基于Modbus/TCP的电容式扭矩传感器数据采集系统设计

扭矩传感器通常安装于机械设备的旋转关节处,用于扭矩的测量。电容式扭矩传感器需要配备专门的数据采集系统才能使用,且数据采集系统的性能直接影响传感器的精确测量。针对实验室自主研制的电容式扭矩传感器的应用需求,设计了一种基于Modbus/TCP协议的数据采集系统。系统以STM32为主控芯片,通过控制电容数字转换芯片AD7147实现电容信号采集与转换,然后由W5500以太网芯片将数据上传到自主开发的上位机软件中进行处理、显示与存储。实验测试表明:系统最大测量误差为1.47%,数据输出频率为1000 Hz。

一种电动汽车驱动系统扭转振动扭矩梯度控制方法

本文提出一种电动汽车驱动系统扭转振动扭矩梯度控制方法。该方法引入RBF神经网络计算扭矩变化率梯度限制值,利用扭矩变化率限制值对驱动电机的输出扭矩进行限制,以此防止扭矩突然变大所造成的传动系统各轴段的过度扭转,从根源上消除引起驱动系统扭转振动的问题。与传统扭转振动控制方法不同,文章提出的控制方法面向实际工程应用,不依赖于车辆简化的二阶质量模型以及车辆参数,避免由于模型及车辆参数精度问题对控制效果造成的不良影响,具有优良的实际工程应用价值。最后,文章通过实车试验的方式对该方法的可行性及有效性进行验证。

基于传递矩阵法的指向式旋转导向工具主轴振动特性

指向式旋转导向工具应用于井眼轨迹控制时,其主轴的动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,而在钻进工况下,工具钻压传递机构在主轴上的位置对主轴的动力学特性起着重要的作用。因此,为了分析钻压传递机构的位置对主轴动力学特性的影响,利用多体系统传递矩阵法建立了指向式旋转导向工具外壳-轴承-主轴系统的动力学模型。通过推导主轴上任意节点的几何和力学方程,该研究能够评估钻压传递机构的位置对主轴动态性能的影响规律。结合实例运算分析了钻压传递机构的安装位置对主轴固有频率和振型的影响,探讨了工具造斜时,钻压传递机构安装位置对主轴动态位移的影响。结果表明,随着钻压传递机构安装位置距离钻头越远,主轴固有频率和动态位移均增大,因此在满足工作要求下,推荐钻压传递机构安装位置尽可能靠近钻头端。为验证基于传递矩阵法建立的主轴动力学模型的正确性以及钻压传递装置安装位置对主轴动态位移影响规律,在指向式旋转导向工具试验台架上进行了钻进工况下主轴测点偏移量测试试验,结果表明,试验测得的数据与理论计算的数据基本吻合,误差最大仅为6.47%。

矩差分析理论及其在配电网最小弃光决策中的应用

高比例分布式光伏接入配电网会导致潮流返送和电压越限等一系列问题,严重威胁到配电网的安全运行。文中提出了含分布式光伏配电网的矩差分析理论,将配电网对分布式光伏的消纳问题转化成恢复和维持矩差方程的平衡问题。对一个给定的配电网,当最高节点电压等于规定的电压上限时,光伏矩减去负荷矩的矩差近似为一个常数,称为临界矩差。临界矩差代表了配电网对分布式光伏消纳能力的极限,光伏矩才是配电网需要消纳的对象,而负荷矩是消纳光伏矩的资源。基于矩差分析理论提出了配电网分布式光伏的最小弃光决策,并应用于某10 kV单分支配电线路以及12.66 kV的IEEE 33节点多分支配电网的分析计算。算例表明,所提的最小弃光决策在误差不大于1.2%条件下,寻优速度提高了2877倍,验证了该方法的正确性和快速性。

基于影响矩阵法拱桥吊杆破断安全性评估

根据成桥索力确定拱桥关键吊杆位置,采用影响矩阵法分析关键吊杆断裂后剩余吊杆和主纵梁的内力变化,从剩余吊杆损伤和纵梁数量变化两方面对结构的安全性能进行研究,并以某中承式拱桥为背景工程验证了本研究方法的有效性和关键结构参数取值的合理性。结果表明:影响矩阵法能较为准确地分析出关键吊杆破断后剩余吊杆和主纵梁的内力变化情况;吊杆损伤主要影响剩余吊杆的安全性,当剩余吊杆截面损伤程度大于50%时,易出现连续断索事故;对于30多米宽的桥面系,布置2道主纵梁、3道次纵梁可以满足主纵梁在吊杆断裂后的安全性能储备。

基于Log-Euclidean协方差矩阵描述符的医学图像配准

患者随访CT图像之间的配准有助于提高诊断的可靠程度和改善治疗效果,是监测术后康复状况、确定或调整治疗方案等的前提.当前,先进的微分同胚形变配准算法的形变场驱动力仅依靠图像灰度和梯度信息,使得其对复杂形变的配准明显表现出驱动力不足、形变程度不高、鲁棒性较弱、配准精度低等问题.针对这些问题,该文提出将对数欧拉协方差矩阵(Log-Euclidean Covariance Matrices,LECM)描述符结合于配准模型的目标函数中构建了一种新配准算法模型,称为LECM Demons模型.该算法首先将图像每一像素的灰度信息、位置信息、一阶和二阶梯度范数信息映射为一个特征空间;然后,对特征空间采用积分图像方法快速计算每一像素的协方差矩阵;接着,通过矩阵的对数映射将协方差矩阵映射为Log-Euclidean空间中的特征描述符简称为LECM描述符,其对大的旋转、缩放、照度等变化具有不变性的特点,能够有效地描述图像的结构特性;最后,将待配准两图像对应的LECM描述符的欧氏距离作为一个新的匹配项添加到Log-Demons配准框架的目标函数,为大而复杂形变的图像配准提供了具有结构信息约束的形变场驱动力,同时确保了新目标能量函数的可微性.此外,为了进一步提高配准的收敛速度和精度,在新配准算法实现中采用了多分辨率优化策略.实验结果表明,LECM Demons算法对复杂形变具有较强的鲁棒性,配准精度与先进的形变配准算法相比平均改善50%以上,同时保持了较高的计算效率.

SDTK1井钻铤接头二次上扣特性分析与井下等效冲击扭矩预测

基于8"(203.2mm)钻铤接头三维弹塑性有限元模型,分析复杂载荷条件下NC56钻铤接头内、外螺纹的受力特征和井下二次上扣特性,通过有限元分析,根据接头内、外螺纹台肩处相对偏移量计算井下等效冲击扭矩,形成井下等效冲击扭矩的预测模型,利用塔里木盆地GT1井井下实测结果验证该模型正确性,并应用于中国第1口超万米特深井——深地塔科1井(SDTK1井)。结果表明:复杂载荷作用下钻铤接头应力分布不均匀,台肩处和靠近台肩的螺纹牙处vonMises应力水平相对较高;对于按API(美国石油学会)标准上扣的203.2mm钻铤接头,当井下等效冲击扭矩超过65 kN·m时,钻铤接头的上扣预紧平衡被打破,钻铤接头发生二次上扣;随井下等效冲击扭矩的增大,内、外螺纹台肩处相对偏移量增加。SDTK1井井下存在较大冲击扭矩,井下载荷环境复杂,需要采用双台肩钻铤接头以提高接头的抗冲击扭矩能力或优化作业参数来降低井下冲击扭矩,从而有效防止钻具失效。

谐波减速器集成式扭矩传感器的设计与测试

为实现协作机器人关节力控和提高集成度,提出一种集成于谐波减速器内部的扭矩传感器,以精确获取关节输出扭矩值,推动智能化控制的实现。采用有限元计算方法分析了谐波减速器柔轮底面应变与加载扭矩之间的规律;然后根据有限元分析的结果,考虑柔轮底面敏感栅在不同栅丝长度、栅丝间距和栅丝位置情况下,建立底面应变与扭矩变化皮尔逊相关系数的响应面模型,求解模型获得最优的敏感栅结构参数,确保该结构下集成式传感器具有最佳线性响应,结合惠斯通电桥原理设计扭矩传感器结构;最后,对集成式扭矩传感器进行标定和测试。结果表明:集成式扭矩传感器的灵敏度为0.249 mV/N·m,线性度为0.99974,迟滞误差为2.19%。施加0~70 N·m之间阶梯变化的负载扭矩并进行重复实验,集成式扭矩传感器相对于标准扭矩传感器均方根误差为0.89~0.98 N·m。施加在±70 N·m之间正弦变化的负载扭矩,均方根误差为0.96~1.05 N·m。该集成式扭矩传感器能够较为精准地感应负载扭矩,有助于实现协作机器人关节力控制,提升机器人系统的集成度。

磁聚焦式扭矩传感器激励线圈控制策略研究

为测量旋转轴不同工况下的扭矩,提出了一种基于磁聚焦式扭矩传感器的激励线圈控制策略。该控制策略以控制传感器稳定输出幅值为2 mV电信号为目标,将感应电压数学模型和正交试验法相结合,对各个工况下的激励线圈控制策略进行设计,并利用MATLAB和COMSOL软件对各控制策略进行理论计算和有限元仿真验证。为模拟传感器在台架实验中得到的带噪声信号,对仿真得到的输出电信号添加高斯白噪声,利用MATLAB仿真软件对带噪声信号进行滤波优化。仿真结果表明:该控制策略能够使传感器在旋转轴的不同工况下,稳定输出幅值为2 mV的类正弦电压信号,验证了其可行性。

“絜矩之道”与“感而遂通”——儒家恕人工夫论前提的哲学分析

儒家一向主张以“絜矩”去体谅别人、通达他者。《大学》将其上升为一种普遍的德性工夫,把内在自觉推扩到同类的身上。人心之间的沟通必须以天人之间的沟通为前提,天人相通的理性预设可以使人心之间的相感获得绝对的普遍性。天人合体而不隔,天之则即是人之则。由《周易·感卦》兑上艮下的结构则可知阴阳二气感应以相授与。感应离不开性情,并以性情为先验基础。类是感应的对象性前提。万物身上都潜藏着可以与别物相交流、相沟通的可能性,物始终开显着自身,等待别物的进入和通达。《易传》强调圣人在沟通天人过程中所发挥的重要作用,圣人用性情之心去“会通”天文地理与天下之动,实现与天、与神相统一。

螺旋桨驱动用低速大扭矩电机扁线绕组应用探索

针对低空航空器螺旋桨用低速大扭矩推进电机的使用需求,从绕组形式选取方面着手开展圆线方案与扁线方案综合对比分析。结果显示,扁线方案的散热性能更佳,但在设计加工、电磁性能、整机质量和效率方面不及圆线方案。分析结果可为低速大扭矩电机设计者在绕组选型、极槽组合等方面的选取提供参考。

形状误差对组合辊承受扭矩影响的灵敏度分析

创建形状误差对高压辊磨机组合辊承受扭矩影响灵敏度的分析模型,进行组合辊配合面间的鼓形、圆度、锥度等形状误差参数对组合辊承受扭矩影响顺序分析。分析结果表明:当锥度误差自变量沿正向逐渐增大时,组合辊承受扭矩快速减小,当锥度误差自变量沿负向增大时,组合辊承受扭矩快速增大。鼓形误差逐渐增大时,组合辊承受扭矩呈逐渐增大波动;圆度误差逐渐增大时,组合辊承受扭矩呈缓慢减小波动。3个影响因素中,圆度误差对组合辊承受扭矩的影响最大,锥度误差影响最小,影响参数的灵敏度按从大到小的顺序依次为圆度误差、鼓形误差、锥度误差。

一维时齐带反射边界零常返扩散过程回返时的矩

基于半直线[0,∞)带反射边界的一维时齐零常返扩散过程,探讨了其击中固定点1后首次回返时的矩,并对回返时Laplace变换所满足的带反射边界条件微分方程的近似解进行了估计;由Tauberian引理获得了回返时概率分布的渐近估计,并得到了回返时的γ阶矩有限时,阶数γ的取值范围.

拖拉机发动机耕作过程扭矩的预测模型研究

拖拉机轮轴扭矩通常作为进行拖拉机变速器疲劳寿命分析、优化设计和加速寿命测试时做出各项决策的评价指标之一,而由于现有拖拉机轮轴扭矩测量方法基于扭矩传感器进行检测,投入成本较高,不适宜进行大面积推广应用。针对以上问题,建立了拖拉机在耕作过程中轮轴扭矩的预测模型,选取发动机扭矩、发动机转速、耕作深度、滑移率和行驶速度作为影响因素,对拖拉机耕地作业进行田间试验,并使用测量的校准数据集提出了8个轴扭矩预测回归模型,回归模型的调整决定系数R2为0.259~0.925。其中,预测模型E显示调整后的R2为0.925,不同模型下拖拉机轮轴扭矩预测模型MAPE均小于2.1%。研究结果表明,提出的预测模型均适用于实际的拖拉机作业过程中的轮轴扭矩预测。

种植修复10分钟及1个月后基台中央螺丝扭矩丧失情况的横断面研究

目的:本横断面研究采用4种不同的种植系统修复单颗前磨牙或磨牙缺失,观察种植修复体戴入,基台中央螺丝初次旋紧后的10 min及1个月,基台中央螺丝扭矩丧失的情况。方法:2021年7月~2023年6月于北京大学深圳医院口腔医学中心种植科完成单颗后牙种植体植入术后3个月,转修复科修复的患者268例,戴入了在二氧化锆全冠中央开孔并与基台口外粘接的改良粘接固位种植修复体。修复体调整至合适后,按照各厂家要求的扭矩旋紧基台中央螺丝。分别观察基台中央螺丝初次旋紧10 min及1个月后,当扭矩扳手再次旋紧基台中央螺丝至厂家要求的扭矩时,扭矩扳手自旋转起点至终点顺时针旋转的角度。旋转的角度越大,说明基台中央螺丝扭矩丧失的情况越严重。结果:基台中央螺丝初次旋紧10 min后再次旋紧时,所有实验组病例扭矩扳手旋转的角度均为0°。基台中央螺丝初次旋紧1个月后再次旋紧时,无论实验组(基台中央螺丝初次旋紧10 min后曾再次旋紧)还是对照组(基台中央螺丝初次旋紧10 min后未再次旋紧),无论前磨牙组还是磨牙组,无论种植体是Ankylos、Straumann、Zimmer或Nobel,所有病例扭矩扳手旋转角度均>0°。其中,共有29例病例(10.82%)扭矩扳手旋转的角度>90°,且这一比例在各组间没有显著差异(P>0.05)。没有病例扭矩扳手旋转的角度达到或超过180°。结论:在部分种植系统中,单颗后牙种植修复后1个月,部分病例基台中央螺丝扭矩丧失的情况较为明显,且比例与是否曾在基台中央螺丝初次旋紧10 min后再次加力,及前磨牙或磨牙位点、采用何种植系统无关。

回填式搅拌摩擦点焊工具的温度与扭矩变化规律研究

基于DEFORM-3D软件,建立了异种材料回填式搅拌摩擦点焊过程的热机耦合模型,对焊具开展了旋转速度、下扎速度及深度温度、扭矩分析,得到了轴肩与搅拌针在焊接过程的温度、扭矩的演化规律。通过对比6种典型工艺参数发现,转速的升高、下扎速度的降低与下扎深度的增加均会导致焊具的温度升高。下扎速度对焊具峰值扭矩的影响较小,转速的降低与下扎深度的增加会导致焊具扭矩的增大。

基于几何矩特征与纹理度量的图像匹配算法

为提高多种几何内容变化下的特征点匹配准确度,引入双边滤波器,设计了几何矩特征耦合纹理度量的图像匹配算法。引入双边滤波器,对图像进行预处理,以去除图像中噪声,接着利用Hessian算子,准确检测图像特征。利用图像灰度信息,计算图像特征圆域内的几何矩,以形成鲁棒性较强的特征向量。通过平均梯度模型,对特征点邻域的纹理特征进行度量,并将其联合欧氏测量结果,对图像特征实施匹配。借助互相关模型,对匹配特征的相关程度进行测量,以检测特征点的匹配正确性,优化特征匹配结果。实验数据表明:较当前特征匹配方法而言,在多种几何内容变化下,所提技术具有更高的匹配准确度与鲁棒性。

基于大数据分析的大扭矩机器人悬臂关节震颤控制技术

大扭矩机器人悬臂产生的信号量较大,运用大数据分析技术能够对海量信号进行精准分析,以期解决悬臂关节震颤控制成功率较低的问题。为此,构建大扭矩机器人悬臂关节运动学模型,获取悬臂关节运动学分析结果;使用自适应滤波器获取机器人工作信号,应用数据挖掘技术获取机器人悬臂关节震颤特征;最后,使用线性傅里叶拟合方法优化机器人悬臂关节震颤控制算法,以实现机器人悬臂关节震颤控制。构建应用测试环节,测试结果表明:基于大数据分析的震颤控制技术抑制振动成功率较高,可有效地解决悬臂关节震颤问题。

安装扭矩对抱箍式锁模力仪测试结果影响的研究

注塑机锁模力监测系统主要用于在三板式注塑机中对锁模力的实时监测,以控制产品质量和防止设备的损坏。其中抱箍安装方式的锁模力实时监测仪由于价格低,安装可靠性高等特点,被广泛采用。在实际使用中,抱箍式注塑机锁模力传感器信号的准确度,在一定范围内与所施加的抱紧力(安装扭矩)有一定相关性,对后期维护会有较大影响。对抱箍式传感器在使用中的受力情况进行了分析,根据硅胶需要满足和格林柱之间无滑移的测试条件,分析了硅胶上的拉伸摩擦力以及正压力必须满足的条件,并根据传感器头的安装结构,推导了满足硅胶受力条件时,抱箍收紧时所需的理论最小扭矩公式,最后基于自行研发的抱箍式注塑机锁模力监测仪,进行了实验。实验结果表明,在扭矩较小时(100%理论最小扭矩),抱紧力的大小对测试结果影响很大;当抱紧力达到一定阶段后(150%最小理论扭矩),测试结果趋于稳定;当抱紧力达到一定值后(≥200%最小扭矩),测试结果的精度基本不再变化。

基于多模型和权衡矩阵法的乡村生态-游憩景观安全格局重构

【目的】乡村旅游地的突出矛盾是人类旅游活动对生态环境的干扰,景观规划时需要权衡游憩功能与生态功能。探究乡村生态-游憩景观安全格局(landscape security pattern, LSP)重构路径,旨在促进乡村旅游与生态环境和谐、可持续发展,为乡村旅游地景观规划提供参考思路。【方法】以江苏省无锡市马山为例,综合运用InVEST、ArcSWAT、最小累积阻力(minimum cumulative resistance, MCR)多模型,分别模拟生态、游憩空间格局以及生态、游憩廊道,并划分景观单元;基于“权衡矩阵法”,比较各单元生态、游憩功能重要性,实现景观功能分区,识别权衡问题突出的区域及战略点,进而为各类景观功能区提出针对性的规划、建设及管控策略。【结果】将马山景观功能区划分为生态核心区、生态重要区、生态-游憩重点权衡区、生态-游憩次级权衡区、游憩核心区、游憩重要区、游憩协调区及弹性发展区8类,构建生态-游憩景观网络并识别出32处战略点。【结论】重构乡村生态-游憩LSP有利于区分不同类型景观功能区的建设侧重点与优先级,科学、精细化地管理、利用乡村景观资源,促进多功能景观的协调与增效。