清華大學動力機械工程學系學位論文
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本研究採用COMSOL Multiphysics 5.5 套裝軟體，利用數值模擬探討鈀膜助效式甲烷蒸汽重組反應器在不同參數條件下對於反應器的效率影響。本研究使用Ni-Pt/CeZnLa觸媒，觸媒添加量為0.232kg，探討反應器內管(滲透端)半徑為6.25mm、外管(反應端)半徑為20.625mm，整體觸媒床長度為400mm，前後各有50mm的未反應區，總長為500mm。入口甲烷流率為0.208~1.66×10^-5(m^3/s)、壁溫為673~873K、入口溫度為673~773K、水碳比為2~4、掃氣量為1.6×10^-5~ 2.56×10^-4 (m^3/s)。 透過數值模擬結果，甲烷流率的增加導致觸媒床入口冷區擴大，降低重組效率，流率的增加亦降低進料停留在觸媒床的反應時間，並影響氫氣擴散到薄膜的效率，降低整體甲烷轉化率與氫氣回收率(99.5→45.3%、95.2→47%)。壁溫的提升將整體反應器的甲烷轉化率提高(40.4→99.2%)，並增加薄膜的穿透率(3.6×10^-7→3.8×10^-7kgm^-2^s-1)，但穿透率的提升幅度不如重組速率的提升幅度(0.017→0.034molm^-3^s-1)，使氫氣會累積在反應器壁面，反應器分壓上升，滲透性透過穿透率上升與反應端分壓的上升而快速上升。進料溫度上升影響不如壁溫，但對整體反應器達到均溫的效果，在反應端薄膜側的重組速率提高，使氫氣產生後能夠快速地滲透到薄膜側，提高滲透效應，甲烷轉化率與氫氣回收率上升(77.9→92.6%、75.8→92.3%)。水碳比的上升(2→4)將降低反應端氫氣分壓，降低甲烷轉化率(87.3→81.6%)，並提高成本，因此水碳比建議為化學莫耳當量(甲烷為2)。掃氣量的上升[1.6×10^-5~ 2.56×10^-4 (m^3/s)]能夠提高甲烷轉化率與氫氣回收率(58.1→97.8%、58.2%→97.5%)，但掃氣較高時提升較不明顯。甲烷轉化率的提升與掃氣倍率呈線性關係，直到甲烷轉化率達到85%以上，此後的掃氣量提升的甲烷轉化率逐漸降低。 為了使薄膜滲透效應明顯，在整體反應器的壁溫應達到773K以上以維持足夠的氫氣產出，透過適當的提高入口溫度，能夠將整體重組效率的高峰由壁面變成薄膜側，並將整體反應區的冷區向觸媒床尾端移動，增加觸媒床入口附近的效率。
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馬拉巴栗苗木編織目前完全是以人工方式進行，長時間編織會造成操作者的手部傷害，再加上勞工老年化、少量化的問題，將馬拉巴栗編織自動化是有急迫需求的。本研究綜合考量人工編織動作及機台結構的穩定性，提出全新的直線編織軌跡，再利用多元機構設計編織機達到編織動作要求，並設計苗木機械應力實驗和編織參數實驗，將操作者的編織經驗量化。研究結果顯示，所研發的五編型編織機可以在不損傷苗木的情況下完成馬拉巴栗編織成品，而馬拉巴栗苗木莖部直徑、機械應力與體態皆有可能是影響編織的重要因素。期望未來編織機功能能更加完善，早日實現馬拉巴栗編織全自動化。
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節流器為液靜壓軸承系統中重要的關鍵零組件，其構型會影響整個液靜壓系統的剛性及承載能力。本研究著重於自補償式節流器應用於雙向墊液靜壓系統之情況，於理論方面，本文藉由自補償式節流器的運作原理與雙向墊液靜壓軸承的基本理論，推導出相關的物理理論模型，並進一步利用雙向墊液靜壓實驗平台，量測不同負載下其壓力、流量及油膜厚度之變化，進行理論與模擬之驗證。然而，雙向墊系統的理論模型為非線性，在進行理論模擬時需做許多假設條件，再加上實驗過程中誤差的影響，使得模擬結果與實際情況有所偏差。 為解決此一問題，本研究結合物理模型與機器學習中的多層感知器模型，建立一混合模型(Hybrid model)，並以實驗數據訓練該模型，透過深度學習讓該模型學習物理理論模型未包含的訊息以修正物理模型之誤差，讓預測結果更貼近實際狀況；此外由於結合物理模型之緣故，此一模型相較於單獨使用MLP模型，具有較佳的外推能力，故在探討規格品外之設計參數(如彈簧剛性或溝槽流阻)時，能夠提高不同設計參數下預測液靜壓軸承剛性表現之準確性，最終達到輔助最佳化節流器設計之目標。
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本研究主要發展輪式倒單擺機器人相關技術，包含訊號融合、 平衡控制與全身姿態控制。在訊號融合方面結合雙慣性感測器的量測資訊，提出新穎的俯仰角角度估測理論。此估測理論的主要目標為消除運動加速度對倒單擺機器人俯仰角估測的影響。在平衡控制方面，提出對倒單擺質心高度變化具強健性的控制理論。此控制理論的回授控制矩陣是透由對一系列線性矩陣不等式求解得到，使得Lyapunov穩定定理得以於線性變參數(LPV)模型實現。於全身姿態控制方面，提出兩種控制理論:質心位置控制理論與側傾控制理論。質心位置控制理論旨在使倒單擺機器人質心隨著參考質心位置軌跡移動同時維持身體姿態直立。質心位置控制器的設計是透過建構倒單擺機器人三連桿模型、關節角速度與質心速度之間的逆向微分運動學關係以及PI控制來達成。另一方面，側傾控制理論旨在調節倒單擺機器人的側傾角使其到達期望角度。側傾控制理論的設計同樣採用PI控制，並透過建構足以描述側傾角與雙足關節角度之間關係的倒單擺機器人五連桿模型來完成。最後將訊號融合與控制方法施加於本實驗室建構的輪式倒單擺人型機器人，並利用模擬與實作驗證上述理論的可行性。
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