Intelligent PID Control of Pneumatic Rotary Actuator Angle Servo-System

In order to solve the problems that make the orientation of pneumatic rotary actuator inaccurate, a newly intelligent PID control algorithm is proposed. Pneumatic rotary actuator angle servo-system uses electropneumatic proportional valve as control device, which changes the pressure of cavity and then pushes the actuator to revolve to the expected position. Using intelligent PID control algorithm, several special methods were put forward to overcome the connatural shortcomings of pneumatic system and make the rotary actuator track the expected value timely and accurately. Experimental results have shown that by using this intelligent algorithm, the performance index of system was improved greatly.

Pneumatic Rotary Actuator Angle Control System

Based on the adaptive control method, a kind of parameter adjustor was used to control pneumatic rotary actuator to track the expected output. The system uses electropneumatic proportional valve as control device, which adjusts the gas flow of actuator 's two cavities, then changes the pressure of cavity and pushes the piston of actuator to move, so the rotary actuator 's axis can be made to revolve to the required angle at last. According to the characteristic of pneumatic system, the control system was described with a fourth-order mathematic model. The control rule is deduced by model reference adaptive control method. By the result of experiment, it was proved that by using the adaptive control method, the output of rotary actuator could track the expected value timely and accurately.

土壤-水稻前茬离散元仿真参数标定及其旋耕轨迹分析

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元仿真标定。首先测定了土壤-水稻前茬混合物内各物质物理与相互间接触参数,以堆积角作为评价指标,利用仿真试验进行了显著因素筛选、最优水平取值范围确定及二阶回归模型下最佳参数寻优,对参数进行了标定,得到土壤-水稻前茬混合物模型极显著参数的最优组合为土壤-土壤恢复系数0.407、土壤-土壤动摩擦系数0.123、土壤-水稻前茬静摩擦系数0.596、土壤表面能1.860 J,此时与试验堆积角误差为0.58%。并进行了土壤-水稻前茬间的直剪试验与仿真,得到了稳定后不同垂直应力下试验与仿真的直剪切应力误差分别为:5.4%(50 kPa),4.1%(100 kPa),3.1%(150 kPa)。最后在最优参数组合下,开展了基于MBD-DEM的旋耕土壤-水稻前茬轨迹分析试验,前茬跟随旋耕刀及直接被掩埋两种埋覆场景下仿真与土槽试验轨迹的Spearman秩相关系数分别为0.91、0.84,验证了仿真模型标定参数的准确性。研究结果可为水稻前茬旋耕轨迹调控过程的离散元仿真分析提供可靠的接触参数。

温室电动拖拉机旋耕稳定性时序分析与前馈PID控制方法研究

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业中因机具俯仰而出现的响应性差、耕深不稳定和功率突变的问题。建立了温室电动拖拉机旋耕作业的功率模型,并建立了俯仰角-耕深的转换矩阵,得到了旋耕系统实际耕深的转换值;采用时间序列分析预测机身俯仰角,并作为旋耕系统的扰动输入;结合耕深的转换值和预测得到的扰动,采用APF-PID控制器调节旋耕系统的提升机构,将旋耕机维持在目标耕深;在温室内未旋耕和已旋耕的两种地块进行实车试验。结果表明:俯仰角时序预测模型的相关系数可达0.983 2;APF-PID控制的控制性能优于PID控制,在目标耕深6 cm的测试路面中,APF-PID在两种试验地块上的平均耕深分别为6.47 cm和6.44 cm,均方根误差为0.80 cm和0.72 cm,绝对平均误差为0.67 cm和0.58 cm,耕深稳定性系数为89.95%和91.30%,消耗的总能量较PID控制分别降低4.18%和19.13%,较好地实现了温室电动拖拉机旋耕稳定性控制,满足温室作业需求。

转台运动误差分离与角度优化技术研究

为了解决测量转台运动误差时存在的多种误差耦合问题,提出了一种基于多点法的运动误差分离方法。首先,通过分析转台在回转过程中多自由度误差的运动特性,提出了一种端面四点误差分离方法,在分离出测量盘下表面的平面度误差的同时,可完成倾斜误差和轴向误差的解耦。然后,建立了该方法的误差传递函数,采用麻雀算法(SSA)进行优化,寻找不同阶次下受谐波抑制影响最小的最优布置角,提高了误差解耦精度。最后,通过仿真与实验的方式对该方法进行验证。仿真结果表明,端面四点误差分离方法对轴向、倾斜误差的分离精度(相对误差)分别为1.934%和9.177%。实验结果表明,分离的运动误差与转台标定误差相符合,验证了该方法能够精确获得转台运动误差。

基于聚类的群孔特征在机测量摆角规划方法

针对群孔特征接触式在机测量过程中测量摆角多、标定效率低的问题,提出一种基于聚类的群孔特征测量摆角规划方法。以避免测针与孔口干涉为约束,计算测针轴线与孔轴线的夹角阈值,然后以此阈值为边界条件进行迭代聚类,进而获得覆盖全部孔特征的测量摆角集合。实验结果表明:使用所提方法可实现对群孔特征测量摆角的快速规划,测量摆角数量较传统方法下降约28%,综合测量时间下降约19%,有效提升了群孔特征在机测量效率。

H形双排桩结合大角度锚索在软土基坑中的应用

依托天津某实际案例,将单排灌注桩结合钢支撑方案优化为H形双排桩结合大角度可回收锚索方案。实际应用表明:通过采用H形双排桩结合大角度旋喷可回收锚索支护体系,可有效利用下层力学性质较好的土层,提供较大的锚索承载力;同时桩身内力更加合理,可降低造价;另外可避免支护结构出红线问题,便于土方和结构施工。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的RV减速器参数多目标优化研究

旋转矢量(RV)减速器是工业机器人核心部件,对于机器人的性能起到关键作用。针对提升RV减速器综合性能的问题,从优化传动压力角的相关参数出发,对其结构参数(摆线轮齿数、短幅系数、针径系数、摆线轮宽度等)的多目标优化设计进行了研究。首先,研究了摆线轮平均压力角、传动效率和传动机构体积三者的相关参数之间的关系;然后,以此为优化目标,在摆线轮标准齿廓方程的基础上建立了多目标优化数学模型(该模型采用了基于非支配占优排序遗传学算法(NSGA-Ⅱ)改进了交叉算子系数生成的改进NSGA-Ⅱ算法);通过模型求解得到了帕累托最优解集,根据模糊集合理论的相关方法选取了最优解;最后,以某公司220-BX型RV减速器为例,进行了优化设计,建立了3D模型后进行了有限元分析,并加工出实验样机,进行了传动效率对比实验。实验结果表明:摆线轮平均压力角减小了7.19%,体积减小了11.1%,传动效率提高了4.9%。研究结果表明:该模型交互性强,能提高设计效率并节省设计开销,可为实际RV减速器工程优化设计提供参考。

基于光学自准直原理的多维转轴角度偏差测量方法

文章提出了基于光学自准直原理的多维电动调节机构旋转轴夹角的测量方法,并将该方法用于终端光学组件中的倍频晶体二维调整机构旋转轴夹角的测量实验。结果表明,提出的方法能够有效实现二维电动调节机构旋转轴夹角的测量,且测量误差可控制在3.06″。该方法可广泛应用于复杂精密光学系统多维调节机构旋转轴角度测量与调试。

光电转台旋转变压器接线自动检测设计

针对光电转台中因旋转变压器接线错误导致的角度解算异常现象,设计一种基于可编程逻辑器件和微控制器的光电转台旋转变压器接线自动检测系统。该系统由主控制器和相关的信号处理模块组成,通过对信号切换、调理和角度解算、判断等实现旋转变压器当前接线顺序的快速判断。经实验验证,该设计可快速实现旋转变压器的接线线序判断,解决了目前人工倒线重复验证的问题,进而低成本地提高了旋转变压器接线的可靠性,极大提高了光电转台装调过程的工作效率。

旋转超声铣削碳/碳复合材料表面三维粗糙度研究

为了改善碳/碳复合材料铣削表面质量,提升其使役性能,开展了旋转超声铣削碳/碳复合材料表面粗糙度的研究。首先研究了端铣表面三维粗糙度Sa、Sq、Sku和Sdr随主轴转速、进给速度、切深和超声电流的变化规律。其次,分析了旋转超声侧铣对不同纤维切角下三维粗糙度的影响特性。最后分别从端铣和侧铣的角度讨论分析了超声振动对表面质量的改善机理。试验结果表明:施加超声场能后端铣表面粗糙度幅度参数Sa和Sq不仅降低了约20%,而且随加工参数的增加,波动性减小,变化趋势更加明显。侧铣时超声振动使得碳/碳复合材料在不同纤维切削角下的Sa和Sq减小了10%~33%。此外,旋转超声铣削表面界面扩展比Sdr在端铣和侧铣中都有较大幅度的减少,最高可达65%,有效减少了碳/碳复合材料表面的空隙和裂纹。

基于双四杆机构的可重复自动锁紧解锁装置

针对梦天实验舱对接、转位等工况,对日定向转动关节在轨多次锁紧解锁的需求,采用双四杆机构、自适应末端效应器等,设计一款可重复自动锁紧解锁装置。为了验证该锁紧解锁装置,利用研制产品,展开真空高温、真空低温、大气环境等多种状态下的锁紧解锁试验。结果表明:该机构可实现多种状态下的可重复自动锁紧解锁功能;在28 V直流工作电压下,锁紧动作执行时间为17.09~17.15 s,解锁动作执行时间为16.51~16.89 s。该机构具有高可靠、全角度、在轨可重复锁紧解锁等优点,在航天器锁紧解锁方面具有较大的工程应用潜力。

吹瓶机开合模凸轮机构的导轨设计

为提高旋转式吹瓶机的工作稳定性,对开合模凸轮机构运动过程进行分析,利用复数矢量法建立数学模型,并赋予执行构件运动规律;根据逆运动学方法,借助Matlab求出开合模凸轮导轨理论轮廓曲线和压力角变化,完成对凸轮机构的运动学仿真。结果表明,开合模凸轮导轨的设计方法正确,工作时最大压力角为18.8°且保持0°附近变化,具有工程应用价值。研究为开合模凸轮机构的设计和改善提供参考。

一种基于霍尔效应的方向盘转角传感器设计

以设计一款新型的方向盘转角传感器为目的,首先研究其背景,再分析传感器的运行原理,然后使用CATIA软件绘画出转角传感器各机构的零件图以及总装配图,并用3D打印机打印出模型,接着对模型进行组装,最后对传感器模型进行线路测试得出转角角度与输出电压的关系线图,根据实验数据对传感器的性能进行评估。

新型智能旋转导向工具在南海东部探井的应用分析

[目的]为满足南海东部勘探钻井数量和完钻深度逐年增加情况下,垂直钻井和定向钻井对井眼轨迹控制高的要求,确保钻井井眼轨迹质量,解决前期定向井工具定向能力不足的问题,积极推动“一趟钻”工程。[方法]通过对非动力及动力定向井工具的技术原理和作业优缺点进行比较和分析,结合作业需求和工具特点,优选了智能推靠式旋转导向工具iCruise,该工具系统定向能力强、耐高温,坚固的机械设计和高强度材料使其可在恶劣环境中使用。[结果]优选的旋转导向工具iCruise在南海东部十余口探井进行了成功应用,不仅满足复杂结构井的精准定向要求,而且大幅度提高了效率。[结论]本研究为定向钻井作业积累了经验,也为旋转导向工具的国产化提供了建议。

旋转训练器旋转角度自适应调整方法研究

旋转训练器未实时根据训练人员的身体素质和条件,自适应调整旋转角度,导致阻力曲线有时无法满足人体发力曲线要求,提出一种旋转训练器旋转角度自适应调整方法。分析旋转训练器的结构,设计训练器元件。通过动力学原理分析人体运动特征,构建旋转器的动力表达式,定义旋转角度的最佳取值范围,采用补偿因子,优化角度自适应调整方法,实现旋转角度自适应调整。实验结果表明,旋转角度自适应调整方法的结构摩擦系数值仅为0.28,在6s后动能达到平稳状态,训练过程中力和力矩的变化也较为平滑,因此,该方法降低了摩擦力,可以快速达到稳定状态,其具备可行性和有效性。

“璇玑”推靠式旋转导向工具在直井中的应用

Welleader是中海油田服务股份有限公司自主研发的“璇玑”系统推靠式旋转导向工具,其在工作时使用3个独立翼肋持续推靠井壁,依靠井壁的支撑产生偏置,从而进行导向作业。常规Welleader通过重力加速度表进行导向作业,但重力加速度表在垂直状态下的测量误差较大,导向执行效果差。而装配了磁通门的Welleader由于不受重力影响,具备更加精准的直井造斜能力。目前,Welleader在2种导向模式下的作业经验较少,无法对其作业能力进行系统对比和评估,对其直井作业能力认识不清晰。因此,文章分析了装配了磁通门和重力加速度表的Welleader在某试验井的12-1/4"井眼中多个直井造斜和降斜打直井段中的应用,通过整理和分析重要实钻试验数据,综合阐述了该工具在2种导向模式下进行直井相关作业的准确性和可靠性,以期为后续相关作业提供参考。

回转圆筒干燥机传动装置的设计改进

文章介绍了工业上常用的回转圆筒干燥机的传动结构,并对回转圆筒干燥机的缺点进行分析。通过对回转圆筒干燥机传动装置齿轮副受力分析得出,回转圆筒干燥机传动装置齿圈和小齿轮配置中心角的最佳选择。简化了传动装置使用零部件的配置,减少了制作费用,缩短了传动流程,提高了传动效率。同时,最佳的配置中心角还能减轻支撑筒体托轮所受压力,提高了干燥机设备的性能。

反转旋耕刀滑切角分析与计算

对反转旋耕刀滑切角的分析与计算表明 :反转旋耕刀滑切角的意义及方程与正转旋耕刀相同 ,可以按照统一的方法描述旋耕刀滑切角的特性 ,并计算其大小。由于工作范围不同 ,反转旋耕刀滑切角是从大逐渐减小的 ,其变化规律与正转旋耕刀不同。如果反旋刀入土时不能满足滑切要求 ,则在整个切土过程中都不满足滑切要求。在切土阶段 ,反转旋耕刀的动态滑切角大于正转旋耕刀 ,但由于反转旋耕切草类似于无支承切割以及反旋刀抛土性能差等特点 。

镐型截齿截割煤岩过程的截割力研究

为探究镐型截齿截割煤岩过程中截割力的变化及其影响因素,以Evans镐型截齿直线截割力模型为基础,提出了镐型截齿旋转截割力模型;利用滚筒采煤机镐型截齿截割煤岩轨迹表达式,推导了镐型截齿截割过程中,截割角及截割厚度变化的表达式;在截割参数范围内,计算出镐型截齿截割角在截割过程中最大变化可达±4°;根据镐型截齿旋转截割力模型,在截割厚度一定的条件下,计算并分析截割力与截割角及半锥角的关系,得出当镐型截齿半锥角为36°时,截割力在截割过程中最大截割厚度前后能够保持平稳变化;将截割角及截割厚度变化计入截割过程中计算截割力,发现影响截割厚度主要因素的牵引速度对截割力影响最大,而角速度与截割半径对截割力的影响依次减小。所得公式与结论可为镐型截齿及采煤机的设计提供理论参考。