基于虚拟仪器的多参量测试系统

文章介绍了基于数据采集卡和LabVIEW图形化编程语言开发而成的虚拟仪器多参量测试系统以及仪器的功能特点.该系统硬件配置简单,把传统仪器的所有功能模块集成在一个前面板上,可以通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能与规模.它实现了多参量的自动数据采集,并能通过计算机进行各类数据处理及分析.     

两种异步多传感器数据融合算法的比较

多传感器数据融合目前已经广泛应用于多个领域,其能够使测量更加准确,提高系统的可信度和可靠性.Kalman滤波和最小二乘滤波是数据融合的两种算法,本文通过对同一目标采用同样测量系统先进行最小二乘构造伪量测,再进行Kalman滤波计算出状态估计值,然后进行融合仿真实验,比较数据融合前后的状态估计值,结果显示融合后的状态估计值与融合前相比更加接近真实值.因此,多传感器数据融合能增加测量系统的准确性与可信度.     

多品种曲轴弯曲变形测量系统的设计与开发

介绍多品种曲轴弯曲变形测量系统的开发.该系统由工控机、测量机、步进电机等组成,通过工控机驱动步进电机,基于测量机的机械平台对曲轴的弯曲变形量进行检测,最后通过相应的专用软件将测量结果显示出来.该系统具有柔性化、方便、直观等特点.     

基于最小二乘原理的多传感器加权融合算法

以存在随机扰动环境中的不同参数多传感器为研究对象，基于最小二乘原理，提出了一种加权融合算法，推导出各传感器的权系数与测量方差的关系。并且根据测量信息，提出了一种方差估计学习算法，实现对各传感器测量方差的估计，从而对各传感器的权值进行合理的分配。该算法简单，能快速、准确的估计出待测物理量的状态信息。     

基于多特征融合的刀具磨损识别方法

针对刀具磨损监测中多传感器融合监测方法的缺点,提出了基于声发射信号多特征融合与最小二乘支持向量机(lease square support vector machine,简称LS-SVM)相结合的刀具磨损状态监测方法。首先,分别采用经验模态分解法、双谱分析法以及小波包分析法提取采样信号在时域、频域、时-频域内的特征,构造联合多特征向量;然后,利用核主元分析法(kernel principal component analysis,简称KPCA)对联合多特征向量进行融合降维处理,通过提取累积贡献率大于85%的主元,剔除了联合多特征中与刀具磨损相关性较小的冗余特征,生成融合特征;最后,将融合特征送入最小二乘支持向量机,有效地实现了（尤其在小样本下）刀具磨损状态的识别,与神经网络识别方法相比具有更高的识别率。     

多系统多参量复杂试验系统调试方法研究及应用

襟缝翼运动机构疲劳试验既要实现多点协调加载,还要实现翼面偏转、随动机构运动及协调加载等多套控制系统的协调同步,涉及角度、位移、载荷、速度等多个控制参量,具有控制参数强耦合、控制逻辑及算法复杂等特点,系统间、参量间的任何不同步情况都可能引起襟缝翼结构的非正常损伤,基于常规试验的单系统多点协同调试技术已不能满足要求。在试验调试阶段实现翼面偏转、随动机构运动及协调加载等系统的精准同步是亟待解决的难题。通过研究,建立了一套多系统多参量复杂试验系统的调试策略、调试内容、调试流程和调试步骤,为该类试验的调试提供依据和参考。     

基于CPSO-LSSVM的多传感器数据融合

文中提出了一种新的基于混沌算法优化的粒子群(CPSO)算法,该算法在种群初始化时应用混沌算法优化粒子的初始位置,扩大粒子的有效搜索范围,在陷入局部最优时应用混沌算法遍历整个搜索空间,跳出局部最优.仿真实验证明该算法寻优性能优于当前其他PSO算法.利用CPSO对LSSVM的参数进行优化选择,建立多传感器数据融合模型.将该模型应用于压力的检测,实验证明了该方法优于当前其他主要方法.     

基于多特征信息融合的砂岩破裂状态识别方法

针对岩体在受外界应力时内部破裂状态靠经验难以准确判断的问题,提出了一种多特征信息融合和最小二乘支持向量机（least square support vector machine,简称LSSVM）的岩石破裂状态识别方法。首先,利用改进集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD）对砂岩声发射信号进行分解,得到一组有效的平稳本征模函数（intrinsic mode function,简称IMF）分量,对各IMF分量进行自回归（auto regressive,简称AR）建模,提取AR模型系数作为时域特征向量;其次,通过对双谱矩阵进行奇异值分解,分析了砂岩各破碎状态声发射信号的频域特征;最后,利用局部线性嵌入（locally linear embedding,简称LLE）进行特征约简,并将融合特征向量进行归一化处理作为LSSVM的输入,砂岩破裂状态作为输出,采用粒子群算法（particle swarm optimization,简称PSO）对参数自动寻优,实现对岩石破裂状态的诊断识别。结果表明：融合特征具有较强的鲁棒性,且相对单一时域特征识别率提高了6%。     

时间配准在多传感器数据处理中的应用

在应用多传感器进行数据采集的系统中,需要对源于同一目标、同一时刻的不同传感器数据进行融合处理,但由于各传感器的工作方式、传输时延等原因造成数据不同步的问题。因此,在对多传感器数据融合前,应该对多传感器数据进行时间配准。本文提出了采用内插、外推时间配准法解决多传感器时间配准问题,通过仿真验证,该算法可以较好的解决问题。     

基于VMD与多特征融合的齿轮故障诊断方法

针对实际中工况复杂难以提取齿轮故障特征频率的问题,提出一种变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)与多特征融合的齿轮故障诊断方法。首先,对机械振动信号进行VMD分解并得到一系列的模态,其次,计算高频段的前4个模态的排列熵(Permutation Entropy,PE)和能量,最后,将排列熵和能量构成的高维特征向量作为最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM)的输入,对齿轮故障类型进行模式识别。试验结果表明:VMD可以较好地将复杂多分量信号各成分分开;排列熵和能量特征可以从不同尺度揭示齿轮故障信息;基于VMD与多特征融合的智能故障诊断方法识别精度高,可以为齿轮故障预警和严重程度提供参考。     

基于KBE的隧道掘进机主机智能设计系统

针对当前隧道掘进机（TBM）主机设计与开发过程中存在的问题，开发了基于知识工程（KBE）的TBM主机智能设计系（IDS-TBM）。IDS-TBM结合面向对象方法和CBR方法的优点来综合表达TBM设计实例，基于CATIA／Automation API模块，将KBE扩展模块与CATIA进行集成，借助参数化驱动、表格驱动和产生式规则三种驱动方法进行TBM主机的智能设计，实现了设计知识的重用，显著提高了TBM主机开发效率和快速响应市场的能力。     

基于断裂力学的TBM撑靴液压缸O形圈断裂分析

为研究全断面岩石隧道掘进机（TBM）的撑靴液压缸中O形圈的断裂原因,采用断裂力学分析了不同泊松比和初始裂纹情况下,O形圈可承受的最大应力,并采用ANSYS仿真分析了在某型号TBM实际工作情况下的O形圈的受力情况。结果表明,在TBM工作过程中,由于工作条件的复杂,O形圈的局部应力会超出裂纹迅速扩展时能够承受的最大应力,进而使O形圈断裂。根据理论分析和仿真结果得出,为了避免O形圈断裂,TBM撑靴液压缸的O形圈应严格控制微裂纹并选择较大泊松比。     

液体黏性离合器在全断面硬岩掘进机刀盘驱动中的运用

针对全断面硬岩掘进机(Tunnel boring machine, TBM)掘进中刀盘被困的现象,设计出一种新型的TBM刀盘驱动技术,主要特征是：正常掘进工况下采用变频电动机驱动,当刀盘被困时,脱困装置和变频电动机共同驱动.脱困装置由定速电动机和液体黏性离合器组成,液体黏性离合器一方面可以比例控制电动机的扭矩输出,另一方面可以允许定速电动机的输出轴和离合器的输出轴之间存在滑差,防止刀盘未转动时定速电动机发生堵转。通过计算分析可知：新型刀盘驱动的脱困性能相对于现有的驱动方式具有明显的提升。新型刀盘驱动的关键技术是液体黏性离合器的控制,需要分析离合器的温升特性,并基于此提出离合器的扭矩控制线路。为了实现扭矩按预定控制路线变化,对离合器的扭矩传递机理开展初步研究。新型刀盘驱动系统的仿真结果表明,该系统比现有驱动系统在脱困性能方面有大幅度提升。     

基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法

为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测了滚刀的磨损。结合秦岭隧道工程实例,对滚刀磨损水平进行了量化研究,预测结果与实际情况相符,从而验证了模型的有效性。     

Design theory of full face rock tunnel boring machine transition cutter edge angle and its application

At present, the inner cutters of a full face rock tunnel boring machine (TBM) and transition cutter edge angles are designed on the basis of indentation test or linear grooving test. The inner and outer edge angles of disc cutters are characterized as symmetric to each other with respect to the cutter edge plane. This design has some practical defects, such as severe eccentric wear and tipping, etc. In this paper, the current design theory of disc cutter edge angle is analyzed, and the characteristics of the rock-breaking movement of disc cutters are studied. The researching results show that the rotational motion of disc cutters with the cutterhead gives rise to the difference between the interactions of inner rock and outer rock with the contact area of disc cutters, with shearing and extrusion on the inner rock and attrition on the outer rock. The wear of disc cutters at the contact area is unbalanced, among which the wear in the largest normal stress area is most apparent. Therefore, a three-dimensional model theory of rock breaking and an edge angle design theory of transition disc cutter are proposed to overcome the flaws of the currently used TBM cutter heads, such as short life span, camber wearing, tipping. And a corresponding equation is established. With reference to a specific construction case, the edge angle of the transition disc cutter has been designed based on the theory. The application of TBM in some practical project proves that the theory has obvious advantages in enhancing disc cutter life, decreasing replacement frequency, and making economic benefits. The proposed research provides a theoretical basis for the design of TBM three-dimensional disc cutters whose rock-breaking operation time can be effectively increased.     

盘形滚刀垂向-轴向动力学模型及振动特性分析

为研究滚刀振动特性,建立了滚刀垂向和轴向振动模型,求出了滚刀上三个节点在垂直和轴向的动力学参数值,得到了滚刀各节点振动的位移~时间曲线。研究发现,节点2即轴承的连接等效刚度增大一倍,各节点振动幅值降低约25%;当节点1即刀圈的等效质量与外载荷分别增大一倍,各节点振动幅值均增大一倍,因此要降低滚刀振幅需要增大圆锥滚子轴承刚度、减小刀圈质量(保证刀圈强度)、降低外载荷。     

基于多个隧道掘进机工程数据回归分析的滚刀磨损评价方法

为了评价不同隧道工程围岩对隧道掘进机(TBM)滚刀磨损的影响,解决滚刀磨耗难以准确预测的问题,基于北疆供水二期、吉林引松供水、陕西引汉济渭、大瑞铁路高黎贡山、深圳地铁10号线等多个隧道(洞)工程T MB滚刀磨损数据,选取岩石单轴抗压强度、岩石等效石英含量、岩石磨蚀性指标、岩体完整性指标、滚刀破岩体积磨损速率等参数进行数...     

基于RBF神经网络的隧道掘进机推进自适应PID控制

针对全断面隧道掘进机的推进压力和推进速度的匹配问题,应用RBF神经网络算法设计了使推进压力和推进速度匹配且推进速度能快速跟随设定目标的自适应控制器。先在MATLAB中建立推进控制系统仿真模型,分析控制器自适应控制效果,然后在AMESim中建立推进系统液压控制模型,并与MATLAB联合仿真。联合仿真验证该控制器能在刀盘负载压力波动突变的情况下,使刀盘推进速度和推进压力跟随设定目标。试验证明,该控制器对负载大范围扰动有很好的抑制能力,能明显提高推进速度和推进压力耦合度并减小两者的波动范围。     

全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。     

基于CSM模型的TBM滚刀受力预测公式

研究盘型滚刀的受力模型可以使滚刀受力计算更精确,进而为刀盘的受力分析及刀具在刀盘上的布局提供理论依据。通过对原有CSM受力模型分析的基础上,基于盘形滚刀切割岩石实际情况提出了改进的CSM模型。对滚刀刀圈采用NX Nastran软件有限元分析计算校核其强度。通过与实验数据及与原CSM模型对比验证了其优越性,并与国内外现有的其他受力模型进行了对比,验证了文中提出的滚刀侧向力公式。研究结果为TBM盘形滚刀的设计、研究滚刀磨损及整个刀盘的受力提供了理论依据。