摘要：液压驱动的重型机械臂被广泛应用于工程机械和矿山机械,对其进行自动控制在行业内具有迫切的需求。然而,液压系统的强参数不确定性和难以建模的动态等因素的影响,给其自动控制带来了一定的挑战。文中以某锚杆钻车为例,研究了一类重型液压机械臂驱动液压缸的位置跟踪控制问题,提出了一种模型前馈补偿自抗扰控制器。为解决重载下变负荷、死区、参数不确定以及摩擦等非线性因素带来的控制难题,采取模型前馈与自抗扰反馈相结合的控制方法,将重型液压机械臂的机构动力学模型和比例阀控液压缸模型相结合,建立了系统的机理模型,然后基于系统的机理模型,构建了控制器的前馈补偿部分;设计了扩张状态观测器对系统的未建模因素进行实时观测,再加上基于状态误差的反馈调整构成了自抗扰控制器。最后在实际的重型液压机械臂上进行了实验研究,结果表明:基于模型前馈补偿的自抗扰控制器相比于PID控制器,具有更小的滞后和跟踪误差,整体跟踪精度比PID控制器提升了63.5%,说明所设计的控制器可以很好地克服液压系统的非线性因素的不利影响,比PID控制器具有更高的鲁棒性,因此所设计的控制方法更适用于此类重型液压机械臂的位置跟踪控制。

摘要：过滤技术广泛应用于化工过程、燃油和液压领域。在液压系统中,过滤器也是重要的元件之一。与针对过滤的结构设计和滤芯选材研究相比,颗粒污染物迁移是影响过滤器性能的基础因素,需要加以重视。由于颗粒污染物的尺寸较小且数量巨大,在数值模拟中完全追踪每一个颗粒难度较大。因此,以某一液压过滤器为例,采用计算流体动力学-离散相(CFD-DPM)耦合的方法,对过滤过程中颗粒污染物的迁移规律进行初步探讨,尤其是流量和油温对颗粒迁移的影响。结果表明,入口油液速度对过滤的快慢影响较大,但对于过滤效率影响较小。相比之下,油液温度在0.3 s内对颗粒的瞬态阻拦影响较大,但对于稳态的影响也较小。

摘要：变幅平衡阀安装在汽车起重机变幅系统的液压回路中,起到负载保持和控制负载运动速度的作用。在分析某型起重机所用平衡阀的组成结构和功能原理的基础上,针对其主阀芯的复杂通流形式,采用一种节流槽和阀芯表面通流面积分开计算后整合的方法,得到主阀芯整体的开度-过流面积曲线。利用AMESim仿真软件建立平衡阀中单向阀和主阀芯的仿真模型。通过对比平衡阀流量压力特性的仿真与实验结果,表明采用此计算方式得到的开度-过流面积曲线可以准确地反映平衡阀工作时的性能特征。对影响平衡阀流量压力特性的关键因素进行了探究,为平衡阀的优化设计提供了模型支持和参考思路。

摘要：针对现有的折叠自行车折叠后体积整体偏大,不利于携带的缺点进行方案改进设计,撇弃传统折叠自行车的前后轮对折方式,采用前后轮靠近的折叠方式使其折叠结构更灵活,折叠后形态更小。利用CRO/E4.0软件进行三维建模,使其结构以及主要形态得以直观展现,以及对横把进行有限元静力学分析,获得相应的应力及变形情况,以验证设计的合理性。

摘要：长周期光纤光栅透射谱的损耗峰对温度、应变和弯曲等基本物理量敏感,已在土木工程、航空航天等领域应用。但由于该类器件主要利用透射光谱进行检测,传感系统复杂,限制了器件应用领域的拓宽。针对上述问题,设计了基于光纤末端粘接硅片式结构长周期光纤光栅传感器,可实现利用长周期光纤光栅反射光谱检测。试验表明该器件对弯曲敏感,此外,由于长周期光纤光栅采用飞秒激光逐点直写法加工,受物镜聚焦和光纤自聚焦影响,激光调制区域不对称,其弯曲传感具有明显的方向性。

摘要：考虑面齿轮实际齿面的加工误差客观存在的基础上,采用一种迭代方法建立测量坐标系,使得测量坐标系尽量接近设计坐标系,并根据加工误差对测量坐标系与设计坐标系之间关系的数学模型进行约束,从而实现精确求解。在此基础上,建立了实测点与理论测量点之间的数学模型,并由此补偿加工误差引起的相关测量误差。最后进行实际测量实验,结果显示本方法的测量坐标系与设计坐标系之间的误差相比于传统方法降低了89%以上,最大测量偏差降低了54%以上,测量结果更加真实可靠。

摘要：以锂电池隔膜分切机中的放卷张力为研究对象,针对放卷系统非线性、强耦合与参数时变特性对张力控制提出的挑战,提出一种基于扰动补偿的串级控制方法。通过分层控制的思路,对放卷张力和速度2个相互耦合的变量进行串级控制,增加对速度环的扰动补偿与鲁棒控制,提升张力控制的稳定性。考虑到张力滞后于速度,张力外环使用积分滑模控制(ISMC),得到放卷辊最优速度期望值。速度内环使用鲁棒反演滑模控制(BSMC),实现放卷速度的稳定跟踪。针对系统的扰动及未建模因素,设计了扩张状态观测器(ESO)进行实时补偿。仿真和实验结果表明,提出的控制方法相较于传统PID控制具有良好的鲁棒性和抗干扰性,能够很好地适应隔膜分切机不同工况下的张力控制要求。

摘要：针对现有机器人接触性操作任务中作用力建模方法表征能力不足、通用性差的问题,以玻璃基板卸片这一实际生产过程为例,对复杂接触动力学的建模方法进行研究。考虑到玻璃基板铲起过程中的作用力受多个界面接触动力学的影响,表现出多模态、非线性、非平稳性的特性,将物理先验知识以不同形式融合在深度学习模型的设计以及训练过程中,提出一种结合深度学习与机理模型的铲起过程作用力预测方法——针对玻璃基板铲起过程的受力特点,提出结合多尺度卷积核、注意力机制以及长短时记忆网络的深度学习模型结构;提出动力学参数随机化方法与基于材料力学、断裂力学的接触力补偿措施,使仿真训练数据更鲁棒地反映真实接触情况;在均方误差损失函数基础上,针对不合理的物理“穿透”行为引入附加损失函数进行网络训练。实验结果表明,所提方法在作用力单步预测中的均方根误差为0.286,可以准确地预测水平与竖直两个方向的作用力,多步预测结果也可以满足应用需求,预测性能优于现有的主流模型。消融实验表明,文中方法的优良预测性能是局部特征提取模块、注意力机制模块与时序特征提取模块3个组件共同作用的结果,同时,所提出的改进损失函数提高了模型训练的稳定性。文中方法可以应用于类似场景中对机器人与环境的接触力预测。

摘要：对三维粗糙度参数的合理选用可以评估加工面的各项服役性能,而其过高的维度极大增加了选用的难度。为揭示三维粗糙度参数与齿面接触性能参数的关联规律,借助统计学相关分析理论探究其相关性,依据遗传算法优化的BP神经网络(GA⁃BP)构建预测模型,利用Morris和Sobol′全局敏感性分析方法对各参数进行定性、定量分析,筛选出对齿面接触性能影响程度最大的三维粗糙度参数,并确定其主次关系,解决了参数冗余问题,为齿面抗疲劳设计制造提供理论基础。研究结果表明,对轮齿接触最大剪应力与表面最大压力综合影响大小排列均为:算数平均高度(S_(a))、峰部的实体体积(V_(mp)),其中S_(a)达到了强相关程度。

摘要：锚杆钻车机械臂的自动定位打孔可进一步提高巷道支护工艺的自动化作业程度。本文针对某锚杆钻车的串并联混合8自由度冗余机械臂的逆运动学问题展开研究。该机械臂有两大特点,一是串并联混合机构,臂在整体上为串联开链机构,但其大臂存在一个四边形的并联结构;二是冗余自由度,导致逆运动学存在无穷解。针对前者,为便于使用D-H法建立运动学模型,推导了并联结构的运动表达式,将其用一个等效的串联结构来替代。针对后者,详细分析了机械臂的结构与实际工况,设置了逆解的3个条件:1)为保证推进器获得最大打孔行程,设置定位油缸为最大伸长量;2)根据不同类型锚杆孔设定大臂四边形形状,可实现姿态补偿;3)优先使用中臂进行位置补偿,以尽量减少大臂的运动。在以上约束下提出基于位姿分离的逆运动学求解方案,得到的逆解结果充分利用了机械臂的设计特点,且兼顾人工操作过程的直观、方便性。为验证算法,针对一个矩形巷道断面的锚杆孔设计,通过计算机进行了逆解计算,计算精度与速度均有满意的结果;将算法部署到PLC上,在模拟巷道自动打孔试验,结果满足工程要求。