校园多分布式危化品的智能测控系统研制

危化品的智能管理和全过程使用监督,对保障实验室安全具有重要意义,是智慧校园建设的核心内容。为此,设计了一种基于国产统信UOS操作系统的校园实验室危化品存储柜分布式智能管理系统。该系统采用Python软件开发UOS主控系统,依托实验室内的局域网作为通信载体,构建分布式主从架构,支持从机快速复制机制。服务端通过局域网通信响应多分布式下位机应答指令和完成危化品使用相关数据库记录工作,客户端完成动作申请、授权并驱动单片机系统完成实验室开柜开锁动作。系统有效解决了“信息孤岛”问题,兼具封闭性、安全性和实时性的特点,为校园多分布式管理系统研制提供了可借鉴的解决方案。

教研联动推进新工科研究生单片机教学改革的探索与实践

探讨基于理论教学和科研案例联动理念的研究生核心课程全过程教学改革实践,提出从课程链顶层设计到具体教学内容规划的革新思路,将思政元素、学科知识导向和学生能力培养相互融合,调动学生的主观能动性,提升学生的实践能力,让学生高效融入核心课程学习,为推进其他核心课程的教学改革提供了参考。

基于课程链的新工科单片机课程改革研究

新工科提出的主要原因是我国传统工程教育培养出的工程人才与当前社会经济发展新需求不相适应,迫切需要通过工程教育转型升级来培养新型工程人才,为我国从工程教育大国向工程教育强国转变提供支撑。为此,该文提出基于课程链的新工科单片机原理及应用课程改革。通过统筹课程链前端和后端的课程体系,设计出更符合社会企业要求的培养方案。研究结果表明,明确创新课程教学内容与教学手段,增加多维度的实践训练;加强校企合作,促进创新协同培养模式的形成,推动课程教学的创新改革与发展,以适应新工科教育的发展思路与总体目标。

煤矿装备瞬态非平稳工况下故障特征提取研究

煤矿机械设备高转速、强冲击的瞬态非平稳工况,导致轴承故障特征难以提取。针对上述问题,结合回归滤波器与阶次跟踪,提出一种基于阶次跟踪的轴承故障特征提取方法。首先对轴承的非平稳信号进行基于短时线性调频小波变换的时频分析方法估计谐波的瞬时频率,然后通过回归滤波器自适应跟踪提取瞬态变化谐波分量以估计出瞬时相位,指导信号进行角度域重采样,最后进行阶次谱分析。实验结果表明:所提方法能够以较小的误差准确地表示出相应故障特征阶次,即能够准确提取出煤矿机械轴承的故障特征。

煤矿钻孔卸压试验台同步控制系统研制

为解决煤矿钻孔卸压实验机理研究,以及双轴系统运动过程中的同步控制误差过大等问题,研制了一种可用于井下钻孔研究的双轴控制试验台,提出了一种结合模糊滑模和交叉耦合控制的同步控制策略。首先,根据钻孔试验台结构和运动特点建立系统简化模型,分析了双轴进给系统的数学模型与不同步误差。然后,设计了模糊滑模自适应交叉耦合控制器,其中单轴采用模糊滑模控制,双丝杠间的同步方式采用模糊自适应PID交叉耦合控制,同时建立了基于LabVIEW的双轴电机控制系统。最后,通过仿真实验对比验证,模糊滑模交叉耦合控制相比于普通交叉耦合控制,同步转速误差<5 r/min,提高了系统的同步控制性能。

基于虚拟仪器的机械传动试验台测控系统

采用虚拟仪器技术,对机械传动产品试验台测控系统进行了改造。该系统采用LabVIEW软件作为开发平台、用PCI-6024E的采集卡取代了原系统中的两套JW型转矩仪和两个D/A转换卡等。增加了振动测量和室温测量,可以精确测量被试件的温升,根据振动情况分析被试件的性能。该系统实现了测量、数据处理、控制、记录、报警等功能。采用虚拟仪器技术对传统控制系统进行改造,具有成本低、性能好、性价比高等特点,是旧设备改造中行之有效的方法。

数据采集卡测量数字传感器信号的方法研究

通用数据采集卡上的定时/计数器个数有限,要用其构建含多个数字传感器的测量系统存在困难;为了解决上述问题,常规采用硬件扩展法,即在系统增加多路转换开关或者定时/计数器卡,但存在结构复杂、响应速度慢、性价比低等缺陷;文中在研究定时/计数器原理的基础上,用模拟IO或数字IO完成数据采集、用软件实现定时、计数功能;并在搭建的液压系统上,对液压系统回路中的流量进行了测量、精度分析,给出了其具体的实现过程;实验证明,新方法减少了设备投资,提高了系统响应速度,节约成本,具有推广意义。

虚拟仪器在机械传动试验台扭矩测量中的应用

应用虚拟仪器技术,对机械传动试验台进行了改造。扭矩测量使用JC型扭矩转速传感器,数据采集采用PCI-6024E数据采集卡,用LabVIEW语言编程,简化了测控系统,提高了测量精度,实现了对机械传动试验台信号进行数据采集、处理,并进行显示、存储、打印。研究采用不同的数据处理方法,对扭矩信号进行处理,得到了精度较高的数据处理方法。并对不同处理方法对精度的影响进行了分析。

基于深度学习的蚕茧智能分选方法

提出了一种基于改进的YOLOv5模型算法的蚕茧缺陷检测的智能分选方法。首先,搭建视觉测量系统,实时高效采集高分辨率的蚕茧图片。其次,利用空域的方式对样本图像进行特征增强;使用K-means++聚类算法,对本文数据集进行尺度分类,以更好地适应各种目标尺度的检测;此外,对YOLOv5模型检测部分进行修改,使用挤压激励(SE)模型,在前3个特征尺度的特征输出部分中添加该模块,以提高模型的有效特征响应。最后,对检测结果进行对比。实验结果表明:改进后的方法对特征检测的平均精度均值(mAP)提高了5.5%,其缺陷的检测精度为96.6%、检测速率为43 fps,能够实现对蚕茧缺陷的精确检测,实现蚕茧的高效精确智能分选。

智能化齿轮双面啮合仪测控系统研制

针对传统机械式齿轮双面啮合仪存在人工操作不规范的问题,智能化改造国产某型齿轮双面啮合仪,实现设备的二次开发与利用。文中系统以PLC、伺服驱动系统、激光位移传感器和上位机为主要硬件平台,搭载基于LabVIEW开发的人机交互界面,实现齿轮参数的测量和加工质量评定;设计游标跟随功能,实现产品齿轮异常位置的精准定位。试验结果证明:智能化改造后的齿轮双面啮合仪测控系统测量结果重复性误差较小,满足工业现场齿轮主要参数自动化测量的要求。

基于谐波匹配补偿和无键相阶次跟踪的轴承故障诊断

煤矿机械设备轴承在强冲击、大载荷工况下产生的振动信号表现出强烈的瞬态非平稳与局部非线性特性。经典的时域统计分析方法和全局域变换方法难以识别故障特征;传统阶次跟踪方法存在设备安装不便、难以获取瞬时频率的问题;传统的无键相阶次跟踪方法在转速波动剧烈的条件下估计出的瞬时频率精度低,导致故障识别效果差。针对上述问题,提出了一种基于谐波匹配补偿和无键相阶次跟踪的轴承故障诊断方法。首先,利用基于谐波匹配补偿的时频分析方法对轴承振动信号进行处理,准确估计瞬时频率;其次,通过Vold-Kalman滤波方法自适应提取谐波分量信号;再次,采用Hilbert变换计算谐波的瞬时相位,进而获得时间域与角度域的映射关系,完成原始时间域信号在角度域的重采样;最后,对重采样的信号进行快速傅里叶变换,通过分析包络阶次谱,实现轴承故障特征识别。仿真和试验结果表明,该方法估计的瞬时频率与实际值之间的最大相对误差不超过1%,表征轴承故障特征阶次准确且明显,可有效诊断轴承故障。

麻花钻螺旋面刃磨的研究

在分析螺旋面刃磨法的基础上,提出了运用螺距合成的原理,取代传统螺旋面刃磨法中的凸轮机构,通过设置步进电机的不同转速,可以对麻花钻后刀面进行螺旋刃磨和变导程螺旋刃磨。给出了相关的理论依据,实验证明此方法比传统螺旋面刃磨法更具实用价值。

基于智能报警的刀具状态在线监测技术

为了提高机床加工过程中刀具磨损的监测能力,选择主轴电流和进给电流为主要信息,基于小波分解及软测量模型进行电流信号的多特征提取,从加工进给和主轴驱动两方面反映刀具磨破损信息;在此基础上,基于Parzen视窗法进行多特征信息的数据融合,构建智能报警模型,并依据拉依达法则确定报警边界,从而实现刀具状态的智能报警。将该技术应用到机床的加工中,实验证明可以实时地监测刀具运行状态并进行磨破损报警。

基于LabVIEW的滚动轴承非平稳过程监测诊断及性能评估系统的开发

以LabVIEW软件为开发平台,建立滚动轴承非平稳过程故障诊断及性能评估系统,完成系统硬件和软件的设计。系统采用NI9234数据采集卡,针对变工况下滚动轴承振动和瞬时角速度信号进行采集和分析。该系统集成了多通道数据采集、试验台控制、数据库存储以及基于该文研究算法的测试分析等模块。

一种新型振动攻丝机

对研制新型振动攻丝机的必要性进行了分析,确定了新型振动攻丝机的功能要求。研制的新型振动攻丝机采用了机械式激振器,主轴既作回转运动也产生振动;在主轴上设有螺纹,由两个步进电机分别控制主轴螺杆和螺母转动,可以合成要求的螺距,实现了通用靠模的功能;能同时实现周向振动和轴向振动;控制系统采用了主、副控制器结构。该机经试验达到设计要求,对于振动挤压攻丝有较好的效果。

基于改进YOLOv5通用电气控制板装配识别的方法研究

针对电气控制板在人工装配过程中漏接、漏装及装配准确率低等问题,提出了一种划区域采集装配图像并用改进的YOLOv5模型算法检测电气控制板装配情况的方法。首先,设计了一种双轴活动的相机控制台划区域采集装配情况的图像;其次,添加Squeeze Excitation(SE)模块建立各通道之间的联系,根据不同通道的权重进一步对特征进行加权;再次,将Transformer Prediction Heads(TPH)集成到YOLOv5上,同时用BiFPN替换PANet结构。实验结果表明:基于深度学习改进的YOLOv5算法优于改进前的算法,其器件的检测精度达到96%,检测速率为26帧/秒,能够实现电气控制板上器件的精确检测和识别,满足设备制造过程中对装配准确率提升的需求。

基于虚拟仪器的远程温度测量系统

采用虚拟仪器与智能仪器相结合的方法,构建了温度测量系统。相对采用PCI总线采集卡采集来说,本系统性价比高,并可实现远程数据采集,方便温升、温升变化率等故障特征的提取。

数字传感器信号测量方法的论证

在研究数据采集卡定时/计数器工作原理的基础上,提出采用模拟信号输入或数字信号输入代替定时/计数器的数据采集方法。并对搭建的液压系统回路中的流量进行了测量、精度分析,给出了其具体的实现过程。

盾构机回转支承疲劳寿命试验台研制

为解决盾构机回转支承疲劳寿命试验因耗时长所带来的能量损耗巨大的问题,研制了一种盾构机回转支承疲劳寿命试验台。建立了试验台的三维模型,并阐述了该实验台中分布式的机械功率封闭式结构及原理。通过对试验台的传动仿真分析,验证了在空载和带载工况下驱动单元只是使试验台能够以一定转速运转。通过空载和带载台架试验,评估在不同试验扭矩下试验台的节能效果。试验结果表明,该疲劳寿命试验台能够实现节能,可为回转支承的疲劳寿命试验提供有效参考。

基于FPGA的多轴功率封闭试验台测控系统

针对目前国内在盾构机主轴承领域缺乏性能量化评价方法,设计了一种基于机械功率封闭式盾构机主轴承工况模拟试验平台,实现对该试验平台的控制、测量、记录、数据处理等功能。研制基于多传感器信息融合的测控系统,对试验过程中盾构机主轴承进行实时监测。同时为了提高该试验台驱动系统同步性能,采用FPGA对该试验台进行伺服驱动信号控制。系统整体具有性能优越、机械同步性高、集成度高等特点,对该类回转支承性能量化评价领域的发展具有重要意义。