高校校史名人育人价值及实现路径探究——以北京交通大学机械与电子控制工程学院为例

高校校史名人是高校校园文化及发展过程中一笔宝贵的财富,也是一张闪耀的名片。高校校史名人具有传承红色基因、激发情感共鸣、增强团结凝聚的育人价值。北京交通大学机械与电子控制工程学院探索研究以应尚才教授为代表的校史名人,通过事迹挖掘、文化传播、实践推广等路径实现育人价值。探讨与学科专业发展、教风学风建设、时代主题内涵相融合,有效发挥高校校史名人立德树人功能的经验启示。

智慧高速铁路运行控制系统发展趋势综述

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等问题,提出高速铁路运行控制系统的智能化、智慧化是解决上述问题的重要手段,是保持和提升我国高速铁路技术整体竞争力的核心组成部分。新时期的智慧高速铁路运行控制系统以实现列车(群)全天候全无人自主追踪运行控制为目标,主要包括移动闭塞、列车运行净空感知、列车状态智能监测、列车自主追踪、智能调度指挥、车-地动态自组网通信等关键技术。结合新一代使能技术,研究高速铁路运行控制智能技术的应用及其发展趋势,对我国智慧高速铁路的发展具有参考价值。

四足机器人腾空跳跃的轨迹优化与控制方法

针对四足机器人难以跨越大尺寸障碍物的问题,提出了一种仿生腾空跳跃的轨迹优化控制方法 .首先,对马里努阿犬的越障运动进行测试和仿生学分析,得到腾空跳跃的参考轨迹.其次,根据摩擦锥、轨迹平滑、运动学和动力学等约束条件,基于轨迹优化的方法对仿生参考轨迹进行离线优化,生成四足机器人的期望跳跃轨迹,得到跳跃所需的足端位置、关节力矩和关节角度序列.再次,设计分阶段的跳跃控制器,采用关节和质心PD(Proportional Derivative)的组合控制策略,实现对期望跳跃轨迹的跟踪,采用变刚度虚拟模型控制实现对落地姿态的调整和足底力的缓冲.最后,在Webots仿真环境中完成了1 m高度的自由落地和跳跃0.75 m高度桌子的仿真实验.研究结果表明:仿生轨迹优化与控制算法能够使四足机器人跳跃大尺寸障碍物并且具有平稳落地的效果,对于提高四足机器人的高性能运动能力以及拓展其应用环境具有参考价值.

阀控缸系统线性矩阵不等式凸优化算法鲁棒模型预测控制

针对阀控缸系统力跟踪控制过程中受到位置干扰,导致控制精度难以保证的问题,提出一种基于线性矩阵不等式凸优化算法的鲁棒模型预测控制策略。将一般模型预测控制的最小化性能指标转化为求解满足线性矩阵不等式组的最优化问题,对其进行稳定性分析。考虑输入输出受约束的离散时变不确定性系统,讨论该控制策略对系统参数不确定性的鲁棒性以及对系统外扰动的抑制能力。结果表明,在不同频率位置干扰信号作用下,该控制策略比一般模型预测控制具有更好的跟踪效果和鲁棒性。

低周疲劳的结构应变法在铁路货车上的工程应用

为了开展铁路货车车体焊接结构的低周疲劳寿命预测,详细推导了理想弹塑性结构应变计算理论,基于计算理论进行了程序设计,并通过焊接接头试验进行了验证.进一步开展了平面应变焊接接头模型的仿真计算结果和结构应变法计算结果的对比,探讨结构应变法的使用条件.最后,将虚拟台架与结构应力变结合开展了快捷货车的低周疲劳寿命分析的工程应用.结果表明:提出的低周疲劳的结构应变方法及其计算程序,当结构应力与屈服强度的差值在150 MPa以内时,理想弹塑性结构应变计算结果与实际结果一致,能够解决铁路货车低周疲劳寿命预测问题;当结构应力与屈服强度差值超过150 MPa后,随着结构应力的增加,误差也增加.该文的研究为低周疲劳的结构应变法工程推广应用提供了良好的技术支撑.

高速铁路接触网工程数字化安装关键技术

为梳理总结高速铁路接触网工程数字化安装关键技术研究成果,研发基于有限元技术的腕臂与整体吊弦精确计算平台、无轨工况下接触网支柱定位与跨距/腕臂吊弦计算用数据精确测量技术、接触网腕臂预配与整体吊弦预制自动化生产线及安装专用数字工器具、轨行车载接触网系统关键结构几何尺寸检测与智能分析系统。研究成果改变传统计算、人工安装、反复调整的作业方式,为推动中国高速铁路接触网工程智能建造提供了技术支撑。

嵌入式机器人控制系统实践教学模式研究

本文深入探讨了嵌入式机器人控制系统实践教学中的问题及改革方法。首先,分析了当前实践教学存在与先修课程重复、实践场景单一、与人工智能技术关联少以及对机器人基础知识介绍不足等问题。为解决这些问题,本文对课程知识体系进行重构,围绕课程目标构建了精简高效的知识体系,去除重复内容,突出关键知识点,并加强对机器人发展历程及基础知识的介绍,以强化学生对核心概念和技能的掌握。此外,本研究通过虚实结合的教学方法丰富实践场景,加强人工智能技术应用,以提升学生的综合能力和对机器人技术的全面认识。最终,课题组通过实验课程的目标达成情况进行了教学模式改革的验证,证明了相关改革措施有助于提高教学质量,培养学生的实践能力和创新精神。

BOPPPS教学方法在材料工程实验方法课程中的应用

材料工程实验方法是研究、开发、生产和应用结构材料 等各类材料过程中所使用的科学实验方法。材料工程实验方法课程较强的学科交叉背景、多元的知识体系以及新材料的迅速发展对课程教学和人才培养提出更新更高的要求。将新型高效的BOPPPS教学法应用到课程教学中,可有效增强学生互动和教学反思,显著提升学生参与度,切实改善教学质量,充分发挥材料工程实验方法课程在新时代材料工程领域人才培养的重要作用。

基于最短路径的复杂机械产品装配过程质量控制点公差带在线优化方法

为提高复杂机械产品的装配精度和装配质量稳定性,提出一种基于最短路径的复杂机械产品装配过程质量控制点公差带在线优化方法。对关键工序的质量控制点公差带进行细粒度划分;从装配精度角度出发,引入田口工序能力指数构建质量损失—公差函数;综合考虑装配过程中两种作业(基本作业和辅助作业)类型的时间调整损失,建立装配时间调整费用—公差函数;在上述两函数的基础上,通过加权聚类建立装配损失—公差函数模型,以描述质量控制点的总损失与公差的关系;构建基于最短路径的公差带在线优化模型,将装配损失—公差函数作为权函数,以最小损失为目标进行搜索,实现对后续质量控制点公差带的在线优化。以某型发动机缸盖螺栓拧紧过程为应用实例,验证了上述方法的可行性和有效性。

ZL50装载机自动换挡电子控制单元的开发研究

开发了ZL50装载机液力传动变速箱自动换挡操纵系统及其电子控制单元(ECU)。针对装载机作业过程中换挡操纵的复杂性,该系统采用了人机协同配合的多模式换挡控制方式;完成了控制软件设计、硬件电路及可靠性设计,并对研制的自动换挡操纵系统进行了台架试验和环境试验,验证了系统功能的实用性和工作可靠性。试验结果表明:自动换挡操纵系统可按驾驶员选择的控制方式工作,实现自动选挡功能及换挡过程的平稳性控制。

轻型柔顺机械臂结构设计与控制

为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空间;设计机械臂的位置控制实验,通过MTI位姿传感器来获取机械臂末端位姿,提出了MTI位置误差修正的方法.实验表明:当机械臂处于自由状态时,通过对比机械臂各关节和MTI末端位置的跟随性能,得知1,2,3各关节的位置跟随误差分别为7%,5%,2%,末端X,Y,Z3个方向的最大位置误差分别为19.25%,14.43%,6.4%,证明该机械臂末端具有较好的位置跟随性.

多措并举建设高水平机械工程实验教学中心

机械工程实验教学中心以强化学生工程实践能力、科学研究能力和创新能力培养为核心,以多学科专业交叉融合为特色,通过资源有效整合、教学科研紧密结合、学校企业密切联合,建设了立足校内、拓展校外、内外结合的实践平台,构建了多层次、多模块实践教学内容体系,形成了多样化的学生科研训练模式和实验中心开放运行管理机制,为机电大类相关专业高水平人才培养奠定了坚实的实践基础。

果园有机肥机械化环沟施肥方法及其实现

环状沟施肥在传统上被认为是一种果园精准施肥方法,但其高肥效的机理尚不明确,且其机械化作业依然是巨大的挑战。针对上述问题,该研究分析了果园机械化环沟施肥技术的相关农艺要求,并提出有机肥机械化环沟施肥方法及其实现装备。通过分析矮砧密植苹果树根系分布、肥料养分迁移与吸收、肥-土混合的农艺机理,阐明了果园环沟施肥机械化技术的优势和必要性,并确定环沟轨迹基圆半径。提出密植苹果园有机肥机械化环沟施肥方法,在树行单侧以连续曲线沟对根区形成包围,并同步施肥和混肥。研制了履带自走式果园有机肥环沟施肥机。该施肥机借助检测到的树干定位信号,通过电液式环沟轨迹控制系统控制开沟混肥器横向运动。由开沟混肥器的横向运动与施肥机的纵向运动合成曲线轨迹,一体化完成曲线开沟、施肥和混肥。田间试验表明,研制的施肥机能够精准识别果树树干,并围绕树干进行连续的环沟施肥,且肥料与全层土壤混合分布。环沟宽度(210±6.3 mm),施肥深度(300±19.5 mm),平均开沟阻力矩127.32 N·m,开沟混肥器平均功耗5.84 kW,工况稳定。基圆半径为0.7 m时,环沟轨迹和施肥轨迹平均误差分别为0.05和0.03 m。该研究实现了矮砧苹果园有机肥机械化环沟施肥方法,对旱区果园有机肥精准、高效施肥新技术具有促进作用。

一种工业机器人喷涂末端执行器设计及控制

针对特种喷涂任务提出一种安装于工业机器人末端的喷涂执行器。首先对完成执行器结构设计,通过齐次坐标变换矩阵得到工业机器人末端至执行器喷枪头部的坐标表达并实现激光测距传感器至喷枪头部的坐标换算。其次搭配硬件实现满足各部件间高速通讯及计算结果实时输出的电子控制系统。接着通过模态分析得到末端执行器前六阶振型,利用谐响应分析在0-150Hz范围内扫频并施加外部集中力激励得到振动位移、振动加速度随频率变换曲线。最后,提出一种拟合扫描点并拆分拟合轨迹得到末端执行器移动路径点集的路径规划方法,可有效避免干涉碰撞,通过实验验证此方法有效。

双燃料发动机电子控制系统的设计

对设计的双燃料发动机电子控制系统硬件结构、软件模块、控制方式及用途进行了详细介绍，并预测了该技术的应用前景。

学科交叉、产教融合的车辆工程一流专业建设研究

作为首批国家级一流本科专业建设点,北京交通大学车辆工程专业通过学科交叉、产教融合构建了以车辆智能设计、智能制造、智能运维课程群为主线,以人工智能、大数据等前沿技术为支撑的人才培养体系,将现场问题、前沿理论、先进技术融入人才培养过程,打造了校企互补、产教融合的一流“双师型”教学团队,校内外结合、虚实结合,构建了由校内教学实验中心、科研平台、校外实践基地和面向全国的虚拟仿真中心组成的“四位一体”的一流实践平台。

圆锥体外表面铺贴机械手工作质量评估方法研究

针对圆锥曲面铺贴问题设计一种机械手并对其工作质量进行评估。首先进行机械手构型设计,阐明工作原理并利用修正GK公式计算空间自由度。其次提出铺贴工作质量评估方法,提出表面位移概念用于评价贴合度,分别采集圆周、母线两方向表面位移并计算极差与方差,二方向极差、方差取平均并对其倒数以0.99和0.01为权重加权得到原创铺贴质量评价参数S值。接着以铺贴高度和铺贴力度为变量设计正交试验,采集并计算S值用于得出而变量对铺贴质量的影响程度F值。随后采用不涉及铺贴高度变化的平面铺贴试验文章提出评估方法的有效性。最后在圆锥曲面中应用此方法,结果表明:铺贴力度和铺贴高度中的任意一项单独提升均可提升铺贴质量,在二因素共同作用下,铺贴力度对应F值为10.32,铺贴高度对应F值为3.50。

电驱动机械变速器换挡控制器的硬件设计与测试

在电动汽车中,电驱动机械变速器(EMT)自动换挡控制系统的动态响应性能、稳定性和可靠性直接影响车辆性能。为了提升电驱动机械变速器的综合性能,要求换挡控制器(TCU)对控制系统的输入信号能实现精确测量,包括变速器输入轴和输出轴的转速和转角信号、接合套位置信号、油门踏板开度信号等,并对换挡执行机构实现精确控制。为达到设计要求,基于英飞凌XC2267M核心处理器,设计了适用于电驱动机械变速器的专用TCU,包括信号采集与调理单元、换挡电机驱动单元等。该专用TCU能对输入信号进行精确测量,并通过对换挡执行机构的精确控制,使接合套位移控制精度达到1 mm。最后通过硬件在环仿真和实车道路测试验证系统性能,为电驱动机械变速器实现快速、平稳的换挡提供了硬件基础。

新工科背景下基于项目教学法的机械设计基础课程改革

为了满足“新工科”建设背景下“问学生志趣变方向”的教学要求和创新型卓越工程人才的培养需求,解决“机械设计基础”在传统教学中学生缺少项目实践和学习兴趣的问题,引入了项目教学法,给出了任务选取、计划拟定、计划实施和结果评定四个环节的具体教学方法。结果表明,该教学方法将总体方案设计、机构设计和零件设计及校核等内容有机融合串联,提高了学生应用所学知识、方法和设计工具解决机械系统相关问题的实践能力和团队合作能力,为培养创新型卓越工程人才提供了可行的教学方案。

多关节机械腿的控制系统设计

为解决机械腿的变速运动控制问题,将机电一体化技术应用到多关节机械腿的控制当中。开展了基于多关节机械腿的运动控制分析,建立了变速方式和机械腿运动速度之间的关系,提出了一种可选择的变速控制方法,并在此基础上对系统响应时间、运行误差等进行了评价。多次试验结果表明,本系统具有良好的控制稳定性。