采摘机器人机械手避障方法研究——基于遗传优化和模糊PID控制器

为了提高采摘机器人机械手移动的自动化程度,使其在移动过程中有效避开障碍物,将基于PID控制器的避障系统引入到了机械手的设计上,并采用遗传算法和模糊算法对控制器进行了优化,提高了机械手移动的准确性和平稳性。模拟采摘机器人机械手的作业环境,对机械手的避障功能进行了测试,结果表明:机械手可以成功躲避障碍物,且采用遗传和模糊算法优化的机械手具有更高的移动平稳性,对于提高果实采摘效率和质量具有重要的作用。

三维互穿结构Cu-W触头抗熔焊机理

触头闭合回跳电弧引起的开关电器动熔焊问题,直接影响大功率接触器的电寿命和可靠性。为此设计了2种三维互穿有序结构的四边形和菱形十二面体的Cu-W复合材料触头,围绕触头动熔焊过程中的电弧、熔池、液滴溅射及凝固相变降温等问题,建立触头熔池流体动力学模型和冷凝降温数学模型,研究了2种有序结构和商用无序结构的触头阳极在闭合回跳电弧作用下熔化温度分布、熔池喷溅形貌和接触区域金属凝固过程,通过模拟熔焊实验平台进行了熔焊力验证。结果表明,通过调节三维互穿有序W骨架结构,能够有效抑制熔池扩散和液态金属喷溅,并降低熔焊力,从而提高Cu-W复合材料的抗熔焊性能。

多簧片结构的磁保持继电器多物理场刚柔耦合仿真模型建立和实验分析

多簧片结构的磁保持继电器衔铁转动引起的触点碰撞、弹跳现象使运动过程复杂,静、动态特性理论分析和仿真模型建立困难。以某型号多簧片结构的磁保持继电器为研究对象,理论分析结构拓扑及工作机理,考虑触点间切入深度,引入狄拉克函数和赫维赛德函数,解决簧片受力分散及触点由于碰撞、弹跳引起的作用力不连续问题;将簧片等效为悬臂梁,基于欧拉-伯努利梁理论建立触簧系统三簧片分段耦合动力学模型。利用Ansys Maxwell引入基于误差的自适应网格划分方法求解电磁机构静态特性;考虑触簧系统簧片运动变形效应,通过ADAMS基于模态理论,构建刚柔耦合动力学仿真模型。基于分段动力学思想,搭建电-磁-机械运动多物理场刚柔耦合仿真模型。利用高速摄像机、电流探头等设计磁保持继电器实验方案,搭建实验平台,测试并分析磁保持继电器触点吸合运动时间、触点压力、弹跳时间、线圈电流,并分析人工装配簧片引起触点压力不同使继电器动作过程存在的不一致性问题,验证该文所提多簧片结构的磁保持继电器特性分段耦合分析方法和多物理场刚柔耦合仿真模型的有效性。

基于Bayes推断的交流接触器剩余电寿命预测

针对交流接触器可靠性开展研究,首先分析交流接触器的电弧侵蚀机理,建立了计及电弧电压及电弧重燃影响的电弧侵蚀模型,根据该模型仿真得到的交流接触器性能退化特征参量变化过程与交流接触器的实际退化规律一致。分析不同工况下性能退化数据特征,提出了不同工况下先验信息的等效折算方法,解决了不同工况下的先验信息利用问题。建立了基于Bayes推断的交流接触器剩余电寿命预测模型,提高了剩余电寿命预测精度,实现了利用不同工况下性能退化数据对交流接触器进行剩余电寿命预测。在AC-4、AC-3两种工况下进行了交流接触器电寿命仿真分析及实验分析,相对误差均小于5.5%,验证了方法的准确性。

基于OPC UA的虚实结合实验设计与实践

OPCUA是一种面向未来的工业通信技术,是实现智能制造的关键技术之一,在工业网络系统中得到越来越广泛的应用。为促进教学资源同步技术发展,以OPCUA技术为出发点,设计了基于OPCUA通信的客户端仿真、系统虚拟仿真、实践操作三个进阶实验项目。项目开发充分利用行业已有客户端测试软件和虚拟仿真软件资源,兼顾线上、线下学习,内容由基础到综合、虚实结合,旨在提升学生新技术应用能力和自主创新能力,更好地服务于智能制造转型升级和发展,为相关专业的实践教学及资源开发提供参考。

接触器低速大吸力合闸优化控制策略

为了更好地抑制接触器合闸触头弹跳,提出一种控制策略以优化合闸过程。首先,利用线圈电压与电流作为输入构建参数观测器,实时观测接触器的动态吸力、弹簧反力、动铁心速度及位移。在此基础上,构造双闭环控制结构,外环采用模糊控制逐次调节超程前吸力裕量,内环将吸力裕量与实时弹簧反力叠加用作参考吸力,进行吸力闭环控制,实现外环动铁心合闸速度的逐次迭代优化。将观测位移与触头开距进行实时比较,一旦动铁心运动到超程阶段时,增大吸力参考,使电磁吸力快速增加,实现触头的低速大吸力合闸,以压制动铁心反弹,尽量抑制触头弹跳,并兼顾可靠合闸。通过仿真与实验验证了方案的可行性,该控制策略对依靠电磁力进行操动的电磁及永磁开关的合闸优化具有一定意义。

单稳态永磁接触器集成化磁链闭环控制技术

鉴于单稳态永磁接触器现有的控制方案存在成本高、可靠性低且优化困难等缺陷,该文提出一种集成化磁链闭环控制方案。首先,将电机传动领域的专用集成功率芯片应用到单稳态永磁接触器的智能控制中,设计其集成驱动电路;在此基础上,采用磁链闭环直接控制接触器的总磁链,在合闸过程中仅需设置一较小的恒定磁链参考值,即可实现自动弱磁,防止合闸末期永磁力过大造成严重的触头弹跳;在分闸过程中仅需设置总磁链参考值为0,即可使电磁磁链实时抵消永磁磁链,防止产生剩余吸力,造成分断速度降低,进而提高分闸性能。该文提出的方案既简化了单稳态永磁接触器硬件控制电路的设计,又降低了其优化控制的难度,对高性能永磁接触器的工程推广具有参考价值。

磁链闭环控制下接触器的优化设计方法

该文对接触器的优化设计进行研究,将磁链闭环控制引入接触器本体优化设计中,实现控制策略与本体优化设计的协同。首先,综合考虑接触器的外部漏磁和磁场分布特性,在三维有限元动态仿真的基础上构建改进的磁路模型,以实现磁路模型的参数化计算。然后,提出了一种改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与磁路模型相结合进行优化设计,以Pareto前沿个数判断种群进化进程,实现自适应遗传-差分混合进化策略,提高了多目标优化设计算法的全局收敛性和收敛速度。最后,将恒磁链闭环控制策略与多目标优化设计相结合,通过减小接触器的电磁惯性、机械惯性及提高控制磁通密度,来提高机构响应速度和磁性材料利用率,同时减小触头弹跳。仿真及实验验证了改进磁路模型及多目标优化设计方法的有效性。

现代运动控制教学实训设备的设计与实现

电机控制是现代电气自动化技术专业学生须掌握的技能,也是培养学生工程实践能力的主要途径。目前运动控制实训教学设备中仍大多以继电器—接触器控制和PLC控制继电器方式为主。随着工业互联网、人工智能、工业大数据的发展,采用工业网络通信控制电机的方式应用越来越多,通过网络通信控制电机的方式无复杂的控制接线,搭建的系统具有极高的灵活性,适应现在电机控制的发展需求。为此,本项目在传统教学设备的基础上,集成工业网络控制、PLC和继电器-接触器控制电机的方式,完成现代运动控制教学实训设备的设计。

EconoDUAL封装、母线电压800V的1200A IGBT功率模块设计与开发

提高车规级功率模块的功率密度对电动汽车的性能具有重要意义,而传统功率模块内部采用的二维布局杂散电感大,限制了开关速度与母线电压,影响功率密度的提高。为此,以EconoDUAL封装的IGBT功率模块为对象,使用叠层DBC的方法进行三维布局设计,开发出了1200 V/1200 A的IGBT功率模块;详细介绍了所提功率模块的布局结构,与传统二维布局方法相比,杂散电感下降了58%;同时,对功率模块进行电气性能测试,通过了母线电压800 V下脉冲电流为1200 A的双脉冲实验,证明了模块功率密度的提高。为了在提高功率密度的情况下不影响散热性能,功率模块底部使用了水冷PinFin散热器,并对其进行了散热仿真和结-水热阻的测试,结果表明,IGBT热阻为0.084 K/W,二极管热阻为0.124 K/W,与同封装下商用1200 V/900 A模块相比并无明显差异,证明了所提设计方法的正确性及有效性。

采用大芯片的高功率密度SiC功率模块设计

碳化硅SiC(silicon carbide)器件具备耐高压、低损耗和高热导率等优势,对电动汽车行业发展具有重要意义。提出一种利用大芯片封装的SiC MOSFET功率模块设计,并开展实验分析模块的电气性能;搭建仿真对仅有电特性与电特性和温度负反馈结合这2种情况下模块温度进行对比研究。仿真结果表明,在相同工作条件下,采用大芯片封装设计的SiC MOSFET功率模块导通电流能力更强,温度变化更小,电气性能有所提升。

基于滞环控制的航空发动机快速电磁阀控制仪设计

使用滞环控制方法实现快速电磁阀两端电压的脉宽调制,精确控制流过快速电磁阀的强激电流和维持电流的幅值,使用变频变占空比的方法控制流过快速电磁阀电流脉冲的占空比,具备输入过压、输入欠压和输出短路保护功能,设计了一款基于滞环控制的快速电磁阀控制仪。该快速电磁阀控制仪已经在航空发动机快速电磁阀及其主燃油控制附件的维修过程批量使用,杜绝了因控制器输入信号不稳定导致的航空发动机主燃油系统故障,且抗干扰能力强,能够预防维修过程人为差错,起到了提高航空快速电磁阀维修质量的作用。

基于多特征增强融合的交流接触器状态表征

准确掌握交流接触器的运行状态是实现交流接触器智能化的基础,为此提出了一种基于多特征增强融合的状态表征方法。首先针对交流接触器特征参数非线性、非平稳、随机变化、趋势性不明显但符合一定统计特性的特点,利用Wasserstein概率距离进行特征变换得到趋势性较强的初态特征;然后以多属性初态特征参数为驱动,考虑参数间强耦合的特点,利用自编码器神经网络进行特征压缩提取,剔除冗余信息,保留有用信息;在此基础上,以压缩提取特征为输入,通过自组织映射神经网络来实现多维特征的竞争性融合输出,得到交流接触器运行状态的综合健康指标,实现交流接触器状态的定量表征。最后,结合实测数据验证了所提方法的有效性,并与其他2种方法相比较,结果表明:所提方法得到的健康指标趋势性、单调性和鲁棒性相比其他2种方法分别至少提高了4%、24%和5%,研究可为下一步研究交流接触器的精准控制和智能化提供参考。

基于超程时间退化特性的电磁接触器寿命预测方法

从接触器失效机理出发,通过有限元和动力学仿真详细分析超程时间退化过程,进而提出一种基于超程时间退化特性的电磁接触器寿命预测方法。建立基于超程时间退化特性的电磁接触器寿命预测模型,设计并搭建接触器可靠性试验平台,并基于SJD-10048NK电磁接触器试验数据,分析预测接触器的剩余寿命,相对误差约为10%,验证了所提方法的有效性。结果表明所提方法能够对接触器寿命进行准确预测,对于接触器的可靠性状态评估及其维护管理具有重要指导意义。

并联双线圈式直流接触器电磁机构合闸动作特性

直流接触器是新能源系统以及电动汽车中配置最为广泛的开关电器之一。而直流接触器的动态特性是衡量直流接触器性能的重要指标之一。文中以并联双线圈式直流接触器为研究对象,建立了直流接触器电磁机构的动力学模型,利用基于Adams与Maxwell软件的联合仿真研究方法对直流接触器的电磁机构进行合闸过程的仿真分析,研究结果表明,机构合闸动作的仿真合闸时间与试验合闸时间相吻合,验证了该仿真方法的正确性。同时研究了弹簧参数和线圈参数等因素对机构合闸运动特性的影响,发现在一定范围内弹簧预压力变化对合闸时间影响不大,线圈安匝数增大会导致合闸时间变小,线圈内阻增大会导致合闸时间变大且动触头弹跳更剧烈。文中的仿真方法与结果能为直流接触器电磁机构的改进设计与优化提供一定参考。

不同磁场条件下直流接触器电弧开断特性的仿真研究

直流接触器是实现分断、功率切换以及故障保护等功能的关键器件。文中以某直流接触器为例,建立了直流接触器氢气电弧特性仿真的二维磁流体动力学模型,该模型综合考虑了外部负载电路、触头运动以及非均匀外部磁场等因素对接触器电弧特性的影响,仿真研究了不同磁钢厚度下密闭式直流接触器内电弧开断过程中的电流电压变化曲线以及温度场分布。研究结果表明,在不同磁钢厚度的非均匀磁场作用下,450 V/400 A、充气压力为4 atm(1 atm=101 kPa)的直流接触器内部电弧的燃弧时间有所不同,并且随着磁钢厚度增大,磁场强度变强,燃弧时间缩短,磁钢厚度为5.5 mm时的燃弧时间最短。

基于双延迟深度确定性策略梯度的受电弓主动控制

弓网系统耦合性能对于高速列车受流质量起着至关重要的作用,提高弓网耦合性能,一种有效的方法是针对受电弓进行主动控制调节,特别是在低速线路提速及列车多线路混跑时,主动控制可通过提高弓网自适应适配性,有效降低线路改造成本并提升受流质量。针对受电弓主动控制问题,该文提出一种基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)的深度强化学习受电弓主动控制算法。通过建立弓网耦合模型实现深度强化学习系统环境模块,利用TD3作为受电弓行为控制策略,最终通过对控制器模型训练实现有效的受电弓控制策略。实验结果表明,运用该文方法可有效提升低速线路列车高速运行时弓网耦合性能及受电弓在多线路运行时的适应性,为铁路线路提速及列车跨线路运行提供新的思路。

采用金豺优化的LLC谐振变换器自抗扰稳压控制

为解决LLC谐振变换器采用传统PID控制时抑制负载冲击能力差的问题,提出采用金豺优化算法(golden jackal optimization,GJO)的改进线性自抗扰控制方法。该方法基于状态空间表达式,结合降阶模型中的参数信息,改进扩张状态观测器的系数矩阵。利用频域拟合的方法获得线性自抗扰控制器参数初值,避免了繁复的人工调参过程。使用GJO算法对线性自抗扰控制器参数寻优,进一步改善控制器性能。实验结果表明,相较于PSO-PID控制器,GJO-MLADRC控制器有效提高了LLC谐振变换器在系统扰动较大的情况下的动态性能,在负载突增、突降2种工况下,调节时间分别缩短了1.5、1.0 ms,输出电压最大波动量分别减小0.10、0.05 V,改进后的LADRC控制策略有效地抑制了恒压模式下负载波动对输出电压的扰动。

《PAC技术及应用》在线课远程实训研究

在线课程已经普及,但是效果提升还在不断进行,不同的课程有不同的方法。《PAC技术及应用》通过在线课程实践环节加入远程实训,通过多种联机方案,实现设备共享;优化课程设计,注重项目选取达到“学中玩、玩中学”,既提升了疫情防控期间课程的教学效果,也增强了课程的适应性。适用于制造大类各专业学生在线学习自动化知识和技能,同时课程的设计也符合《职业教育法》提及的社会培训或企业扩招班的实践教学活动,具有很强的实用性和普及性。

Cu含量对Ag/LSCO电接触材料物理性能的影响

采用溶胶凝胶法辅以高能球磨工艺合成Cu粉体改性La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)(LSCO)粉体,用粉末冶金工艺结合热挤压技术制备了系列Cu改性Ag/LSCO电接触材料与成品丝,研究了Cu粉体对改性Ag/LSCO材料界面润湿性、物理力学性能等影响规律。结果表明,随着Cu含量的增加,改性Ag/LSCO-xCu(x=0、1、2、4、6、8)电接触材料的电阻率呈先增加后减小的趋势,与Ag和LSCO基底的润湿角变化趋势相一致,但其密度和硬度性能变化趋势相反;当Cu含量为4%时,Ag和LSCO-4Cu基底的润湿角达最小值55.0°,相应的成品丝(φ2.35mm)性能最佳:电阻率2.29μΩ·cm,硬度(HV^(0.3))946.7MPa,密度9.73g/cm^(3),断后延伸率3.9%,为纯Ag/LSCO的3.9倍。