2023年, 第51卷, 第5期　
刊出日期：2023-03-15

  

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工业机器人专栏
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  基于改进SPBO算法的关节机器人动力学参数辨识

  兰建斌, 陈立平

  机床与液压. 2023, 51(5): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.001

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  提出一种基于改进学生心理学优化(BSPBO)算法的机器人动力学参数辨识方法。通过Newton-Euler法构建关节型机器人动力学模型，设计符合运动约束的五阶傅里叶级数作为激励轨迹；引入SPBO算法并对其进行如下改进：增加Good Student分类在学生种群中所占比例、改善迭代过程中求解变量越界的处理方式，以提高算法的开发能力和全局探索能力，克服SPBO易陷入局部最优的缺陷；以具备关节力矩测量功能的机器人平台为对象，开展动力学参数辨识实验。结果表明：BSPBO算法的收敛精度更高、收敛速度更快，能稳定高效地完成各关节动力学参数的辨识。
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  基于多传感器信息融合移动机器人导航定位研究

  邵明志, 何涛, 朱永平, 陈文重

  机床与液压. 2023, 51(5): 8-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.002

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  移动机器人的导航及定位是机器人自主导航的关键技术之一。为提高移动机器人的导航及定位能力，提出以多种导航定位传感器组合为融合单元，设计扩展卡尔曼滤波算法，将陀螺仪、里程计和电子罗盘采集的数据进行融合。设计模糊神经网络对所融合的数据进行训练处理，提高数据处理的精度和效率，实现对移动机器人精确的控制。并进行了仿真分析，结果证明：所提出的多传感器信息融合算法既可使移动机器人在复杂环境中自主定位，又实现有效避障，有实际参考价值。
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  一种并联机器人轨迹规划算法研究

  朱大昌, 盘意华, 杜宝林, 吴光毅, 谢清华

  机床与液压. 2023, 51(5): 14-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.003

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  针对并联机器人工作空间微小线段间拐角处产生的冲击与振动问题，提出一种基于笛卡尔空间与关节空间相结合的机器人联合空间轨迹规划方法。在笛卡尔空间中采用三次非均匀有理B样条曲线对机器人末端执行器复杂的加工轨迹进行插补。为解决笛卡尔空间微小线段间拐角处的切向不连续导致轨迹突变的问题，基于并联机器人逆运动学模型，将笛卡尔空间轨迹规划算法所得插补点映射到关节空间，采取五次均匀B样条曲线进行第二次轨迹插补，平滑并联机器人运动过程中加速度及加加速度突变曲线。并在动力学层面验证所提算法的有效性。仿真结果表明：联合空间轨迹规划策略能使机器人末端执行器较好地改善连续高阶曲率导数的轨迹平滑问题,提高末端跟踪精度。实验结果表明：末端跟踪误差值最大减少21.12%，力矩最大值减少11.65%。
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  复杂曲面喷涂姿态自主规划方法

  苏成志, 王虹霖, 徐朕, 王恩国

  机床与液压. 2023, 51(5): 23-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.004

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  针对曲率变化大的复杂曲面喷涂问题，提出一种基于粒子群的喷涂姿态自主规划方法。该方法基于工件点云模型实现，通过改进的区域生长算法将曲率变化大的工件分割为若干简单曲面，根据喷涂工艺特点对各个简单曲面进行喷枪包围盒下采样，建立喷涂姿态目标函数,通过粒子群算法求解工件各个曲面的喷涂姿态。平均曲率范围为[2.01×10^-6,1.83×10^-2]的工件试验结果表明：该方法可以有效地将复杂的曲面喷涂问题简化，将曲率变化大的曲面分割为边界规则的简单曲面，避免了待喷涂面超出工作空间或机器人进入奇异状态的问题，能够自主地实现复杂曲面的喷涂姿态规划。
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  复杂曲面随形打印变形机器人逆解算法与控制研究

  刘国良, 孙文磊

  机床与液压. 2023, 51(5): 29-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.005

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  为了缩短机器人的研发周期，加快多类构型机器人面向复杂曲面零件的特种加工应用落地，将参数化设计思想融入到从设计到应用的整个周期，结合逆解算法、模块化设计、3D打印技术、逆向技术、数字仿真技术、机电一体化技术等设计出可变形机器人开发系统。输入机器人的几何参数，即可快速完成机器人模型设计、路径规划、可视化编程、动力学仿真、硬件组装及试验。该变形机器人方法可匹配大多数厂家机器人，快速对复杂零件激光加工、喷涂、喷丸、焊接、打磨等自由路径随形编程，易于再开发扩展应用。利用该系统开发变形机器人，完成曲面随形打印写字，验证系统的高效性和可行性。
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  基于机器视觉与Faster-RCNN的Delta机器人工件识别检测

  张宇廷, 王宗彦, 李梦龙, 赵鹏宇

  机床与液压. 2023, 51(5): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.006

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  针对传统并联机器人在工作环境中存在抓取不精确、定位与分类识别效率低下的问题，提出一种基于机器视觉与Faster-RCNN神经网络的工件识别检测技术。采用Delta机器人实验平台采集图像，进行图像的预处理操作并将其添加至网络训练集。通过Python3.7-torch1.7搭建深度学习中的Faster R-CNN卷积神经网络，作为基本框架训练工件图像数据集。最后将训练后的卷积神经网络得到的工件检测结果与原实验工件识别系统对比。结果表明：改进后的识别平均精确度比原有识别系统有所提高，反应时间缩短，并且能识别不同类型的工件。
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  基于非线性多传感器复合定位融合算法应用研究

  李航, 黄波, 廖映华

  机床与液压. 2023, 51(5): 41-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.007

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  针对移动机器人单传感器数据短时丢失、定位精度低、传感器频率异步等问题，采用激光雷达、IMU、轮式里程计获取定位信息，提出基于扩展卡尔曼滤波和互补融合的组合数据融合方法。先通过S-G滤波算法对初始定位数据进行预处理，利用扩展卡尔曼滤波融合算法实现IMU和轮式里程计传感器的定位数据融合，得到融合数据1；再利用互补融合算法将融合数据1和激光雷达进行融合得到融合定位数据2。其中融合数据1对激光雷达进行实时补正，解决频率异步的位移偏差，从而明显提高定位精度。最后采用Gazebo仿真平台，搭建移动机器人模型以及设置传感器的基本参数，验证算法的有效性和稳定性。实验结果表明：数据融合算法提高了非线性传感器的定位精度和稳定性，并且平均定位误差在8 cm内。
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  基于DCNLP机械臂分拣切分精度与能耗最优研究

  黄广伟, 陈军杰

  机床与液压. 2023, 51(5): 48-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.008

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  为了探究机械臂分拣过程中切分精度与能耗之间的最优关系，根据D-H矩阵建立机械臂数学模型，用Euler-Lagrange方程描述机械臂动力学方程，以最优化控制必要条件构建系统限制方程，建立了机械臂的最优能耗控制模型，并用符号语言推导公式，最后使用直接配置非线性规划法将两点边值问题转化为一般的非线性规划问题，得到系统的最优解，并对机械臂分拣目标物过程的切分精度与能耗最优关系进行探讨。仿真结果表明：在规定时间内，机械臂完成分拣动作过程中，切分份数越多，切分精度越细，最优能耗越小，但在达到某一值数后，就不再减少。
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  行走式爬壁机器人元器件组合优化设计

  周甜, 杨文佳, 李昱泽

  机床与液压. 2023, 51(5): 54-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.009

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  针对实现机器人运动功能的元器件类型和其组合间的关联和制约关系，提出一种基于蚁群算法的行走式爬壁机器人元器件组合优化设计方法。依据爬壁机器人工作原理进行功能分解及元器件选用，建立功能元器件矩阵；按照功能实现程度对元器件及元器件间匹配程度进行评价，获得元器件匹配度矩阵及设计方案评价模型；针对设计方案评价模型及优化目标，使用蚁群算法寻求元器件匹配度矩阵中最优解；并开展优化设计后机器人与优化前机器人的对比实验研究。实验结果表明：优化后的机器人在研制成本降低的基础上，壁面运动性能及稳定性显著提升。
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  非圆截面元件机器人抛光力模糊自适应PI控制

  黄海滨, 许路, 陈璞, 邹朝圣

  机床与液压. 2023, 51(5): 61-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.010

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  针对非圆截面元件表面机器人抛光过程中末端力的柔顺控制问题，设计一套双机器人协同抛光系统，分析双机器人协同抛光运动过程，并以Preston方程为理论依据。建立布轮抛光工具端与工件之间接触阻抗模型，分析接触力误差与阻抗模型参数之间的关系；提出自适应调整阻尼参数实现布轮抛光工具与工件的柔顺接触；引入模糊控制理论和PI控制理论对比例、积分和阻尼参数实时调整。仿真以及实验结果表明：模糊自适应PI控制相比于自适应阻抗控制及定阻抗控制具有低超调、响应迅速以及快速稳定等特点，同时能够跟随动态期望力。
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  基于步态规划的六足机器人运动学分析与计算

  郭建, 梁永杰, 张晓佳, 郭焕彰

  机床与液压. 2023, 51(5): 66-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.011

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  分析六足机器人的侧倾、俯仰、偏航变化情况，验证步态规划的正确性。对设计的六足机器人进行运动学分析，计算机器人运动学的正解和逆解，分析六足机器人运动的时序图，利用五次多项式对机器人足端轨迹进行步态规划。在ADAMS中对机器人进行了运动仿真，得到了运动过程中的RPY角。最后制作了六足机器人样机，测试运行过程中的RPY角。仿真和样机测试结果表明:机器人在步态运动过程中，RPY角度在前进方向上误差最大不超过1°，验证了运动学计算和步态规划的正确性。
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  一种六自由度机器人运动参数标定方法的研究

  王红雨, 李道军, 付邦胜

  机床与液压. 2023, 51(5): 74-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.012

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  针对六自由度机器人定位精度问题，在机器人运动学误差模型的基础上提出运动学参数标定方法。通过Levenberg-Marquardt算法实现机器人运动学参数偏差的预辨识，将这些辨识的参数偏差的次优值定义为初始个体分量的中心值，并利用差分进化算法完成精确的辨识，进而获得机器人运动学参数的较优值。为验证所提方法的有效性，采用激光跟踪器和数值模拟的方法进行了运动参数标定的实验研究，结果表明：所提出的运动学参数标定方法能显著提高六自由度机器人的定位精度。
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  视觉测量在机器人加工过程手眼标定中的应用

  梁其烺

  机床与液压. 2023, 51(5): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.013

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  针对高精度测量辅助机器人加工的手眼标定，提出一种基于三维视觉测量的精确手眼标定方法，该方法考虑了非线性优化和初值计算中建模误差的影响。为了提高求解精度，在传感器框架中建立了具有更精确参考点的非线性标定模型，提出一种结合传感器测量和机器人位置随机误差的迭代权重优化解。在初值解中，建立考虑基础参考测量误差的测量平差模型，并使用拉格朗日乘子进行求解。仿真对比结果表明：该方法在估计手眼变换参数方面比其他典型方法具有更高的精度。最后通过搭建实验平台，进一步验证了所提方法在求解精度测试上的优越性。
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  深度Q-RBF网络下的瓶装食品装箱机械臂无碰轨迹规划

  任银广, 王平, 毛金凤

  机床与液压. 2023, 51(5): 89-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.014

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  由于机械臂存在高度的灵活性，可模拟人类手臂完成易碎瓶装食品的装箱工作，并实时矫正机械臂轨迹规划所存在的误差，提升稳定性与精准度。分析装箱机械臂的基本架构，提出基于深度Q-RBF强化学习网络的机械臂无碰轨迹规划模型，通过资源分配自适应方法，根据待建模的样本，调整RBF网络隐含层单元，从而提升网络学习速率与在线学习能力，结合自适应Q强化学习算法，获得最优操作集合。并选用学习率调参法完成网络的参数学习。仿真与实验结果表明：与其他两种方法对比，此方法具有较强的避障能力，机械臂能够较好地依据预定轨迹行进；避碰进程变化缓和，且能够尽快收敛并逐步趋向稳定。
试验与研究
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  考虑温度效应的磁流变阻尼器阻尼特性的分析

  甄亮, 冯永保, 韩小霞, 李淑智, 张振华

  机床与液压. 2023, 51(5): 96-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.015

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  磁流变阻尼器属于一种能量耗散装置，在使用过程中将振动机械能转化为自身热能，阻尼器力学性能受磁场和温度等因素的影响。分析磁流变阻尼器的温升特性，建立磁流变阻尼器的宏-微观动力学模型，通过有限元仿真分析阻尼器的温度场分布，理论计算分析磁流变液微观结构对剪切屈服应力的影响、温度和磁场对磁流变液中铁磁颗粒磁化率和磁流变液黏度的影响。试验结果证实：在线圈通有0.5、2 A电流的情况下，当温度从303 K上升至343 K时，阻尼力分别下降了14.5%和10%，当温度上升至383 K时，阻尼器的阻尼力分别下降了20.4%和15.1%，结果表明温度升高，铁磁颗粒磁化率和磁流变液黏度降低，磁场增强，铁磁颗粒磁化率和磁流变液黏度增大。试验结果和理论计算变化趋势一致，磁场的增强补偿了温度升高使磁流变液黏度的减小值，从而减弱了温度对磁流变阻尼器阻尼性能的影响。
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  单座柱塞式调节阀等百分比型流量特性设计研究

  张龙, 郭健翔, 孙晋飞, 闫超杰

  机床与液压. 2023, 51(5): 105-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.016

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  通过研究调节阀的流阻系数，发现调节阀的流阻系数主要受阀体和阀芯两部分结构影响。将调节阀的结构特性与等百分比型流量调节特性相结合，推导出等百分比型调节阀各开度下流通面积的求解公式，并依据该公式计算结果运用等值面积曲线法给出了柱塞式调节阀阀芯型线设计方法。结果显示：依靠该方法所设计的阀芯，调节阀仿真模拟得到的流量调节特性与理想流量调节特性高度吻合。该方法有较高的准确性和可靠性，在一定程度上减轻了传统阀芯设计需要多次进行试验修正的工作量。
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  基于PCA-SVM油压状态识别的液压扳手判停方法研究

  张伟, 杨其华, 刘钢海

  机床与液压. 2023, 51(5): 111-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.017

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  为了提高泵站驱动液压扳手作业的工作效率及实现扳手的自动判停，分析泵站输出油压、扳手活塞位移、螺栓扭矩随时间变化的对应关系，提出一种基于PCA-SVM油压状态识别的液压扳手判停方法，通过主成分分析(PCA)提取不同油压状态下的特征参量，作为支持向量机(SVM)的输入，完成对油压阶段的准确识别，间接实现对泵站做功状态的识别。通过缩短泵站无用功时段以提高有用功时段在加压周期所占比重，达到提高扳手工作效率的目的；并根据有用功时段油压与螺栓扭矩的对应关系实现扳手的自动判停。实验结果表明：该方法能够在提高泵站作业效率的同时实现扳手的准确判停。
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  纳米硬质合金磨削温度及热量分配比例试验研究

  詹友基, 左振, 许永超, 王英杰, 苏乙峻

  机床与液压. 2023, 51(5): 117-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.018

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  为了对纳米硬质合金磨削温度及热量分配比例进行深入研究，同时探讨不同粒度硬质合金间的差异，为多种粒度硬质合金的磨削加工及质量控制提供参考，选择以纳米硬质合金GU092为主的3种硬质合金进行磨削试验。结果表明：相比普通硬质合金，纳米硬质合金的磨削温度较低，热量分配比例较高，在2.5%～11.8%之间；磨削温度随晶粒度变细而降低，且细粒度材料表面的塑性变形小，磨削时消耗的能量更少；热量分配比例随着晶粒度的变细而增加，细粒度硬质合金的物理机械性能更强，导热性能更好。在考虑加工效率的前提下，适当降低磨削深度、增大进给速度，有助于降低温度、提高质量。
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  基于IPC+TwinCAT 3平台的巡边框胶涂布控制系统设计

  章周伟, 廖映华, 胡飞

  机床与液压. 2023, 51(5): 122-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.019

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  为优化整面式涂布工艺，提高光刻胶材料利用率，减小曝光显影面积，设计基于“IPC+TwinCAT 3”平台的巡边框胶涂布控制系统。搭建“IPC+TwinCAT 3”控制系统硬件平台，运用经典控制策略，实现9轴精密运动，运用视觉检测，实现了巡边框胶涂布和偏差测量。以IPLUI为平台，设计等级权限的人机交互，最后完成了小批量涂布试验。结果表明：该系统运行稳定，框胶膜厚处于0.6～2 μm标准范围，优化后材料利用率高于97%，提高了框胶涂布的自动化水平。
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  基于改进超限学习机的制造过程质量监控模型

  杨阳, 赵章红, 张帅

  机床与液压. 2023, 51(5): 128-133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.020

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  针对超限学习机识别模型在制造过程质量异常模式识别中存在输入权值和偏置向量随机设置导致识别效率低的问题，通过粒子群优化算法对超限学习机模型的网络结构进行优化，提出一种基于改进超限学习机的制造过程质量监控模型。利用主成分分析方法进行过程质量数据的特征提取，利用主成分特征对识别模型进行训练，利用粒子群优化算法对识别模型的网络结构进行优化。仿真实验和实测数据均表明：所提基于改进超限学习机的制造过程质量异常识别模型的识别效率明显高于其他同类模型，能够用于制造过程的实时监控。
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  基于负载敏感原理的特种车液压动力系统设计

  戚振涛, 王收军, 韩钰, 郭爱东, 邹炳燕

  机床与液压. 2023, 51(5): 134-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.021

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  为了解决变量泵负载敏感系统稳定性偏低问题，解决姿态调整机构效率低、精度低、可操作性差等问题，设计基于负载敏感原理的特种车液压动力系统。介绍系统工作原理，并对液压系统主要元件进行设计计算与选型。选择比例变量泵做动力源，提高了液压动力系统的传动效率、稳定性、调节精度、可操作性等综合性能。
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  墙体抗震试验台泵控缸恒力加载控制方法研究

  石运序, 吴明超, 马超, 郑超, 刘同昊, 黄伟迪

  机床与液压. 2023, 51(5): 138-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.022

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  墙体抗震耐久性加载试验台需施加恒定纵向载荷，根据试验台技术要求，设计力恒定泵控差动缸，建立泵控缸控制系统数学及仿真模型，提出一种基于差值补偿的分段PID控制方法。结果表明:该控制方法可实现差动缸随墙体偏摆保持输出力恒定，响应时间可达0.035 s，输出力误差可控制在35 N以内，满足建筑墙体抗震试验加载标准。
建模与仿真
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  基于改进型延时观测器的电热炉温度复合控制方法

  黄文聪, 王浩源, 胡宇博, 周菲菲, 余文锦, 常雨芳

  机床与液压. 2023, 51(5): 143-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.023

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  电热炉温控系统自身具有大时滞和大惯性的特点，常规控制方法难以实现炉温预期的控制效果。针对此问题，提出一种基于改进型延时观测器的电热炉温度复合控制方法，将扰动观测器与延时观测器相结合，在消除系统集总扰动的同时，估计出时滞前的状态变量，简化滑模控制器的设计，提高系统的抗干扰能力，消除时滞危害。将所提控制方法与GPC控制、基于Smith预估器的模糊自适应PID控制进行仿真对比，结果表明：所提控制方案的响应速度更快，超调量几乎为零，抗干扰能力更强，鲁棒性更好。
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  燃气调压器阀瓣缺陷的流场数值模拟研究

  年介成, 王亚慧, 王金栋

  机床与液压. 2023, 51(5): 149-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.024

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  为了研究阀瓣缺陷对调压器的性能影响，利用计算流体力学研究正常及阀瓣缺口故障状态的调压器性能，分析两种调压器模型状态的内部流场变化情况，再与实地实验结果对比。模拟结果表明：模型数值模拟结果较好地反映了调压器内部流场运行状况。调压器阀瓣上出现较小缺口、在阀口较小开度下，阀口处气体流速有较大扰动速度，会造成阀口处流量出现较大波动。搭建实验平台，阀体连接处安装300 mm管段及流量计，再将仿真结果与现场检测的压力数据进行比对。正常状态下仿真结果与实验结果相吻合，128 mm管段外流量计数据未出现扰动，得出阀体外接至少130 mm管段可以避免阀瓣小损伤对流量监测的影响。
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  硬涂层整体叶盘频率转向特性研究

  杨铮鑫, 郑伟, 孙荣城, 党鹏飞

  机床与液压. 2023, 51(5): 154-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.025

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  硬涂层减振是一种极具应用前景的减振技术，被广泛应用于整体叶盘阻尼减振，研究旋转硬涂层整体叶盘频率转向特性具有重要意义。针对NiCoCrAlY+YSZ硬涂层整体叶盘减缩结构建立有限元模型，研究工作状态下硬涂层整体叶盘模态动频曲线两阶模态间频率转向和振型转换特性，和高阶模态间复杂的频率转向特性及硬涂层对整体叶盘频率转向和振型转换特性的影响。仿真结果表明：频率转向区附近转速n=600 rad/s时，无涂层整体叶盘第5阶和第6阶固有频率差值为15.14 Hz，硬涂层整体叶盘第5阶和第6阶固有频率差值为14.04 Hz，频率转向区附近固有频率变化率为7.26%；硬涂层的涂敷不会影响频率转向现象的发生，但改变了两阶模态间频率转向区动频曲线间隙，对频率转向区处模态振型无影响。
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  重型AT锁止阀的流量特性分析与优化

  彭昭, 吴怀超, 穆俊齐, 曹刚

  机床与液压. 2023, 51(5): 159-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.026

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  为了提高锁止阀开启中液动力的计算效率，通过动网格技术在流体动力学软件Fluent中模拟锁止阀的阀芯开启过程，在对阀口过流面积进行数值计算的基础上，分析其流量及流量系数随阀芯位移的变化情况。使用BP神经网络对随机抽样法获得的样本数据进行训练和预测，并对预测的结果进行准确性评估。最后，以BP神经网络预测的数学模型为基础，使用遗传算法对锁止阀节流槽参数进行优化。结果表明:优化后的锁止阀开启过程中流量-开度特性更加稳定，有利于提高锁止阀的工作性能。
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  PCB钻床下钻机构调心装置动力学分析研究

  张冬冬, 韩雪

  机床与液压. 2023, 51(5): 164-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.027

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  为了提高PCB数控钻床下钻机构的钻孔精度，找出影响下钻机构钻孔精度的原因，对下钻机构中的调心装置进行分析。对调心装置的结构进行简化，采用符合柔性弯曲理论的描述方法描述调心装置中柔性杆的柔性位移，运用哈密尔顿原理，建立调心装置的刚柔耦合动力学模型，并对该动力学模型进行仿真分析。结果表明：调心装置中弹性套的刚度和阻尼系数对调心杆轴端位移有一定影响，弹性套阻尼系数越大，其柔性振动幅值衰减越快；调心偏差对调心装置的振动有较大影响，偏差角越大，调心杆轴端振动越大；增加压缩弹簧可以提高调心杆的刚性，减小调心杆轴端振幅，降低钻孔振动。
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  基于刚柔耦合建模的挖掘机动态性能仿真研究

  郭奕杉, 郑华栋

  机床与液压. 2023, 51(5): 170-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.028

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  针对挖掘机工作装置刚柔耦合变形对液压控制系统动态特性的影响，结合虚拟样机建模和联合仿真技术进行动态特性研究。利用UG软件建立某型号挖掘机三维模型，通过有限元软件柔性化处理后导入ADAMS动力学分析软件中，构建挖掘机工作装置刚柔耦合虚拟样机。利用AMESim软件和负载敏感原理，建立挖掘机工作装置闭环液压控制系统。通过软件联合构造挖掘机机电液一体化的刚柔耦合仿真模型。针对挖掘机典型挖掘工况和重载举升工况下的运动轨迹进行仿真研究，结果表明：基于刚柔耦合建模的挖掘机液压控制系统动态稳定性较强，重载工况最大位置误差小于0.01 m，位置精度较高,实现了挖掘机刚柔耦合一体化建模仿真。
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  自激离心式空化反应器空化及噪声特性研究

  侯瑞杰, 刘正杨, 王均宇, 张林华, 宋永兴

  机床与液压. 2023, 51(5): 177-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.029

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  水力空化被广泛应用于杀菌消毒、乳液制备等工业领域，而高效的水力空化反应器是实现水力空化应用的基础。以一种自激离心式水力空化反应器为研究对象，基于Rrealizable κ-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型，对设计工况下反应器三维瞬态非定常流动的空化流场和声场特性进行数值模拟，分析不同液面高度下空化发展状态，研究反应器不同位置空化噪声脉动和发展情况。结果表明：不同液面高度的转子空化特性具有明显差别。随着液面高度的上升，空化区域持续增加，但是液面上升后期空泡发展空间过大，整体空化强度无法匹配发展空间，强空化区面积呈现先上升后下降的趋势，在液面高度为3～4 mm之间时达到最大值，弱空化区面积持续增长。空化是影响反应器叶频及其多阶谐频噪声的重要因素。顺着流动方向，反应器内部声压的叶频幅值随着空化的发展而增加，呈现升高-稳定-降低的周期性变化。
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  高喷油速率共轨系统喷油量偏差研究

  张子威, 徐春龙, 吴小军

  机床与液压. 2023, 51(5): 183-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.030

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  随着柴油机行业对低油耗的持续追求和排放标准变得更加严格，要求高压共轨喷油系统的燃油喷射控制更精准，研究喷油量偏差具有重要意义。搭建高喷油速率共轨系统的试验平台，并建立仿真模型，研究该系统在不同数值范围的结构参数及不同工况条件下的喷油量偏差。仿真分析该系统喷油量偏差的影响因素及变化规律，并得到如下结论：当进油节流孔直径为(0.22±0.002) mm、出油节流孔直径为(0.28±0.003) mm、控制柱塞直径为(4.3±0.03) mm、针阀半锥角为(30.5±3)°可以实现40 MPa轨压和0.4 ms喷油脉宽工况条件下喷油量偏差率绝对值不大于8%；当针阀密封直径为(2.4±0.06) mm、针阀弹簧预紧力为(32±4) N、压力室入口直径为(1.5±0.15) mm，能够实现40 MPa轨压和0.8 ms脉宽工况条件下喷油量偏差率绝对值不大于8%，当喷孔直径取值范围为(0.24±0.02) mm，能够实现180 MPa轨压和0.8 ms脉宽工况条件下喷油量偏差率绝对值不大于8%。
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  压剪试验机机架拓扑优化及仿真分析

  栗永非, 李超

  机床与液压. 2023, 51(5): 189-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.031

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  以实现压剪试验机机架的轻量化为目标，分析压剪试验机机架在极限工况下的受力情况，通过Abaqus软件对压剪试验机机架进行静力分析；通过变密度拓扑优化方法对压剪试验机机架进行拓扑优化，并据此进行模型重建；不仅对比分析优化前后机架的静力特性，还对比分析优化前后机架自身的模态特性与突然卸载后的动力特性。结果表明：优化后的压剪试验机机架质量比优化前减轻了14.5%；最大静应力小于材料的屈服强度，最大位移小于允许最大位移量，满足静强度与静刚度要求；各阶模态的固有频率远大于工作频率，满足动刚度要求；突然卸载后，机架上横梁、立柱、底座的最大动应力均小于材料的屈服强度，满足动强度要求。
故障诊断与可靠性
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  基于ALIF和ISOMAP的机械设备故障识别方法研究

  陈向俊, 傅军平, 于晓, 陈栋栋, 李黎苹, 胡炳涛, 冯毅雄

  机床与液压. 2023, 51(5): 196-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.032

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  滚动轴承作为机械设备的重要部件，对机械设备的稳定运行起着重要的作用。滚动轴承的故障信号往往是多种信号的叠加，有必要对采集到的振动信号进行模式分解，进而基于模式识别方法实现对滚动轴承不同故障模式的分类识别。提出一种基于自适应局部迭代滤波(ALIF)和等距特征映射(ISOMAP)的机械设备故障分类识别方法。利用ALIF对滚动轴承的故障信号进行模式分解；对选定的模式分量提取多个统计学特征；最后利用ISOMAP对高维特征信号进行降维处理，实现对滚动轴承不同故障模式的分类识别。研究结果表明：所提方法在滚动轴承故障识别上具有良好的效果。
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  基于改进LFQPSO优化MRVM的轴向柱塞泵故障诊断

  姜万录, 马骏, 岳毅, 武祥, 杨旭康, 张淑清

  机床与液压. 2023, 51(5): 202-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.033

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  针对传统粒子群优化算法以准确率或误判率作为适应度函数耗时长和轴向柱塞泵故障机制较为复杂的问题，提出一种基于改进适应度函数的Lévy飞行量子粒子群优化(QPSO)多分类相关向量机(MRVM)的轴向柱塞泵概率性智能软状态判别方法。为了克服人为设定核参数不精确、效率低等缺点，采用基于Lévy飞行的QPSO搜索MRVM的最优核参数；为了缩短寻优时间，将样本间余弦相似度作为寻优算法的适应度函数，并利用UCI机器学习标准数据集进行仿真来验证改进后优化方法的有效性及优越性；采集柱塞泵不同故障状态的数据，提取时频域和时域特征，输入到优化后的MRVM中，进行训练及测试。实验结果表明：所提方法可以有效提高故障诊断的准确率及诊断效率，同时能够实现软分类，即以概率形式输出诊断结果，能够为设备检修及维护提供可靠且符合实际的故障信息。
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  基于改进的CEEMDAN与关联维数的石化轴承故障特征提取

  周正南, 刘美, 吴斌鑫, 莫常春, 高兴泉, 张斐

  机床与液压. 2023, 51(5): 212-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.034

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  针对石化机组轴承振动信号难以自动区分的问题，提出一种基于改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)与关联维数的石化轴承故障特征提取方法。选取某故障诊断重点实验室实测的轴承故障数据中4种工况下的轴承振动信号进行测试分析，采用改进的CEEMDAN分解测得的振动信号得到多个模态分量IMF，对得到的高频分量进行叠加求和后求取数据的嵌入维数和延迟时间并进行相空间重构，结合G-P算法求不同嵌入维数下的关联维数进行特征提取。通过极限学习机进行实验，准确率达到92.5%，证明了方法的有效性。
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  多负载敏感液压系统流量异常分析及解决

  薛艳, 陈竹礼, 戴昆浩, 廖培俊

  机床与液压. 2023, 51(5): 218-223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.05.035

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  针对多台负载敏感泵液压系统，为了解决没有流量输出、输出流量达不到理论计算的问题，通过对恒功率负载敏感泵原理的分析，调试设备进行试验，利用AMESim软件仿真模拟验证等方法和相应实践措施，解决多泵系统在实际应用过程中，因为泵的偏置弹簧力设定值不同以及泵出口固定阻尼的大小不同造成系统的流量、压力异常等问题；通过不同参数的模拟仿真结果，提高调试的效率。