基于高能量转换效率的旋转式气动发动机动力学分析

针对目前常用气动发动机能量转换效率低的现状,提出一种新型旋转凸轮活塞式气动发动机结构。根据气动发动机工作原理,针对旋转式气动发动机膨胀容积大,缸内高压气体压力直接推动凸轮活塞旋转对外做功的结构特点,分析缸内气体压力与输出扭矩之间的关系,建立动力学模型,并以此动力学模型为基础,利用Matlab/Simulink软件对该发动机单缸工作过程进行计算机仿真分析。仿真结果表明:旋转式气动发动机具有低速时有效扭矩大,能量转换效率高的优点。     

起落架收放试验全电伺服控制气动载荷模拟系统性能分析

以新型起落架收放试验全电伺服控制气动载荷模拟系统为研究对象,建立新型全电伺服控制系统的数学模型,采用MATLAB/SIMULINK软件对该数学模型进行仿真。研究结果表明:仿真结果与试验结果吻合良好,最大误差在7%以内,平均误差在4%以内。验证了该全电伺服控制气动载荷试验模拟系统的合理性与有效性,说明本文设计的全电伺服控制气动载荷模拟系统自动化程度高、响应速度快、控制精度高以及可靠性好,并具有很好的载荷跟随性。     

多气阀气动发动机设计及特性分析

随着环境问题的日益严重,气动发动机作为一种清洁能源的动力装置而逐渐被人们所关注。然而,能量利用效率低和输出功率低已经严重影响了气动发动机的发展。分析了气动发动机工作过程中的能量损失,并在此基础上提出了一种多气阀的新型气动发动机机构。建立了气动发动机工作过程数学模型。为了验证模型的准确性,搭建实验平台对气动发动机进行实验研究。通过误差与进气压力和曲轴转速之间的关系对所建立的模型进行修正,得到精确的气动发动机工作过程的数学模型。在此模型的基础上得到多气阀气动发动机的扭矩和能量利用效率特性。结果显示,在同样的结构参数下,进气压力为2MPa时,相比单进气和排气的气动发动机机构,多气阀气动发动机气输出扭矩提高了26.2~41.9N·m,能量效率提高了8%~10%。     

双发动机动力系统建模与仿真

针对某型无人飞行器采用的双发动机动力系统,根据控制需求建立了该型飞行器双发动机动力系统的数学模型,应用仿真软件搭建了发动机、操纵机构、传动系统和负载系统等模块的仿真模型;基于模型分析和仿真,采用单控制器策略控制两台发动机,对悬停状态下的飞行器双动力源系统进行了恒定转速控制仿真。通过与实验结果对比,基于该模型的发动机控制接近真实的发动机工作过程,该模型可以用于发动机控制器设计,缩短了控制器设计周期。     

基于神经网络和瞬时转速的发动机失火故障研究

针对发动机在实际运行中经常会出现单缸或者多缸失火这种典型的故障现象,从发动机瞬时转速的角度出发,对发动机气缸受力与发动机曲轴瞬时转速之间的关系进行了理论研究,建立了其数学模型,利用Matlab仿真软件对瞬时转速曲线进行了仿真,确定并提取出了特征参数,比较了正常情况下和单缸不点火情况下瞬时转速曲线及其特征参数的变化,并把这些变化作为下一步诊断发动机失火故障的判断依据;最后,建立了一个BP神经网络并对其进行训练,同时把仿真数据和实例数据输入到网络中进行了理论验证和实例验证。研究结果表明,发动机的失火故障与发动机瞬时转速之间存在一定的关系,利用瞬时转速可以对发动机失火故障进行诊断;利用BP神经网络方法诊断发动机失火故障具有速度快、效率高的特点。     

气动发动机在热发电中的功率问题

通过对二冲程气动发动机的活塞做功进行研究,建立活塞位移的数学模型,并对其傅里叶变换来简化位移公式。然后分析了活塞等压推动过程和绝热膨胀过程,进行了功率计算和MATLAB仿真。实验表明,在不同的气体压力和进气阀开通的截止角度情况下,气动发动机输出功率的变化,为气动发动机在热发电的应用提供了可靠的、有效的依据。     

节能气动系统设计计算方法

作者曾提出一种节能近50%的节能气动系统。本文简述了按设计计算需要,建立系统数学模型的思想,进行了计算机仿真与实验研究。由大量仿真计算的结果作出了整套曲线图,按不同要求制定了适于各种情况的工程设计计算方法,以利于节能系统在工业中推广使用。     

三维气动软体驱动器弯曲建模与分析

为设计弯曲性能优越的三维气动软体驱动器,针对单腔通气时驱动器的弯曲变形机理,展开了弯曲特性的研究。首先基于Yeoh模型的能量密度分布函数,结合驱动器弯曲时的静力平衡方程,建立驱动气压与驱动器弯曲角度变形的非线性数学模型;其次,通过数学模型分析气腔半径、中心圆半径以及壁厚对弯曲的影响,并通过建立单目标多约束优化模型寻找最优尺寸组合;然后通过有限元仿真,进一步研究两腔通气时驱动器弯曲角、偏转角与末端点坐标的变化规律。最后通过对比理论模型、有限元仿真、样机试验的数据。结果表明:在60kPa气压的范围内,理论结果、仿真结果与试验结果的表明上述分析参数对弯曲影响的趋势保持一致,从而验证了理论模型的正确性。上述研究为设计气动软体弯曲驱动器提供了可靠的理论基础。     

商用航空发动机工装设计方法优化与仿真

针对商用航空发动机工装优化设计问题,基于数字化设计和仿真技术,对专用工装的快速、高可靠性设计进行了研究.提出了知识库、装配工艺成熟度、工装设计成熟度、计算机辅助工程结构仿真四项预设计关键点,基于NX、Teamcenter、Tecnomatix软件的联合,分析了工装的快速可靠设计、计算机辅助工程分析、动态仿真分析、计算机辅助制造的联动方法,优化航空发动机工装的设计方法.研究结果表明,优化后的设计方法可以提高工装设计效率和可靠性.经过中国航发商用航空发动机公司的初步测试验证,所提出的优化方法和仿真结果是有效的,可以为后续商用航空发动机工装的设计提供参考.     

斜盘式气动发动机动力学仿真

斜盘式气动发动机是为满足特殊工作环境需求而设计的一种新型气动发动机,为了对该发动机的性能进行预测与评估,运用多刚体动力学理论对发动机的活塞、连杆、导槽约束机构等各组件进行运动学和动力学分析,在此基础上结合发动机气缸内气体状态模型以及负载模型,推导发动机的动力学仿真模型.根据动力学仿真模型编制仿真软件,进行发动机工作过程的动态仿真.建立发动机样机试验系统,并进行样机试验.试验结果与仿真结果的对比表明:这种新型发动机在工作原理和结构设计上都是可行的,所建立的动力学仿真模型是基本正确的,进行适当修正后可用于发动机优化设计.     

实验用微型采煤机液压系统设计与动态特性仿真

在介绍实验用微型采煤机的基础上,对其液压系统进行了设计。建立了液压系统的数学模型和MATLAB/Simulink动态仿真模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明：放大器增益系数、液压缸的负载大小和压缩总量对系统动态性能影响较大,PID控制器能够提升系统动态性能。研究结果为采煤机液压系统设计及优化提供了理论依据。     

阀控缸负载模拟多余力抑制研究

针对伺服阀控缸作动器测试平台的物理模型,基于液压伺服方程建立了测试平台的数学模型,找出了电液作动器输出位移与负载模拟器输出力的耦合关联,并基于速度同步控制原理设计了多余力补偿环节。搭建了测试平台的AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真模型和实验平台,进行了多余力抑制仿真和实验研究。结果表明:多余力补偿环节能够有效抑制多余力,提高负载模拟精度,测试平台数学模型、联合仿真模型准确度较高。     

Nonlinear Mathematical Modeling and Sensitivity Analysis of Hydraulic Drive Unit

The previous sensitivity analysis researches are not accurate enough and also have the limited reference value, because those mathematical models are relatively simple and the change of the load and the initial displacement changes of the piston are ignored, even experiment verification is not conducted. Therefore, in view of deficiencies above, a nonlinear mathematical model is established in this paper, including dynamic characteristics of servo valve, nonlinear characteristics of pressure-flow, initial displacement of servo cylinder piston and friction nonlinearity. The transfer function block diagram is built for the hydraulic drive unit closed loop position control, as well as the state equations. Through deriving the time-varying coefficient items matrix and time-varying free items matrix of sensitivity equations respectively, the expression of sensitivity equations based on the nonlinear mathematical model are obtained. According to structure parameters of hydraulic drive unit, working parameters, fluid transmission characteristics and measured friction-velocity curves, the simulation analysis of hydraulic drive unit is completed on the MATLAB/Simulink simulation platform with the displacement step 2 mm, 5 mm and 10 mm, respectively. The simulation results indicate that the developed nonlinear mathematical model is sufficient by comparing the characteristic curves of experimental step response and simulation step response under different constant load. Then, the sensitivity function time-history curves of seventeen parameters are obtained, basing on each state vector time-history curve of step response characteristic. The maximum value of displacement variation percentage and the sum of displacement variation absolute values in the sampling time are both taken as sensitivity indexes. The sensitivity indexes values above are calculated and shown visually in histograms under different working conditions, and change rules are analyzed. Then the sensitivity indexes values of four measurable parameters, such as supply pressure, proportional gain, initial position of servo cylinder piston and load force, are verified experimentally on test platform of hydraulic drive unit, and the experimental research shows that the sensitivity analysis results obtained through simulation are approximate to the test results. This research indicates each parameter sensitivity characteristics of hydraulic drive unit, the performance-affected main parameters and secondary parameters are got under different working conditions, which will provide the theoretical foundation for the control compensation and structure optimization of hydraulic drive unit.     

基于支持向量化与混沌搜索的新型直线电机参数优化

以一种新型圆筒直线电机为研究对象,推导出了适合其结构特征的电磁方程;采用变分方法,建立了电机轴对称涡流场的有限元模型;通过仿真计算,得出了电机的启动推力和电流;样机试制和输出性能测试表明了有限元模型的正确性.基于正交和随机混合试验设计方法安排有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间;通过支持向量机对结构参数与计算结果的输入输出关系进行非参数回归建模,然后用混沌搜索方法对回归函数进行优化,得出最优目标结构参数.有限元仿真验证表明,基于支持向量机和混沌搜索的优化方法用于研究新型直线电机电磁结构参数是可行的.     

基于SVM和遗传算法的新型直线电机结构参数优化

建立了一种新型圆筒直线电机的有限元模型,并验证了有限元模型的正确性。基于正交和随机方法安排了有限元仿真试验,获得了用于非线性电磁建模的样本空间。进一步采用支持向量机回归建模方法,建立了直线电机的非线性数学模型,而后采用遗传算法进行了直线电机结构参数多目标优化,得出最优结构参数组合。有限元仿真验证表明,基于支持向量机和遗传算法的优化方法用于研究该种新型直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

阀控液压伺服系统的辨识与优化设计研究

根据阀控缸电液位置伺服系统的组成,对系统中的阀控缸的数学模型进行了研究,并通过系统辨识的方法得到了阀控缸系统的闭环传递函数,控制器采用全维状态反馈,以二阶工程最佳为优化目标建立了系统的仿真模型。仿真结果表明该控制器实现了液压位置伺服系统的极点配置,完成了优化目标。表明全状态反馈控制能够提高液压伺服系统的位置跟踪精度,具有工程可行性。     

硬质合金立铣刀磨损寿命研究及切削参数优化

为了研究硬质合金立铣刀磨损寿命与切削参数的关系,基于二次回归法建立刀具磨损寿命与切削参数的数学模型,用F检验法分析模型的拟合程度。通过正交试验法设计铣削模拟方案,用Deform3D软件进行仿真实验,并用MATLAB求解模型系数。为了提高刀具寿命,基于立铣刀磨损寿命模型建立切削参数优化模型,对切削参数进行优化,并对优化结果进行反向试验。实验结果表明优化模型可以对影响立铣刀寿命的切削参数进行优化。     

大宽厚比薄壁异型材挤压多工艺参数优化研究

型材挤压多种工艺参数的优化设计是一个组合优化问题,难以用传统数学优化方法解决。在应用型材挤压CAD/CAE技术建立型材挤压CAD模型,并对其成形过程及其参数变化规律进行CAE仿真的基础上,采用基于正交试验、人工神经网络和遗传算法的型材挤压多工艺参数计算机辅助优化技术建立型材挤压多工艺参数与挤压质量间的关系映射模型,并预测不同参数值搭配对挤压质量的影响,进而确定多工艺参数最优解。试验证明取得了良好的效果。     

Optimization of a driver-side airbag using kriging based approximation model

The performance of an occupant protection system in the proto-design stage of a new car is often evaluated by CAE (Computer Aided Engineering) instead of the real test. CAE predicts and recommends the appropriate design values; hence reducing a number of the real tests. In this research, the optimization procedure of a protection system, such as airbag and load limiter, is suggested for frontal collisions. The DACE modeling, known as one of the kriging interpolations, is introduced to obtain the surrogate approximation model of the system, followed by the tabu search method to determine the global optimum. A mathematical problem is solved to check the usefulness of the suggested method. To overcome the limitation of existing CAE method having uncertainties of parameters, a distribution of combined injury probability is investigated using the Monte-Carlo simulation on the optimum design obtained from the suggested method.     

基于ADAMS的单缸内燃机动力学分析与研究

引起内燃机振动的一个重要因素是其曲柄连杆机构往复运动产生的惯性力和惯性力矩.基于动力学仿真软件ADAMS和Pm/E,建立了单缸内燃机的虚拟样机参数化实体模型,进行了动力学仿真分析,并将速度、加速度等分析值与理论分析结果比较,结果吻合验证了所建模型的正确性;研究了惯性力对机体产生干扰力和力矩的影响以及惯性力平衡问题.通过参数优化分析,确定了构件的最佳质量特性参数,改善了机构的动力学性能,同时提高了设计效率.