基于BP-NSGA-Ⅱ优化的高速电梯轿厢水平振动变论域模糊PID控制

针对影响高速电梯乘坐舒适性和安全性的轿厢水平振动问题,提出一种基于反向传播(Backpropagation,BP)神经网络和非支配排序遗传算法-Ⅱ(Non-dominant Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的变论域模糊PID控制方法。首先建立基于达朗贝尔原理的轿厢动力学模型,其次在传统变论域模糊PID控制的基础上建立以量化因子作为输入,轿厢水平振动加速度均方根和位移均方根作为输出的BP神经网络模型,最后将该模型作为NSGA-Ⅱ算法的适应度函数,通过NSGA-Ⅱ算法优化量化因子来提高系统控制精度。仿真分析结果表明:基于BP神经网络和NSGA-Ⅱ算法的变论域模糊PID控制方法对轿厢水平振动的抑制效果优于变论域模糊PID控制方法。

基于改进蚁群优化算法的AGV路径规划

【目的】针对传统蚁群算法(ant colonyalgorithm, ACA)在移动机器人(automatic guided vehicle, AGV)路径规划中搜索效率低、寻找路径长、拐点个数多等问题,提出一种改进的蚁群优化算法(ant colony optimization, ACO)。【方法】首先,在蚁群算法中加入预估代价值策略来改进启发函数,增强目标点的引导作用,提升搜索效率;然后,结合狼群算法(wolf pack algorithm, WPA)分配机制来更新信息素,解决路径规划时易陷入局部最优的问题;接着加入拐点影响因子来降低路径拐点;最后,采用动态避障策略来解决死锁问题。【结果】运用改进蚁群优化算法后,移动机器人路径规划时,最佳路径长度、迭代次数和拐点数等比传统算法分别降低9.7%、57.8%、65.0%。【结论】本研究结果能为移动机器人在复杂环境下的路径选择提供重要参考。

基于逆向工程的小型钻床立柱结构优化

立柱的结构性能是机床工作稳定的关键。为了满足在减轻立柱质量的同时提高其动静态特性,文章从机床结构模型获取出发,通过三维扫描采集机床零部件点云数据,然后利用逆向建模技术将其转换为实体模型,再使用有限元仿真求解立柱的关键性指标并完成优化。在模型获取方面,使用2D分析比较立柱实体外轮廓与点云数据偏差,测得整体平均偏差为-0.0509 mm,满足试验需求。在结构优化方面,采用多目标拓扑优化快速确定立柱结构整体布局,进一步使用尺寸优化减少总变形增大对机床加工精度的影响,实现在总变形基本不变的情况下,立柱1阶固有频率有效提高16%,质量减轻5.3%。该方法将逆向工程和有限元仿真集成运用,为有限元分析提供了逆向获取的模型参数,增加了结构优化的工程可靠性,为产品改进和再设计提供新思路,加快了新产品开发效率,节约了设计和制造成本。

垂直螺旋输送机输送特性及其参数优化研究

为了研究黏性物料(以潮湿的煤炭颗粒为例)在垂直螺旋输送机输送过程中的输送特性,以及以输送效率最大与叶片最大磨损深度最小的多目标优化问题,基于离散单元法(DEM)和非支配排序的遗传算法(NSGA-Ⅱ)的方法,研究了不同输送参数对螺旋输送特性的影响规律,并对垂直螺旋输送参数进行了优化。首先,基于DEM仿真研究了不同螺旋转速、螺距与间隙对垂直螺旋输送特性的影响;然后,对拟合后的回归模型进行了方差分析(ANOVA),并采用NSGA-Ⅱ算法对多目标模型进行了优化求解;最后,运用熵权法与灰色关联法对螺旋输送机进行了综合评价,确定了螺旋输送机的最佳输送参数。研究结果表明:煤炭平均质量流率随螺旋转速、螺距或者间隙的增加而增加,其影响程度顺序为:螺旋转速>螺距>间隙;叶片最大磨损深度随螺旋转速或者间隙的增加而增加,随螺距的增加而先减小后增加,其影响程度顺序为:螺旋转速>间隙>螺距;最佳垂直螺旋输送参数:螺旋转速n=360 r/min、螺距S=236.5 mm和间隙C=8.5 mm。以上研究成果可以为垂直螺旋输送特性的研究及设备优化提供一定的借鉴。

汽车服务工程课程教学改革探讨

汽车服务工程是汽车服务工程专业的一门概论课程,具有内容多、范围广、实践性强的特点。针对目前该课程教学中存在的学时少、教学手段单一、考核不全面等问题,优化了教学内容与考核方法,提出了校企联合教学、案例教学和任务式教学等多种教学方法,以期为该课程及类似课程的教学改革提供参考。

四点法圆度检测中测头最佳角位置的研究

在三点法圆度检测中测头最佳角位置研究的基础上,建立四点法圆度检测数学模型;在对四点法的测量精度进行理论分析的基础上获得了影响圆度检测精度的主要因素及函数;运用优化软件对其函数进行多目标优化求解,得到测头最佳角位置;搭建测量平台,通过多组对比实验对优化所得的角度的合理性进行检验。实验研究结果表明:在优化所得的角度基础上进行圆度检测,可以得到相对高精度的结果。此研究为后续四点法的圆度检测奠定了理论基础。

空气室对水煤浆隔膜泵性能影响的仿真研究

建立了水煤浆隔膜泵工作特性的数学模型,不依赖传统的“长管”和“短管”设计计算公式,用数值计算方法求解空气室容积。利用计算机对其影响泵的特性进行仿真,从而直观地检验该容积值是否恰当。

基于数字孪生的带锯床状态实时监控方法

针对传统金属带锯床加工过程中运行状态不稳定以及对运行状态实时监控效果差的问题,结合数字孪生技术,提出一种基于数字孪生的金属带锯床运行状态实时监控方法,构建了虚拟实体与物理实体互联的数字孪生体。首先,构建基于数字孪生五维模型的带锯床运行状态实时监控系统框架;其次,在获取锯床实际运行数据后,使用TWINCAT模拟PLC运行,通过XML文件的TCP/IP通信协议进行数据通信,完成数据的实时传输,最终将数据上传至MySQL数据库中存储;再次,开发了支持实时三维监测锯床运行状态的场景漫游功能、支持通过查询历史运行数据以再现锯床历史运行状态的历史重现功能;最后,测试验证了系统的实时性与有效性。结果表明:此系统实时性、交互性较好。

圆柱工件变锯深工况下恒定锯切力约束多目标进给速度优化方法

针对国内金属锯切过程中,变锯深工况下带锯床加工效率低、加工振动大的问题,提出基于恒定锯切力约束的进给速度优化方法。基于锯切力动力学模型,以提高圆柱零件加工效率和降低最大锯切力为优化目标,以恒定锯切力范围、临界锯切力、机床进给速度、机床功率为约束条件,建立进给速度优化模型,并采用基于精英控制的非支配排序遗传算法(NSGA-II算法)对锯切过程中的进给速度进行优化。实例验证了恒定锯切力约束的进给速度优化模型的有效性,达到了恒定锯切力约束目标,提高了加工效率,降低了最大锯切力。最后,通过ANSYS有限元分析软件对锯条的瞬态响应进行动力学分析,验证了变进给速度锯切的加工稳定性。

一种仿蝗虫弹跳机器人的设计与制作

为了提高小型机器人的机动性,增加运动步态的多样性,基于蝗虫的身体结构和运动机理设计了一款仿蝗虫弹跳的跳跃机器人,机身主体采用3D打印制作而成。为了复现蝗虫的弹跳动作机理,在机器人主体的连接处安装了扭转弹簧来模拟蝗虫的SLP机构(半月形储能机构),当机器人遇到障碍物时,扭转弹簧将储存的弹性势能释放,产生地面反作用力,实现机器人的弹跳从而越过障碍物。经实验验证,该机器人具有良好的跳跃性能,其跳跃距离可达100 cm,跳跃高度可达120 cm,约为自身身长的15倍。

气动流量阀阀座密封性能研究及结构优化

利用有限元软件ANSYS建立气动流量阀阀座密封结构的二维轴对称模型,以流体渗透压力(Fluid Pressure-Penetration)的加载方式模拟阀座密封结构的介质压力负载,研究介质压力、预紧弹簧力、阀座结构参数等对阀座密封结构密封性能的影响。结果表明:弹簧力与最大有效密封压力及无介质压力最大等效应变呈正相关;密封面外径及斜面倾角与最大有效密封压力及无介质压力最大等效应变呈负相关;密封面内径不影响最大有效密封压力。利用正交试验对关键密封参数进行了优化,优化后最大有效密封介质压力提高了14.14%,提高了阀座密封结构密封性能,而最大等效应变仅增大1.87%,对密封结构寿命影响很小。

小型陆空变形两栖机器人的设计与分析

多功能小型机器人具有广阔的应用前景。为满足不同的作业需求,设计了一种小型陆空变形两栖机器人,其既可以实现高效的地面移动,又能通过升空飞行来避开障碍物。该机器人采用双模式设计,地面模式采用两轮驱动的运动设计,飞行模式采用四旋翼飞行设计,2种模式的切换通过机器人倾转机构的支撑、伸展来实现。为了验证机器人的运动性能,首先采用SolidWorks软件建立了机器人整机模型,并对机器人进行运动学建模,推导得到了机器人模式切换过程的运动学方程。然后,对机器人舵机输出进行MATLAB仿真和开展机器人物理样机模式切换实验,得到的输出扭矩仿真结果与实测结果基本一致,其范围为0~250 N·cm。最后,利用机器人物理样机开展地面移动和空中飞行测试,并对其运动过程进行分析,以验证机器人陆空运动及模式切换的稳定性。研究结果验证了所设计机器人的有效性,且其具有较长的续航时间,可为陆空两栖机器人的设计提供参考。

面向车用空调压缩机活塞零件圆度误差评定的研究与实践

针对汽车空调压缩机活塞圆度评定计算复杂度大的问题,本文提出将凸壳算法应用到汽车空气压缩机活塞圆度评定中,删除与圆度评定无关点,然后用穷举法计算圆度误差,采用VB语言编写凸壳算法删点和圆度误差评定程序。经试验验证该方法可以保证评定精度、提高评定效率,为汽车空调压缩机圆度检测误差评定提供一种新的选择。

翅片式防爆柴油机排气冷却器烟气侧数值分析

建立了翅片式防爆柴油机排气冷却器的计算模型,通过FLUENT软件对其烟气侧进行了仿真分析,探讨了防爆柴油机排气冷却器烟气内部的流场及温度场分布规律,仿真结果与热平衡试验结果基本一致,表明建立的数值分析模型准确,为翅片式排气冷却器的设计优化提供了理论指导。

半自动汽车防晒罩设计说明

目前随着经济的不断发展,家用轿车的普及率越来越高,随之的汽车防晒罩类的产品也是越来越丰富。但是传统的防晒罩使用不方便,隔热效果不是特别突出。对此,我们本项作品半自动汽车防晒罩,一种将取出、存放与保险连为一体,利用磁条固定防晒罩边缘,并带有可伸缩支架的汽车防晒罩。包括带有磁条的汽车防晒罩主体,防晒罩保险装置,防晒罩主支架及辅助支架。其特征是:保险装置位于汽车后备箱中,防晒罩边缘装有磁条,防晒罩撑开后有支架令防晒罩内产生一个空气隔层,增强隔热效果。具有方便快捷,存放空间小,适用范围广,防晒效果好的优点,并在一定程度上节约资源,节能环保。适用于各种车型。

融合多策略的黄金正弦灰狼优化算法

【目的】为解决灰狼优化算法(grey wolf optimization,GWO)收敛精度不高,收敛速度较慢和易陷入局部最优等不足,提出一种融合多策略的黄金正弦灰狼优化算法(golden sine grey wolf optimization,G-GWO)。【方法】首先,利用非线性调整收敛因子、动态调整比例权重和引入黄金正弦策略对GWO算法进行改进;然后,选取三类基准测试函数进行寻优实验,并与GWO算法、其他智能优化算法和其他改进GWO算法进行对比,从寻优的收敛精度、鲁棒性和收敛速度方面验证G-GWO算法的优越性;最后,建立板料冲压成形工艺参数与质量参数的BP神经网络(BP neural network,BPNN)代理模型,选用8种算法分别优化BP神经网络的权值和阈值,对比优化后的代理模型精度,验证G-GWO算法在实际工程应用中的有效性。【结果】G-GWO算法在三类基准测试函数的收敛精度、鲁棒性和收敛速度较其他算法均有较大优势,优化后的代理模型最大减薄率相对误差为3.47%,最大增厚率相对误差为4.99%。【结论】改进策略能提高GWO算法的性能,这可作为建立高精度代理模型和后续的板料冲压工艺参数优化的参考。

异形薄壁不锈钢隔热罩冲压成形数值分析

针对异形薄壁不锈钢零件冲压成形过程中存在的成形不足与严重起皱等问题,借助Dynaform软件建立异形薄壁不锈钢隔热罩的有限元模型,分别研究了压边力、冲压速度、摩擦因数和模具间隙4个关键工艺参数对零件冲压成形质量的影响,并根据板料的厚度变化曲线确定了以上关键工艺参数的合理范围。通过增设拉延筋,利用正交试验法对关键工艺参数进行了优化。结果表明,相比优化前的冲压成形工艺,最大减薄率增大了1.22%,最大增厚率减小了2.42%,最大回弹量减小了4.07%,成形不足与严重起皱等问题得到有效抑制。通过试验验证,证实了优化后冲压成形工艺方案的可行性。

S型水轮机水动力性能研究

为了提高S型(Savonius)水轮机的水动力性能,应用Fluent软件构造其直叶片型和螺旋型三维模型,分别分析在不同扭角、不同叶尖速比和不同流速三种情况下的力矩特性及其捕能效率。仿真结果表明,传统直叶片S型水轮机旋转时存在负转矩区,而螺旋型S水轮机叶片形状会使水流产生竖直方向分量减小旋转产生的负转矩,提高水轮机的启动效率,当扭角为30°时,水轮机启动转矩达到最大,且随着叶尖速比增加,水轮机的功率系数先增加后减小,适用于叶尖速比较低的工况。当水流流速从0.5 m/s增加到2.0 m/s时,最大功率系数随着流速的增大而增大,提高了水轮机最大能量捕获系数。

抱持式车辆搬运器转臂冲击性能的研究

车辆搬运器是智能化立体车库中核心部件之一,用于对汽车的自动化搬运。抱持式车辆搬运器的转臂需要承受较大的工作载荷,故加速度冲击会影响其使用寿命。首先对不同滑槽曲线的抱持式车辆搬运器转臂的冲击性能进行了研究,利用牵连速度法计算不同滑槽角度下圆角弧线过渡对转臂加速度冲击的影响。然后根据分析结果,进一步提出一种无加速度冲击的高次滑槽曲线。最后通过MATLAB软件,以现有的几种滑槽曲线和高次滑槽曲线进行对比,图像显示,高次滑槽曲线能够实现搬运器转臂无加速度冲击。

防爆柴油机排气冷却系统工况仿真分析

以柴油机为动力源的工程车辆被广泛应用在石油、化工、军工、油漆等行业中,其作业过程往往会产生易燃、易爆物质,从而形成爆炸性危险环境,导致火灾、爆炸等安全事故的发生,为了保障安全生产,有必要对具有防爆特性的柴油机做深入研究。应用防爆叉车测试工况下的热平衡温度数据,对防爆柴油机及排气冷却系统的运行工况进行建模和仿真计算,并着重分析了防爆叉车测试工况系统下防爆柴油机排气冷却系统存在的问题,最后根据排气冷却系统试验研究数据分析和仿真结果,为防爆柴油机排气冷却系统的优化设计提供了方向及理论支持。