约束条件下冗余驱动并联机构结构参数的优化

针对冗余驱动并联机构运动/力约束性能的评价,提出了评估冗余驱动过约束并联机构构型的约束指标。首先通过以遍历的方式剔除一些力螺旋,将多自由度的并联机构提取为多个单自由度机构,然后提出了输出约束指标(OCI),该指标考虑了所有单自由度多力螺旋机构对并联机构的影响。结合输入和输出约束性能指标,定义了总约束指标(TCoI)来评估并联机构构型的约束能力。基于TCoI建立良好约束指标(GCoI)和不良约束指标(PCoI),以揭示特定工作空间的整体约束能力。通过对不同结构的并联机构性能对比分析,验证了所提约束指标在评估并联机构性能的可行性,最后通过并联机构结构参数的优化设计实例验证了所提方法的有效性。

表面平齐的并联微穿孔板吸声结构特性仿真研究

针对火箭发动机燃气高温高速射流通道内噪声控制的工程需要,提出了一种表面平齐的并联微穿孔板吸声结构设计方案。基于微穿孔板吸声理论,建立了COMSOL微穿孔板吸声结构吸声性能仿真模型,对该类并联微穿孔板吸声结构的吸声特性进行了仿真研究,分析了并联结构的背腔深度比、周期和单体宽度等多种参数对吸声性能的影响。结果表明,通过合理选择微穿孔板参数,以及并联共振腔深度、周期比、单体宽度等参数,可以得到吸声带宽、吸声系数较优的吸声结构,且加工制造与安装维护简单,研究成果可用于高温高速射流通道内的强噪声辐射环境控制。

Delta并联机器人运动学性能分析与结构参数优化

Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩阵条件数分布规律、结构参数约束关系、运动学性能随结构参数的变化规律及相关性,获得条件数分布特性和失真约束条件,在此基础上得出动静平台半径差和主动臂长度增加和从动杆长度减小能够使得机构性能较优。给定设计工作空间,对原结构进行参数优化设计,通过建立包络惩罚函数,采用多元非线性拟合与线性加权组合法得到运动学性能评价函数,结合条件数分布特性和失真约束条件建立优化模型,利用遗传算法进行优化。相较于优化前,优化后可达工作空间体积减小14.26%,设计工作空间的全局条件数均值和全局条件数标准差分别减小31.20%和11.78%,且设计工作空间各截面条件数分布规律验证了条件数分布特性的可靠性。

基于四杆张拉整体结构二自由度并联调整平台

针对并联机构在智能制造和机器人领域应用中对高精度、强承载和高动态性能的需求,提出一种创新的四杆张拉整体结构二自由度并联调整平台机构。首先基于张拉整体结构,通过建立节点矩阵和轨迹规律确定机构构型,并利用移动副限制实现二自由度翻转,充分发挥其自平衡和自稳定优势;随后通过运动学求解和奇异性分析研究输入输出参数关系,避免奇异点引发的不稳定问题;再通过工作空间求解和仿真分析验证了机构的运动性能和合理性;最后制作物理样机并进行驱动力和定心实验。结果表明,样机具有优异的柔顺性和自平衡、自稳定特性,实际翻转与理论计算基本一致,验证了机构的可行性和设计合理性。此研究为并联机构的优化设计和实用化应用提供了新的理论基础和技术途径,具有重要的工程应用意义。

基于电流检测的SiC MOSFET并联均流控制策略

【目的】由第一代和第二代半导体材料构成的功率器件,各方面性能都已经达到自身极限,在更为复杂的电路拓扑中难以应用。第三代新型半导体材料碳化硅(SiC)逐步成为研究焦点,相应的碳化硅器件也成为研究前沿。相比于传统硅(Si)基器件,碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)以其更为优异的特性在高压、高频和高功率密度领域广泛应用。受到载流能力限制,往往需要多个器件并联使用。不成熟的制作工艺和不对称的电路布局,会导致器件自身参数和外部电路参数存在差异,产生不平衡电流问题。针对该问题,本文提出一种均流控制策略。【方法】本文首先分析和总结了并联均流影响因素,确定了各个参数的影响程度。并以器件自身开通和关断特性为基础,通过理论公式推导,总结了电流变化规律。其次,设计了对应的电流检测电路,准确获取电流差异情况。最后,提出了一种调节驱动电阻的均流控制策略,通过调节多级驱动电阻,逐步调节不平衡电流。【结果】仿真结果验证了所提控制策略的有效性,电流不平衡度显著减小。【结论】结果表明,设置合理的驱动电阻,所提出的控制策略能有效实现双管并联均流。

基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法

随着并联机构从单一尺寸设计和拓扑设计向两者融合方向不断发展,基于拓扑叠加-再惩罚和全变量正交设计-再拓扑的同步设计方法得到广泛应用,但两者存在设计效率低等不足。为解决上述问题,本文提出了一种基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法,该方法拓扑优化时以相同质量保留此条件下尺寸参数小范围变化对拓扑结构微弱影响为切入点,通过拓扑结构参数化缩放和刚度-质量元模型构建,形成并联机构尺寸-拓扑同步高效设计流程。以典型■RS并联机构为例开展算例验证与对比分析,结果表明,相同质量条件下,所提设计方法比尺寸设计方法得到的各向刚度更高,即拓扑优化使RS连杆的材料分布更加合理。

碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡影响因素与抑制方法综述

碳化硅MOSFET凭借其高压、高温和高频等优异性能逐渐在工业中得到应用,然而碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡问题限制了其性能发挥,并增加失效风险。为了充分发挥碳化硅MOSFET的性能优势,本文首先从芯片参数、功率回路参数和驱动回路参数3个方面阐述并联电流分配不均衡影响因素,然后综述了近年来国内外抑制并联不均衡电流的研究成果,对电流不均衡抑制方法从电流均衡种类、扩展难度、集成难度和经济成本四个维度进行了综合比较分析。最后,根据现有研究不足与面临挑战,本文对碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡抑制方法进行展望。

基于R&(2-RPR)+UPS并联机械腿结构参数优化

针对绝大多数并联机械腿工作空间小的问题,提出了一种新型带有放大机构的R&(2-RPR)+UPS并联机械腿,并对其主要结构参数进行了优化。首先,使用SolidWorks软件建立了并联机械腿及四足机器人整机三维模型,推导了单腿机构的位置反解,并通过Adams软件及Matlab软件对其正确性进行了仿真验证;其次,采用蒙特卡洛法求解了单腿工作空间体积,并将其作为优化指标,分别探究了该优化指标与各结构参数之间的规律,确定了优化变量;最后,采用粒子群算法对机械腿主要结构参数进行了优化。结果表明,优化后的机械腿工作空间体积增大了69.83%,在X、Y方向上的工作空间范围分别增大了35.26%、19.51%,提高了四足机器人的快速行走及越障能力。

多自由度结构-串并联调谐质量阻尼器减震性能

针对提出的串并联调谐质量阻尼器(TTMD)减震系统,采用粒子群算法,在频域内对多自由度结构⁃TTMD系统进行优化分析。建立多自由度结构⁃TTMD系统减震控制仿真分析模型,分别考虑不同类型实际地震记录,在时域内研究了TTMD对结构地震响应的控制效率,并与相同总质量比的调谐质量阻尼器(TMD)进行比较。进一步考虑了结构刚度发生10%和30%退化的情况,分析了TTMD系统对刚度退化结构的减震效果。数值结果表明,TTMD系统减震性能和鲁棒性能优于TMD系统,且具有阻尼需求小、安装简单、易于实现等优势,是一种增强型减震系统。

基于CNN-GRU并联网络的海上风电支撑结构损伤识别

利用振动响应和深度学习进行结构损伤识别时,会遇到需要较多测点数据、损伤识别准确率不高以及网络容易发生过拟合等问题。为此,提出了一种基于卷积神经网络-门控循环单元(convolutional neural networks-gated recurrent unit,CNN-GRU)神经网络并联网络的结构损伤识别新方法。首先,对响应信号进行广义S变换(generalized S-transform,GST)得到其时频图像。然后,分别利用CNN和GRU从时频图像和响应信号中提取时频域特征和时序特征,并将时频域特征和时序特征拼接后输入全连接层和Softmax分类器中进行结构损伤识别。位移激励下的海上风电支撑结构模型试验数据验证结果表明,该方法仅需要一个测点的响应信号,与其他同类方法相比具有更高的识别准确率和效率。

基于电-热-结构耦合分析的SiC MOSFET可靠性研究

作为应用前景广阔的功率器件,SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的可靠性分析至关重要。基于结构几何、材料特性和边界条件的建模方法可以显著缩短失效分析周期。考虑器件电阻随温度变化的特性,构建电-热-结构耦合的有限元模型,针对健康状态及不同失效模式进行温度和应力研究。结果表明,功率循环过程中键合线与芯片连接处受到的热应力最大,焊料层与芯片接触面的边缘位置次之;键合线失效对器件寿命影响最大,且焊料层中心空洞产生的应力大于边缘空洞产生的应力。仿真结果可为提升器件可靠性提供重要参考。

SiC MOSFET多管并联均流方案及IVCR1412驱动芯片应用

在大功率变换系统中,多管并联能提升电流承载能力,增加输出功率,常用于电机驱动、电动汽车、电力传输等场景。但多管并联均流是一大挑战,这影响了系统中器件的温度分布,进而影响系统可靠性,最终成为限制系统功率和效率的瓶颈。为了实现多管并联均流,瞻芯电子基于SiC MOSFET和SiC专用·比邻驱动TMIVCR1412芯片开展了均流研究,在不同均流驱动方案和不同条件下,测试影响均流的因子,以提供均流方案建议。

3-PRC并联机构运动学分析及结构参数优化

根据3-PRC并联机构的结构特点,分析了并联机构的运动学逆解,通过牛顿迭代法得到并联机构的运动学正解。使用SolidWorks、MATLAB和Adams软件对并联机构进行三维建模和运动学仿真,并验证了并联机构运动学正反解的正确性。为了限制整体结构尺寸并获得较大的工作空间,对相关结构参数进行了优化,最终通过三维搜索法得到机构的工作空间。

并联机构的结构降耦原理及其设计方法

机构学的难题之一是寻找机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的映射规律。前期研究表明,降低机构的结构耦合度可直接降低机构运动学、动力学求解的难度,这揭示了机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的关系之一,因此,如何降低机构的结构耦合度已成为机构拓扑结构优化的重要内容,但目前国内外研究很少。研究并联机构的结构降耦原理、设计方法及其应用。定义并联机构结构降耦的概念,澄清并揭示机构结构降耦与机构运动解耦之间的内在区别与联系。从并联机构支链本身的拓扑结构以及支链在动/静平台之间布置的拓扑结构两方面,提出保持并联机构自由度和方位特征不变而降低机构耦合度的两个结构降耦原理,据此,进一步提出了基于设计混合支链的、基于运动副复合的、基于方位特征支链主动化的三种结构降耦设计方法,并分别给出设计例子,得到相应的自由度和方位特征保持不变但耦合度降低的新机构,为其应用研究提供了优选机型。提出的机构结构降耦原理与设计方法,适用于所有的复杂平面和空间平面。

并联运动机械结构综合及其优化设计研究的最新进展

综合评述了以德国为主的欧洲工业国在并联运动机械结构综合与设计方面的最新研究成果与进展,内容涉及:针对实际应用背景提出新机型并进行了设计;通过研制设计分析仿真软件,针对某种并联运动机械机型进行了结构综合改进与优化、尺度综合和优化以及性能评估与改善等工作;进一步地,在大量实践与理论探索的基础上,较系统地提出用于开发混合运动机械、冗余并联运动学以及可重构并联运动机械的设计方法学,这些内容都是并联运动机械设计研究领域内富有创造性的成果。

功率MOSFET并联驱动特性分析

并联MOSFET非常适合于在低电压、大电流下工作。基于IRFS4227PBF功率MOSFET,分析和测试了在一定散热环境下MOSFET结温的收敛特性与漏极电流的关系,说明了MOSFET的实际电流容量受散热条件制约,并以此确定在额定电流下需要并联的个数。用PSPICE电路仿真论述了外围电路Q值和功率管参数等因素对并联驱动的动态均流特性的影响。在此基础上搭建实验平台,成功实现了8个MOSFET并联在高频状态下的稳定工作。

基于结构降耦和运动解耦的并联机构拓扑结构优化及其性能改善

并联机构的拓扑结构包含各支链本身的拓扑结构以及各支链相对于动/静平台布置的拓扑结构两个层面,后者对并联机构的结构、运动、动力学性能有重要影响,但研究相对较少。阐述机构结构降耦原理及其降耦设计方法,同时,提出一种基于Pro/E-ADAMS仿真运动曲线的机构运动解耦性判断方法,而无须求解机构的输入-输出位置方程。以两平移一转动3-RRR、三平移3-R//R//C并联机构为例,不改变其支链本身的拓扑结构,仅改变其在动/静平台之间的拓扑结构,设计出相应的结构降耦构型和运动解耦构型:两平移一转动机构的耦合度从k=1降为k=0,从而极易求得位置正解解析式;而原先不具有运动解耦性的三平移机构具有了部分运动解耦性,因而运动规划和控制变得容易。对一种3-R//R//C解耦构型的位置正解、运动解耦性、奇异位形、工作空间、灵巧度性能进行计算分析,发现其性能明显优于优化前的原始构型。研究成果为并联机构的拓扑结构优化及其性能改善,以及揭示两者之间的关系提供了一种有效方法。

基于开放式结构的并联机床数控系统建造

结合并联机床数控采用以“PC+适配器”为硬件平台 ,以 Windows操作系统为软件平台建造样机的开放式数控系统 .着重研究数控系统的总体方案、硬件平台建造技术、多任务实时调度策略、用户界面设计技术及并联机床仿真技术 ,并按照软件工程思想编制了数控系统软件 .

并联机构拓扑结构的字符串描述及其应用

在研究并联机构拓扑结构的基础上,提出一种新的并联构型字符串描述方法,对并联机构的支链结构、平台外形、链接方式等进行抽象描述,为并联机床构型设计数字化过程中的并联机构构型的选择、建模、综合等提供并联机构拓扑结构完备、简洁、直观的描述字符串,从而为相关的应用程序间以及人机交互提供数据交互的标准。讨论了这种描述方法在PMT-VPDS中的具体应用。

3T1R并联机构结构设计与位置分析

基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种三平移一转动(3T1R)并联机构。首先,应用方位特征集方法,综合了一批满足功能要求的并联机构;然后,综合考虑实际应用要求,从中优选出一种具有开发潜力的并联机构,分析结果表明:该机构具有全对称性、可折叠性及承载能力强、工作空间大等特点;最后结合实例给出了优选机构的位置正、逆解方程及其求解算法,结果表明:其位置逆解方程可解析求解,且最多存在16组解;而正解方程不能解析求解,且最多存在8组解。