本项目的目标是开发新一代全数字化高档数控系统（五轴），研究相关软硬件核心技术，提升南通市及我国高档数控系统的自主技术创新和产业化能力，在高速立、卧式加工中心，精密立、卧式加工中心，五轴联动加工中心，高速数控车床及车削中心，卧式车铣复合加工中心等高档数控机床上配套应用，形成批量生产能力。可达技术指标序号名称规格1插补周期1ms2最小分辨率脉冲模式，1um；总线模式，0.1um3前瞻段数10004联动轴数五轴，三个直线轴、两个旋转轴5伺服驱动接口脉冲、SERCOS III、Mechatrolink II6曲线插补Nurbs曲线插补7RTCP刀具中心点控制8空间刀具补偿多种空间刀具补偿模式，补偿建立、取消9平面C型刀具补偿256组10螺距误差补偿单向、双向螺距误差补偿11反向间隙补偿多种条件补偿模式12加减速功能直线型和S型13G代码标准兼容Fanuc标准14宏程序功能Fanuc A类宏程序15PLC功能兼容Fanuc标准，最大支持1024输入/1024输出点，128个定时器，128个计数器16现场总线接口CAN、RS485   一、系统关键技术 高速高精多轴运动控制算法研究： (1) 基于前瞻功能的连续微小线段轨迹运动控制算法 基于超声波加工运动特性及动力学特性分析，提出“速度规划单元”和“速度等级”概念。实现了具有前瞻功能的连续微小线段轨迹速度规划算法。该算法根据读入轨迹段的几何特性及动力学特性自适应实现超声波加工轨迹插补中的速度控制，在保证轨迹精度的前提下，尽可能地提高超声波加工速度；根据微段速度规划策略，实现了针对连续微小线段轨迹的插补算法。插补算法可正确确定微段插补过程中每一步的轨迹坐标，并解决插补过程中的终点判断问题。 (2) 柔性加减速控制算法 实现了对插补轨迹进行精确控制以及对加速度和加加速进行控制。优异的加减速控制算法可以避免超声波加工中心的冲击、振动，并在不增加系统运算量的情况下使得整个插补过程能够平滑快速执行。本部分工作实现了直线型加减速、S型加减速。此外由于轨迹插补和速度规划的离散性，重点实现了轨迹末端的速度平滑处理，即“尾巴处理”，使整个插补过程平滑进行。 (3) NURBS曲线插补及速度平滑控制 实现了具有轨迹预读功能的NURBS曲线运动规划算法。针对NURBS曲线的轨迹几何特征，实现了基于“规划单元”的速度规划和参数插补算法。给出NURBS预读策略和速度规划算法，通过规划单元的预读、规划单元间转接速度的调整和规划结果的及时输出保证了插补的实时性；实现了NURBS曲线规划单元的参数插补方法。为了适应采用的轨迹预读算法，提出“重叠拼接法，实现了相邻两个NURBS曲线的光滑转接。 机床精度补偿技术研究： (1) RTCP技术 实现了旋转刀具中心点编程RTCP(Rotation Tool Centre Point)。RTCP功能采用将以往在CAM中的由机床配置引起坐标变换移植到CNC控制器中在坐标插补之后进行的策略,即采用先插补后转换的机制来彻底消除坐标旋转而引起的非线性误差，提高加工精度。 (2)空间刀具补偿技术 实现了空间刀具补偿。测量超声波工具直径与伸出长度，并确定最佳工作间隙，以及在此工艺条件下去除的材料厚度，将三者之和作为“工具补偿参数”通过分析超声波头与零件之间关系，开发适应不同情况的刀具补偿矢量计算方法。根据补偿指令方法的使用方式，实现了工具补偿的建立与取消方法。实现了补偿过程中由于补偿平面的改变而引起的工具干涉情况。 (3)误差补偿技术 除了RTCP和空间刀补外，实现了反向间隙补偿、螺距误差补偿。控制系统体系结构研究： (1) 运动控制总线 实现了与伺服驱动器的通信。运动控制总线的国际标准较多，在不开发伺服驱动器的条件下，只能采用某一国际标准。本系统实现了两个标准：(1)基于以太网物理层的SERCOS III标准，该标准是欧系数控系统的主力标准，有大量的高性能伺服驱动器可供选择；(2)基于RS485物理层的Mechatrolink II标准，该标准由安川开发，伺服驱动器价格相对低，具有成本优势。 (2) 位置控制算法 实现了对电机的位置控制。本系统采用目前成熟稳定的带有前馈的PID控制实现位置环，闭环周期100ms。传统的PID是典型的反馈控制，虽然具有稳定的优点，但是需要误差已经产生后才能改变输出，进而实现对目标值的跟踪，因此从根本上是无法避免跟踪误差的。而前馈控制可以将目标值处理后直接向前传递，达到系统快速响应和跟踪的目的，理论上可以实现对目标值的零误差跟踪。 (3) PLC相关技术 实现了梯形图的编辑、编译、运行、调试功能。同时提供PC Windowns环境下的梯形图编辑、编译环境。 二、对国家产业结构影响 通过本项目的实施，将极大促进我国自主高档数控机床产业的整体进步，形成打破国外技术垄断和产品封锁的知识产权利器，使国产高档数控机床及高档数控系统在国内外市场上具有核心竞争力和自主权。     应用范围：   本项目的目标是开发新一代全数字化高档数控系统，研究相关软硬件核心技术，提升我国高档数控系统的自主技术创新和产业化能力，在高速立、卧式加工中心，精密立、卧式加工中心，五轴联动加工中心，高速数控车床及车削中心，卧式铣车（车铣）复合加工中心等高档数控机床上配套应用，形成批量生产能力。

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 AR、VR技术已经广泛地应用到了汽车驾驶、军事、教育培训、电子游戏、工业生产以及医疗诊断等国民生活中各个领域。而在汽车辅助驾驶领域，AR技术最为典型的应用范例之一则是车载抬头显示系统。抬头显示系统（Head up display, HUD），也叫做平视显示系统。车载抬头显示系统可以将行车的重要信息如行驶速度、导航信息等通过显示系统投射到挡风玻璃上，再通过挡风玻璃反射给驾驶员，从而避免驾驶员在行车过程中频繁低头看仪表盘、导航仪或者车载屏幕等过程中造成的视野盲区。一般说来，仪表盘的形状、信息显示亮度、仪表颜色、显示内容理解难易程度、驾驶员心理、生理等因素都会对驾驶员的视认时间产生影响。对于抬头显示系统，需要驾驶员眼球在一定区域范围内移动时均能观察到清晰的虚像，同时高像质和紧凑的光学结构也是抬头显示光学系统的设计要求。

本实用新型涉及三自由度球心可调灵活眼，包括机架、眼球、球心调节杆和伸缩杆，眼球包括下半眼球与上半眼球，下半眼球与上半眼球固接，球心调节杆包括第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆下端与机架垂直固接，第一支撑杆上端与第二支撑杆下端螺纹联接，第二支撑杆上端用球面副与下半眼球底端连接，伸缩杆下端用球销副与机架连接，伸缩杆上端用球面副与下半眼球连接；三个伸缩杆围绕球心调节杆均布。本实用新型具有空间三个转动自由度的，灵活度高，易实现高速运动；将三个直线运动转化为眼球的空间转动，控制方便；球心调节杆增加灵活眼的工作空间，增加了其环境适应力。

该装置由马达、卷筒、支架、滑轮、钢丝绳及耙斗等组成，装置安装在掘进机上。工作原理为：卷筒上的钢丝绳经滑轮组牵引耙斗实现井下巷帮钻场矸石的清理。该装置牵引动力源取自掘进机油源，支架可伸缩，可清理钻场边角处矸石。

国家“863”支持项目。采用一种新的制造技术，制造<110>轴向取向多晶棒材，在5MPa预应力和500 Oe磁场下的磁致伸缩系数达l//=950-1150ppm，重复性好，一致性高，工艺易于控制，成品率高。已获国家发明专利，拥有自主知识产权。 材料的应用领域及市场前景预测 (1) 国防、航空航天和高技术领域：主要用于制造声纳用水声换能器与水声对抗换能器、线性马达、燃油喷射器、传感器、噪声与振动控制系统等，可用于航空飞行器、地面运载工具和武器等。据预测2015年此领域的世界市场额将达到3.3亿美元。 (2) 运输领域：主要用于反噪声、减振和消振、刹车系统、燃油喷射系统、阀门、泵和线性马达等。预测2015年世界需求量将达到10.5亿美元，是本世纪初用量最大的领域。 (3) 现代高技术领域：主要用于超声波技术、波动采油技术、海洋通讯、海洋开发与勘察、海洋捕捞等。预计2015年此领域的世界市场额将达到3.3-4.0亿美元。

以某商务车为研究对象，将理论研究、仿真分析和实车试验结合，研究了汽车虚拟 试验场技术，并基于该技术，建立汽车整车的虚拟样机，用于部件特性、NVH、疲劳耐 久及碰撞安全性能等的研究。主要完成以下的工作： 1）研究汽车虚拟试验场技术的建模理论与方法，并建立某商务车整车虚拟样机； 2）采用动态的、非线性有限元方法，对整车在时域内的平顺性及其影响因素进行 研究； 3）采用声-振耦合有限元法和声辐射边界元法，对轮胎和乘坐室内的低频噪声进行 分析预测； 4）应用多轴疲劳理论，采用三种典型的可靠性路面计算了车身及后悬架的疲劳寿 命； 5）依据 GB11551-2003 正面碰撞安全法规和 GB20071-2006 侧面碰撞安全法规对汽 车进行碰撞安全性的仿真研究，并提出可行的优化措施。

基于声波在特定介质中的传播速度与介质温度间成单值函数关系的原理，设计开发了基于电声源的锅炉温度场测量系统，并已申请国家发明专利。系统结构简单，维护方便，可以实时测量和显示锅炉内部三维温度场，便于运行人员据此及时判断炉内燃烧状况，并进行相应调整，实现燃烧优化；同时有利于防止火焰中心偏斜，减少事故发生。该系统经大量理论研究和现场试验，目前已实现成功运行。

传统的光学显微系统受到阿贝衍射极限原理的限制，无法分辨尺度小于~200nm的事物，为了突破衍射极限，超分辨荧光显微技术应运而生，在生物成像等领域得到广泛应用。根据成像采集过程，超分辨方法主要可分为两类。一种是单分子定位显微方法（SMLM），通过荧光分子的光开关特性，孤立每个发光分子进行单独定位。此类方法具有不受衍射极限限制的特点，可以得到10-40nm的超高分辨率，但由于分子激活漂白的循环步骤使得采集速度和成像时间较慢。另一种是如结构光照明等宽场成像的超分辨显微技术，可以通过获得相邻区域/荧光分子间一定程度的响应差异来实现分辨率的提升。宽场成像的方法具有较高的时间采集效率，但由于同时激发视野内的全部分子，使得其分辨能力往往在100nm以上。目前还缺乏一种方法在理论上可以有效的兼顾宽场成像的时间采集效率和单分子定位方法的空间分辨率，因此亟需提出一种基于宽场成像对荧光分子高效调制的技术方案。 超分辨方法其本质都是通过识别单个荧光分子的独立的发射特性获得该分子的空间定位。如果可以对宽场成像中衍射极限以内各个发光分子荧光发射差异实现主动控制，则有可能获得更好的超分辨显微结果。近期，物理学院介观物理国家重点实验室极端光学研究团队提出了基于量子相干控制原理主动调制分子荧光发射而获得超分辨荧光显微的方法（SNAC），在宽场成像下实现了分辨率的提升。课题组在ZnCdS量子点体系下获得衍射极限范围内各个量子点的差异化激发。通过设计多个整形脉冲，单个ZnCdS量子点的荧光差异性会得到增强。课题组通过周期性改变整形脉冲和傅立叶增强提取荧光响应的差异。同时，主动控制的图像采集方案可以有效的抑制系统中不随调制周期变化的泊松随机噪声和CMOS工艺导致的固定噪声，极大的提升了信噪比。接着，利用独立开发的混合周期（Combination-FFT）和多高斯拟合定位算法获得最终的超分辨重建结果。研究模拟了邻近双点荧光发射的超分辨定位，其结果可以很好的分辨出低至50nm的相邻荧光分子。对于密集标记的线性结构，SNAC的分辨能力同样有显著性的提高，获得了30nm左右的径向定位精度。在量子点标记的COS7细胞样品的维管结构区域清晰的观测到了维管的平行取向和姿态排布以及纤维交叉区域的95.3nm的邻近双峰，显示出了比已有多种宽场超分辨方法更好的重建结果。这个研究将脉冲整形作为新的控制维度引入荧光超分辨，并将宽场超分辨成像技术的分辨率提升到了与单分子定位方法接近的50nm的水平。

成果介绍 成果名称：锅炉炉膛温度场声学可视化技术 成果参与单位：华北电力大学 成果完成人：沈国清 炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数，直接影响到锅炉的安全性和经济性。炉膛温度作为反应炉膛内部燃烧情况最直接、最及时、最重要的参数，是燃煤锅炉安全高效环保运行最主要的控制参数，是垃圾焚烧炉二噁英排放最主要的控制手段，是SNCR优化最直接的运行依据，是钢铁、冶炼等工艺环节提高成品率最关键的控制参数。 由于炉膛处于高温、高尘、超大空间、湍流等复杂恶劣的测量环境，接触式测量技术不断出现结焦、温度漂移、短时间内烧毁等问题，更换频繁、维护工作量大。常规接触式测量技术难以在炉膛高温测量上持久应用，以致炉膛温度测量难以实现连续准确实时监测，燃烧调整赖以依靠的炉膛温度参数处于“缺失”状态，炉膛燃烧成为了运行调整的“黑匣子”。现有的垃圾焚烧炉脱硝普遍采用SNCR脱硝工艺，没有精确的温度窗口检测手段，喷氨调节无温度场分布数据依据，脱硝效率低，氨逃逸量高。 温度场声学可视化技术作为一种非接触式测量方法，对测量环境要求不苛刻，能直观、及时的反应炉内温度场分布，实现炉内高温、多尘、湍流等恶劣环境下的实时在线测量，也可以为喷氨调整提供最直接的温度窗数据，提高脱硝效率，减少氨逃逸量。 创新点 能够给出实时的二维温度场信息，包括区域温度图、等温线图和三维温度立体图，运行稳定可靠。便于运行人员及时判断温度分布和火焰中心是否偏移，防止水冷壁局部过热超温。通过使用该技术，为机组的燃烧优化调整提供了参考，降低煤耗，节省燃料成本；延长面命，节省换管费用；减少锅炉NOx排放，节省脱硝成本。 市场前景 自主研发的声学测温系统性能价格比优于国外同类系统。系统价格仅为国外同类产品的一半，系统的测量精度、温度场分辨率、稳定性等性能指标均优于采用国外产品和技术。在系统软硬件升级、备品备件供应、售后服务与人员培训等方面具有明显的优势与市场竞争力。 应用案例 获奖情况

提出采用规则几何纳米结构和掺杂来实现光场在纳米尺度上的精确局域化和调控，实现了单层石墨烯规则几何纳米结构剪裁中红外电磁场在单原子二维平面的局域分布、波长与强度调控。通过构建单层石墨烯规则几何纳米结构，利用边界对表面等离激元波的反射，形成多重干涉效应，实现了对10.7 μm入射波的光场局域化，并且通过纳米结构的几何形状调控其空间分布，结果以封面文章发表在Light: Science & Applications 2017, 6, e17057上。另外，通过对单层石墨烯进行硝酸根化学掺杂，实现了单层石墨烯表面等离激元强度提高了约2倍、波长由150 nm提高到了280 nm还发现了二维层状范德华α-MoO3晶体的中红外双曲声子极化激元效应，将声子极化激元体系推广至半导体。二维层状α-MoO3晶体具有丰富的光学声子模式，该研究揭示了它们能够与中红外电磁场进行有效地耦合激发声子极化激元，从而实现二维平面上高度的电磁场局域。另外，该研究利用α-MoO3晶体较大的层间间距，通过金属离子插层的方法，实现了对其声子极化激元的传播调制以及“关闭”