灌装机械手运动与动力特性分析

首先利用平面几何关系,建立了灌装机械手的运动学方程,再通过MATLAB计算了各关节的位移曲线、速度曲线以及加速度曲线,在此基础上进行了动力学仿真,得到了各关节的扭矩曲线。结果表明:各关节运动较平稳,所选的电机的额定扭矩大于所需的最大扭矩,满足使用要求,为灌装机械手的设计提供了理论依据。     

用于核酸提取样本容积最优化的等频率运动控制

为实现核酸提取振荡运动下样本容积最优化,将等频率运动控制算法应用于核酸提取过程中,通过提高核酸提取运动过程的平稳性,使振荡运动下核酸样本容积得到有效提升。基于搭建的STM32高精度控制平台,通过等频率离散化的方式控制步进电机使用Sigmoid曲线实现加减速过程,实现步进电机的平滑、精确控制。提出的等频率离散加减速运动控制算法可解决变速过程中速度变化不平稳问题。对比等时间采样的实验表明,相同实验参数下,采用等频率离散的方式比等时间离散能更快达到目标频率。在精度对比上,采用等频率离散的方式在定位精度上比等时间离散法提高39.47%。在核酸提取应用中,等频率离散法比等时间离散法可有效提高核酸样本容积20.62μL。与传统Sigmoid函数模型实现S型曲线加减速控制算法相比,等频率离散法可提升运动定位精度使抽提过程更加顺滑,有效提高了核酸提取振荡运动下的样本容积。     

印刷机飞达动态特性实验研究

针对高速飞达工作时因动态特性差造成的输纸不稳问题,研制了飞达动态特性实验平台,并进行了实验研究。 利用实验平台对飞达凸轮分配轴进行了扭矩动态测试和振动测试,用 4 个压电加速度传感器分别测试了飞达机架、分纸吸嘴、递纸吸嘴、压脚的加速度。 研究表明:印刷机飞达主轴扭矩呈现周期性波动,且随着速度增加扭矩变化幅值增加;当速度由 10 000 张 / h 增加到 15 000 张 / h 时,加速度峰值增加 3 倍,飞达振动加剧;应优化凸轮曲线及封闭弹簧布局,降低飞达主轴扭矩波动,提高输纸稳定性。     

动态减振轮毂驱动电动车半主动悬架系统优化控制

为抑制轮毂电机所导致的电动车悬架系统振动负效应问题,基于动态减振半主动悬架构型,在最优控制理论框架下,分别设计全状态反馈二次最优（LQR）控制器和部分状态反馈H∞最优控制器,并分别以簧上质量加速度、电机所受最大动态力、电机垂向振动加速度、悬架位移和轮胎动载荷最小为目标,利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)对加权系数进行优化。仿真分析结果表明：通过合理参数优化设计,部分状态反馈H∞最优控制可具有与全状态反馈LQR控制基本相当的控制性能。     

基于正矢平方型曲线加减速算法的堆垛机立柱振幅研究

目的 为了提高堆垛机运动的平稳性,解决传统S型曲线加减速算法中加加速度不连续而影响堆垛机立柱瞬时振幅的突变冲击问题,新提出一种正矢平方型曲线加减速算法。方法 通过推导堆垛机立柱结构的振动方程,构造以正矢平方函数为核心的加减速算法模型,搭建Simulink振动仿真模型,之后与传统S型、正矢型曲线加减速算法一起代入Simulink振动模型进行对比仿真,再对立柱振幅结果进行分析。结果 正矢型曲线加减速算法的振幅比传统S型曲线加减速算法的约减小了2.6%,正矢平方型曲线加减速算法的振幅比传统S型曲线加减速算法的大约减小了4.2%。结论 所述正矢平方型加减速算法的速度、加速度、加加速度曲线皆连续。基于该算法的堆垛机兼顾平稳性的同时,立柱振幅更小,与其他算法相比,控制结果更优。     

基于行为模型的电机动态扭矩测试研究

电机动态扭矩一般使用扭矩传感器测量,但扭矩传感器应变片粘贴的角度容易发生改变,且长期使用容易变形,造成测量结果误差较大,无法实现对电机动态扭矩的长期测量。为此,提出一种扭矩传感器行为模型测量扭矩的方案,以直流无刷电机为负载电机,利用标准扭矩传感器测量负载电机的电流和扭矩,通过采用线性回归的方法得到扭矩传感器的行为模型,再利用该模型替代扭矩传感器来测量电机扭矩。该方法克服因扭矩传感器的安装、应变片变形等对扭矩测量精度的影响。基于该方法设计行为模型测量动态扭矩的系统,以750 W永磁同步电机为被测对象,分别使用该系统与使用扭矩传感器方法测试比较,该方法测量动态扭矩时相对扭矩传感器测量的动态扭矩最大相对误差为1.90%,非线性误差为1.84%,重复性误差为0.084%。结果表明:使用行为模型可代替扭矩传感器测量电机动态扭矩,有利于对电机动态扭矩的长期稳定测量,且系统在体积、成本、结构以及操作维护方面都更具优势。     

平面模切机的模切过程优化

针对印后包装设备模切机在高低速模切时的不同要求及模切速度快速变速规划的需要,优化模切过程。首先,分析伺服驱动模切凸轮机构的运动过程;然后,优化模切驱动电机的整体运动规划,实现不同模切节拍下,切刀模切瞬间的速度不变,使下压阶段和提升阶段的电机最大扭矩保持平衡;随后,进一步对模切加减速段进行优化,设计非等腰三角形规划,以高效发挥模切驱动电机的性能。该控制策略能提高切刀寿命,提升模切整体效率。     

半刚性自适应可展开伞状减速装置设计与分析北大核心CSCD

针对可展开式减速器的辐条在复杂气动载荷下易发生弯曲变形的问题,提出一种具有刚度自适应性可展开伞状减速装置,通过合理布置预张紧柔索使辐条的抗弯刚度随外界气动载荷的增大而增强。首先,基于载荷方程建立减速装置支撑结构的理论模型,分析刚度自适应性的作用原理,其次,利用有限元分析软件创建无索与含索减速装置的对照模型,验证含索减速装置的刚度自适应性。最后,建立运动微分方程与虚拟样机模型,分析减速装置展开过程。分析结果表明,在直径10 mm,初始应力10 MPa的预张紧柔索作用下,辐条最大挠度随载荷的变化曲线变为单调递增的平滑凹曲线,曲率随预张紧柔索初始应力的增大逐渐减小;含索减速装置整体的最大变形在0~60%极限载荷区间低速稳定增长,最大挠度减小超过50%,展现出较理想的刚度自适应性。     

面向力学性能的并联隔振平台结构参数优化设计

固有频率和静变形量是度量并联隔振平台的力学性能的两个重要指标,其可以通过优化平台的结构参数得到综合提升,实现在保证静态刚度要求的前提下拓宽隔振平台的有效隔振带宽。通过对并联平台结构参数优化问题的描述及其影响因素的分析,建立以横向一阶固有频率、纵向一阶固有频率以及静变形量为目标,以上下平台半径、平台高度、负载质心高度、支腿与上下平台铰接点的中心夹角、弹簧刚度以及负载质量为变量的结构参数优化模型。选取两两之间关联度较大的4组变量,交互分析其对优化目标的影响。进一步,采用非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ进行模型优化求解,寻找最优结构参数。最后,通过实例对比显示优化后的隔振平台的力学性能得到明显改善。     

三维针刺C/C-SiC复合材料预制体工艺参数优化EI北大核心CSCD

基于误差反向传播(BP)神经网络与改进的遗传算法建立三维针刺C/C-SiC复合材料预制体工艺优化的代理模型,获得针刺工艺参数与复合材料刚度性能之间的关系。利用BP网络实现复合材料刚度性能预测,BP网络的预测值与有限元计算结果吻合程度较好,模型训练误差最大为0.526%,测试数据误差最大为0.454%,BP网络预测精度高。对传统遗传算法的遗传策略和优化策略进行改进,利用两种改进的遗传算法对针刺工艺参数进行优化。优化后的工艺参数显著提高了材料的刚度性能,其中面内拉伸模量分别提高了11.07%和11.48%,面外拉伸模量分别提高了49.64%和48.13%,复合材料的综合刚度性能分别提高18.17%和18.21%。     

游梁式抽油机皮带传动效率的仿真模型

针对游梁式抽油机电动机转速存在波动、皮带传动负载扭矩波动大、皮带纵向弹性变形交变的特点,将皮带简化为无质量的具有抗拉刚度的弹簧,并综合考虑电动机转速波动、皮带与带轮之间滑动摩擦力、皮带传动瞬时负载扭矩对带轮滑动角以及等效弹簧刚度的影响,建立了游梁式抽油机皮带传动装置的动力学仿真模型。根据主从动轮瞬时转速、电动机瞬时输出扭矩的仿真结果,建立了游梁式抽油机皮带瞬时传动效率的仿真模型。仿真结果表明:1)电动机转速存在波动,皮带的纵向交变弹性变形加剧了电动机转速的高频波动;2)从动轮与主动轮之间存在转差损失,降低了皮带传动效率;3)系统达到稳定状态后,皮带传动效率呈周期性变化,皮带传动效率的变化幅度取决于负载扭矩特性。皮带平均传动效率随负载扭矩幅值的增加而降低、随扭矩平衡度的降低而降低;4)游梁式抽油机皮带的平均传动效率一般低于90%。当负载扭矩幅值较大,且扭矩平衡度较低时,皮带的平均传动效率会低于85%。     

一种新型2-DOF平面并联机器人系统的研究

提出了一种新型 2 DOF平面并联机器人机构 ,它采用两台直线电机驱动平面并联杆机构 ,同时兼备直线电机高速、高精度运动和并联操作臂刚度大等优势。采用等效有限元的建模方法建立了 2 DOF平面并联机器人系统的动力学方程 ,通过对动力学模型分析发现 ,系统中直线电机的负载波动较剧烈。为克服负载波动对直线电机的稳定性及动态性能的影响 ,设计了一种基于扰动观测器的直线电机控制器。通过实验研究和系统测试表明 :直线电机的动态性能和稳态性能良好 ,2 DOF平面并联机器人系统的最大加速度为 2g ,稳定时间小于 6 0ms ,重复定位精度小于± 2 μm ,实现了高速高精度的点位控制     

高速动车组电机吊架载荷及损伤特性EI北大核心CSCD

以某型高速动车组电机吊架为研究对象,利用载荷标定方法制作电机吊架板簧力传感器,通过线路实测获得电机吊架垂向载荷时间历程,结合车载陀螺仪信号和速度信号,将实测载荷分解为趋势载荷和动态载荷,分析了电机吊架在起动加速、高低速直线、曲线通过、制动减速等典型工况的载荷特性。在此基础上,编制了电机吊架在典型工况下的载荷谱,分析了各工况载荷幅值和频次的特点;依据疲劳损伤准则,分析了不同工况下疲劳损伤密度的变化规律以及各级载荷谱的损伤分布,对比了趋势载荷和动态载荷的损伤占比。结果表明,电机吊架载荷主要由振动引起的动态载荷和电机扭矩引起的趋势载荷组成。电机吊架二、四位比一、三位受电机输出扭矩影响大,尤其在起动和制动阶段。当列车速度从195 km/h增大到295 km/h时,载荷均方根值增大了62%。随着速度提高,电机吊架振动主频呈正比增长。相同里程下,直线工况下的损伤密度值最大、起动工况损伤密度最小。电机吊架损伤主要由动态载荷引起,其损伤占比为99.6%。中幅区载荷谱产生的损伤占总体93%以上。     

面齿轮传动啮合刚度分析与修形减振优化

为准确求解面齿轮传动的啮合刚度,基于齿轮的承载接触分析(LTCA)技术,综合考虑变位、小轮偏置、齿面修形以及安装误差,提出了面齿轮传动啮合刚度计算方法,并验证了该方法的精确性。分析了负载、变位、小轮偏置和安装误差对面齿轮传动综合啮合刚度均值和波动幅值的影响,并将LTCA技术与遗传算法相结合,建立了面齿轮传动修形减振优化模型。研究结果表明:面齿轮传动综合啮合刚度幅值波动较大,存在阶跃突变现象,但波动幅值对负载、变位、小轮偏置和安装误差并不敏感,而综合啮合刚度均值受负载、小轮偏置和安装误差影响较大,且在3类安装误差中,轴夹角误差对综合啮合刚度均值影响最大;优化小轮修形参数后使综合啮合刚度的波动幅值大幅下降,从而可有效减小面齿轮传动的振动和噪声。     

伺服电机驱动扭矩和惯量的研究与讨论

该文通过具体伺服电机的惯量参数,设计100倍惯量的旋转负载,按照预先设计好的多种速度、加速度的运动参数进行伺服电机驱动试验。在各工况的运动参数下监控伺服电机实时扭矩的输出情况,对实际输出的参数进行对比和分析,详细了解伺服电机的实际驱动性能,研究惯量比对系统运动的影响。通过试验验证了电机扭矩的使用方法,详细解读了各运动阶段中正确使用电机的对应参数,并得出在工业自动化设备的驱动系统中惯量比对驱动系统并无影响的结论。     

基于多目标进化算法的异步电动机现场效率测算

介绍了一种基于多目标进化算法（MOEAs）的异步电动机现场实时效率测定方法。通过对多目标算法进行优化、比较,提出使用非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-II）和强度帕累托进化算法2（SPEA2）的低侵入式方法用于异步电动机效率估算,仅需电动机运行时通过传感器检测其实时转子速度和定子电阻,而无需拆下电动机或单独做一些实验项目来获取所需参数。通过5.5kW电动机的实践表明,该方法在估算异步电动机效率方面是有效的,尤其在常规的负载范围内,用该方法的估算值与实际试验值的误差小于3%;相互比较后发现,NSGA-Ⅱ方法的估计结果略优于SPEA2方法的结果。     

压电驱动器可控预紧力主轴设计及性能分析

可控预紧力主轴能够满足高速主轴在整个切削转速范围内热、动特性兼优的要求，已逐步成为智能主轴的重要发展方向。为弥补压电驱动器（piezoelectric actuator, PEA）可控预紧力主轴设计及选型方面的不足，提出一种具有分辨率高、响应快、对切削刚度影响小及结构紧凑等优点的PEA可控预紧力主轴结构。建立了静止状态和运行状态下的角接触球轴承刚度模型，并以此为基础建立了PEA可控预紧力主轴的等效力学模型，得到了预紧机构负载刚度随预紧位移的变化规律。然后，分析了PEA的输出特性，建立了预紧机构的实际输入输出模型，并通过该模型分析了初始预紧力和PEA刚度对预紧力控制区间的影响规律，进而提出了预紧机构设计选型原则。最后，应用提出的主轴结构和预紧机构设计选型原则设计了PEA可控预紧力主轴试验台。试验结果表明预紧力控制分辨率为1.5 N，阶跃响应时间为300 ms，验证了所建预紧机构实际输入输出模型的准确性；温度控制试验结果表明该主轴试验台具有良好的温度调控能力。研究结果可为实际工程中PEA可控预紧力主轴的设计提供指导。     

基于遗传算法与随机减量技术的气动阻尼识别方法研究

随机减量技术(random decrement technique, RDT)因其计算快、成本低的优点，在工程结构模态参数识别中应用广泛。针对RDT在信号截断幅值与样本时长的选取比较主观带来的误差问题，采用遗传算法(genetic algorithm, GA)对其进行改进，提出改进的随机减量技术GA-RDT,并将其应用于某超高层建筑气弹模型的气动阻尼识别。首先，对RDT方法得到的自由衰减曲线进行拟合并定义误差，分析截断幅值A和样本时长T对误差(优化目标)的影响，采用遗传算法寻找A和T的最优解；其次，基于气弹模型风洞试验所得的顶点加速度时程，结合GA-RDT方法和Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang transform, HHT)方法进行气动阻尼识别；最后，以自然激励技术(natural excitation technique, NExT)识别所得的气动阻尼比为基准，对比分析GA-RDT方法相对于传统RDT方法的精度优势。结果表明，与NExT方法所得的气动阻尼比相比，GA-RDT方法识别得到不同风速时X向、Y向与扭转向的气动阻尼比的平均误差均小于0.14%,其识别...     

基于代理模型的空投装备气囊缓冲系统多目标优化

基于有限元法和控制体积法建立装备-气囊系统有限元模型,并采用试验数据对模型进行验证。复杂气囊系统着陆缓冲过程仿真计算资源消耗大,难以应用传统迭代方法进行参数优化。为克服这些问题,结合扩展拉丁超立方设计,以最大着陆冲击加速度和最大翻转角度为响应,采用径向基函数构建代理模型。在代理模型基础上,利用多目标遗传算法对主气囊高度、横向宽度及排气孔面积等气囊缓冲系统参数进行了多目标优化。优化结果表明:优化后最大冲击加速度减小了15.5%,最大翻转角度减小了70.3%,缓冲性能与横向稳定性均有所提高。     

高精度超高压液相泵等面积平滑补偿控制方法

针对高精度超高压液相泵运行时易在加速度拐点处出现电机抖动的问题,提出了一种等面积平滑补偿控制方法。对液相泵运行曲线进行平滑处理,确保液相泵在初始速度较高的加速度拐点处平稳过渡,不产生抖动;对因平滑处理而减小的位移进行补偿,确保在液相泵单个运行周期结束前补齐位移,使得液相泵的吸入液体总量与排出液体总量不变。最后通过电机运行试验、流量精度检测试验、响应速度检测试验、超高效分离试验来验证所提方法的可行性。试验结果表明:等面积平滑补偿控制方法解决了电机在高初始速度的加速度拐点处抖动的问题,使液相泵输出液体的流量精度从0.081%提高到0.055%。等面积平滑补偿控制方法有效提高了液相泵输出液体的流量精度,具有实时性强、计算精度高等特点,为提高样品检测效率提供了一定的理论依据。