测试结果表明该系统性能良好,为在实验室环境下进行船舶运动控制算法研究和船舶运动控制器开发提供了一个有效的测试平台。

Abstract：

Many scholars devote to applying current advanced control theories to the ship motion control.However,there are many difficulties in verifying the performance of the control theories.In the view of this contradiction,a hardware-in-loop simulation system for ship motion control was designed,which includes ship motion controller based on DSP,ship motion simulation system,and control-monitoring system.The relative design of hardware and software was discussed.The simulation results show that the proposed hardware-in-loop simulation system has satisfactory performance and it can provide an effective test platform for the study of the ship motion control theories and the development of the ship motion controller in the laboratory environment.     

基于微服务架构的云制造调度仿真系统设计与开发

针对当前缺乏低耦合和高扩展的云制造调度仿真系统,无法方便地对调度算法性能进行测试的问题,以成本和完工时间最小化以及服务质量最大化为调度目标,提出一个可扩展的云制造调度模型,并在此基础上设计和开发了一个基于微服务架构的云制造调度仿真系统,实现了系统管理、资源管理、任务管理和仿真管理等功能,具有灵活自治、稳定、可扩展等特征...     

船舶自动舵和自动避碰算法仿真测试平台的研究

采用MatLab的Simulink工具箱和实船实验测试船舶自动舵和自动避碰算法，存在风险大、调试周期长、费用高的缺点。基于全任务船舶操纵模拟器，研究可用于测试船舶自动舵算法和自动避碰算法的仿真测试平台。详细介绍了该测试平台的体系结构、系统功能、接口设计，并以船舶航迹保持算法为例仿真测试了该算法对一艘商船的控制效果。该平台已成功应用于船舶自动舵和自动避碰算法的测试。     

基于a&ω六自由度运动模型的船舶运动参数发生器

针对航海模拟器中船舶运动数学模型建立过程过于复杂、仿真的有效性难以验证的问题, 结合船舶自身机动特点设计了一种新的船舶运动参数发生器, 可生成航海模拟器所需的各船舶运动参数。首先, 在响应模型的基础上, 建立了基于线加速度和角速度(linear acceleration and angular velocity, a & ω)的船舶运动模型。然后, 通过船舶运动微分方程求解了船舶位置、速度、姿态、航向等运动参数信息。最后, 提出相似度评估指标并将其应用于基于实测数据的仿真的验证。仿真验证结果表明, 船舶运动参数发生器能有效地模拟船舶在多种机动状况下的运动, 各船舶运动参数的相似度均在80%以上, 是一种有效的航海模拟器的船舶运动模拟仿真研究方法。     

无线传感器网络目标跟踪平台协同调度的实现

目标跟踪是无线传感器网络的一个重要应用。为了验证和测试算法性能,缩小理论与实际的差距,必须构建相应的物理平台。介绍了所构建的无线传感器网络目标跟踪平台,其硬件包含超声波传感器、被动红外传感器和Micaz节点组成的无线传感器网络,而软件包括上层监控系统及下层节点嵌入式程序。针对节点资源十分有限的情况,提出了一种基于最小均方估计误差的目标跟踪协同调度算法,并在物理平台上成功实现,实验表明该平台能有效地跟踪无线传感器网络内的移动目标,并在保证跟踪精度和跟踪实时性的同时,采用了双重唤醒/休眠机制来延长网络寿命。     

三种船舶运动控制仿真系统

船舶运动控制系统有三种仿真模式：一是单机仿真即在一台计算机上同时运行船舶运动数学模型和控制器；二是双机仿真即一台计算机运行船舶运动数学模型，另一台为真实的船舶控制器，控制器通过数字通信接口控制另一台计算机上运行的船舶运动模型，也称为半物理仿真；三是物理仿真即建造一艘按某一水动力学相似准则而缩尺的模型船，在模型船上装上真实的船舶控制器，在水池或海上做船舶运动控制试验。本文介绍大连海事大学轮机工程学院研制的上述三种船舶运动控制仿真系统。     

船舶电力推进系统仿真与试验平台

运用虚机实电思想,搭建了一套船舶电力推进系统仿真与试验平台。该平台能够完成以下两个功能:可以实时进行虚拟船舶驾驶和虚拟吊舱操纵的三维可视化仿真;可以进行吊舱螺旋桨的负载仿真试验。该平台不但可以作为调试船舶电气控制设备之用,还可以用来培训船舶驾驶员,具有良好的经济和社会效益。详细介绍了其软硬件结构和组成,并对系统的实时性问题提出了解决方案。通过试验验证了该平台确能实现上述功能。     

城市固废焚烧过程的回路控制半实物仿真平台

为精确模拟和实现城市固废焚烧(municipal solid waste incineration,MSWI)过程的多入多出(multiple input multiple output,MIMO)回路控制,面向实际工业过程开发了由真实设备层和虚拟对象层组成的分布式半实物仿真实验平台。结合对MSWI工艺流程机理模型的定性描述,建立了数据驱动的面向回路控制的虚拟过程对象模型,依据回路控制需求设计了该平台的各软件子系统,以及相互间的协同运行模式,搭建了平台硬件和开发了平台软件,并采用工业实际数据进行实验验证。结果表明：该平台为MSWI过程的智能建模与控制算法的进一步研究提供了可靠的工程化验证环境。     

三自由度运动仿真平台设计及应用

详细介绍了船舶三自由度运动仿真平台的控制原理及硬件和软件的工程实现，硬件由运动平台和电控系统构成，电控系统是双闭环反馈控制系统，执行机构是伺服电机，输入信号由计算机中控制软件给出，编制不同的控制软件，平台可以仿真实船不同的运动历程，最后介绍了平台在船舶运动预报中的应用。