为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力, 设计了一种1型模糊滑模控制方法, 模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数; 并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力,进而提升跟踪精度, 同时降低SMC抖振; 此外, 用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优, 并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明, IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。

糖度(SSC)是苹果内部品质主要评价指标之一, 近红外光谱技术是预测苹果SSC的首选技术, 优化近红外光谱采集装置的参数, 可以提升模型的性能。 采用本课题组自主研发的动态在线设备采集苹果的近红外光谱(350~1 150 nm), 研究不同参数条件下(运动速度、 积分时间和光照强度)对近红外光谱预测苹果糖度模型的影响, 优化动态在线装置的参数。 210个红富士苹果被分为两批, 第一批90个苹果样品, 经过Kennard-Stone算法(K-S)算法分为建模集和预测集, 用于研究不同运动速度、 不同积分时间对苹果SSC含量在线预测模型的影响。 在0.3和0.5 m·s-1两种运动速度下, 使用多元散射校正(MSC)、 小波变换(WT)、 标准正态变量变换(SNV)对采集到的光谱进行预处理, 对不同移动速度的光谱构建糖度的偏最小二乘回归模型(PLS), 结果表明: 装置的运动速度为0.5 m·s-1所建立的预测模型性能较优, 在四种不同积分时间中, 积分时间为120 ms时, 经SNV预处理所建立的模型性能最优, 其预测集的相关系数和均方根误差分别为0.968和0.331。 第二批苹果120个, 经K-S分为建模集和预测集, 选择运动速度为0.5 m·s-1, 积分时间为120 ms的装置参数进行不同光照强度对苹果SSC预测模型影响的研究, 结果发现: 在光照强度为4.5 A时, 采集到的光谱相对其他光照强度组有较大的变化, 光谱在640和800 nm处的波峰基本消失。 在光照强度为6.5 A时, 经SNV预处理后建立的模型性能最优。 再使用竞争性自适应重加权算法(CARS)、 连续投影算法(SPA)对采集的光谱数据进行波长筛选后, 建立苹果SSC模型, 结果表明: CARS-PLS所建立的模型性能较好, 其预测集的相关系数和均方根误差分别为0.991和0.149, 同时简化了模型, 提高了模型的稳定性。 研究表明: 对动态在线设备进行参数优化, 有助于提高苹果模型的预测精度, 该研究有助于对苹果品质在线分选提供技术支持。

硬岩隧道全断面掏槽开挖对控制掏槽腔体大小、掌子面平整度及拱底欠挖要求较高。依托寨山隧道洞身Ⅲ级硬岩全断面开挖，采用现场试验、问题分析和经验公式的方法，提出了掏槽眼爆破参数的优化方法。从扩展掏槽腔体积的角度，主掏槽面域内自上而下增设复式掏槽短眼4对，主掏槽眼深度扩展为3.8 m，主、复式掏槽短眼孔底间距减小为0.3 m; 从岩石炸药单耗、爆破破岩负担体积的角度，确定了主掏槽眼最大单孔装药量为3.0 kg。结果表明：采用优化掏槽参数，爆后硬岩掌子面光滑、底面平整、岩堆块石尺寸合理。掏槽整体炸药单耗减小约4.5%。

激光摆动焊接在抑制气孔缺陷方面的突出作用，为铝合金薄板焊接提供了一种有效技术手段，激光摆动焊接工艺参数的选择对焊接质量及碳排放有直接影响。为实现铝合金薄板搭接焊接的低碳化，对铝合金薄板搭接激光摆动焊接碳排放进行量化，并基于多输出高斯过程构建了表征工艺参数与焊接质量、碳排放之间对应关系的近似模型，在此基础上结合非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）搜索最优的焊接目标，获得对应的最佳工艺参数。经工艺试验验证，在最佳工艺参数下焊缝成形质量得到有效提升，且气孔、熔池下塌、内凹等焊接缺陷得到抑制，焊接过程碳排放有效减少12.99%，而接头最大承载力仅降低2.47%，能够在保障焊接质量的同时显著减少焊接过程碳排放。

为了解决殷瓦合金焊接中易出现的焊接缺陷问题, 研究了液化天然气(LNG)船用薄板殷瓦合金搭接焊(上下板厚度均为1.5mm)工艺参量。通过设计制造气体保护盒, 采用数值仿真分析和正交试验的方法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了殷瓦合金搭接焊最优工艺参量。结果表明, 气孔缺陷在完全保护气下得到有效抑制, 殷瓦合金搭接焊的最优工艺参量为激光功率3.4kW、焊接速率1.3m/min、离焦量+20mm、激光入射角5°、激光光斑能量分布2∶1;在此最优工艺参量下, 焊缝表面呈银白色, 无气孔等缺陷, 焊缝处硬度小于母材但大于热影响区, 拉伸强度为417.16MPa, 达到母材的94.8%, 且仿真结果与试验结果误差较小, 证明了本文中所建立的仿真模型的可靠性。这一结果对殷瓦合金激光搭接焊工艺参量数据库搭建是有帮助的。

为了研究地铁车顶SUS301L不锈钢叠焊工艺中对熔宽熔深的技术需求, 运用数值模拟技术分析了各项焊接工艺参量对熔宽熔深的显著影响, 采用正交实验法则对工艺参量进行了优化设计, 取得了激光焊接SUS301L不锈钢薄板的工艺参量。结果表明, SUS301L不锈钢薄板激光焊接在激光焊接功率为1050W、焊接速率为36mm/s、离焦量为1mm、保护气体流量为25L/min时, 熔宽和下板熔深分别为1216.4μm和407.4μm;在最优工艺参量条件下, 焊缝表面呈银白色, 连续且完整, 焊缝区为等轴晶与柱状晶, 焊缝平均拉剪强度为2559.96kN;仿真结果与试验结果具有较好的一致性, 表明所建立仿真模型的正确性。该研究为后期工艺数据库的搭建提供了参考。

自由曲面光学元件与球面和非球面光学元件相比能够提供更高的光学设计自由度, 应用于成像光学系统有利于简化系统结构和改善系统质量, 在新一代空间光学遥感领域具有广阔的应用前景。为了满足离轴反射式自由曲面空间光学遥感系统的快速、高精度研制需求, 本文瞄准微晶材质、复杂连续曲面类自由曲面反射镜超声铣磨加工表面粗糙度和亚表面质量的提升目标, 开展了主轴转速、切削深度、进给量等主要工艺参数的优化实验和研究, 完成了300 mm口径自由曲面反射镜的建模分析和超声铣磨加工, 最终铣磨加工表面的面形精度达8.89 μm PV, 亚表面损伤层深度低于18 μm, 实现了自由曲面光学反射镜的高精度、低损伤铣磨加工, 能够有效降低后续研抛加工的材料去除总量, 缩短整个加工周期。

快速判别马铃薯作物的生长进程是指导田间关键生长期科学水肥管理的重要依据。 研究在马铃薯发棵期（M1）、 块茎形成期（M2）、 块茎膨大期（M3）和淀粉积累期（M4）四个关键生长期, 利用ASD便携式光谱仪采集80个样本区的314组作物冠层反射率数据, 并同步采集叶片测定叶绿素含量。 在光谱数据预处理后, 分析了马铃薯不同生长期的光谱反射率变化特征, 并初步选取了光谱“峰谷”响应参数, 提出了一种基于方差分析与变量减少组合的光谱参数筛选算法（variance analysis combined with variable reduction, VACVR）用于明确光谱学响应的优化指标, 采用Kennard-Stone(K-S)法划分样本集, 最终基于支持向量机（support vector machine, SVM）方法建立马铃薯关键生长期判别模型。 针对光谱数据, 首先使用变量标准化(standard normalized variable, SNV)进行光谱预处理, 在定性分析了随着生长期的推进马铃薯冠层反射特征的变化趋势的基础上, 基于作物生长期动态光谱学响应与峰谷特性选取14个参数, 包括: 8个位置参数、 2个面积参数、 4个植被指数参数。 采用K-S算法将样本按照3∶1划分为训练集（240个样本）和测试集（74个样本）。 分析马铃薯不同生长期冠层反射光谱发现, 随生长期的推进冠层光谱存在差异性: 即在400~500和740~880 nm范围内, 光谱反射率呈降低趋势; 在530~640和910~960 nm范围内, 反射率呈升高趋势; 在530~640 nm范围内, M2和M3生长期的平均光谱非常接近, M4生长期的平均光谱与其他三个生长期的差别较大。 叶绿素平均含量随生长期的进程, 从M1（28.12 mg·L-1）到M2（31.04 mg·L-1）增加, 在M2生长期达到最大值, 之后M3（22.00 mg·L-1）和M4（15.36 mg·L-1）依次减少。 光谱响应参数随着生长期的进程, 绿峰位置Lg和红谷位置Lr逐渐红移, 红边位置Lre逐渐蓝移; 蓝边面积Abe逐渐增大, 红边面积Are逐渐减小; 红边面积与蓝边面积比值依次呈现减小趋势。 根据VACVR算法筛选10个敏感光谱响应参数, 建立SVM判别模型, 训练集判别率为100%, 测试集判别率为94.59%, 该模型可在判别马铃薯的生长期的基础上为田间管理决策提供支持。

基于响应面法设计方法对离体皮肤组织进行脉冲激光焊接实验，获得了组织切口的抗张强度和峰值温度数据; 在单因子实验的基础上，以激光功率、光斑移动速率、激光频率作为3个影响因子，建立多元非线性数学回归模型，通过方差分析和回归分析得出该回归模型的相关系数：切口抗张强度的相关系数为0.9131，切口峰值温度的相关系数为0.9985。模型分析结果表明：激光功率、光斑移动速率和激光频率3个因素的主效应和交互作用对切口性能具有很大影响，对切口抗张强度影响最大的主效应为激光功率，交互效应为激光功率与光斑移动速率; 对切口峰值温度影响最大的主效应为激光功率，交互效应为激光功率与光斑移动速率、激光功率与激光频率、光斑移动速率与激光频率。最后依据回归模型得出了最优激光工艺参数组合，回归模型预测响应值与实验结果相吻合，且切口强度满足要求。

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础, 且参数标定的精度直接影响测量的精度, 其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题, 通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上, 并由摄像机拍摄; 基于二维射影变换理论, 通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系, 利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标; 以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值, 使用非线性算法对系统进行全参数整体优化, 完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm, 误差均方根小于0.03 mm, 结果表明该方法标定过程简单, 能够有效地提高标定精度, 具有较广的适用性。