2022年, 第42卷, 第03期　
刊出日期：2025-06-18

  

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  一种面向机器人机械系统的程式化动力学建模方法

  庄未, 康文杰, 黄用华, 高振宇, 杨继伟

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 173-180. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.010

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  针对机器人动力学模型复杂、冗余计算导致运算效率低的问题,提出一种程式化建模方法(PMM)。以六自由度斯坦福机械臂为例,利用该方法建立基于拉格朗日方程的动力学模型,按照“正向分析,逆序输出”的核心思想,重点分析模型递推过程;在验证模型正确性的基础上,比较使用PMM和未使用PMM的常规拉格朗日方程所建立的斯坦福机械臂力学模型在计算机中的“尺寸”和运行时间等指标。实验结果表明,相对常规拉格朗日方法,由PMM所建模型的复杂程度降低了67.6%,计算效率提高了66.3%。斯坦福机械臂为完整约束系统,将PMM推广到欠驱动非完整约束系统,采用与模型紧密相关的部分反馈线性化控制算法进行数值仿真和物理样机实验分析,验证了PMM的可靠性和有效性,为不同类型的机器人提供了一种效率高、通用性强的动力学建模方法。
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  一种基于多元感知的电动调平装置“虚腿”判定方法

  付国华, 张礼学, 翟杰勇, 张应红

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 181-186. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.006

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  针对多点支撑电动调平装置在调平工作过程中易出现“虚腿”现象的现状,提出了一种基于倾角、旋变和伺服电机驱动控制器输出电流的多元感知电动调平装置“虚腿”判定方法。构建了常用四点支撑电动调平装置结构组成模型,同时,以四点支撑电动调平为例建立了调平平台模型。对所提方法的判定原理、所使用的追高判定和多元感知多重判定策略、具体实施过程“虚腿”判定方法和判定程序流程进行详细阐述。所提方法无需增加新配置,即可有效消除“虚腿”现象,可为工程机械和陆地国防车载式平台装备自动调平和防止“虚腿”提供参考。
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  辅助物镜的结构优化设计

  于方津, 李文杰

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 187-193. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.008

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  为了更好地选择一个合适的的辅助物镜,基于辅助物镜的工作原理,从理论推导和实验仿真两方面出发,对常见双胶合形式的辅助物镜进行了结构优化设计。根据设计要求,合理选择辅助物镜的初始结构,并从理论上推导了各类像差。基于初始结构和优化目标,利用光学设计软件OSLO对2种形式的辅助物镜进行了结构优化和像差分析。之后对于创新型双胶合-厚弯月型辅助物镜进行设计优化,以文献中相似透镜的结构参数为该设计的初始结构,利用OSLO光学软件及设计经验,对其进行结构优化、像差分析及矫正。对2种形式的辅助物镜进行对比分析的结果表明,2种结构形式的辅助物镜经过优化后,其参数均能满足设计要求,但双胶合-厚弯月型的辅助物镜更适用于大像面的光学系统。
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  溅射功率对Ag-TiN涂层微观组织、耐磨性能影响研究

  田庆庆, 徐晋勇, 李铜, 高波

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 194-198. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.007

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  采用直流磁控溅射技术,研究不同功率（60、110、150 W）下,在钛合金基材上制备的Ag-Ti N陶瓷涂层的微观结构及性能。分别利用扫描电子显微镜、X射线能谱分析和X射线衍射分析涂层表面、截面的形貌与组织成分。采用往复摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨损能力。结果表明,在3组功率下试样涂层厚度分别为2.941、3.625、5.023μm,表面Ag的质量分数分别为50.97%、70.42%、91.25%,表面主要物相是Ag、Ti N与TiO₂;随着功率的增大,涂层表面晶粒体积减小,涂层更加均匀致密;Ag颗粒从涂层中扩散到表面,充当润滑物,降低涂层的摩擦系数,110 W制备的样品摩擦系数降低31%;在载荷10 N和20 N下磨损试验中,涂层表面磨损量减少33%,耐磨损性能比基体材料分别提高了41%和31%。制备的Ag-TiN涂层有效改善了钛合金表面微观结构,提高了涂层耐磨性能。在110 W溅射功率下制备的涂层微观组织良好,摩擦系数较低,耐磨性最佳。
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  板式脉动热管的磁流体实验研究

  文雯, 刘家驹, 周思杰, 张平

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 199-204. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.002

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  脉动热管被认为是超高热流密度功耗的工况中最具前景的散热元器件之一,与逐渐发展成熟的纳米技术一同被广泛应用于电子散热设备中,因此探究纳米流体脉动热管的运行与热特性变化机理十分重要。通过采用外加磁场的方法来强化纳米磁流体脉动热管传热的实验研究,搭建了纳米磁流体脉动热管的传热测试可视化实验台。分别测量了在磁场为25、5、1、0 m T以及在2种不同磁场方向(脉动热管蒸发段的正后方与正下方)作用下,板式脉动热管的温度分布和传热速率,研究了纳米磁流体、热负载功耗、磁感应强度与磁铁摆放位置等因素对其换热性能的影响。实验结果表明,用四氧化三铁/乙醇纳米流体作为工作流体,在磁场作用下可以显著强化脉动热管的传热性能,其中置于脉动热管蒸发段正下方的永磁体能够更多地优化脉动热管的传热性能,这可为超高热流密度功耗的工况提供借鉴指导。
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  基于图模型的高光谱图像分类算法

  黄炟鑫, 蒋俊正

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 205-210. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.003

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  高光谱图像(HSI)分类是HSI处理中的重要预处理手段,其目标是对HSI数据中每个像素点进行类别标记,标记结果常用于识别、勘探等应用。针对HSI分类任务中存在的数据量大、数据维度高、已知样本量少等难点,提出一种基于图模型的半监督分类算法。该算法将HSI数据建立为图以实现降维,而后将分类问题归结为一个无约束的优化问题。由于在求解优化问题时涉及到矩阵求逆,数据规模大时计算复杂度会变高。为了避免大规模的矩阵求逆,采用拟牛顿法进行求解,通过对Hessian矩阵进行分解,对计算步长时涉及到的求逆操作进行近似,且该算法能够分布式实现。仿真实验表明,与现有算法相比,本算法在大规模且类别多的HSI分类任务下计算复杂度较低,能完成较高精度的分类。
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  知识辅助的无人机目标恒虚警率检测方法

  王峰, 晋良念

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 211-216. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.001

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  无人机作为典型的“低小慢”目标,具有飞行速度慢、高度低、雷达反射面积小等特点,使得无人机目标很难被检测和识别。针对无人机在复杂环境下存在信噪比低、检测困难等问题,提出了一种知识辅助的无人机目标恒虚警率(CFAR)检测方法。首先分析3种常见的地杂波分布模型和均值类CFAR检测器,然后分别对这3种杂波分布下的回波信号采取CFAR检测方法,将检测性能最优的方法作为该杂波分布下最优的CFAR检测方法存入知识库,从而建立CFAR知识库;通过对需要检测目标的回波信号的杂波分布进行估计,判断杂波分布的模型,并以此分布从雷达知识库中选择所对应的CFAR算法,从而完成回波信号的检测。利用雷达采集的实测数据进行了验证,仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。
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  一类线性权互补问题的修正全牛顿步可行内点算法

  吴昕阳, 张睿婕, 迟晓妮, 王博妲

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 217-222. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.009

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  作为互补问题的推广,权互补问题是一种重要的优化问题,可以建模一大类经济金融中的实际均衡问题。由于非零权向量的存在,权互补问题比互补问题复杂得多,因而目前关于权互补问题的算法并不多见。将线性优化的内点算法推广到权互补问题。基于中心路径的等价变换,提出求解非负象限上一类线性权互补问题的修正全牛顿步可行内点算法。在每次迭代时,算法无需进行线性搜索。在适当假设下,证明了算法的可行性,得到了算法的迭代复杂度。数值实验结果表明了算法的有效性。
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  基于0-1整数规划模型的校园公交系统优化方案——以桂林电子科技大学为例

  魏睿, 李凤媛, 李科赞, 葛志金

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 223-228. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.011

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  为解决校园资源合理分配,优化校园公交系统运营模式,满足师生日常便捷出行,提出了一种基于0-1整数规划模型的校园公交系统优化方案。该方案以桂林电子科技大学为例,首先对学生的出行现状进行调查,调查结果表明大部分学生都有使用校园公交的意愿,说明校园公交具有一定的发展前景。通过实地测量并收集相关地理数据,使用0-1整数规划对公交站点进行选址,运用蚁群算法优化公交路线,为了解校园公交系统的运载能力进行了仿真模拟实验。最后得到19个公交站点的分布位置和公交最优路线产生的路线长度为4 805 m,在车辆行驶速度为20 km/h以内的限制下,至少需要安排15辆车才可以满足大多数学生时间上的需求。实验结果表明,优化后的校园公交系统规划更加合理,能满足大部分学生的出行需求,适用于中小型校园交通路线规划。
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  两参数布朗运动增量的一个泛函对数律

  张晴晴, 刘永宏

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 229-232. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.012

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  针对两参数布朗运动及增量重对数律的问题,将两参数布朗运动及其增量重对数律的大偏差作为工具,对布朗运动及其增量重对数律问题的有关结果做了适当改进,并推广到两参数布朗运动的情形,最终得到了两参数布朗运动增量的对数律。两参数布朗运动是由布朗运动推广得到的,具有一系列与布朗运动相对应的概率性质和分析性质,因此借助前人对布朗运动和布朗运动增量的重对数律的研究,加强两参数布朗运动重对数律的限定条件,得到了加强条件后的两参数布朗运动的一个泛函极限结果,即两参数布朗运动增量的对数律,并验证了结果的正确性。
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  基于不动点理论的二阶微分-积分方程零解的渐近稳定性

  朱红英

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 233-239. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.013

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  在不使用李亚普诺夫直接法的情况下,研究了一个二阶微分-积分方程的渐近稳定性。当微分-积分方程有无界的项或者时滞是无穷大时,利用李亚普诺夫直接法处理方程零解的渐近稳定性遇到了严重的困难。而本文利用不动点定理,得到了一类带有无穷时滞的中立型二阶微分-积分方程零解渐近稳定的充分必要条件。不动点定理解决了二阶微分-积分方程的零解的渐近稳定性问题,其结果不但解除了以往对无穷时滞的严格限制,而且也明显减少了对函数g的限制。
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  基于晶格Boltzmann方法的CUDA加速优化

  张乾毅, 韦华健, 赫轶男, 李华兵

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 240-244. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.014

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  为提高流体的计算效率并保证结果的准确性,利用CUDA编程平台和GPU强大的浮点计算能力,实现了基于晶格玻尔兹曼方法的泊松流模拟计算加速。设计了线性寻址和下标寻址2种不同寻址方式,将这2种寻址方式分别应用到晶格玻尔兹曼程序的格点碰撞、迁徙流动、宏观量计算等步骤中,并探讨2种寻址方式对程序计算效率带来的影响。同时在程序中使用统一内存管理,通过这样的方式开辟内存的变量可在主机端和设备端同时使用,简化了代码复杂度,同时降低了频繁为变量开辟内存带来的消耗。使用Intel^?Xeon^?E-52620 v4 CPU,Nvidia Quadro GP100 GPU进行计算,在线性寻址方法和下标寻址方法中分别获得了71倍和25倍CPU串行代码的加速比。
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  (Fe+Co)共掺杂MgH₂储氢材料的热力学稳定性和键合机理研究

  黄强, 黄鹏儒, 徐芬, 孙立贤

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 245-251. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.005

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  为探索双金属共掺杂对MgH₂储氢材料储氢性能的影响,运用基于密度泛函理论的第一性原理对（Fe+Co）共掺杂MgH₂储氢材料体系的热力学稳定性、键合机理进行系统研究。对共掺杂体系的晶格结构进行考察,发现（Fe+Co）共掺杂后,Mg₁₂Fe₂Co₄H₃₆和Mg₁₂Fe₄Co₂H₃₆晶胞的体积分别收缩了16%和17.5%。对（Fe+Co）共掺杂体系的生成焓进行计算,结果表明掺杂后体系的生成焓减少,更有利于氢气的解析。通过对掺杂体系Bader电荷和电子态密度的计算,探索Fe、Co金属掺杂前后的电荷转移情况和金属原子与氢原子之间的成键轨道,电子结构分析表明掺杂后电子从氢原子转移到了镁原子,有利于Mg—H键的弱化。（Fe+Co）双金属共掺杂对MgH₂储氢材料热力学性能的改善有积极影响,为发展高性能储氢材料提供了理论指导。
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  CdS/Sr₂Bi₂O₅复合光催化剂的制备、表征及性能测试

  周俊峰, 钟燕, 黄涛, 桑湉, 胡朝浩

  桂林电子科技大学学报. 2022, 42(03): 252-258. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2022.03.004

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  在固相烧结制备单相Sr₂Bi₂O₅的基础上,利用化学沉淀法制备了一系列CdS/Sr₂Bi₂O₅复合光催化材料来解决环境污染中的有机污染物问题。采用XRD、SEM、TEM、EDS和XPS进行了复合光催化剂的表征,通过降解亚甲基蓝评估其光催化性能。实验结果表明,CdS/Sr₂Bi₂O₅复合光催化剂由CdS和Sr₂Bi₂O₅两相组成,形貌为团聚状的Sr₂Bi₂O₅颗粒并附着在不规则的CdS颗粒上,两相表面紧密接触在一起,形成明显的界线,相互耦合形成异质结;当CdS/Sr₂Bi₂O₅摩尔比为1/1时,可见光光催化性能最好,40 min降解亚甲基蓝的效率达95%。进一步循环测试发现,复合光催化剂具有良好的稳定性。显著改善的光催化性能主要归因于复合光催化剂中在CdS与Sr₂Bi₂O₅之间形成了异质结,在加快光生电子空穴对分离的同时,还有效抑制了光生电子空穴对的复合。