具有解析解的1T2R重载并联稳定平台运动学及动力学建模

针对一移两转舰船重载并联稳定平台普遍存在伴随运动、不利于求解运动学解析解且增加控制系统难度的问题,提出一种去除绕z轴伴随转动、具有解析解的1T2R变异3UPS-PUU-2SS并联稳定平台机构。通过分析空间约束支链的运动特性,证明了该机构没有绕z轴的转动。采用空间闭环矢量方程法,建立约束方程组和运动学模型,进而求得伴随移动和逆运动学解析解。通过快速极坐标搜索法绘制该机构的可达工作空间,并通过雅可比矩阵条件数分析该工作空间的灵巧度;基于虚功原理建立该机构的动力学模型,通过5次多项式插值法进行数值求解,绘制驱动力理论曲线并与动力学仿真曲线进行对比。理论与仿真结果表明:可达工作空间可以满足某舰船四级海况下的运动补偿要求,其全局灵巧度大于0.32,动力学模型的理论与仿真结果最大误差在1.42%以内,验证了动力学模型的准确性;该并联机构运动学与动力学性能良好,为其实际应用提供了理论基础。

出口压差补偿的负载口独立控制系统防气穴特性研究

传统液压系统采用1根阀芯同时控制液压执行器进出口油路,系统能耗大、效率低,且在主动型负载工况下,易出现气穴现象。为防止液压缸在主动型负载工况下产生气穴现象,本文分别对传统液压系统、负载口独立控制系统、进口压差补偿负载口独立控制系统和出口压差补偿负载口独立控制系统4种液压系统防气穴特性进行了理论分析,获得了进、出口阀开口度比μ与空气分离压力Pm、负载力FL等参数之间的关系,建立了4种液压系统仿真模型,设置相同负载力FL、进口阀开口度K1等仿真参数,仿真结果表明,除传统液压系统外,其他3种负载口独立控制系统均可以通过改变μ使进口压力Pa大于0,从而避免气穴现象,且出口压差补偿负载口独立控制系统无需检测负载力FL。通过试验验证了仿真结果的可行性。

基于ISD模型的车载减振平台主动控制研究

在复杂路况上行驶的救护车,车上的病人会受到多个方向的振动激励,且在竖直方向主要受到低频大振幅的振动。针对以上问题,提出采用Stewart减振平台实现对六个自由度振动的衰减,并借鉴惯容器-弹簧-阻尼(ISD)模型中的惯容器具有通高频、阻低频,以及弹簧具有通低频,阻高频的隔振特性,来改进一种主动反向加速度补偿算法,可实现对平台各方向进行可持续低频大振幅减振。同时系统以回中位能力和减振能力为指标,采用粒子群算法对控制系统参数进行优化。最后利用SimMechanics模块搭建Stewart平台进行实际工况模拟仿真。实验结果表明,车载减振平台针对低频大振幅激励具有良好的减振能力,并且相比传统的SD模型算法,改进后的基于ISD模型算法的减振能力提高了12.4%。

基于层分配连通算法的液压阀块多端点布孔优化设计

针对液压集成阀块内部孔网布局优化问题,建立以孔道路径长度和压力损失为目标的优化模型。结合液压集成阀块的结构特点提出了一种基于直角Steiner最小树结构的多端点布孔优化层分配连通算法,将三维孔网路径优化问题转换为平面端点集路径连通优化问题。先基于各端点空间坐标进行布孔层分配,再将各布孔层合并至同一平面内通过求解平面内最小Steiner树来达到孔网路径优化目的。在求解直角Steiner最小树时以Kruskal算法为基础构建了一种RSMT求解算法,随后将求解的RSMT各边匹配至端点对应的布孔层得出优化后的整体孔网连通路径。实例验证结果表明层分配连通算法可快速有效地进行阀块多端点连通布孔优化设计。

基于鲁棒自适应的减震阻尼器试验台加载位移跟踪控制

减震阻尼器是用于建筑、桥梁、风电、管道等领域减震的核心零部件,减震阻尼器试验台是测试减震阻尼器动/静态特性的试验装置。针对减震阻尼器试验台在位移加载时实际位移与期望位移跟踪误差较大的问题,建立试验台液压伺服位移控制系统数学模型,设计鲁棒自适应控制器,并基于李雅普诺夫理论验证控制器的稳定性,提出一种基于鲁棒自适应的位移跟踪控制方法。搭建Simulink与AMESim联合仿真模型,对试验台电液伺服系统的控制方法进行仿真分析;搭建试验台并对比验证鲁棒自适应控制器与传统PID控制器的控制性能。结果表明:鲁棒自适应控制器具有较强的抗干扰能力,跟踪误差较PID控制器减少了55%,响应速度提高了66.7%,较大程度提高了试验台加载系统的位移跟踪控制精度。

考虑流体可压缩性的液压阻尼器振幅和动刚度频率依赖性研究

液压阻尼器因其优异的特性在国内被广泛用于各种桥梁、铁路连续梁、桥梁抗震改造。为研究液压阻尼器动刚度和振幅的频率依赖性内在影响机制,搭建了考虑阻尼介质压缩性的阻尼器力数学模型,利用AEMSim软件搭建液压阻尼器仿真模型,并对液压阻尼器进行现场实物试验,将仿真结果和试验结果对比分析。结果表明:液压阻尼器的动刚度随着加载频率的增加而增大;振幅随着加载频率的增加而减小;阻尼介质的压缩特性是影响阻尼器动刚度和振幅的关键因素。

基于反步法控制器的双缸液压系统同步运动控制研究

由于锻造液压机受到诸多内在、外在因素的影响,使得其双缸同步控制精度不满足工况需求。针对此问题,以传统双缸同步控制系统为研究对象,建立液压缸位置控制系统运动学模型,结合Lyapunov稳定性理论,设计反步法控制器,并且应用于并联同步控制结构中;分别搭建基于反步法控制器和PID控制器的双缸同步控制系统AMESim与Simulink联合仿真模型,并进行联合仿真。结果表明:与PID控制器相比,从阶跃响应方面看,反步法控制器最大同步误差减小了62.3%,调定时间减少了26.96%;从正弦跟踪能力方面看,反步法控制器滞后性显著降低,并且能够满足双缸同步控制要求。

挖掘机自动挖掘轨迹规划与动态优化控制

以挖掘机为研究对象,建立挖掘机工作装置运动学和动力学数学模型,通过五次多项式插值方法将运动轨迹离散,采用MATLAB编写离散运动轨迹程序并将其计算结果与ADAMS仿真结果进行对比,最终确定动力学模型参数;其次,建立基于动力学模型的Simulink和ADAMS联合仿真模型,在动态控制中采用PD控制方法,进行轨迹规划联合仿真并试验。结果表明:基于动力学模型的运动轨迹控制方法可以有效避免始末位置和液压缸输出力变化的突变,采用动态控制中的PD控制方法,得到的收敛趋势相较于未优化的要收敛近50%;液压缸输出力变化稳定,其误差在5%附近,提升了自动挖掘运动轨迹控制精度。

基于模型参考自适应的电液负载模拟器主动加载力控制研究

针对电液负载模拟器在主动加载过程中参数不确定、非线性、易受到外部干扰等导致控制精度较低的问题,提出一种基于模型参考自适应的主动加载力控制方法。根据电液负载模拟器加载系统的工作原理,建立系统的数学模型,通过对参数模型辨识得到系统的传递函数,设计模型参考自适应控制器,并基于李雅普诺夫理论验证控制器的稳定性。最后,通过AMESim和Simulink联合仿真模型对提出的控制方法进行分析。仿真结果表明:与传统PID控制器相比,在不同加载力指令下,模型参考自适应控制器显著提升了加载系统的控制精度和响应速度,加载力误差控制在0.6%以内,有效抑制了外部干扰。

重载液压缸动态位移信号的自适应滤波器设计

为了能够在大型减震阻尼器性能测试试验中更好反馈试验台的重载液压缸动态位移变化信息,从而真实模拟大型减震阻尼器所需振动激励信号,进而获得更好的特性参数,对比传统变步长LMS算法,根据试验台重载液压缸实际振动的加载工况,在预期参考信号不可知的情况下,通过小波变换对原始信号进行拟合,并使用MATLAB建立误差与步长之间的非线性函数表达式,提出一种基于小波变换的LMS自适应滤波器,最后通过LabVIEW编写了测控程序进行了试验。试验结果表明,相较于传统变步长LMS算法,基于小波变换的自适应滤波器收敛速度更快、稳态误差更小且跟踪能力更强,在实际应用中,相较于其他类型滤波器具有更好的滤波效果。

超长复杂的光伏支撑架焊接工作站系统设计

超长复杂的光伏支撑架,往往采用人工焊接的方式,产品的质量和效率得不到保证,给企业的发展和自动化转型带来了极大的阻碍。为了提高焊接效率,设计了一种基于激光视觉传感器的机器人焊接工作站。首先,确定了焊接工作站的总体方案;其次,设计了焊接工作站的控制系统,重点设计了焊缝识别控制系统;最后,根据工件焊接特性,确定焊接参数,进行焊接性能测试。测试结果显示,该焊接工作站能够满足光伏支撑架的焊接要求,效率提高69%,可为钢结构类的机器人自动焊接工作站系统设计提供参考。

低剖重载3UPS-3SS稳定平台运动学及性能分析

为了实现并联机构上平台的位置控制,对一种双层可拆卸低剖面重负载的3UPS-3SS并联机构进行运动学分析。首先,对该机构采用旋量理论、G-K公式,分析并验证了其为1T2R工作模式的三自由度并联机构;其次,对机构进行运动学分析,通过矢量方程法建立了位置反解模型和约束方程组,进而得到运动学反解的表达式,凭借反解解析式求解了雅可比矩阵;最后,建立运动模拟模型,考虑实际工作模式条件,对模型进行简化,并通过MATLAB软件通过遍历法和快速极坐标法描绘其可达工作空间,证明了该机构的可行性。此研究为该机构的动力学和控制奠定了理论基础。

基于团队建设的应用型本科院校学生个人能力培养研究

“以学生为中心”是现代工程教育的核心价值理念之一。培养学生个人能力是应用型本科院校人才培养的重要目标之一。个人能力包括领导能力、创新能力、终生学习能力等。文章借教学改革之机,以应用型本科院校的机械设计制造及其自动化专业为例,探究基于团队建设的个人能力培养模式,并通过组建学习型团队、实践型团队和创新型团队,在实践活动中对应用型本科院校学生个人能力的培养进行了初步探讨。

基于滑模扰动观测器的阀控缸增量式模型预测控制

在强扰动环境下,阀控非对称液压缸采用模型预测控制会存在性能下降和静态误差等问题,并提出了一种新的方法来解决这些问题。该方法基于滑模扰动观测器,用于阀控非对称液压缸的增量式模型预测控制。首先,建立非对称缸的非线性数学模型,并将其反馈线性化,然后,将线性化模型增量化作为预测模型,以减小系统静态误差,接着,根据液压缸力平衡方程设计滑模扰动观测器,并将观测的负载扰动值用于前馈补偿。仿真结果表明,滑模扰动观测器对负载扰动的观测估计快速、准确;所提出的控制方法使系统的动态响应特性得到提高。通过仿真,与非增量式模型预测控制进行对比,所提方法响应速度快、稳态误差小,对负载变化的抗扰动性强,有效提高了位移跟踪精度。

全液压钻机给进液压系统的负载特性

通过对全液压钻机实际工况和负载特性分析,建立钻套与钻具之间的摩擦系数关系,针对给进电液系统进行优化设计,分别建立加压钻进和减压钻进压力控制系统数学模型;根据钻进地质情况的不同,对控制回路性能与溢流压力关系和控制回路压力-流量与电比例换向阀阀口开度关系进行分析,研究变负载对压力控制性能的影响,实现高效节能的回路控制。通过现场对给进液压缸负载力的采集,对比仿真分析,充分证明了给进压力控制回路可以对加压力准确调节,使钻杆在实际钻进过程中安全、平稳,优化后的给进电液系统在给进压力控制方面效果显著。

新工科背景下智能复合制造交叉学科团队建设路径探析——基于江苏理工学院的实践分析

随着高端装备制造业的迅猛发展和产业变革的深化,对于具备跨学科知识体系和卓越创新能力的高层次复合型人才的需求变得愈发迫切。智能复合制造交叉学科团队的建设可以打破学科壁垒,实现知识共享和互补,推动复合型人才的培养。针对应用型高校智能复合制造交叉学科团队建设的难点,提出加强跨学科交流与合作机制、开展产学研合作、提升团队成员专业技能和创新能力、优化考核评价机制的交叉学科团队建设路径,推动新型交叉学科高质量发展。

自行式液压平板车四点支撑“面追逐式”调平策略的研究与应用

自行式液压平板车是大型工程设备运输的关键设备,运输对象以超高、超宽、超重为重要特征,其运输过程需保证运行的安全性。针对自行式液压平板车工作中出现的虚腿情况,提出了一种四点支撑的液压平台调平方法,即"面追逐式"误差控制法,并对自动调平过程中控制逻辑进行了设计。实车试验表明,该方法可以有效预防平板车自动调平过程中虚腿的产生,提高了车辆运行的安全性。

自行式载重车自适应悬架组群系统顺应性

对自行式载重车悬架组群系统进行了顺应性描述和顺应效果评价,针对目前传统的液压弹簧悬架系统,设计改进了一种自适应悬架组群系统,建立了整车和自适应悬架组群系统的非线性数学模型;在额定载荷为3200kN的两纵列六轴线自行式载重车的基础上,以随机路面激励为输入,在空载和满载工况下建立了液压弹簧悬架系统和自适应悬架组群系统的仿真模型。仿真分析和现场试验对比结果表明,改进后的自适应悬架组群系统在空载和满载工况下顺应系数分别提高了103.8%与55.1%,系统液压缸输出力更加平缓,具有更好的顺应性,采用改进后的自适应悬架组群系统的自行式载重车在行驶过程中的抗冲击振动能力和改善车辆平顺性方面效果显著。

驮运架一体机三维微调液压系统群设计与研究

针对千吨级城市立交桥的整体置换,研制出驮运架一体机进行双车联合作业,提出了一种三维微调液压系统群概念,针对各液压缸系统群建立数学模型,分析原理和相互关系并设计其相关结构。进行了实验梁调试测试,并将该系统群成功应用于实际桥梁整体置换项目,取得了良好的效果。结果表明,该系统群在千吨级立交桥三维微调时平均误差约为1 mm,具有较小的误差和较高的效率。

大型精密装备快速运输车减振装置

为实现大型精密装备的长途快速运输,保证运输过程中装备的安全性,在运输车鹅颈部分设计一套减振缓冲装置,可以在行车方向和垂直方向上有效减少装备的振动;在运输车中车架和后车架部分的连接处设计一种限高定位减振装置,不仅能够保证运输过程中车架的离地高度,而且能够有效地降低中车架部分的振动;运输车的后车架部分采用空气悬挂结构,该机构在行车方向和垂直方向上均有很好的减振缓冲性能。建立整个运输车的力学模型和数学模型,在不同工况下进行振动仿真分析和试验研究,证明了减振缓冲装置的可行性和实用性,能够有效地保障大型精密装备在运输过程中的安全性,对运输车减振缓冲性能的研究具有指导作用和经济实用价值。