2010年, 第46卷, 第8期　
刊出日期：2010-04-20

  

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  基于激光线光源的钢轨表面缺陷三维检测方法

  徐科;杨朝霖;周鹏;梁晶

  . 2010, 46(8): 1-5.

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  将结构光三维检测方法应用于钢轨生产过程中的表面缺陷三维检测，通过在钢轨四周安装4台激光线光源和8台面阵CCD摄像机实现钢轨四个面的检测。对摄像机采集到的激光光带图像进行光带中心提取、光带中心线矫正、光带中心线与基准线的差值等步骤，得到钢轨表面深度的变化值，并将沿钢轨长度方向和高度方向的深度变化值用深度分布图表示，通过两维图像识别的方法检测缺陷所在的区域，从而实现钢轨表面缺陷的自动检测。该方法已经实现在线应用，可以达到的最大检测速度为1.5 m/s，深度检测分辨力为0.2 mm。
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  机体飞行载荷疲劳试验中的声发射特性分析

  冯剑飞;耿荣生;邬冠华;吴伟

  . 2010, 46(8): 6-11.

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  机体飞行载荷疲劳试验是全尺寸飞机疲劳试验的最关键部分，主要目的是暴露机体结构疲劳薄弱部位和疲劳损伤关键部位，确定这些位置疲劳裂纹的扩展特征。论文介绍利用声发射技术对应力集中且可达性差的关键部位进行实时监控的细节，通过分析声发射特性，及时得到监测区域内裂纹萌生扩展的起始时间和位置的信息。详细叙述在高背景噪声环境下如何获取有用声发射信号的方法，包括使用谐振式传感器，采用空间滤波技术、基于统计平均的特征参数趋势分析和基于幅度的相关参数趋势分析的相互验证，以及采用载荷滤波、幅度滤波和空间滤波相结合的综合滤波方法。结果表明，这种声发射信号快速处理方法成功的实时监测到螺栓孔周围裂纹的萌生和扩展过程。
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  光栅平动式光调制器的残余应力自测量方法和试验

  张智海;黄尚廉;张洁;金珠;王宁

  . 2010, 46(8): 12-17.

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  对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)器件残余应力的测量方法大都需要有标准的测试结构。这些测试结构体积较大，一方面占用有限的光刻版面积，另一方面加电和测试时都会增加复杂性和难度。针对一种基于微光机电系统 (Micro-opto-electro-mechanical systems，MOEMS)技术的光栅平动式光调制器(Grating moving light modulator，GMLM)，提出一种无须外加测量结构，直接利用GMLM本身结构特性得到残余应力的测量方法。这种测量方法利用残余应力与GMLM吸合电压之间的关系，由吸合电压测量值可以计算出材料的残余应力值。推导GMLM残余应力与GMLM吸合电压之间的关系式，并考虑平行板电容的边缘效应加以修正。通过试验，给出实际GMLM采用的Al-1%Si膜的残余应力为99 MPa。该方法的应用，使得GMLM器件具有残余应力自测量功能，实现测量和执行结构一体化，降低器件残余应力测量的成本和复杂度。
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  基于时间反转的管道导波缺陷参数辨识方法

  邓菲;吴斌;何存

  . 2010, 46(8): 18-24.

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  针对导波检测中的缺陷辨识问题，通过对不同缺陷的时间反转导波检测缺陷反射率随时间反转信号截取窗宽变化关系的研究，确定缺陷散射波场中各导波模态的能量分布规律，并据此提出一种基于时间反转的管道导波检测缺陷辨识方法。在数值模拟的基础上，选择适当的特征参数用于表征反射率—窗宽关系曲线，建立与缺陷特征相对应的关系曲线样本库，并通过聚类分析方法在库中寻找到与待检测缺陷特征最为接近的样本。结果表明，该方法可达到评判缺陷特征的目的，为最终实现缺陷反演奠定基础。
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  锻造钩尾框新型斜弯曲模结构的参数

  周杰;李路;胡振志;张平;徐必胜

  . 2010, 46(8): 25-31.

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  针对锻造钩尾框弯曲生产试制中出现的弯曲力大、框体根部变薄、擦伤和拉裂等问题，采用锻造成形分析软件对弯曲成形过程进行有限元模拟分析。解析弯曲机理，分析缺陷成因，并根据“预弯后二次弯曲”的“分段弯曲”思想，提出一种适用于通用锻造设备的锻造钩尾框斜弯曲模新结构。研究预弯斜度、凹模滚轴直径、凸凹模间隙、凸模圆角半径等因素对最大弯曲力及最大损伤值的影响规律，通过数值分析和实践经验得出合理的结构参数值，消除弯曲成形中可能出现的缺陷，有效降低最大弯曲力，提高弯曲件质量，研究内容最终得到试验验证。
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  盒形件智能化拉深变压边力控制规律及其预测

  马瑞;赵军;屈晓阳

  . 2010, 46(8): 32-36.

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  智能化拉深过程中压边力规律的实时预测是关键技术之一。选择非轴对称件中的锥壁盒形件为研究对象，通过数值模拟和试验对成形过程中压边力随凸模行程的变化规律进行研究，得到能够提高成形质量的较优压边力变化趋势，提出破裂临界压边力控制原理，并将前馈神经网络模型引入盒形件智能化拉深压边力控制规律的预测，预测结果与试验吻合较好，实现较优压边力规律的实时预测，为实现盒形件拉深成形过程的智能化控制奠定基础。
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  耦合温度和应变率的铝合金板成形极限预测方法

  于忠奇;侯波;李淑慧;林忠钦

  . 2010, 46(8): 37-41.

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  为了提高铝合金板成形能力，一些先进成形工艺已经被开发。温成形是实现铝合金高成形能力和高成形精度的一种有效方法。温度和成形速度是影响铝合金板温成形工艺的重要参数，对其成形性能影响十分显著。提出一种综合考虑温度和应变率影响的铝合金板成形极限预测方法。采用响应面法建立铝合金板应变硬化指数n、应变率敏感度指数m与成形温度、应变率条件之间的力学性能函数关系；基于M-K理论，并结合Logan-Hosford屈服函数，推导出耦合温度和应变率的铝合金板成形极限图计算模型。模型检验表明力学性能响应面方程具有较高精度。成形极限的计算结果与已有的试验值对比表明，二者吻合较好，这证实耦合温度和应变率的铝板成形极限预测方法是正确和可靠的。
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  帽形件弯曲及其弹复影响因素的定量解析

  苏春建;赵军;官英平

  . 2010, 46(8): 42-50.

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  根据板材弯曲理论，在平面变形假设的前提下，考虑材料的硬化、各向异性及弹性变形，建立帽形件弯曲理论分析模型，对宽板帽形件弯曲进行理论分析。分析帽形件弯曲中反弯曲现象，建立凹模圆角处是否出现反弯曲的判断公式，在考虑反弯曲的情况下，得出弯曲力的计算公式，且推导出帽形件弯曲的弯距、弯曲行程和回弹角的计算公式，并对影响板材回弹和弯曲力的因素进行理论分析，得出对弯曲力和回弹影响较大的因素，压边力F、摩擦因数和板材厚度δ。为智能化控制选择对回弹影响较大且易于控制的物理量提供了选择对象。理论计算与试验结果进行比较，理论结果和试验结果趋势相同，可以作为研究弯曲问题及神经网络识别模型的输入层和输出层设计的理论依据，为开展帽形件弯曲智能化技术的研究奠定一定的理论基础。
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  相对厚度对锥形零件拉深成形的影响

  任运来;吕亚臣;彭加耕;朱磊

  . 2010, 46(8): 51-55.

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  分析计算锥形零件拉深成形中侧壁上各质点的悬空位移与周向应变，结果表明：初始位于凹模口处的材料环有最大的悬空位移与周向应变，拉深成形中此处材料首先产生压缩失稳。为避开锥形零件拉深成形计算中力学方面的困难而又抓住其实质，在凹模口处切取材料环并定义为锥形零件拉深的关键环。拉深成形中，关键环有周向压缩和周向压缩失稳两种可能的变形方式，变形方式的选择受锥形零件尺寸、板厚及材料物理性能的制约，仅产生周向压缩变形的称为厚壁锥形零件，否则称为薄壁锥形零件。通过比较压缩变形载荷与压缩失稳变形载荷的大小，导出了临界相对厚度。分析临界相对厚度的表达式可知，瞬时屈服应力与塑性模量是影响临界相对厚度的主要因素，借助临界相对厚度得到了区分厚壁锥形零件与薄壁锥形零件的条件。试验表明：理论计算与试验结果相差不大。
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  离心式压缩机齿轮的快速深层等离子渗氮

  王春光;邓德伟;刘丹;王永;关锰

  . 2010, 46(8): 56-61.

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  采用快速深层等离子渗氮工艺对离心式压缩机齿轮进行表面处理。利用光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针分析仪、努氏显微硬度计、微摩擦磨损试验机和扫描电镜对渗氮层进行分析。在510 ℃温度下等离子渗氮15 h和20 h后，渗氮层的厚度分别为341.25 μm和502.33 μm。渗氮层是由化合物层和扩散层两部分组成的，其中化合物层随渗氮时间的增加由ε-Fe2-3N+γ′-Fe4N双相层逐渐转变为γ′-Fe4N单相层。由于渗层中氮化物的强化作用，经过等离子渗氮处理的试样表面硬度升高，摩擦因数减小，磨损体积显著降低。渗氮层的磨损机制以粘着磨损为主。在保证芯部具有良好韧性的基础上，快速深层等离子渗氮处理能够显著提高齿轮的表面硬度，改善齿轮的耐磨损性能。
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  基于光谱的激光—MAG复合焊耦合机理分析

  李志勇;王威;王旭友;李桓

  . 2010, 46(8): 62-67.

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  采用光纤式光谱仪，对激光—MAG复合焊等离子体辐射，进行空间分布200～1 100 nm间光谱采集。选取特定谱段辐射积分，给出其在紫外辐射(FeII)、可见光辐射(FeI)、红外辐射(ArI)各扫描层面辐射强度分布。进一步结合高速摄像，研究激光—MAG复合焊的耦合机理。研究结果表明，激光与MAG复合后，其等离子体在焊接电弧中心位置的辐射增强(其中紫外和可见光谱段更明显)，形成一个辐射梯度较大的辐射增强区。FeI、FeII对应谱段的电弧辐射区间增宽，这种现象在激光作用的电弧前沿更明显。特定谱段辐射的面分布表明，激光—MAG耦合后，辐射在熔池附近及电弧中部的辐射增强，而在电弧上部的辐射减弱。耦合后的等离子体能量分布更集中于中心部位和熔池附近，复合等离子体Fe辐射区间的增宽，也为电弧稳定提供电离通道。耦合后等离子体辐射分布，使得激光复合焊焊缝成形改善、电弧稳定性增加。
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  不锈钢AA-TIG焊接法

  黄勇;樊丁;林涛;雒焕胜;闫鑫;杨元江

  . 2010, 46(8): 68-72.

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  针对不锈钢，提出一种新型活性TIG焊方法——电弧辅助活性TIG焊，即AA-TIG焊。采用CO2+Ar作为小电流钨极电弧的保护气体进行单弧AA-TIG焊，分别研究小电流钨极电弧和正常TIG焊工艺参数对焊缝熔深的影响，并针对试验范围内的最佳焊接规范研究不锈钢AA-TIG焊的焊缝成形、焊缝显微组织、化学成分和焊缝性能。采用AA-TIG焊可以单道焊透10 mm厚的不锈钢板材，单面焊双面成形。与传统TIG焊相比，焊缝组织和化学成分几乎没有变化，焊缝的耐Cu/CuSO4腐蚀性能和低温冲击韧度都满足相关标准要求。
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  弧焊机器人焊枪姿态的简便示教

  周律;蔡锦达;钱炜;陈善本

  . 2010, 46(8): 73-77.

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  弧焊机器人焊接空间搭接焊缝时，对于焊枪姿态的示教往往占据了大量的示教时间。为此，提出一种焊枪姿态的简便示教方法。该方法采用根据几何约束计算焊接时焊枪姿态的思路完成焊枪姿态的示教。先以任意焊枪姿态对焊缝进行位置示教，然后根据焊缝的切向矢量和焊接工艺要求的焊枪角度计算出焊接时的焊枪姿态。对于三维曲线焊缝，只有当局部焊接平面与基坐标系的Oyz平面不垂直时，需要进行简单的焊枪姿态示教，示教时只须调整机器人绕工具坐标系一个轴转动的角度即可完成。使用该方法可以显著地减少示教难度和示教时间，提高姿态示教的精度。详细介绍焊枪姿态的描述方法、焊接方向角的计算方法和焊枪姿态的调整方法等关键技术。使用搭接曲线焊缝进行试验验证，证明了该方法的可行性。
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  脉冲熔化极气体保护焊焊接电源—电弧系统建模与仿真

  华学明;宋政;李芳;吴毅雄;樊勇

  . 2010, 46(8): 78-82.

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  因脉冲熔化极气体保护焊(Pulse gas metal arc welding，GMAW-P)焊接电弧负载非线性与时变性的特点，GMAW-P焊接电源－电弧系统的研究、设计及其控制参数的选定有其固有的难点。采用基于Matlab/Simulink扩展工具S函数模块设计技术，建立GMAW-P焊接电源－电弧系统动态仿真模型。基于所建立的仿真模型，在完成对控制器参数优化设计的同时，实现对GMAW-P电源－电弧系统的抗弧长干扰仿真研究。试验证明，仿真计算结果和试验结果具有较好的一致性，验证了所建仿真模型的正确性、控制系统调节器优化参数的适应性及电源控制系统的动态性能，为GMAW-P焊接电源－电弧系统仿真建模研究及控制器参数的优化设计提供了新的途径。
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  基于相似理论解决水轮机转轮数值分析困难的方法

  姬书得;张利国;刘雪松;方洪渊;于东媛

  . 2010, 46(8): 83-87.

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  为解决水轮机转轮在数值模拟过程中存在单元数量大、增量步多的困难，以相似理论为基础，提出基于温度场完全相似的虚拟模拟件的概念，同时结合利用热传导理论得到的表征模拟件与实际结构之间焊接残余应力差异的应力修正系数，推导出模拟件与实际结构之间焊接残余应力的对应关系。对尺寸比例系数是1.5:1的转轮实体与模拟件的焊接残余应力场进行数值分析。结果表明，转轮模拟件沿叶片出水边上的焊接残余应力分布规律与转轮实体基本相同，且转轮实体与模拟件在叶片出水边的焊缝附近对应位置的残余应力比值与基于相似理论得到的转轮实体与模拟件的焊接残余应力比值的误差在10%以内。这充分说明基于相似理论建立的转轮模拟件可以代替转轮实体进行数值分析，从而解决了转轮实体在模拟过程中存在的问题。
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  基于电磁耦合无级变速器的混合动力车传动控制

  罗玉涛;张桂连;旷鹏;黄向东

  . 2010, 46(8): 88-97.

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  研究基于电磁耦合无级变速器的混合动力传动系统，分析其基本原理和功率流模型，并对电磁耦合无级变速器的变速比控制目标、工作模式和控制策略进行详细研究，同时设计适用的整车传动控制器框架。为了研究混合励磁的动态控制效果，对混合动力汽车在低速大负载和高速工况下进行初步动力性仿真。通过仿真，分析车速跟踪的控制效果、发动机转速跟踪控制效果、电池组荷电状态的变化曲线、电磁耦合无级变速器的转速和转矩、发动机输出功率、电池组输出功率和行驶阻力功率等的变化规律，并得出直流励磁电流和电磁耦合无级变速器的磁链观测值变化规律。
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  基于板料网格变形的翻边工序修边线确定方法

  刘迪辉;申光举;李光耀;陈卓

  . 2010, 46(8): 98-102.

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  车身零件翻边前一般有修边工序，需要准确的修边线，否则翻边后零件达不到零件尺寸要求。为减少修边模的开发周期和成本，提出一种基于板料网格变形的修边线确定方法。在零件毛坯上蚀刻上正方形网格，进行翻边前的一些工序；根据估计的修边线，得到翻边前的零件形状，测量出翻边前在修边区域上各网格点的坐标；对零件进行翻边，测量出翻边前后在修边区域上各网格点的坐标；根据翻边前后的零件网格以及翻边后零件的边缘线，通过翻边前后网格比例变形关系确定出翻边前修边线位置。如果试冲零件边缘线有误差，可反复采用这种方法优化修边线。这种方法可在模具调试或在仿真中采用。采用一个汽车地板零件的修边线确定算例，验证了上面提出的方法的可行性。
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  全路面多用途自走式电源车研制

  李水良;杨新红;徐锐良;谢金法;刘国泉;刘汉华

  . 2010, 46(8): 103-108.

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  针对自走式电源车的市场急需和现有移动电站电源电压和电流负荷特性不能满足使用要求、发动机利用率低、绝大多数不能自走、功能单一、适应使用地域较小等诸多问题，在现有自走式移动车辆底盘的基础上，运用现代设计理论与方法，借助ANSYS、ADAMS和Matlab计算机分析处理软件，优化匹配发动机和传动系，研制发动机电子调速系统，合理配置橡胶履带行走机构，装备多种施工现场辅助装置，开发制造100 kW系列高稳定全路面多用途自走式电源车。并对整车的动力性和经济性进行了模拟仿真与优化，明显提高电源的负荷稳定性、电源车的通过适应性和利用率，扩大适用区域，样车经国家有关质检机构试验鉴定，各项指标均达到或超过国标规定要求，现已稳定批量生产并得到用户好评。
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  基于多孔微热沉的大功率LED冷却技术研究

  万忠民;陈敏;刘伟;刘靖

  . 2010, 46(8): 109-113.

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  针对大功率发光二极管(Light-emitting diode, LED)具有的高热流通量、表面温度要求严格控制的特点，提出一种新型高效的基于多孔微热沉系统的散热技术来满足大功率LED散热封装的需求。分析多孔微热沉系统的工作原理以及传热特性，基于局部热力学平衡建立多孔微热沉流动与传热的数学模型，并用SIMPLE算法进行数值求解，得出微热沉的温度分布以及影响微热沉性能的一些因素。数值研究表明：在高热流密度下，微热沉散热表面的温度能维持较低水平，即使在热流达到200 W/cm2时，散热表面的最高温度才55.2 ℃；提高工质入口流速可以降低微热沉内的温度以及散热表面的温度水平。多孔微热沉系统能够有效地解决大功率LED的散热问题，提高LED芯片的可靠性与使用寿命。
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  基于微机电系统技术的微型热电致冷器研究进展

  任大海;卢凯;戴震宇;尤政

  . 2010, 46(8): 114-120.

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  介绍热电材料、热电器件的原理及发展历史，从材料及结构两方面，对基于微机电系统加工工艺的微型热电致冷器的最新研究进展进行综述，比较不同材料及不同结构的性能特点，对块体热电材料和低维热电材料的研究进展进行介绍，着重分析超晶格薄膜材料及Cross-Plane型器件，指出研究具有更高优值系数的新型材料，在维持Seebeck系数不变的同时提高电导率并降低热导率，及采用新的加工工艺优化致冷器的结构，减小接触电阻、接触热阻等，是提高热电致冷器性能的有效手段。
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  超临界汽轮机再热主汽阀门卡涩分析

  徐东;鲍劲松;金烨

  . 2010, 46(8): 121-127.

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  汽轮机再热主汽阀是汽轮机组的重要辅机，在动态性能、密封性、可靠性方面都有特殊要求。该类汽轮机再热主汽阀是汽轮机组的重要辅机，在动态性能、密封性、可靠性方面都有特殊要求。该类型阀门机构在冷起动过程中经常发生卡涩，且随蒸汽参数升高，出现故障的概率增大且更加严重，严重影响机组的正常运行。针对机构故障现象与结构特点，对动态行为异常变动进行分析，研究表明冷起动过程中，不同零件物理性能差异导致零件间热量传递速度存在较大差异，引起动静配合要素位置和形状变化，并进一步导致径向间隙和轴向间隙变动，严重影响机构的动力学性能。有限元法用来定量分析机构在冷起动至稳态过程中动态配合要素之间的间隙变化，并分析间隙对阀门机构的动态行为影响，数值分析的结果与电厂中出现的问题是一致的，其实际处理方案则验证该方法的正确性。从改进公差设计和制造精度控制两个方面提出解决该类阀门卡涩的具体方案，对于解决该类工程问题具有重要理论价值和现实指导意义。
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  水下拖曳升沉补偿系统设计及其内模鲁棒控制

  王海波;王庆丰

  . 2010, 46(8): 128-132.

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  为补偿拖船升沉运动对拖体深度的影响并提高深度补偿精度，设计基于进油节流、回油节流切换控制的水下拖曳升沉补偿电液控制系统。提出具有外层升沉补偿控制子系统和内层位置伺服控制子系统双层结构的升沉补偿控制系统总体设计方案，其中外层子系统采集拖体深度，升沉补偿控制器输出拖缆绞车运动目标角位移，内层子系统在时变拖缆张力力矩干扰下实现对目标角位移的快速、无静差跟踪。针对内层控制子系统的被控对象——电液控制系统存在建模误差和参数摄动并承受时变拖缆张力力矩干扰的特点，应用内模控制策略完成了内层内模鲁棒控制器的设计。仿真和试验研究表明，内层位置伺服控制子系统抗干扰能力强，对系统建模精度要求低，参数整定方便，具有良好的动态性能。
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  基于CFD的螺旋桨敞水性能数值分析与验证

  高富东;潘存云;蔡汶珊;杨政

  . 2010, 46(8): 133-139.

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  根据螺旋桨的投影原理及其型值参数，建立螺旋桨的三维模型。运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics，CFD)理论，采用分区混合网格方案，结合雷诺时均纳维斯托克斯(Reynolds-averaged navier-stokes，RANS)方程和三种不同的湍流模型对螺旋桨三维粘性流动进行数值模拟。所采用的网格划分方法具有网格数量少、质量高的特点。计算结果得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及尾流场的速度、压力分布等水动力特性参数，预报值与试验数据吻合较好，验证了数值方法的正确性，且说明雷诺应力模型(Reynolds stress model，RSM)这种湍流模型更适合螺旋桨粘性流场的数值计算，具有较高的预报精度，为复杂旋转机械粘性流场计算中湍流模式的选取提供参考意见。通过对螺旋桨敞水性能的分析，得到螺旋桨粘性流动所特有的流动分离、梢涡的形成与结构以及尾流场等一些重要现象和特征，为螺旋桨噪声、振动的研究和新型高效推进器的设计提供理论指导和技术支持。
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  水辅助注射成型充模流动的仿真与分析

  张增猛;周华;高院安;杨华勇

  . 2010, 46(8): 140-146.

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  基于现有气体辅助注射成型充模流动模型、非定常流场数学方程和湍流模型，突破未考虑高雷诺数水相区湍流特性、小尺度薄壁建模、初始化壁厚的人为影响以及未考虑熔体前沿喷注效应等局限，建立水辅助注射成型充模流动的仿真模型。比较湍流模型，分析水辅成型多相分层流动界面不稳定现象。针对主要工艺控制参数进行仿真分析。结果表明：结晶性塑料随熔体温度升高、延迟时间缩短、水注射入口流速增大，残留壁厚减小，随延迟时间增加、熔体温度降低和水注射流量的增大，负载压力升高，与水辅成型试验结果相吻合。延迟时间对负载压力影响有限，延迟时间和水注射入口流速对残留壁厚影响显著，且水辅成型负载的压力流量耦合特性明显。由此提出以成型效果为目标的水压系统压力控制优化，是改进水辅成型工艺的重要思路。
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  FBM湍流模型在云状空化流动数值计算中的应用与评价

  黄彪;王国玉;张博;余志毅

  . 2010, 46(8): 147-153.

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  为评价一种基于滤波函数湍流模型在非定常空化流动计算中的应用，分别采用基于标准RNG 的滤波器模型(Filter based model，FBM)、修正RNG 模型、基于修正RNG 的FBM模型对绕Clark-y翼型云状空化流动进行模拟，研究云状空化流动现象，获得了随时间变化的空化形态、压力场和升、阻力等流场和动力特性。通过与试验结果的对比发现，不同湍流模型的选取对计算所得的空穴长度、压力场和升阻力均有影响，而对流场动力特性的主要频谱分布影响不明显。采用基于修正RNG 的FBM模型可更准确的模拟出云状空化形态与空化区尾部涡团交替脱落的非定常细节。
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  基于剪式陀螺系统的空间飞行器非线性姿态控制

  范继祥;周荻

  . 2010, 46(8): 154-159.

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  为避免控制力矩陀螺系统奇异，采用三对剪式陀螺垂直安装构形构成一个控制力矩陀螺系统作为空间飞行器姿态控制的执行机构。基于Newton-Euler法推导出剪式陀螺系统操纵空间飞行器姿态运动的精确数学模型，并在此基础上设计空间飞行器大角度姿态机动的非线性控制律，在设计的同时证明系统的稳定性。对剪式陀螺系统进行奇异性分析，分析表明该系统无内部奇异。提出一种剪式陀螺系统在陀螺同步条件下的伪逆操纵律。为提高同步性能和抗扰动能力，基于Lyapunov稳定性理论设计剪式陀螺系统的自适应非线性反馈控制器。仿真验证所设计的控制律和操纵律的有效性以及该陀螺系统驱动空间飞行器进行大角度姿态机动的能力。
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  基于非线性反馈的轧机主传动机电耦联扭转系统的分岔控制

  刘彬;刘爽;张业宽;闻岩

  . 2010, 46(8): 160-166.

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  针对轧机在轧制过程中轧辊与轧件间润滑条件变化引起系统失稳振荡，以及轧机主传动系统具有复杂机电耦联的特点，应用Lagrange-Maxwell原理建立一类含非线性摩阻的轧机主传动机电耦联扭转系统的非线性动力学方程，利用非线性动态分岔理论，分析该系统的稳定性，给出系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法，分析超临界分岔和亚临界分岔对主传动系统扭转振荡的影响。为抑制传动系统因Hopf分岔引起的失稳振荡，选取驱动电动机定子电压为控制量，引入电动机速度反馈，构造非线性状态反馈控制器，并采用多尺度和谐波平衡法确定控制器参数，对系统的Hopf分岔点进行转移，并控制极限环的稳定性和幅值，该控制方法简单、易实现，数值模拟验证了所设计控制器的有效性。
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  新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

  刘虎;房建成

  . 2010, 46(8): 167-174.

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  研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性，以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模，在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度，并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式，得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明：磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系，且各控制通道近似解耦，与典型磁轴承结构相比，利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小，适用于磁悬浮飞轮系统。
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  基于线性状态空间模型的多工位尺寸偏差流建模与分析

  苗瑞;应杨箭;杨东;赵言正;江志斌

  . 2010, 46(8): 175-180.

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  为了解决在传统多工位制造系统中，描述产品尺寸偏差传递的状态空间模型中的系统矩阵隐式表示且存在着非线性因子的问题，在定义零件坐标系、夹具坐标系以及机床坐标系的基础上，用表面方向矢量、定位方向矢量和尺寸矢量描述零件模型及其偏差传递模型，运用齐次变换方法和矩阵理论给出从零件坐标系到夹具坐标系以及从夹具坐标系到机床坐标系的变换方法，得到描述多工位制造系统中的产品尺寸偏差传递的线性状态空间模型及其显式表示的系统矩阵，解决传统状态空间模型的系统矩阵存在非线性因子的问题，建立产品尺寸偏差与各种偏差源之间的关系，增强传统状态空间模型的可用性，并用实例验证模型的有效性。
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  面向过程的工业设计知识地图构建

  刘征;孙凌云;鲁娜

  . 2010, 46(8): 181-187.

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  为了组织工业设计知识，提出一种构建知识地图的方法，推动产品概念设计创新。通过对工业设计过程的调查分析，建立具有不同抽象粒度的设计过程模型，搭建知识地图框架。基于知识节点关联的概念体系，定义节点的输入和输出结构。通过对节点进行合并、分裂、修剪、插入和变异操作，统一获取、存储及重用设计知识。一方面，面向设计过程的知识地图采用操作流程基本框架组织知识，从结构上减少知识复杂性、分散性、隐匿性带来的混乱，为辅助设计决策、产生设计概念提供帮助。另一方面，可视化的知识地图框架适应多种设计项目，添加包括条件、目标、顺序、因果在内的设计知识情景信息，有效地减少知识领域单一造成的设计活动盲目。通过应用实例对该方法进行验证。
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  多媒体演示仪的人机安全设计

  楚杰;楚良海;邱晓利

  . 2010, 46(8): 188-194.

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  多媒体演示仪已成为高校教学的必备工具。由于多媒体演示仪设计上的不合理使75%以上的教师患上颈椎病、肩周炎等多种疾病。以人机工程学理论为基础，采用实测法和调查研究法，完成多媒体演示仪的参数优化设计，从简单易用、安全高效的角度改善了高校教师的教学环境。样本人群选取260名在职高校教师，通过问卷调查、人体百分位测量与参数计算，总结教师在课堂操作中的规律，进行演示仪总体设计。主要包括：人体尺寸分析、用户界面设计、功能操作界面设计、话筒设计、上盖设计、设备连接口及系统操作区设计、总体尺寸设计和实体模型设计。经过模拟试验和模型测试，结果显示：演示仪参数符合教师课堂操作状态和相合性。总体设计重新定位演示仪人机安全尺寸，增加合开两用升降座椅，创新演示屏，完善了演示仪的总体结构和功能，促进教育设备的创新设计改革。