复杂机电系统的全局耦合建模方法及仿真研究

运用键合图和功率拓扑键合图,建立了一个典型复杂机电系统——高速轧机的全局耦合动力学模型,揭示了各子系统之间的耦合关系,分析了由于耦合导致的影响,借助拓扑约束键及因果线,系统数学模型可由子系统数学模型分立——联合运行求解,大大降低了模型的病态程度和仿真时间;数学模型高度模块化,因而可方便地拆卸、拼装以适用于不同类型的轧机。对研究结果进行对比表明所建立的全局耦合动力学模型比一般孤立系统动力学模型更接近实测数据。方法具有一般意义,可用于其他复杂机电系统的动力学建模和分析。     

复杂机电系统耦合与解耦设计--现代机电系统设计理论的探讨

针对现代大型复杂机电系统的性能与运行状态多物理过程和多参数全局耦合结果的实,提出了对复杂机电系统进行全局耦合分析及合并行设计的基本思想,探讨了全局耦合分析与设计的基本理论框架,以其研究复杂机电系统功能,奇异工况的生成机制,实现,复杂机电系统的全局耦合最优设计。     

多变量因果驱动的系统服役安全状态评估方法

针对传统状态评估侧重于关键生产单元,未考虑监测变量间的因果关系对状态评估精度的影响等问题,提出一种基于多变量因果驱动的复杂机电系统服役安全状态评估方法。从频域角度将广义偏定向相干分析法用于系统变量之间的因果测度分析,建立反映系统实时运行状态的因果网络模型。基于该模型,从多维统计的角度利用网络平均路径长度、聚类系数和网络结构熵提取系统的关键运行特征,并通过融合形成反映系统服役状态的综合指数。选取某化工企业实际运行过程中典型机组的故障数据进行验证,结果表明,相对于单一维度的状态评估指标,融合后形成的综合指数能够更加全面、准确地反映系统服役状态演化。     

高速轧机若干振动问题——复杂机电系统耦合动力学研究

试验发现高速轧机中的多种振动现象都与轧制过程中多种的交互作用关系,研究轧机振动中的界面耦合机理与机电耦合机理。建立了轧制界面动力学模型,分析了轧制界面负阻尼特性和垂直自激振动,建立了轧机非线性水平振动模型,分析水平自激振动产生条件,建立轧机机电耦合动力学方程,阐明了强,弱电过程对轧机振动的影响。     

基于近似似然的频响函数不确定性模型修正

针对流程工业复杂机电系统状态不断更迭、性能出现漂移等问题,提出了一种基于自组织特征映射网络的系统服役过程动态标记方法。首先,构建多变量间耦合关系网络,并在此基础上提取网络特征;其次,将动态标记过程分为状态主动更新过程和状态主动更新过程两个阶段,状态被动更新过程通过不断训练自组织特征映射网络来适应系统新状态出现及性能漂移等情况,状态主动更新过程可用于消除系统已消亡状态对网络模型产生的影响;最后,通过分析实际化工生产系统监测数据对所提方法进行有效性验证。实验结果表明,该方法可有效标记复杂机电系统服役过程中不断变化的多种状态,并建立符合系统动态演化过程的状态标记知识库,从而为系统状态辨识和预测提供可靠依据。     

进给系统机电耦合仿真建模与误差影响规律分析

由于各种原因引起的复杂机电耦合现象对机床进给系统的动态精度有着重要的影响。进给系统作为加工中心的重要组成部分,其动态特性会直接影响到加工中心的加工质量和效率,因此对于加工中心进给系统动态性能的要求也越来越高。为了研究进给系统机电耦合作用下的动态特性,同时对滚珠丝杠进给系统进行动力学建模与三环伺服控制系统建模,对进给系统动态响应误差影响规律进行分析。首先利用Simulink仿真工具建立进给系统的动力学仿真模型;接着在所构建的机电联合Simulink仿真模型中,综合考虑了系统三环控制参数、丝杠间隙、速度、加速度等因素对系统跟随误差的影响;最后通过所搭建的单轴伺服进给系统实验平台进行了验证,明确了速度、加速度与跟随误差的相关性。     

基于多学科设计的复杂机电系统并行设计方法研究

针对目前复杂机电系统设计采用各学科分离进行子系统串行设计的现状,在分析机电系统耦合特征的基础上,应用国外刚兴起的一种设计方法多学科设计方法进行复杂机电系统的设计。分析了复杂机电系统并行设计的实施基本过程。     

振动系统机电耦合研究的现状与展望

振动机械从诞生开始，经过近半个世纪的发展，已经奠定了雄厚的理论基础。由两台感应电动机分别驱动的自同步振动机时，需要对振动系统机电耦合及同步控制等进行更加深入的研究，为解决多机传动机械系统的同步控制作好准备。     

基于贝叶斯网络的多状态系统可靠性建模与评估

利用贝叶斯网络(Bayesian network, BN)的不确定性推理和图形化表达的优势,提出一种基于BN的多状态系统可靠性建模与评估的新方法,确定BN的结点及系统各元件的多个状态,并给出各状态的概率,进而用概率分布表(Conditional probability distributing, CPD)描述元件各状态之间的关系来表达关联结点的状态,建立多状态系统BN模型.该模型表达直观,能够清晰地表示系统和元件的多种状态以及状态概率,并能够根据元件多种状态概率直接计算系统可靠度,对多状态系统可靠性进行定性分析和定量评估.实例分析表明了应用BN方法进行多状态系统可靠性评估的有效性.     

高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合动力学建模

针对高速电主轴系统具有复杂机电系统的特点,提出对高速电主轴系统进行机电耦合分析的观点。提炼并归纳了高速电主轴系统中存在的多物理过程、多参数耦合现象,给出高速电主轴系统全局耦合关系的框图。通过分析高速电主轴电动机—主轴子系统的结构及其耦合情况,得到了该子系统的机电耦合关系框图,并建立其物理模型。基于机电系统分析动力学理论,采用变分原理法,应用拉格朗日方程建立电动机—主轴子系统的电压方程和机械运动方程,将两组方程联立得到与该子系统物理模型相对应的数学模型,导出子系统的动力学方程,为进一步研究高速电主轴系统的机电耦合动力学性能提供理论基础。     

复杂机电系统总体设计方法研究与应用

复杂机电系统具有设计需求多样、结构复杂和信息冗余等特点,为提高系统的整体设计质量和效率,提出一种集成质量功能展开、公理化设计理论和Petri网的复杂机电系统总体设计方法。基于用户需求向系统功能设计、物理结构和工艺方案间的设计信息转换关系,将多种创新设计方法有效集成,建立包括设计需求分析、功能与结构映射和工艺路线布局的规范化复杂机电系统总体设计过程。通过智能除尘装袋系统的总体设计过程,验证了该方法的有效性和实用性。     

电场活化聚合物驱动器动态机电耦合特性研究

通过分析电场活化聚合物材料的力学行为理论,建立了基于常见应变能函数（Mooney-Rivlin模型、Ogden模型和Yeoh模型）的电场活化聚合物驱动器的机电耦合本构模型。通过驱动实验,将3种机电耦合模型结果与实验数据进行了对比分析,得出影响电场活化聚合物机电稳定性的重要因素,确定了最适用于电场活化聚合物的机电耦合性能行为的模型。     

运行工况下风电传动系统机电耦合建模及其动态特性分析

为研究风电传动系统在变速变载运行工况下的机电耦合动态特性,构建的包括齿轮系统动力学模型、永磁同步发电机有限元模型以及风机运行控制模型的风电传动系统机电耦合模型,计入了齿轮时变啮合刚度以及发电机齿槽效应、磁饱和等非线性因素.仿真分析了风电传动系统在启动、发电运行工况下的动态响应和机电耦合动态特性.研究结果表明:启动工况下...     

结构功能一体化天线的机电耦合机理和实验

结构功能一体化天线能够将集成微带天线阵列的射频功能件嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来武器装备中具有巨大的应用前景。这种天线具有结构和电路的高度集成以及服役环境苛刻等特点,现有方法难以满足其设计制造。文中针对结构功能一体化天线的机电耦合机理问题,提出了一类阵列天线结构因素对电性能影响的混合建模方法。结合理论分析和试验数据,建立了该类天线的机电耦合模型,发掘了典型结构因素对电性能的影响机理。通过天线样件的力电性能实验,验证了机电耦合机理的有效性。本研究成果可应用到结构功能一体化天线的设计制造领域中。     

复杂机电系统可靠性预测的若干理论与方法

复杂系统可靠性综合、可靠性增长、可靠性预测已成为可靠性工程的三个重要研究方向,如何从方案论证、初设计、研制、试运行、投产的全过程,科学评估和预测复杂机电系统可靠性是工程实践中亟待解决的瓶颈问题。立足事前分析、事中分析、事后分析三个层面,探讨单元为不同分布时的系统可靠性综合及预测、试运行阶段系统可靠性增长分析、系统可靠性增长预测、系统可用性评定等命题中的若干理论与方法。针对具体工程背景,提出解决问题的新思路,并进行实例验证,为系统研究大型复杂机电系统可靠性提供理论依据和技术支持。     

机电系统的概率行为树建模及可靠性评价

直接利用模型检测工具提供的形式化语言对系统进行形式化建模直观性较差、建模难度大,因此利用概率行为树对机电系统进行形式化建模,并通过概率模型检测对机电系统进行可靠性评价。对机电系统功能执行过程中功能载体的状态及其变迁进行了研究。基于概率行为树的语义和句法,提出了机电系统状态变迁过程的概率行为树建模方法,开发了建模支持工具。利用该建模工具可实现机电系统的概率行为树建模并能将其转换为基于PRISM语言的形式化模型。基于机电系统的潜在故障,用连续随机逻辑对机电系统可靠性评价指标进行形式化规约。基于概率行为树模型和可靠性评价指标的形式化规约,利用模型检测工具PRISM实现了对机电系统的可靠性评价。该方法比直接使用形式化语言建模更直观、易于理解和掌握。     

基于部分可观察马尔可夫决策过程的机电装备动态可靠性评价方法

针对机电装备运行维护问题,提出了基于部分可观察马尔可夫决策过程(POMDP)理论的动态可靠性评价方法。该方法将可靠性动态演变看成POMDP问题,通过不完全观测到的设备运行信息（如噪声、温度、压力等）,对可靠性状态进行估计,同时分析不同的维修行为对可靠性水平的影响规律,构建了基于状态转移的动态可靠性评价模型。然后,提出了以最小化维修成本费用和潜在故障危害为目标的维护策略制定方法,并通过案例分析验证了该方法的有效性,实现了机电装备动态可靠性的有效评价与维护策略的科学制订。     

Wigner-Ville分布复小波相似性评价及应用

针对常规特征量对轴承早期故障不敏感问题,基于不同状态下振动信号时频分布的结构差异,融合WignerVille时频分析和复小波变换的优点,提出了基于复小波变换的Wigner-Ville时频分布相似性评价指数(WignerVille distribution-complex wavelet structural similarity,简称WVD-CWSS),实现时频分布相似性的定量评价,并用于轴承早期状态评估。首先,对振动信号进行Wigner-Ville时频分布;其次,进行复小波变换,获取不同状态下的二维时频分布结构相似性复小波指数;最后,对滚动轴承全寿命试验数据进行了对比试验。结果表明,所提取的WVDCWSS特征对滚动轴承的早期损伤更敏感。     

基于耦合分析与加权满意度的机械系统多目标协同优化方法

针对机械系统优化中因设计变量耦合关联导致的优化结果可靠性问题,提出了基于加权满意度的耦合关联机械系统多目标协同优化方法。建立机械系统设计变量耦合关联模型,采用最大-最小满意度函数法,并考虑各子目标的相对权重,建立基于权重加权和的多目标协同优化评价函数,将多目标优化问题转变为单目标优化问题。以掩护式液压支架四连杆机构-结构多目标协同优化为对象的应用表明,提出的方法简化了耦合关联机械系统多目标优化求解的复杂度,而且提高了优化结果的可靠性。