基于RFID和磁导航的AGV小车S7-1200PLC控制系统设计

该项目利用S7-1200PLC作为AGV主控制器,采取驱动轮差速进行转向控制,采用磁导航传感器和RFID标签传感器实现循迹和定位功能,实现AGV小车在立体仓库、VMC850数控加工中心、CK40S数控车床、RB20工业机器人、装配单元之间产品的搬运功能。

“主动面向、科教融合、双轮驱动”——工程管理专业新工科改革与引领的探索实践

面对国家战略需求以及新一轮科技革命和产业变革所带来的严峻挑战,工程管理专业建设正面临转型升级的迫切需要。西安建筑科技大学工程管理专业始终坚持改革探索与自我革新,在新工科背景下,努力探索工程管理专业改造升级路径、人才培养模式、课程体系建设、创新体系建设、平台建设和机制体制设计;坚持“主动面向”,以国家重大战略需求和科技创新的双轮驱动为导向,拓展专业内涵,加速科教融合,积极探索和重构专业课程体系;创新“精课程、微课堂”的课程建设和教学模式;开发“工程管理云专业”平台,大力推动“2+X”创新体系建设,构建“师生成长共同体”。为探索和形成工程管理专业发展的新模式、新路径、新体系提供重要支撑和经验借鉴。

产教融合背景下基于“四轮驱动”机制的高职建筑设计类课程教学创新与实践

根据高职人才的创新创业能力培养要求,结合建筑设计专业的特点,针对传统课程项目化教学模式的不足,提出构建高职院校“建筑设计”课程项目“意识引动”“平台助动”“教学推动”“研赛带动”的“四轮驱动”教学机制;深化产教融合,以培养学生创新创业能力为目标,以“双师型”建筑设计大师创新创业工作室为平台,针对学生个性化需求,进行分学期阶段、分阶段项目、分项目任务、分任务内容的分类培养,使“建筑设计”课程项目教学实现“产、教、学、研、赛、创”相互融合,为高职建筑设计类课程项目教学模式的创新与实践提供参考。

渗层强化的果园运输机驱动轮耐磨性能

为解决牵引式果园运输机绳-轮驱动系统驱动轮绳槽磨损严重而导致牵引滑移失效的问题,该研究对基于渗层强化的果园运输机驱动轮耐磨性能进行了分析。首先通过ANSYS软件探究了驱动轮表面应力应变随其硬度的变化规律;随后采用热扩散沉积(thermal diffusion, TD)技术对45钢驱动轮进行了渗钒与渗硼处理,并对渗层的显微结构、力学性能和摩擦磨损特性进行了对比分析,最后利用运输机模拟台架对渗层强化后驱动轮的应用性能进行了测试。结果表明:驱动轮渗钒层和渗硼层厚度分别为20.9和97.3μm,均与基材结合较好;且由于渗层中碳化钒、硼化铁等硬质相的存在,渗钒层与渗硼层硬度分别达到22.08和13.45 GPa,较未处理前提升3~4倍;往复摩擦试验下渗钒层与渗硼层表面摩擦系数分别为0.47、0.44,较45钢分别下降19%、24%。运输机模拟台架应用性能测试表明,干摩擦下渗钒与渗硼处理后驱动轮的平均磨损量较45钢分别降低了88%和81%,其中渗钒驱动轮表面磨损较小;油润滑下渗钒与渗硼处理后驱动轮的平均磨损量较45钢分别降低了92%和85%。综上,热扩散渗钒与渗硼处理均可大幅提高驱动轮抗磨性,其中渗钒层具有更高的硬度与耐磨性,但在应用时需进行实时油润滑,更适合对满足定时维护条件下的驱动轮进行强化;而渗硼层耐磨性虽有所降低,但可在干摩擦下使用,更适合对野外山地环境下无法满足润滑的驱动轮进行强化。该研究结果可为改善牵引式果园运输机驱动轮耐磨性提供可行技术方案。

基于CKF的四轮驱动电动汽车质心侧偏角估计

针对传统质心侧偏角观测精度不高、实时性能差的问题,提出了一种基于CKF算法的质心侧偏角观测器。首先基于CKF算法结合Dugoff轮胎模型,实时观测路面附着系数,计算实时的轮胎力。再结合七自由度整车模型,基于CKF算法,实时、精确观测车辆的质心侧偏角。最后,利用Simulink/Carsim联合仿真验证平台和硬件在环平台进行仿真验证。试验结果表明,CKF算法相比与传统无迹卡尔曼滤波估计精度更高、实时性能更好,较好的改善了传统质心侧偏角观测器在非线性条件下的观测精度。

考虑道路识别的四驱电动汽车再生制动策略

为了充分利用路面附着条件分配再生制动力,提高制动能量回收率,根据双电动机四驱结构电动汽车复合制动系统的特点,对其制动能量回收控制策略进行了研究.分析了驱动轮与地面附着特性,设计了道路识别器来计算每个轮胎与当前路面之间的峰值附着系数,并使用模糊控制策略确定每个车轮与8种道路的滑移率和附着利用率的相似输入.根据双电动机外部特性的制动力分配关系,提出了使更多制动能量回馈给电池的策略.结果表明:制动强度为0.3时,能量回收率为65.55%,具有较高的回收效率.

考虑制动意图识别的四驱电动汽车制动控制策略

为进一步提高制动能量回收率,考虑不同工况下驾驶员不同制动意图所需的制动效果,提出了一种四驱电动汽车制动控制策略。首先,针对常规制动工况,基于常规制动意图识别,从制动能量回收率、稳定性和安全性角度分别设计控制策略;其次,针对滑行工况下的不同滑行制动意图,判断电机制动力是否介入及何时介入,并根据驾驶员所需的滑行距离计算电机制动力的大小;然后,由台架试验获得前后电机外特性并建立前后电机最优利用效率模型;最后,利用Carsim和Simulink进行了联合仿真分析。仿真结果表明,在新欧洲驾驶循环(New European Driving Cycle,NEDC)工况下,与并联控制策略相比,能量回收率提升了13.64百分点;在滑行工况下可有效识别驾驶员需求滑行距离,提升了整车滑行经济性。

四轮独立电驱动越野车驱动力优化控制

为了充分利用四轮独立电驱动越野车各轮转矩独立可控的优势,提高越野车的牵引力和越野能力,提出了一种驱动转矩协调控制策略.根据越野车前后轴载荷预分配驱动电动机转矩,利用基于车轮滑转率-路面附着系数的极值寻求算法实现路面最优滑转率估计.采用比例-积分-微分(proportional-integral-differential, PID)控制-滑模控制(sliding mode control, SMC)和基于状态的驱动力再分配方法实现各轮驱动转矩的协调分配,抑制越野车在恶劣路面条件下的车轮打滑.通过CarSim/MATLAB联合仿真以及硬件在环(hardware-in-the-loop, HIL)测试,进行了爬陡坡、单一附着路面、对开路面及连续起伏路面工况的试验验证.结果表明:提出的控制策略能根据实际工况分配驱动轮的转矩,降低驱动轮滑转率,实现整车驱动力的优化.

复杂地形六轮独立驱动与转向机器人轨迹跟踪与避障控制

为研究六轮移动机器人在复杂地形的运动控制方法,针对六轮独立驱动与转向机器人复杂地形轨迹跟踪问题,提出一种预测控制和动态补偿的控制方法。基于非完整约束的线性六轮移动机器人运动学模型,以模型预测控制算法为基础,引入比例-积分-微分补偿控制器,抑制动态滞后引起的跟踪误差,设计速度与转向角动态反馈补偿,以应对地形扰动对轨迹跟踪的影响。分析机器人运动过程中障碍物的避碰问题,设计可求解避障轨迹的避障规划器,通过轨迹跟踪系统对局部避障轨迹进行跟踪控制,实现机器人的轨迹跟踪和自动避碰。对轨迹跟踪算法和避障算法进行仿真实验。实验结果表明:在典型工况下,机器人可完成凹形斜坡、凸形斜坡和凹凸地形正弦型轨迹跟踪控制和静态与动态障碍物避碰,验证了新方法的有效性。

基于“四轮驱动模式”的大学生创新能力培养模式研究与实践

立德树人是高校的根本使命。本科阶段是科研创新型人才培养的关键时期,而学科竞赛是提高本科生科研创新能力、培养创新型人才的重要环节。基于中国矿业大学力学与土木工程学院的多年实践经验,提出了以“学科竞赛+课程建设+大创项目+制度保障”四轮驱动模式的大学生创新能力培养模式,多层次、递进式地培养大学生的创新实践能力,也能够有效鼓励学生个性化发展,促使人才培养质量从“单一型、封闭型、知识灌输型”向“复合型、开放型、能力创新型”转化,真正树立起开拓创新的科学理念,最终达到“知识和技能传授”与“科研创新素质培养”并重的教学目的。

基于线控底盘的无人驾驶轨迹跟踪控制研究

为提高结构化工况下无人驾驶汽车轨迹跟踪的精确性,提出一种融合纵向车速跟踪控制器的预瞄轨迹跟踪控制算法。针对四轮转向的特性,基于传统纯跟踪算法设计了四轮转向纯跟踪控制模型;针对纯跟踪算法跟踪效果受车速影响较大的缺陷,设计了纵向车速跟踪控制器并采用n维插值表方式在不同曲率处设置不同车速;将四轮转向纯跟踪算法融合纵向车速跟踪控制器,以达到更好的跟踪效果。仿真与实车试验表明,试验平台可较精确地跟踪规划轨迹并平稳抵达目标终点,实车轨迹跟踪过程中最大横向误差控制在0.497m。

基于能量损耗比的驱动轮减振结构ANSYS一阶优化分析

针对应用于履带式工程车辆驱动轮的“阻尼层+过渡层”复合减振结构,通过建立能量损耗比模型,分析了其应力、应变特性。此外,在四层管状过渡阻尼减振结构厚度值恒定的情况下,基于ANSYS一阶优化方法,探究并优化了不同设计变量(基层、约束层、过渡层、阻尼层的厚度值和过渡层、阻尼层材料的弹性模量以及损耗因子)对结构优化目标函数能量损耗比的影响规律。研究结果表明,相比于优化前结构的能耗比参数,优化后结构的耗能值增加了56.8%,增长值为0.1654。所提分析方法可为中国高端大型履带式工程车辆的减振设计以及绿色化提供参考,同时对于遗传算法优化在各种车辆结构设计中的运用具有一定的借鉴价值。

四驱车辆交互式多模型自适应无迹卡尔曼滤波路面附着系数估计

路面附着系数对车辆动力学控制性能有重要影响,为准确实时估计路面附着系数,提高算法在不同路面及工况下的估计精度与收敛速度,本文针对分布式四轮驱动车辆,结合7自由度车辆动力学模型和Dugoff轮胎模型,提出了一种基于交互式多模型的自适应无迹卡尔曼滤波(IMM-AUKF)路面附着系数估计方法,首先将改进的Sage-Husa噪声估计器引入到无迹卡尔曼滤波(UKF)算法中,构建了自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)观测器,以对测量噪声进行实时更新并保证其协方差矩阵的正定性,同时提高新观测数据的权重,并增强算法的实时跟踪精度和稳定性;然后通过选择不同的观测变量,分别构建了车辆纵向行驶工况AUKF观测器和横纵向耦合工况AUKF观测器,并利用交互式多模型(IMM)算法进行观测器模型的切换,进而实现算法在车辆不同行驶工况下路面附着系数的准确估计。高附、低附、对接以及对开等路面仿真试验及实车道路试验结果表明,所提出的IMM-AUKF算法相比于传统的UKF算法,具有更高的估计精度与更快的收敛速度,能够适应不同工况下路面附着系数的实时准确估计。

球形转向轮仿真设计

设计一种应用于农田作业环境尤其是蔬菜大棚环境的球形转向轮,为农业机器人在农田环境下不能顺利球形移动的问题提供一种解决办法。球形转向轮采用双轮驱动方式,同轴直流减速电机驱动,产生转矩从而前后左右移动,并以陀螺仪检测补偿,实现轮系闭环控制,再通过上位机整体驱动轮系运转,并设置补偿环节,使得下位机整体闭环,实现该轮系整体驱动与控制,使得农业机器人在野外球形移动,尽可能少地受到环境的约束。

四驱电动汽车变附着路面行驶操稳性控制研究

针对四轮驱动电动汽车行驶时路面峰值附着系数和附着利用率变化的问题,提出利用直接横摆力矩控制提高操纵稳定性的控制策略。该策略采用分层控制,上层控制器负责目标车速的追踪、滑移率调整力矩的计算、以及根据行驶危险程度实现对质心侧偏角和横摆角速度的协调控制,下层控制器包括以轮胎利用率最优为目标的分配算法及集成滑移率控制的分配算法,根据滑移率大小实时切换。Carsim-Simulink联合仿真结果表明,在对开路面行驶时,相比于转矩平均分配控制策略,该控制策略能够使车辆具有良好操稳性的同时保持各车轮处于最佳滑移率区间内,有效改善了车辆性能。

基于滑模协调控制的四轮独立电驱动车辆稳定性控制研究

针对四轮独立电驱动车辆动力学特性及驱动控制策略复杂等问题,提出了基于力矩分配系数法的驱动协同控制策略,并设计了驱动力矩滑模协调控制器,配合车辆失稳判断模块计算出车辆维持稳定所需的附加横摆力矩,同时利用载荷分配方法设计了驱动力矩最优分配控制器,基于载荷分配方法将驱动力矩分配至4个车轮,以维持车辆稳定行驶。为验证驱动协同控制策略的有效性,基于CarSim软件建立四轮独立电驱动车辆模型,并将提出的驱动协同控制策略和普通滑模控制策略进行仿真对比。结果表明:驱动协同控制策略使横摆角速度偏差降低了25%,质心侧偏角偏差降低了23%,能够满足车辆稳定性控制要求,同时降低了整车驱动力矩分配控制难度。

四轮轮毂驱动车辆横向稳定性的底盘协同控制

为了改善四轮轮毂驱动车辆的横向稳定性,本文提出一种综合转矩协调和主动后轮转向的底盘协同控制策略。该策略旨在跟踪期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角的同时,有效抑制车身侧倾。基于轮毂电机驱动产生的垂向反力特性,设计了车辆纵向、横摆和侧倾运动的转矩协调解耦控制策略。为降低车辆横向动力学建模时忽略的非线性因素及模型不确定性对控制性能的影响,面向底盘协同控制设计了一种基于扰动观测器的模型预测控制方法,对非线性特性和不确定性进行估计和补偿。同时开展了硬件在环测试,通过双移线工况验证了所提出方法的有效性。结果表明,所提出的底盘协同控制策略能够有效提升车辆的横向稳定性,并减小车身侧倾运动;包含扰动观测的控制策略相比于无扰动观测补偿,对期望横摆角速度和质心侧偏角的跟踪误差分别降低了56.9%和27.3%,而车身侧倾角和侧倾角速度分别降低了8.9%和12.5%。

基于多胞体系统的FWID EV鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制

为了提高四轮独立驱动电动汽车(FWID EV)轨迹跟踪控制性能,针对车辆横向运动系统的不确定性与非线性问题,考虑转向执行机构的动态特性,提出了基于线性变参数(LPV)的鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制策略。首先利用凸分解技术将LPV系统转化为有限多胞顶点凸组合的多胞体系统,然后基于离线设计的每个多胞顶点控制器和线性组合在线计算任意时变参数对应的系统控制器参数,并利用MATLAB和CarSim进行联合仿真。结果表明:在加速变道场景下,所设计的控制器可以保证横向偏移误差不超过2 cm,横向偏移平均绝对误差不超过0.9 cm的较高跟踪精度及行驶稳定性和鲁棒性。

螺旋驱动可变径管道机器人设计与实验研究

针对目前管道清洗机器人存在的通过性差、结构复杂、适应范围单一的问题,设计一款基于螺旋驱动原理的具有自适应变径的轮式气动管道清洁机器人。该机器人由前部螺旋行走机构、清洗机构、中间动力输送机构、后部支撑行走机构组成,可适应360~440 mm的管道。简述该机器人的整体结构和工作原理;通过建立机器人简化模型,分析机器人在弯管内的通过性;对机器人在垂直管道内的平衡状态进行静力学分析,得到支撑气缸与气动马达的选型参数;通过ADAMS软件模拟机器人运动状态,对机器人在管道内位移轨迹和接触力进行分析,仿真结果表明机器人可顺利通过弯管;最后通过样机试制并进行了行走实验,验证了机器人结构设计的可行性和合理性。

四驱电动赛车TCS滑模预测控制系统设计与实现

针对四驱电动方程式赛车在不同路面工况下过度打滑的问题,设计了一种结合卡尔曼滤波车速估计和滑模控制的牵引力控制系统,以提高整车直线加速性能、减小车轮打滑以保证稳定性和快速加速中的安全性;控制器以车轮滑转率为控制变量,通过调整各驱动轮输出扭矩,以保证滑转率控制在最优范围内;考虑获取准确车速是得到最优滑转率的前提,设计卡尔曼滤波器,实现车速估计;针对滑模控制自身存在的抖振问题,采用改进的指数趋近律,提高稳定性;利用Matlab/Simulink和CARSIM联合仿真,验证了该控制系统的有效性;最终完成实车测试与应用,在实际应用中实现控制系统满足四驱电动方程式赛车的快速平稳加速的工程要求。