含J-C损伤的前吸能装置低速碰撞多目标优化

为提升前吸能装置整体碰撞性能,建立了含防撞梁、吸能盒和刚性墙的100%正面低速碰撞有限元显式动力学模型,及前吸能装置多目标优化模型。采用Johnson-Cook损伤本构模拟铝合金材料碰撞损伤特性,以整车最大质心加速度、最大质心位移和吸能装置总质量等评价指标为优化目标,以防撞梁和吸能盒截面的宽度、长度和厚度等7个结构尺寸作为设计变量,以吸能装置最大吸收能量为约束条件。采用NSGA-Ⅱ算法对前吸能装置多目标优化模型进行求解,优化结构与初始设计结构进行40%偏置碰撞对比验证。通过分析100%低速正面碰撞多目标优化结果可知,在整车最大质心位移增加约3%的情况下,最大质心加速度和最大防撞梁碰撞力下降35%以上,前吸能装置减重达23%。由40%低速偏置碰撞对比验证结果可知,整车最大质心加速度、最大质心位移和防撞梁碰撞力峰值等性能参数较优化前下降10%以上。研究结果为前吸能装置碰撞性能优化提供设计参考。

考虑驾驶风格与路面影响的制动能量回收策略

为了增强车辆制动能量回收效率和保持制动稳定性,提出了一种综合考量驾驶员风格和路面附着特性的能量回收方法。首先,根据不同驾驶员数据提取驾驶风格特征参数,基于支持向量机(SVM)训练驾驶风格辨识模型;然后,通过U-Net网络对路面图像进行预处理,并使用轻量级网络MobileNet V3训练路面高效辨识模型;最后,结合驾驶风格与路面辨识结果,对车辆前、后轴制动力的变比值进行分配,提出一种考虑驾驶风格与路面附着条件权重来确定再生制动力的方法,并在此基础上完成制动能量回收策略制定。仿真结果表明:对于不同路面,制动效能与制动稳定性明显提升;在WLTC与NEDC循环工况中,电池SOC分别提高了2.13百分点、1.02百分点,使整车制动稳定性与经济性得到进一步提升。

基于运动规划的柔性平台往复运动控制研究

柔性平台是一种高速精密运动平台,由于系统中存在柔性铰链,会产生较大的非线性,传统PID算法的控制性能无法充分发挥,影响柔性平台在往复运动中的跟踪精度。因此设计了3阶S规划与自抗扰控制算法(ADRC)相结合的方法,该方法的关键在于引入运动规划,使系统输入信号更加平滑,不仅可以实现在快速变化的点位上平稳过渡,还能够提高系统的稳定性。同时,ADRC控制利用扩张状态观测器(ESO)的估计和补偿能力,有效地抵消了非线性对系统的影响,进一步提升了运动平台的跟踪性能和精度。这种方法可以有效应对系统的各种不确定性和外部扰动,提高系统的稳定性和控制性能。最后,通过150μm行程的往复运动实验进行了验证,在同样运用3阶S规划的情况下,PID因为系统存在非线性而控制性能较差;ADRC提高了系统的估计补偿能力,实现了精密定位。相比PID,ADRC的50Hz往复运动最大跟踪误差降低了42.1%,75Hz往复运动最大跟踪误差降低了38.3%。

半转翼飞行器升力机理研究

为解决现有扑翼飞行器非定常运动难以理论化、尺寸无法大型化等问题,基于半转机构设计半转翼飞行器;半转翼飞行器试验模型采用连续转动的半转叶片来模拟昆虫翅膀的上下摆动,通过研究半转叶片的连续转动机理,得到升力的理论计算方法,为后续半转翼飞行器升力测试装置的设计以及试验模型的升力测试奠定了基础。

支撑各向异性条件下转子不平衡辨识方法

针对因转子支撑刚性存在差异导致振动矢量受传感器安装角度的影响,进而使得动平衡效果存在差异的问题,将测点正交方向上两传感器采集得到的时域数据基于Hilbert变换进行转子振动信号的正反进动分量的分离,并采用互相关法提取正进动分量的幅值和相位,从而实现转子不平衡矢量的测算。基于所提方法通过数值仿真和实验分析对不同转子进行分析验证,仿真结果表明基于所提方法采用多平面多转速动平衡后,平衡转速范围内轴承支承位置残余振动低于使用单方向传感器动平衡后的残余振动;挠性转子实验结果表明采用所提方法进行动平衡后,临界转速下残余振动低于使用单方向传感器动平衡后的残余振动;刚性转子实验结果表明采用所提方法进行动平衡并除去慢滚动矢量的影响后,实验转子测点位置以不平衡为主的振动幅值至少下降54.17%,而单X和单Y方向测点分别进行动平衡后相应测点幅值下降37.50%和33.33%。综上可知,本文方法可提高动平衡精度,具有一定的工程应用价值。

煤矸分拣机械爪结构优化设计及有限元分析

以目前煤矸分拣生产线广泛采用的一种机械爪为研究对象,针对煤矸分拣机械爪抓取不牢固等问题,建立该机械爪的三维模型,在对其进行力学分析计算的基础上,使用Adams软件内置的OPTDES-GRG算法模块对机械爪进行结构优化设计,并用Workbenches对机械爪受力较大的构件和其整体结构进行了应力分析。结果表明,经过结构优化之后的手爪强度满足使用要求,力学性能有了显著提高。

冲击拦阻力计算及车架结构的瞬态分析

针对采用撞击试验法来测试钢索拦阻系统的可靠性问题,这里首次基于能量法建立了轨道车拦阻动力学模型。对不同指标及不同运行速度下冲击拦阻力的变化规律进行了分析,并给出了用于描述轨道车冲击拦阻力的具体表达式。在此基础上,对不同工况下的车架进行瞬态响应分析。结果表明:在撞击初期,冲击拦阻力Fx增长迅速,当轨道车位移一定距离后,Fx增长缓慢或保持不变,直到轨道车被安全拦停;车架的前心盘以及中梁与撞击梁交界处是应力集中的区域,容易出现破坏;车架在相同撞击初速度下,使拦停距离最短的车架形变量比使最大钢索拉力值为最小的车架形变量明显要大。

考虑磨损的大重合度直齿圆柱齿轮动力学分析

以大重合度直齿圆柱齿轮为研究对象。基于Archard磨损模型,计算了齿轮的齿面磨损量;基于能量法,求取了考虑齿面磨损的齿轮对总啮合刚度,给出了对应的分段函数表示形式,并结合齿轮单自由度动力学模型,研究了齿面磨损对齿轮动力学的影响。研究表明,轻载状态下大重合度直齿圆柱齿轮动力学特性受齿面磨损的影响较大,随着磨损量的增加,齿轮系统在拟周期运动与混沌运动之间有着复杂的变化过程;重载状态下,其动力学特性受磨损影响极小,齿轮系统长时间保持周期性运动。

带辅助轮摆臂的履带式机器人越障能力分析

履带式移动机器人因具有良好的环境适应性被广泛应用于军事和安全领域。为了改善现有摆臂履带式机器人结构复杂、重量和体积较大等不足,进一步提高其越障能力,提出一种带辅助轮摆臂的履带式移动机器人,设计该机器人的几何模型,分析其越障机理,推导摆臂的正逆运动学方程,分别建立有/无滑移条件下机器人的运动学模型。采用柔性体有限段模型法建立履带的多体动力学仿真模型。通过履带滑转率、机器人主体质心高度,履带与地面接触力及摆轮受力的变化,综合分析该机器人越障时的动力性能。在越阶、爬坡和越沟壑不同工况下,提出的带辅助轮摆臂的履带式机器人表现出良好的越障性能。

基于时间动态规划的机身冗余控制对接算法

为了提高中机身的对接精度,保证对接效率,减小支撑底板受力变形,提出了一种基于调姿时间动态规划的机身冗余控制对接算法。根据机身初始位姿以及机身对接精度要求计算机身目标位姿,以姿态调整量和调姿速度为约束条件计算调姿时间,规划调姿轨迹。通过调姿轨迹计算定位器各轴驱动量,控制电机联动实现中机身调姿对接。仿真实验结果表明,经过基于调姿时间动态规划的冗余控制对接,飞机机身调姿定位过程中支撑底板无受力变形,减小调姿时间的同时对接精度相对较高,满足机身对接同轴度要求。

基于最小能耗的双机器人协调搬运系统负载分配

针对由两台机器人组成的紧协调搬运系统,以期望轨迹下的最小能耗为目标,研究了双机器人紧协调搬运系统的负载分配方法。首先,在被搬运物期望运动轨迹下,结合机器人动力学和双机器人末端力约束关系,确定了被搬运物动态载荷和机器人关节力矩之间的关系。其次,取双机器人关节力矩的平方和作为系统最小能耗优化的目标函数,为保证被搬运物在搬运过程中不会因为过大的内力而导致变形和损坏,在目标函数中引入抓取矩阵的特定伪逆。然后,考虑机器人关节力矩约束,将目标函数的求解问题转化为二次非线性规划问题,并使用遗传算法进行了寻优。最后,以两台节卡Zu 5机器人搭建协调搬运平台,在期望搬运轨迹下,测得双机器人末端力与关节力矩,通过与理论计算值的比较,验证了负载分配的合理性和能耗优化方案的有效性。

基于深度联合收割机故障预警技术探析

面对基于因素空间、改进竞争威布尔模型故障预警技术缺少对联合收割机机构动力学分析,导致工作部件故障后转速预警精准度较低的问题,提出了基于深度学习的联合收割机故障预警技术研究。建立了一种基于深度学习的联合收割机机构动态特性分析模型,设计故障诊断流程,确定故障变量范围,建立故障诊断初始矩阵。以深度学习MMD最大均值误差估计值为基础,提取故障诊断特征向量。设置局部阈值规则,输出预警结果。由实验结果可知,该技术割台搅龙、输送槽和切流滚筒转速与实际转速一致,最大误差为2s,具有精准预测结果。

基于双螺旋推进的莲藕采收机器人设计

为探求中国农业机械装备在新能源大背景下的清洁绿色、电气化、智能化发展之路,提出一种电气化、高度智能化、可以自动采收莲藕的小型机器设计,能够解决莲藕采收的诸多难题。该莲藕采收机器人针对莲藕的复杂且人工介入困难的自然生长环境,以双螺旋滚筒作为推进结构,采用基于超级电容器的电动莲藕收获机器人复合能量系统,依靠物联网技术和定位技术实现自动规划路径,综合利用了传统的喷流式和铲掘式两种采收方式,设计了喷淋清洗传送装置,能够实现集采挖、涤荡和收集于一体的自动化采收过程。通过实验对比分析,莲藕采收机器人可以有效提高莲藕的采收效率和成品的完整率,大大降低能源消耗,大幅减少人力成本投入,实现节能环保,降本增效的有效统一。

混合动力汽车发动机启停工况扭振自适应模糊控制

混合动力汽车(hybrid electric vehicle,HEV)发动机启停过程伴随的转矩脉动,易诱发车辆传动系扭振,导致车辆动力不平顺。为解决上述问题,提出并验证基于电磁阻尼自适应模糊控制的传动系扭振主动控制方法。建立行星混联式混合动力汽车发动机启停工况动力学仿真模型和发动机启停控制逻辑,提出发动机启停扭振自适应模糊控制策略,开展2种运行状态下发动机启停工况仿真,对比分析无控制和自适应模糊控制下传动系扭转振动响应曲线。结果表明,自适应模糊控制相比无控制状态:定置停车时发动机启动和停机工况扭振平均衰减率分别为23.8%和30.1%,车辆行进间发动机启动和停机工况扭振平均衰减率分别为12.1%和23.6%。该方法可有效衰减发动机启停工况传动系扭转振动,提升混合动力汽车发动机启停工况NVH(noise,vibration,and harshness)性能。

透平式能量回收一体机水润滑转子稳定性研究

为了保障膜法海水淡化系统中透平式能量回收一体机的稳定运行,对一体机水润滑转子的稳定性展开研究。基于流体动压滑动轴承理论,同时考虑水润滑轴承和口环间隙水膜的流体动压润滑效应,在MATLAB平台上利用有限差分法、扰动增量法求解雷诺方程,得到水润滑滑动轴承及口环的动力特性系数,并对水润滑转子系统的动力学特征方程进行求解,进而判别转子系统的稳定性,研究了临界状态下系统转速与质量的关系。结果表明:口环间隙水膜的承载力在转子稳定性分析中不可忽略,否则将产生较大误差;考虑口环产生的动压润滑效应后,滑动轴承处水膜压力约减小40%,系统动力特性系数增加,系统的临界转速相较仅考虑滑动轴承时提升了3 000 r/min,临界质量提升了8.4%;滑动轴承的主刚度系数与交叉阻尼系数受转速的影响明显高于口环处。研究结果为提高海水淡化一体机水润滑转子系统的可靠性提供了参考。

悬臂同轴双转子系统不平衡耦合振动抑制试验研究

针对悬臂同轴双转子系统不平衡耦合振动突出问题,以某开式转子发动机输出端双转子系统为研究对象,对悬臂双转子系统振动耦合机理进行了理论推导、仿真分析和试验研究。首先,采用有限元法(FEM)建立了双转子系统等效动力学模型和耦合动力学方程,分析了悬臂同轴双转子系统耦合振动机理;然后,利用有限元软件对双转子系统进行了模态分析、临界转速分析以及不平衡响应分析,建立了自敏感系数概念以定量评价系统对不平衡振动的敏感度和耦合状态;最后,根据实际结构设计了悬臂同轴双转子实验台,进行了不同转速比下的不平衡振动抑制实验,并结合实验结果对仿真结果进行了验证。研究结果表明:模拟仿真提出的自敏感系数可作为双转子系统实际振动测点布置和不平衡振动抑制策略的理论依据;通过应用先平衡内转子后平衡外转子的不平衡振动分步抑振策略,可使双转子系统不平衡振动降幅达80%以上。该研究对双转子系统传感器测点布局和系统耦合振动抑制具有一定的指导意义。

跷跷板系统干扰补偿的分层滑模控制策略研究

为提高跷跷板系统在外部干扰下的平衡控制性能,提出一种基于指数收敛干扰观测器与切换增益模糊自适应分层滑模控制相结合的复合控制策略。首先,设计一种指数收敛干扰观测器,对系统受到的外部扰动等不确定因素进行估计补偿,以改善控制器鲁棒性。该观测器不需要状态变量二阶导的信息,可以应对实际工程中难以通过求导的方式获取加速度信号的问题。然后,针对跷跷板这类强耦合欠驱动系统提出一种分层滑模控制算法,并进一步针对滑模控制算法在未知大干扰下切换增益过大的问题,通过模糊规则的设计将切换增益模糊化,以降低系统抖振。最后,仿真和试验结果表明,相较于传统的滑模控制算法,该分层滑模控制算法抗干扰能力更强、切换增益更低。该策略可应用于类跷跷板平衡控制的实际系统。

基于ADAMS的Stewart平台运动学分析

针对在Stewart 6自由度并联平台设计中,支腿的运动学及动力学参数理论计算过于复杂的问题,课题组提出了基于ADAMS的Stewart平台反解与正解相结合的分析方法。首先,通过ADAMS反解求得支腿位移参数;然后,将位移参数转换为驱动函数添加在各个支腿上;接着,通过ADAMS正解求解支腿其余运动参数;最后,通过实例对比理论计算与ADAMS分析数据。结果表明:课题组提出方法求得的支腿位移与理论值之差均小于0.01 mm,支腿最大速度及最大加速度与理论值误差均小于2%,从而验证了该分析方法的合理性与科学性。该分析方法为工程中遇到的6自由度平台已知动平台驱动函数求解支腿参数的实际问题提供了一种高效的解决办法。

新型桩架多级变幅机构运动学分析

为了改善桩架的受力情况,提出了一种新型桩架多级变幅机构。该机构能有效减小前液压缸的弯矩,提高桩架在作业时的稳定性。首先,建立了空间坐标系,分析了该机构空间位置的正解和反解,继而推导出速度雅可比矩阵和加速度海森矩阵,得到了该机构的运动学模型;其次,根据变幅条件设定了机构参数和液压缸位移函数后,采用MATLAB软件分析了机构的运动特性,确定了液压缸收缩动作的衔接方式,并进一步分析了机构参数对变幅运动的影响;最后,将机构变幅运动的ADAMS仿真结果与理论分析结果进行对比。结果表明:所构建的多级变幅机构的运动学模型正确;机构可以平稳地将立柱从水平变幅至竖直,变幅过程中滑块始终上移,变幅后连杆与前液压缸垂直;在前液压缸减速收缩的同时进行后液压缸加速收缩有利于变幅平稳。研究结果可为新型桩架多级变幅机构的动力学分析和优化设计提供参考。

基于自适应鲁棒控制的电动爬楼轮椅车研究

针对国内外各种电动爬楼轮椅存在的结构复杂、功能单一和控制精度不高等问题,提出一种基于自适应鲁棒控制的轮腿式多功能爬楼轮椅车方案.首先,从电动轮椅常用模式出发,按照轮腿式结构和行星齿轮组特点,设计了一种双行星轮组的轮椅机构,可以实现行驶、升降、爬楼3种功能;然后,根据爬楼轮椅工作的3个过程,建立了机器人运动学模型,得到了机构运动学求解公式;在Adams中通过模型动作编写了step函数,仿真得到机构爬楼运动轨迹,验证其满足爬楼越障所需要求;最后,设计了一种自适应鲁棒滑模控制器,得到轮椅角度和速度跟踪曲线、控制输入曲线,验证了其控制策略的合理性,为后期样机搭建奠定了基础.