摘要：液压工程机械负载变化大、受到控制器计算性能限制,常导致运动控制出现强烈冲击和精度降低等问题,为此提出一种基于低阶模型的含压力补偿比例阀控系统平稳控制方法。首先,证明了含压力补偿比例阀控系统可近似为线性系统,提出一种低阶建模方法,利用分段线性随机系统作为原系统的全局近似,并定量给出分段线性随即系统的协方差矩阵;其次,在所提出的建模方法基础上,设计了稳态卡尔曼速度观测器,提出基于速度观测的双回路控制器,利用精确的观测速度与速度内环控制提高系统阻尼,达到抑制振荡的目的;最后,在盾构管片拼装机举重臂上开展实验验证,实验包括AMESim与Simulink联合仿真实验和PLC控制的实机应用实验。研究结果表明:所提出的低阶建模方法在常见阀参数下与精确模型的精度相对误差不超过3%,所提出的控制方法在低算力控制器上实现了阶跃位置目标轨迹的低冲击、高精度控制,显著增加了系统阻尼,获得了更平滑的速度曲线,减小了稳态误差,力冲击峰值减少21.6 kN,振幅降低约39%,具有较高的工程应用价值。

摘要：海洋、船舶、石油等领域有大量结构部件需在水下拆解。现有的水下切割方法存在效率低、结构复杂、工具或电极损耗大等局限,亟需探索新的切割方式。高速电弧放电加工具有加工效率高、电极损耗率低等优势,在难切削材料的加工中取得了良好效果。基于高速电弧放电加工原理,设计水下电弧锯切割实验装置,并对该装置极间流场进行仿真,得到不同主轴转速下极间流体流动情况。在此基础上,设计系列实验开展电流形式、主轴转速和电流值等因素对切割质量影响的研究。实验结果表明,采用高速电弧放电切割可实现工件的高效水下切割。此外,使用脉冲电流切割时的切缝质量优于直流,增大电流会改善出口处切缝宽度;主轴转速过低会影响极间排屑效果,加工中宜采用较高转速。

摘要：为消除压电驱动柔性微定位平台高精控制对平台不确定动力学模型的依赖性,提出了一种数据驱动无模型迭代前馈补偿和自适应陷波滤波结合的控制方法来提高平台的跟踪性能。首先,建立了数据驱动无模型迭代前馈控制器,提高系统对噪声和其他干扰的鲁棒性,同时,证明了在无模型迭代前馈作用下,连续参考输入跟踪误差的有界性和闭环系统的稳定性;其次,构建了自适应陷波滤波器来消除平台谐振的影响,对误差信号进行快速傅里叶变换,并设计谐振频率在线提取算法,实现对陷波滤波器参数的在线实时整定,来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所设计的无模型迭代前馈控制器和自适应陷波滤波器对压电微动台进行轨迹跟踪实验。实验结果表明:在跟踪三角波信号时,与单独比例-积分(Proportional Integral,PI)控制和结合自适应陷波滤波器的PI控制相比较,最大跟踪误差分别减小78.25%和70.83%,能够有效提升平台的稳定性和跟踪精度。

摘要：针对柱塞泵故障诊断中存在的振动数据不平稳和诊断精度低问题,提出一种考虑传感器位置信息的Bagging集成卷积神经网络(Sensors location considered-bagging-convolution neural network,SLC-B-CNN)故障诊断模型。首先将短时傅里叶变换后的二维振动时频信息与经独热编码后的传感器位置信息匹配以构建数据集,然后设计混合双输入CNN模型作为基分类器,最后将数据集输入以简单平均法聚合的SLC-B-CNN模型中,在实验柱塞泵数据集上验证了所提出的SLC-B-CNN模型,在测试集上的准确率高达92%,各类故障平均召回率为89%,表现优于CNN模型和随机森林(Random forest,RF)模型。

摘要：通过对现有坐姿矫正产品工作原理及其局限性的分析,提出了一种全新的坐姿矫正方式,即利用人体就坐时的重力,通过四杆机构形成使骨盆前倾的扭矩,以帮助人们轻松地保持健康坐姿;通过生物力学实验获得坐姿状态下人体的外力矩与骨盆倾角的关系,根据实验结果设计和制作了坐姿矫正装置,并通过实验验证了所设计装置的有效性.结果表明,所设计的坐姿矫正装置可以使人们得到最佳坐姿,尤其是在腰部肌肉放松的条件下能够保持理想的骨盆倾角.

摘要：通过对现有免载矫形器的机构工作原理及其局限的分析,提出了一种全新的全膝免载方式,即通过机构在下肢伸展时向上牵拉膝关节以承担部分载荷,据此设计了新型膝关节免载矫形器,并进行了相关的运动和力学分析.同时通过实验建立了矫形器大腿托与大腿压力、阻力以及皮肤变形间的关系,综合评价了矫形器对人体的影响,验证了其免载的有效性.

摘要：针对功能性假肢的功能传递与安全性之间的矛盾,提出了分时间歇承载的形状可变式假肢接受腔设计方案,以避免残肢软组织长时间承受过高载荷,导致组织缺血坏死.设计了一种负刚度挤压腔体单元,通过抽真空方式驱动腔体单元收缩,实现了对软组织的松紧夹持,且负刚度腔体单元具有松紧切换所需驱动力小和对软组织过载保护的功能.实验验证了该设计原理的可行性.

摘要：基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解了流体-结构耦合问题,其中囊体部分采用拉格朗日方法进行描述,流体区域采用ALE方法进行描述,并通过罚函数方法实现了两者间的耦合.首先采用该方法模拟了囊体的充气过程,研究了不同充气状态对囊体初始应力的影响;然后建立了囊式浮桥的整体有限元模型,充分考虑了囊体内外部流体的影响,计算了不同内压下的囊式浮桥动力响应问题.研究结果表明,不同的充气压力不仅会在充气阶段对囊体产生影响,而且会在载荷通过时对囊体压缩变形、应力分布及垂向位移等方面产生较为明显的影响.该研究结果可为囊式浮桥囊体设计及整体设计提供参考.

摘要：对简易折线缩放喷嘴和基于霍耳(Hall)设计方法的复杂喷嘴外流场中压力分布,以及马赫盘位置变化等特性进行了分析。详细比较了这两种喷嘴气流场动力学性能之间的差别,揭示了两种喷嘴动力学性能的差别随工作压力增加越来越小的趋势。分析表明在高压状况下为减少激光切割的成本,用简易折线结构超音速喷嘴替代复杂流线结构喷嘴是可行的。

摘要：为了提高微细电火花加工效率,通过分析微细电火花加工特点,改进了主放电回路,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的微细电火花加工脉冲电源.该电源集成了放电状态检测功能,能够判断每一个脉冲的放电状态,并及时切断有害脉冲.设计了应用于微细电火花加工的清扫脉冲回路,可在极间加载高能量窄脉宽的清扫脉冲,以清除积聚在极间的加工屑.利用该电源在桌面式微细电火花加工机床上进行了微细深孔加工实验和微细孔极限加工实验,取得了较好的加工效果.