【目的】随着电机能效等级要求的逐步提高,外转子低速永磁电机因其具有转矩密度高、高效节能等优点被广泛应用于工业领域。为满足工业领域的重载启动和长时间低速重载运行的工况需求,外转子低速永磁电机设计正向提高电机转矩密度的方向发展。相应地,由电机的高转矩密度导致的高发热量问题成为研究重点。【方法】针对外转子低速永磁电机在大负荷作业条件下的高温升问题,建立外转子低速永磁电机物理模型,计算电机的损耗分布情况。首先,基于计算流体力学的基本理论,根据外转子低速永磁电机的热源分布情况,结合电机的结构特点,在定子支架中靠近定子铁心内表面处设计安装轴向和周向Z字型水冷结构,并在电机底部建立冷却水进出口仿真计算模型,通过Fluent软件对两种水冷结构的流场和温度场进行模拟分析,确定周向Z字型水冷设计结构更合适。其次,利用流体流动与传热相耦合的计算方法,在Fluent软件中分析安装周向Z字型且具有9条水道的水冷结构的电机温度场,通过永磁体和绝缘的最高温度验证水冷结构是否满足外转子低速永磁电机的散热要求。最后,基于理论分析确定了影响水冷结构散热效果的因素包括水道数目、冷却水流速、水道截面径向宽度,通过Fluent软件研究不同因素对电机温升的影响规律。【结果】结果表明,周向Z字型水冷结构的流速分布更均匀,进出口压差更小,更适合做外转子低速永磁电机的水冷结构;随着水道数目、冷却水流速和水道截面径向宽度的增加,水冷结构的散热效果增强,但三者分别增加到一定数值后,电机温度趋于稳定;基于分析结果确定水道数目为7条,水道径向宽度为17 mm,冷却水流速为0.5 m/s的水冷结构为最终设计。【结论】研究结果可为大负荷工作环境下外转子低速永磁电机水冷却系统的应用和研究提供一定的理论依据。

【目的】随着无人飞行器对飞行安全要求的不断提升,起落架系统的动力学特性研究已成为无人机设计领域的重要课题。聚焦六杆式起落架橡胶足垫的着陆接触力学行为,针对其非线性力学特性建模难题展开系统性研究。通过构建精确的动态接触模型,揭示橡胶缓冲件在冲击载荷下的力学响应机制,为起落架足端缓冲装置的结构优化提供理论支撑。【方法】基于连续接触力法理论框架,构建了橡胶材料的非线性接触力学模型。该模型耦合Hertz接触理论与Mooney-Rivlin应变能函数,通过非理想弹性碰撞关系表征橡胶材料的超弹性特性及其接触面动态耦合效应。在ABAQUS平台中,采用Mooney-Rivlin超弹性本构模型建立了有限元模型,并结合隐式动力学求解器对着陆碰撞过程进行了数值模拟。同时,构建了带力传感器的落震实验台,获取实测数据用于模型验证。该方法结合理论建模、软件仿真与实验验证,有效克服了传统经验公式的局限性。【结果】研究系统分析了多物理参数对接触力学特性的影响。当着陆高度在50~200 mm变化时,接触力峰值成正比增长,增幅达1.78 kN。当负载质量在5~20 kg变化时,接触力峰值与其呈近似线性关系,增幅达1.02 kN。此外,足垫厚度的增加对冲击力的减小作用有限,而足垫形状优化可有效改善接触抖动现象。对比研究表明,相较于传统圆柱形足垫,圆锥形足垫受力更均匀,能有效减少接触抖动。实验验证表明,在着陆高度为100 mm的工况下,仿真模拟与实测数据的接触力峰值误差约为6％,关键参数的相位偏移控制在3 ms以内,充分证明了模型的有效性。【结论】研究表明,接触力与着陆高度、足垫厚度呈近似正比例关系,但足垫厚度影响较小;优化足垫形状可显著降低接触抖动,其中圆锥形足垫具有最佳缓冲性能。本研究的理论创新体现在以下方面:融合连续接触力法与超弹性本构模型,建立适用于橡胶缓冲件的动态接触预测方法,突破了传统方法难以处理非线性耦合效应的技术瓶颈;系统分析多物理因素对足端接触力的影响,实现了缓冲结构性能的量化评价,为足端参数优化提供了可靠的理论依据。

【目的】针对目前微定位平台体积大、小行程的问题,提出了一种基于杠杆-复桥式的新型位移放大机构,设计了可实现大行程运动的三自由度压电微定位平台。【方法】首先,提出压电微定位平台的结构并分析其工作原理:压电驱动器产生初始位移,该位移先被复桥结构放大,再通过杠杆机构进行二次放大,将最终放大的位移输出到动平台。其次,设计并优化杠杆位移放大机构和复桥位移放大机构,根据静力学、材料力学和弹性力学理论建立杠杆位移放大机构和复桥位移放大机构的刚度模型和位移放大比数学模型。根据理论模型对杠杆位移放大器和复桥位移放大器的尺寸进行优化,优化后的总体放大倍数为20.6。再次,对柔性铰链进行结构优化,针对4种典型的切口形状进行有限元仿真研究,在分析4种柔性铰链输出位移与输入力的关系后确定采用直梁型柔性铰链。对整体压电驱动微定位平台进行有限元仿真,分析压电陶瓷制动器变形放大后的位移输出性能和绕x轴、y轴的转动输出性能。最后,对所设计的压电驱动微定位平台进行输出测试,并对位移放大器的z轴方向位移输出性能和绕x轴、y轴的转动输出性能进行实验验证。【结果】有限元仿真结果显示,压电驱动微定位平台的动平台在z轴方向的输出位移最大约为740 μm,仿真放大倍数为15,绕x轴、y轴的最大输出转动角度分别为0.83°和0.86°。压电驱动微定位平台的输出测试结果显示升压曲线与降压曲线不重合,具有迟滞现象,z方向的最大输出位移为706 μm,当电压为30 V时,迟滞位移最大为65 μm。绕x轴方向最大输出角度为0.8°,绕y轴方向最大输出角度为0.79°。当电压为30 V时,绕x轴方向迟滞角度最大为0.062°;当加载电压为45 V时,绕y轴方向迟滞角度最大为0.047°。与仿真结果对比,沿z轴方向移动以及绕x轴和y轴方向旋转的最大误差分别为34 μm、0.03°和0.07°,其对应的最大相对误差分别为4.6％、3.6％和8.1％。【结论】基于杠杆-复桥式新型位移放大机构的压电微定位平台能有效解决压电陶瓷输出位移小的问题,实现了大行程运动。

【目的】为生产母线平直、加工余量少、残余应力低的高质量发电机护环,提出了一种基于水压机与超高压泵联动强化护环的新工艺。【方法】利用水压机压下模具,通过模具向下挤压护环,同时使用超高压泵向护环内部注入超高压液体,促使护环产生塑性变形。通过精确控制水压机的压力与超高压泵注液压力,调节护环的变形形状。当护环变形达到一定程度后,由于变形阻力增大,需更换模具继续胀形,直至护环达到预期成形尺寸。相比传统液压胀形工艺,该新工艺设备成本更低且效率更高。以50Mn18Cr5材料作为发电机护环制造基材,采用ANSYS Workbench对胀形过程中的护环外径尺寸变化及受力情况进行有限元分析。同时,根据自动控制系统的要求完成自动控制程序及HMI组态界面的设计,利用PLC控制发动机护环的生产过程,并通过HMI组态界面显示胀形过程中护环的直径变化、变形速度、系统压力及温度等参数。通过监测护环直径变化,精准调控水压机与超高压泵的压力,确保液压胀形顺利进行。若水压机和超高压泵发生故障,控制系统会自动报警,既保护操作人员安全,又避免重大安全事故。【结果】有限元分析显示,护环液压胀形过程中护环外径变化与实际生产结果的最大误差仅为2.312 mm,验证了新工艺的可行性。通过HMI组态界面直观呈现设备工作状态和参数,不仅保证了发电机护环的生产质量和效率,也使操作更加便捷。【结论】水压机与超高压泵联动的新工艺可有效生产母线平直、加工余量少、残余应力低的高质量发电机护环,为护环制造提供了一种高效、低成本的技术方案。

【目的】石油化工产品在生产、运输和使用的过程中易发生泄漏,对海洋环境、海洋生物资源和滨海城市环境造成严重危害。因此,需要优化油水分离技术,以便回收海上溢油并净化海洋环境,这对海洋油污控制等方面具有重要应用价值。吸附法作为一种发展前景较好的油水分离技术,较为适合海上溢油的处理,且其处理污染的能力与吸附材料和吸附结构有关。目前对吸附法的研究大多集中于材料优化领域,而针对吸附结构改进方面的研究较少。为了优化吸附法油水分离技术,结合仿生学从结构层面为吸附法提供了可行性优化方案,为该领域研究提供思路参考。【方法】针对传统由单一吸油材料组成的吸附结构进行优化,基于仿生工程提出了一种新型吸附结构。首先分析了水生植物茎部的稀疏多孔特性,选用类似的多孔材料泡沫铜作为吸附结构的主要材料。而后分析了油料作物内部维管结构具有更高油水分离能力的理论原因:油通道与水通道并行排布的结构产生了马兰戈尼效应,使得油水之间形成拉力。基于此设计了相应层状结构,提出了由亲油疏水材料和亲水疏油材料交错叠加形成的新型油水分离结构。将泡沫铜浸入过硫酸钾与氢氧化钾混合液中制备亲水疏油材料。将泡沫铜浸入正己烷与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合液中制备亲油疏水材料。通过实验对比新型组合叠加吸附结构与传统单一吸油结构的吸附能力。将两种吸附结构分别置于等体积的1％、5％和10％(体积分数)乳化油水混合物与未乳化油水混合物中,测定相同时间内两种结构的油液吸附量。【结果】在大多数条件下新型结构的吸附速率和吸油量均高于传统单一吸附结构。【结论】证明了亲油疏水层和亲水疏油层交错叠加的吸附结构方案的可行性,亲水层的加入可有效提高吸附结构的吸油能力。因此,研究结果可从结构方面为油水分离技术的优化提供思路与技术指导。

【目的】针对潜油螺杆泵采油系统中联轴装置零齿差内啮合机构重合度低、内外齿轮齿厚系数不稳定以及齿厚偏薄易导致轮齿折断等问题,提出了一种优化机构内变位系数、提高重合度值的方法,并设计了相应的优化模型。【方法】分析了传统设计方法中零齿差机构变位系数的设计缺陷,明确了目标函数和约束条件,定义了设计变量。采用粒子群优化(PSO)算法中的惯性权重线性递减策略提升粒子的局部与全局寻优能力,引入收缩因子并通过改进的速度更新迭代公式缩短收敛时间。以重合度和齿厚系数为优化目标函数,同时结合零齿差内啮合机构的齿轮约束条件建立了优化模型。【结果】为验证算法的稳定性,以用户输入的初始参数(内外齿轮模数为6,齿数为12,分度圆压力角为20°,外齿轮齿宽为30 mm,内齿轮齿宽为28 mm,偏心量范围为2.5~5 mm)进行优化分析。结果表明,通过改进PSO算法得到了径向变位系数和切向变位系数的最优解,即改进PSO算法显著提升了变位系数的优化效果。对比原始数据和优化结果,改进PSO算法的重合度提升了最高达26.2％,特别是在不同偏心量下,优化后的重合度均显著提高。【结论】通过对比改进前后的PSO算法,改进后的算法兼具全局收敛性与精确搜索能力,所得变位系数更加合理有效;优化后的齿厚系数更加平稳,显著降低了轮齿折断风险。最终优化后的变位系数不仅满足各项约束条件,且便于后续加工,提高了计算效率,显现出良好的设计效果。

【目的】空化是一种自然界存在的物理现象,空化的产生出现在多个领域,包括材料学、地质学和生物学等。早期空化研究是为了避免其带来的不利影响,比如细胞功能下降、岩石破裂、水力机械的材料空蚀损坏和动力性能恶化等。然而人们逐渐发现空化在多个领域中具有积极应用,比如强化材料、促进化学反应合成、去除难降解有机污染物等。研究空化泡在近壁面附近的溃灭过程,可以更好地了解空化泡溃灭对壁面的作用机制,从而在多领域应用中更好地利用空化效应。壁面包括凹面、凸面、锥面、不规则面等,球形颗粒表面属于凸面的一种。采用空化技术处理含油污泥,可以显著提高回油率,实现油泥资源化处理。空化破解油泥的机理是空化泡在油泥颗粒表面溃灭时,产生高温高压及高速射流,有利于油与固体颗粒的分离,实现油的回收再利用。【方法】研究球形颗粒附近空化泡溃灭的动力学行为,探究空化泡溃灭的演化过程,进而分析颗粒与空化泡之间的距离和颗粒尺寸对颗粒-空化泡相互作用的影响机制。利用质量、动量和能量守恒原理描述空化泡动力学行为,采用流体体积法对泡壁拓扑结构的变化进行精确界面捕捉,利用ANSYS软件数值模拟了空化泡在球形颗粒附近的溃灭过程。【结果】空化泡在球形颗粒附近随着时间变化逐渐发生溃灭,其溃灭形态受到距离参数和尺寸参数的影响。空化泡坍塌瞬间会形成指向颗粒的微射流与高温高压极端环境。【结论】当球形颗粒距离空化泡距离较近时,空化泡呈现梨形坍塌;当距离较远时,空化泡呈现球形坍塌。当距离参数减小或颗粒尺寸增大时,球形颗粒边壁受到的最大压力增大;当距离参数减小或尺寸参数减小时,空化泡形成的最大射流速度增大,颗粒边壁处最大温度增大。较大尺寸颗粒附近空化泡溃灭时间更长,且受距离参数影响较大。空化泡距离越远,溃灭时间越长。

【目的】为提高机组发电效率和加快发展绿色低碳经济,超(超)临界机组已经逐渐成为国内火力发电的主力机组。作为超(超)临界机组的关键部件,锅炉管大多采用奥氏体不锈钢管制作。锅炉管长期在高温高压和蒸汽的环境下服役,管道内壁因发生氧化而产生氧化皮。机组的启停导致内壁的氧化皮易发生脱落并堆积在管内,当氧化皮的堆积量达到一定程度时会导致管道局部堵塞,从而引发爆管事故。然而,现场氧化皮的定量检测一般采用磁性无损检测方法,但冷加工和长期老化等原因使得锅炉管具有弱铁磁性,导致现有的氧化皮磁性定量检测方法的测量结果不准确。【方法】针对弱铁磁性奥氏体不锈钢管内氧化皮堵塞量检测的问题,通过扩大磁路的方式提出了一种新型磁性检测方法。采用有限元模拟将现有磁性检测方法与新型磁性检测方法的仿真结果作对比,分析了现有磁性检测方法无法应用于弱铁磁性锅炉管内氧化皮检测的原因。【结果】对于现有磁性检测方法,当锅炉管有弱铁磁性时,氧化皮堵塞面积比的绝对误差值范围为138％~474％;对于新型磁性检测方法,当锅炉管有弱铁磁性时,氧化皮堵塞面积比的绝对误差值范围为3.4％~6.7％,新型磁性检测方法绝对误差值远小于现有磁性检测方法,新型磁性检测方法受管磁性影响较小,可适用于弱铁磁性锅炉管内氧化皮的定量检测。利用新型磁性检测方法,通过不同壁厚标准试样内不同堵塞面积比氧化皮的检测实验,建立了检测信号值与不同壁厚标准试样内的不同氧化皮堵塞面积比之间的对应关系,验证了上述仿真结果的正确性;通过对装有不同堵塞面积比氧化皮的现场管进行实验,验证了标定公式的正确性,并计算了新型磁性检测方法的检测误差值。试样标定实验测得弱铁磁性试样内氧化皮堵塞面积比的最大绝对误差值范围为1.2％~5.6％,最大绝对误差值小于5.6％,现场管实验测得弱铁磁性试样内氧化皮堵塞面积比的最大绝对误差值范围为1.5％~6.4％,最大绝对误差值小于6.4％。【结论】新型磁性检测方法受管壁磁性影响较小,误差值满足实际工程需要,该技术可实现对弱铁磁性奥氏体不锈钢管内氧化皮堵塞量的无损检测与评定。

针对功率车在使用过程中骑行体验感较差的问题,提出了一种具有人机交互功能的功率车训练系统。该系统的下位机由功率车、霍尔传感器、单片机和伺服电机等模块组成,功率车的阻力通过设计的新型磁阻装置进行无级连续调节。基于贝塞尔曲线对上位机的骑行路径进行优化,结合实时插值、等距插值和非等距插值算法,提升了场景跟踪效果。实验结果表明,基于贝塞尔曲线的实时插值算法生成的路径能够满足体感一致性,确保人机交互过程中场景的流畅性与稳定性。

针对企业传统模块化设计产品制造或使用时资源消耗高、故障率高、不易维护等问题,提出了一种考虑资源利用性、寿命兼容性、可维护性等绿色属性的改进原子聚类模块划分方法。通过构建多重绿色约束矩阵、价矩阵和距离矩阵,计算各部件间库仑力关系进而提出模块划分方案。利用RAHP、CRITIC和VIKOR法等建立综合评价体系,考虑模块平均聚合度、耦合度和成本均衡度等指标,对模块划分方案进行选择和优化。以工业汽轮机企业产品为例进行绿色模块划分,并与传统模块划分方法进行对比。结果表明,改进后的原子聚类模块划分方法有效提升了产品的绿色性能,满足绿色设计需求。

全陶瓷球轴承具有质量轻、耐磨损、耐高(低)温、耐腐蚀、精度保持性好等优良性能,在装备制造、航空航天等先进技术领域应用前景广阔。全陶瓷球轴承高性能制造技术体系尚未完全形成,严重制约了其在高端装备中的应用与发展,这也成为全陶瓷球轴承应用领域进一步拓展的技术难题。基于行业对高端轴承产品的需求,分析了全陶瓷球轴承的特点与优势,探讨了适用于全陶瓷球轴承的设计方法,综述了陶瓷球、陶瓷套圈等关键组件的高性能制造工艺,评估了全陶瓷球轴承的服役性能及其试验技术,并针对其相关技术与应用进行了展望。

采油螺杆泵在高黏度、高含砂量原油开采中具有突出优势,螺杆泵工作原理和工作环境决定了其核心部件橡胶定子的使役寿命,提升螺杆泵定子橡胶材料的耐磨、耐溶胀等性能具有重要意义。介绍了采油螺杆泵的核心部件组成和采油工作原理,面向螺杆泵定子橡胶的实际需求,梳理了国内外学者在定子橡胶材料老化、溶胀、摩擦等关键性能方面的主要研究成果,并针对近年来新兴的材料多尺度研究手段,从概念、原理、方法及其在定子橡胶力学与摩擦学性能等方面进行了综述,对未来持续提升采油螺杆泵定子橡胶耐磨、耐溶胀等性能的方法与研究手段进行了展望。

激光定向能量沉积(LDED)技术作为一种前沿增材制造技术,在材料加工和产品制造领域展现出显著优势,综述了LDED技术的发展历程、基本原理、技术特点及其在多个工业领域的应用现状。LDED技术能够有效提升材料利用率、缩短制造周期,并实现复杂零件的直接制造,尤其在航空航天、汽车制造和医疗等领域具有广泛应用前景。通过仿真分析、在线监测和闭环控制策略,LDED技术进一步提高了成形精度和产品质量。随着LDED技术的成熟和优化,该技术有望在降低成本、提升性能以及推动制造业绿色转型方面发挥更大作用。

往复压缩机供气与需求不匹配是导致能耗高的主要原因,进气阀气量无级调节技术是解决该问题的有效手段,其实现方式包括直线网状部分行程顶开式调节系统和旋转杯状全程可控式调节系统。直线网状部分行程顶开式调节系统可以实现对压缩气量的精准连续调节,本质为液压传动控制,但存在通流面积小、阻力损失大、撞击严重、执行系统复杂及故障点多等缺陷。旋转杯状全程可控式调节系统是一种新型气量无级调节技术,其本质为机电一体化,原理是通过伺服电机对杯状阀进行精准调控,具有通流面积大、阻力损失小、开阀无摩擦、关阀摩擦行程小及运动部件无撞击等优点。对2种调节系统的理论、结构、控制系统、能效进行了全面的综述,指出旋转杯状全程可控式调节系统是未来的发展方向,应从旋转杯状全程可控式调节系统的理论研究、结构优化、材料研制及智能系统开发等方面开展深入研究。

以数字化为基础的工业物联网(IIoT)使制造业进入了高效率、高可靠、低成本的智能制造时代。近年来,增材制造作为一种新型制造方法,在航空航天、流程工业、模具制造、汽车制造等领域呈现出广泛应用前景。增材制造过程中以大数据为基础的高性能计算和分析处理对平衡“质量-效率-成本”尤为重要。立足于数字化智能制造,对增材制造云平台的实现原理、云增材制造工业软件体系进行了深入剖析,阐述了数字化增材制造的挑战和潜力。

针对当前复杂装备运维系统急需实现智能化转型的问题,提出了一种与深度学习技术相结合的复杂装备运维系统数字孪生框架,建立了基于深度学习的复杂装备运维系统数字孪生理论和应用框架。在理论层面,结合深度学习构建了多层次的运维系统数字孪生框架;在应用层面,基于“知识-数据-模型”并行驱动的形式,构建了运维系统全生命周期的数字孪生应用框架;在数据角度,提出了一种理论框架与NST模型结合的应用形式,并通过实验进行了验证。实验结果表明,针对动车组的非稳态时间序列数据,NST模型具有更好的预测效果。

为了提高车辆行驶平顺性和安全性,提出了一种新型磁力馈能主动悬架,并研究其稳定性。采用BP神经网络PID控制算法(BP-PID)搭建磁力馈能主动悬架控制系统,利用MATLAB/Simulink进行理论仿真。建立B级和C级随机路面,仿真分析不同速度、不同等级下,磁力馈能主动悬架的稳定性。结果表明,相比于被动悬架效果和PID控制的磁力馈能主动悬架效果,采用BP-PID控制可明显提高悬架稳定性。B级随机路面60 km/h时车身垂直加速度改善了45.90％,证明了BP-PID控制的合理性,可有效提升悬架稳定性。

针对球型钢丝绳隔振器的非线性刚度和阻尼特性导致迟滞模型表征困难的问题,提出了非线性弹性因子和修正因子改进的归一化Bouc-Wen迟滞模型,结合Simulink仿真完善改进的迟滞模型,采用最小二乘法和遗传算法相结合的方法对改进模型进行参数识别。通过数值仿真绘制GGQ25-62L型球型钢丝绳隔振器在不同工况的迟滞环,并和实验数据进行对比。结果表明,参数识别方法准确可靠,实验数据和理论计算曲线具有较强的一致性,该模型能够有效地描述隔振器的动态特性。

针对传统电火花加工时,主轴不能及时调整极间间隙导致加工效率低下的问题,提出了一种多自由度磁悬浮驱动器代替传统电火花主轴运动。分析了该磁悬浮驱动器的结构及原理并建立了磁悬浮驱动器的动力学模型,运用有限元仿真软件对该驱动器所产生的电磁力进行仿真分析,通过设计传统PID控制系统及模糊PID控制系统对磁悬浮驱动器的控制效果进行仿真与实验验证。结果表明,该磁悬浮驱动器具有较好的跟随特性和快速的响应速度及符合要求的电磁力,满足微细电火花加工要求。

针对螺栓连接结构在舰船爆炸冲击中容易发生松动的现象,设计了一种齿形双螺母的防松结构。利用局部滑移理论分析齿形双螺母的防松原理,采用有限元仿真法,通过预紧力和微滑移的变化量对其防松性能进行分析,并研究了齿形双螺母防松性能的影响因素及其影响规律。研究结果表明:横向冲击载荷下,齿形双螺母预紧力下降慢,微滑移变化小,具有较好的防松性能;当楔形角与螺纹升角相同时,防松效果最差;楔形角越大,齿形数量越多,齿形双螺母的防松效果越好。

针对现阶段直升机滑撬式及三点式起落架在复杂地形或动态非线性运动平台降落性能较差的问题,提出了一种基于STM32的X型腿式布局线缆驱动自适应起落架。结合自适应起落架结构特点及控制硬件搭建多维感知协同控制系统,以姿态控制为例对算法进行说明并在仿真环境中进行可行性验证。实验结果表明,自适应起落架及协同控制系统能够实现在多种工况斜坡及崎岖路面的平稳安全降落。

针对基于单通道声信号的机械故障诊断信号干扰成分大,故障特征难以提取的问题,提出了一种结合改进自适应噪声完备经验模态分解(ICEEMDAN)和快速独立分量分析(FastICA)的方法。依据峭度与信号相关性准则设定本征内模分量(IMF)选取系数,对ICEEMDAN自适应分解的IMF进行有效筛选,实现信号降噪和粗提取,并以所选IMF作为虚拟通道,应用FastICA成功实现信噪的盲源分离。通过内外圈故障轴承实验数据对算法实行对比验证,结果表明,所提算法大幅降低了噪声及干扰,有效提取了故障特征。

针对可变磁路式永磁悬浮系统鲁棒性较差的问题,提出了一种基于辅助模型的改进线性自抗扰控制(LADRC)方法.阐述了悬浮系统的工作原理,建立了动力学模型,设计了改进LADRC控制器,分析比较了改进LADRC、PID和传统LADRC控制效果.仿真结果表明:输入0.1 mm阶跃外扰时,与传统LADRC和PID控制比较,采用改进LADRC系统响应速度最快且无超调量;输入0.5 N外扰力时,采用改进LADRC系统气隙变化量最小且调节时间最短;与PID相比,采用LADRC方法可提高可变磁路式永磁悬浮系统抗扰能力.

针对6R机械臂逆向运动学求解过程复杂繁琐、求解精度不理想的问题,提出一种基于位姿分离的解析求逆优化算法.利用改进型D-H参数法建立机械臂的运动学模型,通过连杆变换矩阵推导出机械臂的正向运动学方程,利用位姿分离思想进行逆解优化算法设计,利用蒙特卡洛法分析机械臂的工作空间,运用Matlab Robotics工具箱验证改进算法的有效性.结果表明:该改进算法具有较高的求解精度,与现有解析优化算法相比,大幅度简化了求解过程,提高了运算效率.

针对数控机床的同一故障引发因素不同,甚至存在多因素共同作用的问题,提出了数控机床故障诱因分析方法,准确判断并查找故障位置,从而解决数控机床出现的故障.采用麻雀搜索算法改善BP神经网络性能,进而诊断数控机床服役中的常见故障,采集不同状态的故障信号作为BP神经网络样本,利用经过麻雀搜索算法优化后的BP算法识别机床的故障状态.结果表明:诊断结果发生误判的概率仅为2.29%,说明麻雀搜索算法优化BP神经网络在检测数控机床故障诊断问题中能够进行推广应用.

针对传统被动悬架系统无法在复杂工况时保持较好行驶平顺性的问题,为电磁主动悬架设计了鲁棒控制器.建立整车七自由度电磁悬架动力学模型,利用鲁棒控制理论对被控输出和控制输入量进行加权处理,设计了H_∞鲁棒控制器.在车速为30 km/h和60 km/h的随机路面、20 km/h和45 km/h的正弦冲击路面时,对电磁主动悬架系统进行仿真分析.结果表明,鲁棒控制的电磁主动悬架与被动悬架相比,主要性能指标均有所改善,在随机路面下车身垂向加速度改善28.03％,说明所设计的鲁棒控制器比较合理,采用鲁棒控制的电磁主动悬架可以有效改善汽车行驶的平顺性.

针对传统被动悬架无法将振动产生的能量充分利用的问题,提出了一种直线电机式馈能悬架,并探究了该悬架的馈能特性.建立1/4车动力学模型,以正弦路面作为输入激励推导出影响馈能的悬架系统参数;以感应电动势为指标,基于直线电机式馈能悬架模型,采用控制变量法对悬架系统参数进行仿真分析;通过搭建的1/4车悬架实验平台进行实验验证.结果表明,簧载质量、非簧载质量和弹簧刚度与直线电机产生的感应电动势呈负相关,轮胎刚度与直线电机产生的感应电动势呈正相关.

针对难以获取足量样本数据的齿轮故障诊断率低的问题,提出一种基于最小二乘生成对抗网络(LSGAN)结合长短期记忆网络(LSTM)的方法.将齿轮的原始样本输入LSGAN模型中,通过对生成网络和判别网络的交替训练,学习出不同状态的样本数据,从而实现数据增强,通过生成样本结合原始样本训练LSTM诊断模型,完成小样本下的故障诊断.以康狄涅格大学的齿轮实验数据为例对所提方法进行验证,结果表明,与传统方法相比,诊断准确率提高至98.3％.通过可视化方法显示出诊断方法的优越性,为小样本条件下的故障诊断提供参考.

由于非标配电柜具有个性化定制的特点,决定其无法实现自动化装配而只能采取手工方式进行.以装配者脑电波中θ、α、β波的能量变化为基础,构建了装配者脑力负荷模型.通过分析脑电波各波段能量随时间的变化规律,确定引起脑力负荷曲线大幅上升的关键因素;根据脑力负荷随时间的变化曲线,判断出易出现装配错误的脑力负荷阈值.结果表明,实验结论与手工装配作业实际检测结果相一致,证明了该方法的有效性,进而为非标配电柜手工装配作业的优化提供理论依据.

为了掌握小型风力机尾流特征,并实现其尾流快速模拟,以小型四叶片水平轴风力机为研究对象,采用大涡模拟(LES)研究了其尾流时空分布特征,提出了基于致动盘模型(AD)的风力机尾流的快速模拟方法.结果表明,小型四叶片水平轴风力机尾流较复杂,尾流区存在多种类型的涡结构,导致尾流存在严重速度亏损,湍流度剖面出现两个峰值,利用致动盘模型可以准确地计算风力机尾流的速度亏损,实现风力机尾涡动力行为的快速模拟.