校企合作共建可编程控制技术实验室的创新实践——以大连交通大学动车运用与维护工程学院为例

开放性实验室建设是推进高校创新教育的重要措施之一,以培养相关专业学生的实践和创新能力为出发点,分析校企合作可编程控制技术实验室建设的依据及方案。利用学校和企业间设备、技术等的优势互补、资源共享,实现教学实践与企业实践的有机结合,构建以各学年多层次创新性实验、实习实训以及学科竞赛等为主体形式的分层递进实践教学体系,有利于探索大学生实践教学改革和推进工程实践与创新教育实践的融合,为相关专业开放性实验室建设和创新性人才培养模式完善提供了参考。

基于校企合作的开放性实验室的分层实验教学模式探究——以大连交通大学动车运用与维护工程学院为例

为适应创新人才培养的目标需求,以提高学生的创新能力为出发点,建立以校企合作模式和开放实验室为基础的分层递进实验教学体系。将本科生实验教学划分为兴趣引导-主动学习平台、科教互融-实验探究平台、创新实践-综合设计平台等三个层次,充分发挥开放实验室和校企合作协同创新的优势,从实践创新、学科竞赛和自主科研等方向进行了有效的改革尝试,为校企合作创新模式的完善做出了一些探索。

动车组转向架关键部件温度无线监测系统设计

为监测动车组转向架关键部件温度,保障行车安全,利用动车组内Wi-Fi网络设计了一种无线温度监测系统.该监测系统由STM32单片机、Pt100不平衡电桥采样电路和RM-04Wi-Fi模块构成下位机采集系统,采用基于LabVIEW的PC机客户端结合Android系统的移动客户端APP组成上位机系统.经实验测试,该系统响应速度快,无线传输稳定,数据不丢帧,可达到±0.25℃的测量精度,监测数据可存储调用,满足动车组随车人员对转向架关键部件温度监测需求,对于保证动车组列车运行安全,积累行车数据具有重要意义.

动车组制动系统虚拟维修系统关键技术实现

为提高动车组司机和随车机械师应对途中制动系统突发故障的能力,提出一种虚拟维修系统.系统运用3DS MAX建模软件实现模型的构建,运用VRML中的基础节点,实现了场景中模型的层次结构,从而构建了虚拟环境中的场景模型.运用Java Script节点,实现了虚拟环境下维修操作的人机交互技术.运用Delphi7搭建系统平台,构建一个生动直观的虚拟维修系统.最后通过CRH5型动车组制动系统紧急制动不缓解故障虚拟维修过程,验证了该系统的可行性.

基于UIC556标准的动车组消息数据通信技术的实现

详细介绍了采用UIC556通信协议实现动车组之间消息数据的传输过程,指出在列车网络上发送的E报文(消息数据报文)的主要机制及过程,并在半实物仿真平台上进行模拟实现。

基于A_(dB)值的机车走形部滚动轴承故障诊断方法研究

为了更好地识别机车走形部滚动轴承的故障类型,提出了采用度量故障量值A_(dB)与轴承故障特征频率相结合,并通过虚拟仪器软件来进行诊断分析的方法。该方法首先对所提取的数据进行了二维Gabor带通滤波,然后对滤波数据进行倒谱分析,并提取倒谱分析后的特征信息。通过对特征信息的分析得出故障频率,并根据滚动轴承固有的特征频率给出故障范围,然后通过计算的A_(dB)值给出最终的故障所处的状态。该方法能够更加精确地给出具体的故障类型并提前给予安全预警提示,提高了机车的安全性。

基于T-S模糊模型的高速动车组通信网络实时控制方法

建立包括控制器节点与执行器节点之间的前向通道时延,以及它与传感器节点之间的反馈通道时延的多功能车辆总线网络控制系统,获取的时延数据呈现随机分布的特点;采用自动回归模型和最小均方算法进行前向通道时延的预测;考虑列车关键控制系统的特点,将非线性系统描述为不同稳态工作点附近的多个线性子系统,基于T-S模糊模型建立非线性网络控制系统模型,设计各子系统基于状态空间滚动优化的广义预测控制方法。对采用不同控制方法、不同采样周期和负载率时控制效果进行仿真。结果表明:基于T-S模糊模型的GPC时延控制方法可以精确跟踪不同变化频率的参考信号;与模糊自适应PID方法相比较,该方法能较好地抑制时延对控制性能的影响,具有理想的鲁棒性能和稳定性能,完全可以满足高速动车组运行过程的控制实时性要求。

动车组重联网络控制系统时延预测及补偿

重联动车组之间利用UIC网关的过程数据编组传输监控数据,数据在重联通信网络上的传输时延影响重联控制的性能。针对这一问题,构建动车组重联网络控制系统简化模型,采用网络时延的自回归AR模型,通过Yule-walker参数自辨识算法根据历史数据对网络时延进行在线预测,同时利用快速隐式广义预测控制IGPC对预测的时延进行补偿。仿真实验结果表明,该方法具有较高的时延预测精度,且对网络时延有较好的补偿效果,可保证良好的控制效果。

基于光纤光栅传感器的动车组结构累积损伤预测系统设计

为降低动车组维护成本及减少电磁干扰,采用光纤光栅技术对动车组结构疲劳寿命进行预测。开发了针对动车组焊接结构的动应力数据采集和累积损伤预测系统,在动车组焊缝部位布置光纤光栅传感器,采用光纤光栅动态解调仪SM130进行光波信号解调,工控机进行采集控制与数据存储。基于LabVIEW软件开发数据采集与处理、雨流计数、S-N曲线编制、损伤及寿命计算程序。利用IIW国际焊接学会标准中的焊接接头S-N曲线数据,基于Miner累积损伤原理进行疲劳寿命预测。采用本系统对某高速动车组设备舱支架焊缝进行动应力监测及损伤预测,损伤预测结果为3.29×10^-6,可运用里程3.3×10^7km,满足设计寿命1200万公里的要求。本系统可用于强电磁干扰环境下焊接结构的疲劳损伤监测。

基于动态反馈A~*蚁群算法的平滑路径规划方法

针对移动机器人提出了一种基于动态反馈A~*蚁群算法的平滑路径规划方法。首先,为了克服蚁群算法收敛速度慢的缺点,提出了简化A~*算法来优化初始信息素设置以解决初次搜索的盲目性,并借鉴多策略进化机制加强算法的全局搜索能力。其次,为了进一步提高算法在路径规划中的适应能力,解决陷入局部极小和停滞问题,引入闭环反馈思想来实现参数的动态自适应调节。最后,结合三次B样条曲线对所规划的路径进行平滑处理,以满足移动机器人实际运动路径的要求。通过仿真表明:与原蚁群算法相比,动态反馈A~*蚁群算法平均可减少10.4%的路径成本和65.8%的计算时长。同时,该算法在动态和静态环境中,均能快速规划出一条光滑优质路径。

采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化

以小型活塞式压缩机为研究对象,提出了降低曲轴系统扭振幅值、提高曲轴强度、轻量化曲轴的优化设计方法。在考虑电机转动惯量影响的同时建立了曲轴系统多体动力学模型,利用正交试验方法从多个设计参数中筛选出影响曲轴系统扭振和强度性能的显著因子,并在显著因子和曲轴系统一个周期内的最大扭转角、峰值应力及质量下拟合了二阶响应面模型,采用非劣排序遗传算法(NSGA-II)对二阶响应面拟合模型进行了优化。通过对某W型活塞式压缩机平衡重过渡圆角半径、曲轴偏心距和曲柄厚度进行优化显示,压缩机曲轴质量、自由端扭转角、峰值应力与初始值相比分别下降了11.31%、22.9%、25.10%,表明优化后曲轴系统的扭振幅值下降,质量减轻,强度提升。研究结果可为优化压缩机设计、提高曲轴的性能提供参考。

基于字符特征约束的自适应车牌校正提取

针对复杂多变环境中难以快速、精确提取车牌的问题,提出了一种利用字符特征智能校正提取车牌的方法。首先通过Gamma校正和Canny算子结合的方法在灰度图中实现自适应阈值边缘检测,解决了分割阈值选取的难题;然后应用字符特征约束条件提取特征轮廓,根据特征轮廓分布规律提取车牌候选区,避免复杂运算的同时提高了定位准确性;最后对候选区进行线性畸变校正并利用行灰度跳变统计实现了车牌真实性验证和精确提取,为后续的识别工作提供了良好条件。对不同环境中随机采集的700幅高清图像进行测试,综合提取准确率为96%,提取车牌字符规整、无多余残留信息。实验结果显示,该方法对图像中车牌状态、背景环境、光照条件等限制极少,具有更广的适用范围和更强的鲁棒性。

基于工程教育专业认证理念的专业应用能力实践教学研究

为适应基于工程教认证理念的培养目标要求,以提高工科专业工程人才培养质量为出发点,应设计融入复杂工程问题概念的实践教学体系和建立合理、科学的考核评价体系。通过本专业应用能力实践教学,培养学生综合应用专业知识和基础技能解决复杂工程问题的能力,包括设计实验、分析与解释数据的能力及团队协作能力,培养学生创新思维和创新能力。

机车牵引齿轮材料摩擦磨损性能试验研究

以某高速机车牵引齿轮材料42Cr Mo-17Cr Ni Mo6为研究对象,在销盘往复摩擦磨损试验机上研究接触载荷和相对滑动速度对其摩擦磨损性能的影响规律;利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,进而分析材料摩擦磨损机制。结果表明:机车牵引齿轮材料的摩擦因数随载荷和速度的增加而降低并逐渐趋于稳定;机车牵引齿轮材料在摩擦条件下在磨损表面形成了犁沟,由于载荷和速度的增加使得犁沟间距变宽、摩擦表面更加平整,从而导致材料摩擦因数减低。

列车网络控制系统EMC干扰丢包特性研究

轨道列车上的电磁干扰会对列车网络控制系统的通信产生随机性干扰,进而造成网络通信的丢包问题。通过搭建列车网络控制系统电磁干扰模拟试验台,研究EMC干扰对列车通信网络(TCN)的影响,重点研究静电放电干扰和脉冲群干扰对通信特性的影响,根据试验数据得到TCN丢包率随干扰大小的变化趋势,并进一步对所测数据进行分析建模,得到了基于EMC干扰的TCN丢包预测模型。

列车网络控制系统时延特性研究

针对列车网络控制系统在列车运行中产生的时延问题,通过搭建列车网络控制系统时延测试模拟平台,研究列车通信过程中控制系统的时延特性。根据时延特性分析出TCN网络各子系统的时延影响因素。重点研究任务周期与源端口特征周期对网络控制系统时延的影响。利用TCN网络分析仪测出系统时延,结合所得数据归纳出系统时延的变化规律。通过分析任务周期与特征周期的匹配关系对系统时延的影响,获得减少时延抖动的方法,达到减小网络控制系统时延的目的。

新型仿生机械臂肩关节运动学仿真分析

基于仿生学,人体解剖学等基础知识,参照人体肩关节基本运动机理,合理分配自由度及确定各关节运动范围,根据不同关节运动特点选取相应驱动,设计新型肩关节结构.并进行运动学计算,以确定其关节与末端位置相互关系.通过运动学仿真验证运动学理论计算正确,并确定其工作空间及运动轨迹.说明机械臂肩关节结构及尺寸参数设计合理,并为后续动力学分析和控制提供良好基础.

基于倒阶比谱的滚动轴承故障诊断

为从变速滚动轴承振动信号中提取轴承故障特征,利用了基于倒阶比分析的诊断方法.该方法利用计算阶比跟踪算法,采集转速信号和振动信号,并对振动信号进行角度域重采样,获得角度增量恒定的角度域周期平稳信号,再进行倒谱分析,最后依据倒阶比谱分析结果进行故障识别和诊断.由于阶比分析能将非平稳时域信号转换为平稳的角度域信号,而倒谱分析能很好的抑制频率模糊,所以将阶比分析和倒谱分析相结合,充分利用二者优点,能从干扰中准确识别故障特征,适合于变速滚动轴承信号的故障特征提取.实验证明该方法有效,能够提取变转速滚动轴承故障特征,具有一定的工程应用价值.

制动部件固有频率检测系统设计

为了研究汽车制动噪声,开发了一套固有频率检测系统。系统基于Lab VIEW开发,通过锤击法进行模态试验。由采集卡采集激励信号和响应信号并分析比对,判断工件是否达到的频率要求。采用了峰值提取法,并把提取到的频率同相位谱进行分析,提高测试精度。介绍了系统的设计,详细论述了系统软件的分析原理和实现方法,并通过模态试验对该系统进行验证。实验结果表明:系统能按照预期目标拾取工件固有频率,并给出判断结果。

轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

根据轮式移动机器人具有非完整约束特点,基于其运动学模型对机器人的轨迹跟踪控制问题进行了研究。采用Lyapunov函数直接法的思想设计机器人轨迹跟踪控制算法,并且直观地分析了系统的全局渐进稳定性.最后应用到MATLAB中对圆轨迹、螺旋线轨迹进行跟踪仿真试验,仿真结果表明位姿误差在2 s时刻趋近于零,轨迹跟踪效果良好,系统具有很好的全局渐进稳定性。