Computer Aided Analysis ofAC Drive System with Soft Switching Inverter

The design of a general simulation package for AC drive system with soft switching inverter is discussed in this paper. This package is based on the secondary developing of the nonlinear control system simulation language SIMNON. Being constructed with modularization programming, the package can be used for general purposes conveuieutly and has strong graphic functions. The design principle for this simulation package is discussed in datail in this peper; and an application example (DSC controlled AC drive system with RDCLI) as well as its simulation results are given.

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速掘进面临3个方面的难题,包括全宽截割对围岩的扰动控制,软弱围岩及时高效永久支护,软弱围岩快速掘进煤帮临时支护。提出了软弱围岩掘锚一体化快速掘进的5项关键技术,包括:(1)低扰动截割技术。主要包括椭型全宽截割滚筒、截齿排布优化、截割动力学优化等。(2)减小空顶空帮距的及时支护技术。该技术是在掘锚一体化技术基础上,研制了集双圆柱导向、多连杆升降、支护油缸撑顶撑底、随动挡矸帘防护于一体的多钻机整体滑移平台,将掘锚一体机作业空顶距由2.5 m降至1 m,作业空帮距由3.5 m降至1 m。(3)软弱围岩多维度协同支护技术。综合考虑锚杆锚索支护参数间的时空协同效应和支护体与围岩的协同效应,掘进工作面采用低密度强力锚杆支护控制顶板,后部同步实施增强永久支护。(4)钻锚一体化技术。主要包括锚杆结构和力学特性、锚固剂材料及泵注技术等。(5)煤帮喷涂临时支护技术。主要包括快反应高延伸率喷涂材料、高比例精度喷涂泵送、不规则煤壁表面自适应轨迹控制、矿用防爆高精度机械臂、喷涂材料配套补给等。基于以上内容,研制了可控作业空顶距掘锚一体机,并进行了井下试验。试验表明,该装备有效缩短了作业空顶距和空帮距,实现了作业空顶距“可控”,适应于软弱围岩巷道快速掘进,掘进效率提高了1倍。

基于柔性演员-评论家算法的决策规划协同研究

为了解决基于常规深度强化学习(Deep Reinforcement Learning, DRL)的自动驾驶决策存在学习速度慢、安全性及合理性较差的问题,本文提出一种基于柔性演员-评论家(Soft Actor-Critic,SAC)算法的自动驾驶决策规划协同方法,并将SAC算法与基于规则的决策规划方法相结合设计自动驾驶决策规划协同智能体。结合自注意力机制(Self Attention Mechanism, SAM)和门控循环单元(Gate Recurrent Unit, GRU)构建预处理网络;根据规划模块的具体实现方式设计动作空间;运用信息反馈思想设计奖励函数,给智能体添加车辆行驶条件约束,并将轨迹信息传递给决策模块,实现决策规划的信息协同。在CARLA自动驾驶仿真平台中搭建交通场景对智能体进行训练,并在不同场景中将所提出的决策规划协同方法与常规的基于SAC算法的决策规划方法进行比较,结果表明,本文所设计的自动驾驶决策规划协同智能体学习速度提高了25.10%,由其决策结果生成的平均车速更高,车速变化率更小,更接近道路期望车速,路径长度与曲率变化率更小。

软体机器人在服装领域的应用进展

软体机器人由可变形材料制成,具有柔顺性高、适应性强等优势,现已成为机器人领域的研究热点,并在加速服装智能化进程中发挥重要作用。为促进软体机器人技术与服装领域的融合发展,根据当前软体机器人的研究进展,聚焦于软体机器人关键技术,总结其在制作材料、制作方法、驱动方式及控制与建模4个方面的研究现状;对软体机器人在纺织面料抓取与转移、上肢辅助及下肢辅助服装上的应用情况进行综述。研究认为:可利用智能软材料和微加工技术实现控制元件微型化;结合织物性能特点提高面料自动抓取与落料精度;可穿戴软体机器人在优化设备技术性能的同时,要对整个人机系统进行持续评估和迭代开发,提高人机交互便捷性,以促进软体机器人行业与服装领域的深度融合。

强动压松软煤体条件下沿空掘巷护巷煤柱尺寸研究

针对强动压松软煤体条件下综采工作面沿空巷道围岩变形量大、稳定性差的难题,本文以赵庄煤矿5328工作面为研究背景,通过理论计算,得到了沿空掘巷煤柱尺寸的留设范围;然后通过建立数值模拟模型对多种宽度煤柱的围岩应力和塑性区进行分析,确定煤柱的合理尺寸为8 m。现场矿压监测结果表明,留设宽度为8 m的煤柱可以满足工作面安全生产要求。

柑橘采摘软体末端执行器的设计与试验

为实现柑橘的无损采摘,本文设计了1款采摘软体末端执行器。基于Yeoh本构模型建立软体手指弯曲变形力学模型;借助有限元仿真进行中心组合设计试验,最终取最优组合参数为:气囊高度为7 mm、限制层厚度为3.5 mm、气室厚度为3 mm;通过MATLAB拟合ANSYS有限元仿真结果,进行了力学模型修正;制作软体手指进行弯曲试验,验证了力学模型与有限元仿真可靠性;通过ANSYS有限元仿真得到软体手指充气压强为0.035~0.07 MPa,软体机械手即满足刚度要求又不损伤柑橘。搭建试验平台,得出最大气压下最大挤压力为18.13 N,试验证明采摘软体末端执行器无损夹持柑橘成功率为96.67%,平均采摘1个柑橘需要耗时3.54 s。

螺杆桩自动定位成桩工艺在软基处理中的应用

研究了螺杆桩自动定位成桩工艺在软基处理中的应用。软基是土木工程中常见的地基类型,其稳定性对工程的安全性和长期使用性具有重要影响。提出了一种基于螺杆桩的自动定位成桩工艺,通过引入现代化的测量和控制技术,实现了在软基处理过程中的高精度成桩定位。实验结果表明,螺杆桩自动定位成桩工艺可以显著提高软基处理的效率和准确性,降低工程成本,并改善工程的稳定性和使用寿命。

煤矿刮板运输机驱动系统发展趋势研究

煤矿综采工作面刮板运输机的动力系统主要有工频驱动、变频驱动、永磁同步驱动、永磁半直驱,这几种驱动系统有着各自的特点,承前接后逐步发展而来,在国内井工作业场所中均有应用。本文就以上四类驱动系统的工作原理及特点展开论述,探讨其优缺点和适应情况,同时将当前业内正在逐步推广的永磁半直驱系统进行了阐述,分析表明当下及未来一段时期内井工煤矿综采工作面刮板运输机动力系统将向着集成化、小型化和智能化趋势发展。

基于骨架的气动软体仿人手指制造与实验探究

针对软体机械手指存在弯曲角度小或抓取长度不可变等问题,设计出一种新颖的骨架软体仿人手指。该手指通过在驱动器内部嵌入伸缩骨架并在骨架上设置气道,解决了驱动器伸长时需要保持高刚度和气管连接处气密性薄弱的问题。嵌入刚性骨架并没有破坏软体仿人手指的柔顺性,反而提高了手指的刚度和弯曲位置的控制精度。文中介绍了基于骨架的气动软体仿人手指的详细制备过程并对制备好的手指进行了弯曲、伸长、指尖压力和抓取等实验。实验结果表明,该仿人手指在抓取领域具有良好的应用前景。

机械掘进技术在弱胶结软岩巷道中的应用实践

弱胶结软岩强度低、胶结差、易风化、遇水易泥化,采用传统钻爆法掘进时技术难度大、安全风险高、效率低、成本高。基于此,提出以悬臂式掘进机机械掘进代替传统钻爆法掘进的技术方案,并开展悬臂式掘进机机械掘工业试验。工业试验时间长达309 d、累计掘进进尺1 297.21 m、总工程量27 729.49 m^(3),悬臂式掘进机纯截割能力19.15 m^(3)/h,平均每日进尺4.2 m,平均每班进尺3.41 m。结果证明,采用悬臂式掘进机机械掘进技术可以有效解决弱胶结软岩岩体内钻爆法掘进过程中遇到的生产难题,机械掘进效率可以达到钻爆法掘进效率的1.4倍以上,并在大幅度提高掘进效率的基础上降低了掘进成本。研究成果可为弱胶结软岩巷道掘进提供技术参考。

“三软”厚煤层回采巷道掘锚一体机工艺优化及应用

“三软”厚煤层回采巷道围岩整体强度低,且岩层结构组合普遍变化较大,造成掘进工作面悬露顶板稳定性差异明显,部分顶板稳定性较差区域无法直接采用掘锚一体机及配套施工工艺,造成掘进工作面频繁停工,整体掘进效率下降。针对此类问题,以沙吉海煤矿“三软”厚煤层回采巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等综合研究方法,阐明了掘进工作面悬露顶板漏冒、掘锚一体机陷入底板或跑偏、煤壁片帮是制约掘锚一体机在“三软”厚煤层回采巷道中应用的关键制约因素;考虑悬露顶板厚度、扰动影响系数、顶板各岩层强度及各岩层完整性等参量的影响,建立和推导了掘进工作面悬露顶板极限跨距计算公式;形成了以掘进工作面悬露顶板极限跨距计算为主导的巷道围岩稳定性分级方法,将“三软”厚煤层回采巷道围岩划分为极稳定、稳定、中等稳定、不稳定、极不稳定5个级别;提出了不同稳定性级别围岩条件下掘锚一体机装备及施工工艺分类优化方案,并从截割滚筒位态调整、底板接地处理、巷帮作业平台增设等方面给出了困难作业环境下掘锚一体机应用对策。研究成果在沙吉海煤矿B1003W05工作面巷道进行了工程应用,其分类优化方案可有效保障掘锚一体机在“三软”厚煤层中的正常运行,相比邻近巷道采用悬臂式掘进机综掘工艺,掘进速度提升了1.0~1.8倍。

智能永磁直驱技术在矸石山提升机中的应用

枣庄矿业集团公司高庄煤矿矸石山绞车采用永磁直驱系统,控制实现主从跟随,转矩和速度平衡,并且可通过调节频率,实现软启、软停,永磁直驱系统将机械传动效率提高到98.5%,电动机额定效率可达96%。在控制方式上,采用全矢量控制,实现转矩和速度调节,对节能增效、减轻检修人员的劳动强度具有重要意义。

基于CQL-SAC的自动驾驶防撞决策方法

针对深度强化学习在自动驾驶任务中存在价值函数过估计、学习效率低、安全性差等问题,提出了一种自动驾驶防撞决策方法。首先,将保守Q学习(conservative Q-learning, CQL)算法与软行动评论(soft actor-critic, SAC)算法融合,提出CQL-SAC算法,以缓解价值过估计问题。然后,在算法训练过程中引入专家经验,实现算法快速收敛,以解决学习效率低的问题。最后,利用防撞模块对CQL-SAC算法输出的动作进行安全检查和矫正,避免车辆碰撞。在基于高速公路的仿真场景下对方法有效性进行验证。仿真结果表明,在训练阶段,CQL-SAC算法相比SAC算法和样本内行动评论(in-sample actor-critic, InAC)算法收敛速度分别提升12.5%、5.4%,引入专家经验后算法收敛速度进一步提升14.3%;在测试阶段,本文算法与SAC和InAC算法相比,成功率分别提升17、12百分点,平均回合奖励分别提升23.1%、10.7%。

“硬约束—软驱动”与科技创新财税政策执行

财税政策作为有效推进科技创新的经济手段,如何推动其有效执行值得深入探讨。以史密斯政策执行过程模型为指导,以科技创新财税政策为研究对象,利用结构方程模型分析影响科技创新财税政策执行的影响因素。结果显示:软驱动因素对科技创新政策执行的影响比硬约束因素更大。因此,从重点改善政策执行环境、提升目标群体的认知高度和精度,切勿忽视健全完善政策机制、全面提升政策执行主体的综合实力方面提出切实可行的对策建议。

基于有限元的结肠镜软体机器人设计仿真及优化

结肠镜是检测肠癌的金标准,提前筛查能够大幅度降低肠癌的发病率。提出了一种基于仿生的软体机器人设计方案,采用3个内腔体的软体材料结构,通过控制腔体气压大小控制机器人的弯曲方向与角度。该软体机器人安置在传统肠镜的末端,替换传统的人工式操作,在肠镜手术检查过程中起导引作用,可有效的避免结肠镜检查推进与取出过程中肠镜与肠道的不必要接触。利用有限元分析的方法,对软体机器人驱动腔体的形状和布局以及多段式结构进行了仿真,优化了软体机器人的设计参数并开发了机器人样机,通过试验验证了软体机器人的弯曲性能。

基于流体驱动的软体机器人研究进展

基于流体驱动的软体机器人目前已得到广泛的研究与应用。根据其发展现状,对流体驱动方式进行了综合对比,总结了软体机器人在结构设计、材料制作、试验分析中的方法,并对其面临的问题、未来发展的挑战进行了分析。

基于SMA的变结构水压驱动软体手设计

为了解决传统软体机械手对不同形状被抓物的抓取局限性,设计了一种三指水压驱动软体手。该软体手可根据物体形状,通过形状记忆合金驱动实现手掌形态变化,从而能够实现对不同形状物体良好的贴合。利用建模工具设计三指水压驱动软体手的结构,并用Abaqus仿真软件对软体手指进行结构优化,选择出合适的结构尺寸。软体手手掌和软体手指制作模具都通过3D打印制作,并采用失蜡法制作软体手指。最后将软体手安装到机械臂上进行抓取实验。实验结果表明,该三指软体手能够利用变结构手掌的多构态抓取能力,对不同形状的物体实现有效、稳定、无损的多构态抓取。

4D打印成型智能软体机器人的研究进展

软体机器人是一种利用柔软材料制作的新型机器人,具有无限自由度和连续变形能力。与传统机器人相比,软体机器人具有刚度小、可变性强、柔度高的特点,能较好地适应复杂狭窄或者空间形状不规则的工作环境。4D打印技术是在3D打印技术基础上增加“时间”维度,使得打印成型的构件可以接收外部信号刺激发生形状、性能或功能的改变,可应用于航空航天、军事装备、医疗和软体机器人等领域。介绍了4D打印成型智能软体机器人的特点,给出了其需要4D打印技术成型的原因。列出了目前适用于4D打印成型软体机器人的几种典型的智能材料并总结了各自的特点与不足,根据这些智能材料的特性把机器人的驱动方式分为电驱动、热驱动、光驱动以及磁场驱动,然后介绍了软体机器人的几个典型的应用领域。最后总结了目前研究中遇到的问题,对未来发展和应用进行了展望。

一种模拟原状泥岩动力打桩与静载试验装置的研制及应用

针对泥岩地基打入桩贯入困难、承载力不足现象及软岩易扰动难以制备模型地基的特点,通过原状软岩约束单元、锤击贯入单元、导轨支架单元、静载单元4部分的设计与联系,初步研制了基于原状软岩的模拟打桩与静载试验装置,进行标定及验证性试验、应用试验,验证装置的可行性、稳定性,分析打入桩的沉贯与承载特性,明确桩周泥岩力学特征,提出进一步研究展望与工程应用建议。研究表明:(1)验证性试验、应用试验结果与现场试验结果一致,沉贯特性、承载特性与现场试验相同,验证了试验装置的可行性;(2)荷载传递相关因子α稳定性好,进一步证实了试验装置的荷载传递稳定可靠;(3)泥岩软硬互层严重,每10 mm贯入度通过锤击数表征的贯入阻力差异性大,低强度软夹层发生的静载破坏呈现出沉降急剧增大的陡降特征;(4)打桩对桩周2d(d为桩径)范围内的泥岩造成不同梯度的损伤,每间隔0.5d,强度损失66.0%、40.5%、17.0%、7.0%,弹性模量损失80.5%、54.5%、26.5%、11.0%;(5)完善取样技术,加强泥岩软硬互层的勘察判定,增强控制贯入度的施工措施,泥岩地基打入桩承载力的理论分析、数值计算及设计施工,应按损伤梯度合理选取原状力学参数折减后的数值。试验装置具有稳定、可靠、可控等优点,可为泥岩地基动力打入桩的相关研究提供支撑。

大尺寸自由活塞激波风洞重活塞软着陆关键技术

高焓激波风洞的驱动技术决定了风洞总焓和总压试验能力。重活塞压缩加热技术具有驱动性能强和运行灵活性高等特点,是高焓激波风洞关键驱动技术。针对重活塞发射效能、重活塞与壁面摩擦、膜片破膜等情况带来的大尺寸重活塞难以安全软着陆问题,通过理论分析、动网格数值模拟和试验验证相互结合的手段,分析了重活塞实际运动过程的影响因素,建立了重活塞调谐运行方法,获得了稳定的驱动压力,可为不同的模拟需求提供对应的试验状态。研究了质量为205 kg、275 kg的重活塞在压缩管中运行最高速度分别超过350 m/s、450 m/s的软着陆过程,获得了压缩管末端总压15 MPa、总温3450 K和总压45 MPa、总温4845 K的定压试验状态。本研究解决了大尺寸自由活塞激波风洞重活塞软着陆难题,保障了世界最大尺寸自由活塞驱动的FD-21高焓激波风洞中、质量为数百千克的重活塞、在长度为75 m的压缩管中的运行安全。