机械工程学报

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刘延杰,吴明月,王刚,蔡鹤皋

机械工程学报. 2015, 51(1): 1-9. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.001

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提出一种以硅片传输机器人末端竖直方向上由手臂静变形引起的静偏移为约束、以刚性杆柔性关节系统固有频率为优化目标、以各手臂壁厚为优化参数的硅片传输机器人手臂结构优化设计方法。建立硅片传输机器人刚性杆柔性关节动力学模型，通过系统固有频率分析以及模态分析确定对轨迹精度影响较大的模态为一阶模态与二阶模态；通过分析结构参数对一阶与二阶固有频率影响的灵敏度以及权值选择小臂与末端手臂的质量作为优化参数；建立以手臂厚度为变量、以手臂结构尺寸为约束的手臂挠度模型与末端竖直方向静偏移模型，分析手臂厚度对末端竖直方向静偏移的影响规律并对末端手臂与小臂的厚度尺寸进行优化设计；对结构优化设计前后硅片传输机器人手臂的性能进行对比分析。结果表明：该方法在大幅度降低手臂质量的同时可显著提高硅片传输机器人手臂的一阶与二阶固有频率，大幅度降低了末端竖直方向上的静态偏移及内应力，大幅提高了系统竖直方向上的振动频率。

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摆动从动件圆锥凸轮理论轮廓展开线曲率半径研究

陈俊华,汤腾跃,马永洲,严利强

机械工程学报. 2015, 51(1): 10-16. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.010

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通过分析常用的摆动从动件圆锥凸轮轮廓线曲率半径的设计误差，引入圆锥凸轮从动件运动轨迹的空间坐标表达式，利用偏离角的概念，建立无误差且便于对圆锥凸轮进行分析、设计和作图的3D理论轮廓展开线极坐标参数方程；推导得出基于从动件运动规律及凸轮基准极径的展开线曲率半径解析表达式，并由此建立最小允许的圆锥凸轮基准极径值关于许用曲率半径值的函数关系式；通过实例分析，绘制展开线上曲率半径的最小值随圆锥凸轮基准极径变化的关系曲线，从而确定圆锥凸轮的基本参数；与现有摆动从动件圆锥凸轮设计方法的比较印证了该方法的有效性，具有极大的理论价值。

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基于抓持矩阵的二指多关节手抓持规划和丝传动设计

马学思, 戴建生

机械工程学报. 2015, 51(1): 17-23. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.017

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二指手的欠驱动手指，能够模仿人的拇指和中指，实现对不同物体的抓持并完成抓放的任务。针对一般物体，利用丝传动的欠驱动手能更好地模仿人的手指，从而实现两个手指对于物体的抓持，并完成抓放任务。利用抓持矩阵的方法，建立二指多关节手对物体有摩擦接触的抓持模型，并将抓持矩阵逐步向外扩展到手指的各个关节处，进而建立扩展抓持矩阵。利用接触点处抓持矩阵确定了一类平面物体抓持规划中接触点的位置应该满足的条件，并在最小力的原则下计算物体在不同的位姿下抓持力的大小。利用上述规划的接触点进行运动学反解，进而从联动关节处的抓持矩阵提取出欠驱动手指两个耦合关节力矩信息，得出丝传动的半径设计和反向弹簧设计的原则。利用扩展抓持矩阵求得力矩分量并用之验证此法与常规求法求得的力矩是等效的，从而验证此方法的正确性并对丝传动进行位置与力的计算。

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轮手一体机器人群体构形的模块化动力学建模方法

胡亚南,马书根,李斌,王明辉,王越超

机械工程学报. 2015, 51(1): 24-33. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.024

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轮手一体机器人是一种模块化机器人，其单模块自由度多，结构相对复杂，群体构形形式多样，且需要经常重构以适应不同环境。采用传统方法对其进行动力学建模导致重复建模，机器人重构时更新量较多。针对此问题，提出一种基于模块化思想的群体构形动力学建模方法，减少了重复建模，且所得方程适用于串链、闭链、树形等各种拓扑构形。采用李代数作为局部坐标消除奇异位形，得到单模块机器人动力学方程的统一描述。根据群体构形的连接关系和连接类型定义接触集合和关节模型，建立约束力方程描述模块间的相互作用。针对动力学方程状态变量非矢量情况下的数值积分方法进行讨论，并给出实例仿真。

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人字齿轮系统振动传递分析优化与试验验证

王峰,方宗德, 李声晋, 李建华,蒋进科

机械工程学报. 2015, 51(1): 34-42. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.034

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为了有效分析人字齿轮传动系统振动传递特性、合理预估箱体结构振动噪声，建立考虑箱体内润滑油流固耦合的齿轮箱有限元模型，将文献[5]计算分配到各支撑轴承的时变动态载荷施加到箱体各轴承孔中心耦合参考点，由ANSYS软件的瞬态动力学分析模块对齿轮箱进行动态响应分析，对得到的齿轮箱考察结点结构振动加速度进行预估。选取改进的自适应遗传算法对人字齿轮小轮齿面进行多动力学目标的齿面三维优化设计，优化结果表明在给定优化载荷工况下，轮齿端面啮合线方向相对振动加速度及齿轮箱体机脚参考点结构振动加速度均得到明显下降。搭建人字齿轮传动系统封闭功率流试验台，利用海德汉圆光栅编码器高精度特性对人字齿轮端面啮合线向相对振动进行测量，加速度计测量箱体轴承座、箱体机脚位置振动加速度，以此验证人字齿轮动力系统振动传递理论及齿面三维修形减振效果。

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考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析

王庚祥,刘宏昭

机械工程学报. 2015, 51(1): 43-51. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.043

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基于机械系统动力学方程的增广法建立考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学模型。为了简化该并联机构的动力学模型，通过质量矩的方法视驱动支链为一个整体。根据含间隙球面副元素的接触方式建立该间隙运动副的运动学模型，求出含间隙球面副元素之间的接触变形量与相对接触速度。考虑到接触体之间接触刚度与机械系统动力学模型之间的耦合性，以非线性刚度系数代替Flores接触模型中的常数刚度系数而提出一种改进的接触力模型，并基于该接触力模型利用接触变形量与相对法向接触速度建立间隙运动副元素之间的法向接触力模型，为了保证数值运算的稳定性，采用具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型，建立接触体之间的切向接触力模型。进一步把间隙运动副元素之间的接触力转换到该间隙运动副所连接的驱动支链和上平台的质心上，并把该接触力集成到4-SPS/CU并联机构动力学模型的广义力中，从而成功引入了关节间隙效应，采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。通过数值分析预测球面副间隙对4-SPS/CU并联机构动力学性能的影响。

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基于Lamé曲线的Delta并联机器人拾放操作轨迹的优化与试验验证

解则晓 ,商大伟,任凭

机械工程学报. 2015, 51(1): 52-59. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.052

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提出了高速Delta并联机器人拾放操作轨迹的一种实现及优化的方法。在笛卡儿空间中利用Lamé曲线平滑竖直运动与水平运动之间的直角过渡部分，确定运动轨迹形状。用高阶多项式运动特性对一维曲线弧位移进行三维规划，获得运动轨迹插补点的位置、速度和加速度信息。通过Delta机器人运动学模型和动力学模型将笛卡儿空间内的轨迹信息映射到机器人关节空间，以关节电动机的近似输出能量函数为目标优化Lamé曲线的参数。在试验样机平台上进行测试，测量不同Lamé曲线参数的运动轨迹在运动停止后机构残余振动的情况，通过比较验证了参数优化后的轨迹具有良好的实际性能，能够获得满足实践要求的轨迹曲线。

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一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

丁华锋,刘征,刘帅,王成龙

机械工程学报. 2015, 51(1): 60-68. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.060

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提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载装置。通过对机构自由度分析，验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论，建立该机构的运动学分析流程图，并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例，通过运动学正解和反解分析结果的对比，验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析，将驱动力等效为关节转矩，推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸，给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数，基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究，结果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。

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一种基于变胞变换的柔顺剥线钳

达选祥,勾燕洁,陈贵敏

机械工程学报. 2015, 51(1): 69-75. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.069

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剥线钳是一种用于剥去电线绝缘皮的手持工具。现有的剥线钳结构复杂、成本高、容易磨损。考虑到剥线钳在运动过程中自由度会发生变化，将变胞变换的思想引入剥线钳的设计中，基于柔顺五杆机构得到一种新型的柔顺剥线机构。利用伪刚体模型法对柔顺剥线钳的不同工作状态进行建模，给出了相应的运动静力学模型；根据剥线钳的设计要求建立优化目标函数，并采用粒子群算法完成了优化设计。参照优化结果加工的样机对不同规格的电线进行剥线测试，证实该新型柔顺剥线钳具有较好的剥线效果，可大幅降低现有剥线钳的成本，便携且具有结构简单、工作可靠等优点。

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漂浮基柔性关节、柔性臂空间机器人动力学建模、饱和鲁棒模糊滑模控制及双重柔性振动主动抑制

谢立敏,陈力

机械工程学报. 2015, 51(1): 76-82. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.076

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讨论受到外部干扰影响的参数不确定的漂浮基柔性关节、柔性臂空间机器人系统的动力学建模过程、运动控制律设计和关节、臂双重柔性振动的主动抑制问题。利用动量、动量矩守恒关系和拉格朗日-假设模态法建立系统动力学方程。基于奇异摄动法，将系统分解为相互独立的三个子系统：慢变子系统、快变子系统1和快变子系统2。针对慢变子系统提出一种饱和鲁棒模糊滑模控制律来补偿不确定参数、柔性关节引起的转角误差以及外部干扰的影响，从而实现系统期望运动轨迹的渐近跟踪。饱和函数的运用可减弱滑模控制自身的抖振；针对快变子系统1设计一种速度差值反馈控制器来抑制柔性关节引起的系统柔性振动；针对快变子系统2采用线性二次型最优控制器来抑制柔性臂引起的系统柔性振动。仿真试验证明所提出的混合控制律的有效性。

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有理Hermite插值局部均值分解方法及其往复压缩机故障诊断应用

赵海洋,徐敏强,王金东

机械工程学报. 2015, 51(1): 83-89. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.083

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针对往复压缩机振动信号的强非平稳特性，提出了一种基于有理Hermite插值的局部均值分解(Local mean decomposition, LMD)方法。结合有理Hermite插值法的保形特性和曲线形状随参数可调特性，以其构建极值点间局部包络曲线。提出以极值对称点为依据的局部包络线优选方法，进而提高局部均值与包络估计的拟合逼近精度。给出了有理Hermite插值LMD方法的算法与流程。利用仿真数据，通过与不同插值方法比较，验证了有理Hermite插值LMD方法拟合逼近性能的优越性。以往复压缩机轴承故障振动信号为研究对象，应用有理Hermite插值LMD方法实现了轴承间隙大故障的准确诊断，验证了该方法对强非平稳信号的适用性。

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强抗噪时频分析方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

王宏超,陈进,霍柏琦,胡旭钢王冉,周海韬,朱淼

机械工程学报. 2015, 51(1): 90-96. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.090

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根据滚动轴承发生故障时呈现出循环平稳的特征，将基于二阶循环统计量的谱相关或谱相关密度分析方法加以改进，提出一种新的时频分析方法。经仿真验证，所述方法相对于谱相关分析方法具有很强的抗噪能力；针对轴承发生故障时的调制特征，往往只需要提取出故障频率即循环调制频率而不必提取调制现象的载频，在所述方法的基础上，将其加以改进，改进后的谱分析方法只提取出调制频率，通过滚动轴承三种故障试验(内、外圈故障及滚动体故障)验证了其具有更清晰的表达效果和更好的故障特征提取效果。

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基于稀疏分解理论的航空发动机轴承故障诊断

张晗杜朝辉方作为王诗彬陈雪峰

机械工程学报. 2015, 51(1): 97-105. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.097

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航空发动机轴承在高温、高压、高转速等恶劣条件下运行，机动工况较多，因而故障模式复杂，背景噪声强烈，难以及时有效地诊断。针对上述问题，提出基于稀疏分解的逐级匹配形态分析(Stagewise matching morphological component analysis, SMMCA)方法。稀疏分解是一种在超完备字典上对信号进行分解，并通过优化重构算法求解信号最稀疏表达的信号处理方法。逐级匹配形态分析基于稀疏分解理论，根据信号组成成分的差异，分别构造相应成分的稀疏字典，然后通过交替投影理论和逐级正交匹配追踪算法(Stagewise orthogonal matching pursuit, StOMP)对各组成成分进行优化重构，从而实现各成分的降噪和分离，准确快速地捕获信号中的特征信息。将提出的基于稀疏分解的逐级匹配形态分析方法应用于航空发动机轴承故障诊断，仿真和试验对比分析验证了该算法的有效性。

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磁悬浮电动机柔性转子振动控制与试验研究

汤恩琼, 房建成, 郑世强

机械工程学报. 2015, 51(1): 106-116. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.106

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针对磁悬浮电动机柔性转子穿越一阶弯曲临界转速所面临的问题，提出综合多种控制器于一体的振动控制方法。为保证控制器设计的准确度，采用在线扫频技术验证磁轴承系统各环节建模的正确性。基于不完全微分PID控制器，设计固定中心频率的陷波器抑制转子二阶弯曲模态。根据等效控制系统的阻尼特性，设计相位补偿器增加转子在一阶弯曲模态共振点附近的正阻尼，抑制转子一阶弯曲模态。考虑到转子存在较大的二阶柔性不平衡质量，根据最小电流控制准则，在转子穿越一阶弯曲临界转速之后启用同频陷波器，消除功放同频电流，避免磁轴承控制量过大造成功放电压饱和。试验结果表明，所设计的综合控制器有效抑制了转子的一阶和二阶弯曲模态，且转子在一阶弯曲模态处的最大位移振幅仅为轴承单边保护间隙的5%；最终转子成功穿越一阶弯曲临界转速，并稳定运行在转速34 000 r/min。

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多片离合器早期故障生成机理及振动诊断方法

陈漫,李和言,马彪,赵家昕

机械工程学报. 2015, 51(1): 117-122. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.117

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利用热弹性不稳定理论，建立离合器摩擦副热弹耦合模型，获得了由热点集聚导致摩擦片发生局部变形的基本过程。依据该过程，提出以观测摩擦片局部变形来反映离合器早期故障的思路。基于该思路，建立多片离合器动力学仿真模型，获得了当摩擦副上存在微小变形时系统的动力学特性。根据该特性的振动学特征，并利用传动系统高频段干扰噪声较轻的特点，通过换挡时刻前后高频段频谱的差异性分析，提出一种基于振动信号分析的多片离合器早期故障诊断新方法。试验结果表明，该方法能够提取出由摩擦副上局部变形产生的冲击振动，可望用于多片离合器早期故障诊断的工程实践中。

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齿轮综合啮合误差计算方法及对系统振动的影响

常乐浩,刘更,吴立言

机械工程学报. 2015, 51(1): 123-130. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.123

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通过将轮齿变形分为线性宏观变形和非线性局部接触变形两部分，建立齿轮承载接触分析修正模型，并利用两层迭代将非线性接触问题转化为多个线性代数方程组进行求解。根据各接触点变形关系，提出已知齿面误差分布时啮合刚度和综合啮合误差的确定方法。通过引入刚度激振力将参变的运动微分方程组化为定常微分方程组，并利用傅里叶级数法求解其稳态解。以一对斜齿轮副为例，分析了齿轮误差在不同扭矩和转速下对系统振动的影响规律。研究发现，由于轮齿误差的存在，齿轮副啮合刚度在轻载时会减小，从而导致系统共振转速降低；受重合度和轮齿变形的影响，综合啮合误差的幅值远小于齿面原始制造误差幅值。此方法可用于分析不同误差类型及分布形式对系统振动的影响规律，为进一步建立齿轮误差控制原则提供了有效手段。

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基于迭代广义同步压缩变换的时变工况行星齿轮箱故障诊断

陈小旺,冯志鹏,LIANG Ming

机械工程学报. 2015, 51(1): 131-137. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.131

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同步压缩变换在分析频率恒定的单分量信号时改善时频可读性的效果显著，而在分析多分量频率时变信号时存在时频模糊现象，为了解决这一问题，提出迭代广义同步压缩变换方法。通过迭代广义解调分离出各单分量成分，并将时变频率变换为恒定频率。应用同步压缩变换精确估计瞬时频率和时频分布幅值。将各单分量的时频分布叠加获得信号的时频分布。该方法有效改善了同步压缩变换在分析频率时变信号时的时频可读性，并且将其推广应用于多分量信号。应用该方法有效识别了时变工况下行星齿轮箱振动信号的频率组成及其时变特征，准确诊断了齿轮故障。

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改进的希尔伯特-黄变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用

郑近德,程军圣

机械工程学报. 2015, 51(1): 138-145. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.138

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希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT)是一种优秀的时频分析方法，包含经验模态分解(Empirical mode decomposition, EMD)和希尔伯特变换(Hilbert transform, HT)两部分，通过EMD对信号进行分解，再对得到的内禀模态函数(Intrinsic mode function, IMF)进行HT解调。针对EMD存在的包络误差，模态混淆，端点效应以及HT易产生负频率等缺陷，提出一种改进的HHT方法(Improved HHT, IHHT)，IHHT包括广义经验模态分解(Generalized EMD, GEMD)和改进的直接正交(Improved direct quadrature, IDQ)解调，GEMD通过定义多种均值曲线，从得到的多个IMF中选择最优分量，从而保证了每阶分量的优越性；再采用改进的经验调幅调频分解和IDQ方法对信号进行解调，提高了分解和解调的精确性、抑制了端点效应的产生。将提出的方法应用于滚动轴承故障诊断，分析结果表明IHHT是一种有效的信号处理方法。

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旋转机械气压液体式不平衡振动故障靶向自愈调控系统

潘鑫,吴海琦,高金吉

机械工程学报. 2015, 51(1): 146-152. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.146

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质量不平衡是旋转机械最常见的故障之一。为了使转子在运行过程中可以自行消除不平衡振动故障，利用气压液体式自动平衡装置构建靶向自愈调控系统，运行中实时监测诊断转子的振动故障，快速准确地计算转子不平衡量，并进行智能决策，有确定目标地向相应储液腔中注入压缩空气，驱动储液腔中的液体进行定向转移，进而改变和转子同步旋转的平衡盘的质量分布，产生旋转离心自愈力来抵消转子的不平衡故障力，使转子不平衡故障在线自愈。针对旋转机械对平衡盘安装位置的不同要求，介绍轴间和轴端安装两种结构，并分别搭建立式和卧式转子试验台，进行在线自动平衡性能试验。结果表明，两种平衡结构均可在15 s内快速降低转子的振动幅值，降幅均在90%以上。

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大气隙混合磁悬浮轴承承载力模型的研究

王念先,胡业发,吴华春,董如昊

机械工程学报. 2015, 51(1): 153-160. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.153

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等效磁路法是混合磁悬浮轴承的主要研究方法，然而等效磁路法是基于一系列假设条件提出的，大气隙下这些假设将不再成立，磁路法的应用范围将受到限制，无法对大气隙混合磁悬浮轴承展开研究。因此，需要对大气隙混合磁悬浮轴承承载力模型进行研究，以解决混合磁悬浮轴承在大气隙场合的推广及应用。结合ANSYS有限元分析软件分析在气隙变化时，常规磁路法在混合磁悬浮轴承承载特性分析过程中的适用范围，获得了当气隙增加时磁路法模型计算误差变化规律；针对漏磁这一导致计算误差的影响因数，提出一种混合磁悬浮轴承气隙磁场的漏磁导模型的分析方法，建立基于漏磁导修正的混合磁悬浮轴承承载力理论模型；利用ANSYS有限元分析软件和试验对修正后的混合磁悬浮轴承承载力模型进行了验证。

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交叉圆柱滚子转盘轴承的滚子偏载分析及修形

李云峰,程亚兵

机械工程学报. 2015, 51(1): 161-166. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.161

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针对联合载荷作用下交叉圆柱滚子转盘轴承的滚子与滚道之间接触应力分布的“偏载效应”和“边缘效应”问题，提出在轴承游隙合理取值的前提下，通过对滚子的修形设计来改善滚子滚道接触状况的有效方法。对轴承的整体力学系统进行建模和求解计算，采用有限长线接触理论研究轴承游隙对滚子偏载的影响。在合理轴承游隙下，研究滚子在不同凸度量时滚子与滚道之间的接触应力分布情况。研究结果表明：滚子偏载后接触应力沿接触线呈现不对称分布，重载端压力增大而轻载端压力减小，并且这一趋势随着轴承游隙值的增大而趋于显著。通过对滚子的适当修形可以改善“偏载效应”，并消除“边缘效应”。滚子的凸度量越大，效果越显著，但滚子载荷有向滚子中部集中的趋势。在综合考虑这些影响的基础上确定出联合载荷作用下的交叉圆柱滚子转盘轴承的滚子最佳修形参数。

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超精密光学磨床减小热误差的结构优化

焦瑶,孙立剑,洪海波,殷跃红

机械工程学报. 2015, 51(1): 167-175. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.167

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热变形是影响超精密机床精度的关键因素之一，而热导率是分析机床热变形准确度的决定性因素。为了保证机床温度场分布分析的准确性，提高机床的精度，提出一种基于热力学理论的热导率分析模型以及结合有限元分析的机床结构优化方法。建立自由电子气模型以及Debye模型，分别计算出自主设计的超精密光学磨床所采用的几种材料的热导率，提高热导率的准确性；进而利用有限元软件ANSYS分析机床主轴、溜板箱和床身的温度场分布；研究分析不同机床结构下主轴和机床整体的温升规律，提出基于热力学分析结果的一系列超精密光学磨床结构优化方法，针对误差敏感方向，采取对电动机与溜板箱的连接件以及电动机和主轴的接触件进行优化设计，减小热源与主轴、箱体之间的接触面积等方法，使机床热变形减小，提高了机床的精度。

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基于约束主导混合粒子群算法的风力机叶片优化方法研究

程珩,张水明权龙

机械工程学报. 2015, 51(1): 176-181. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.176

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为提高叶片在额定风况和低速风况下的功率系数，研究叶片各叶素处的气动外形参数分布。针对风力机通常运行在低风速风况下，而叶片的优化模型很少考虑该因素的影响，建立基于叶素动量理论和Wilson理论的带低风速功率系数的非线性约束优化模型。由于在处理约束条件的惩罚函数法中罚因子难以确定，而导致算法过早陷入局部解的早熟现象，提出一种结合可行性约束主导处理方法的混合粒子群算法。该算法基于粒子群优化和模拟退火理论，采用可行性约束主导在退火概率突跳下对不可行约束解进行随机生存选择，使种群保持多样性，从而朝更优方向进化，解决了非线性约束条件难以处理和种群易陷入局部解的问题。以1.5 MW风力机叶片为研究对象，建立非线性约束优化模型，对该算法进行了验证。研究成果表明该方法可以有效地处理优化模型的非线性约束，避免优化过程陷入早熟，提高了叶片在额定风速和低风速区域的功率系数。为非线性约束处理方法的研究提供了一种很好的理论分析途径。

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散乱点集拓扑邻域均值逆向漂移查询算法

孙殿柱,白银来,李延瑞,李聪

机械工程学报. 2015, 51(1): 182-187. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.182

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为获取散乱点集的拓扑邻域数据，提出一种基于均值逆向漂移的自适应迭代搜索查询算法，基于R*树动态空间索引，采用动态扩展空心球k邻域查询算法快速获取目标样点的拓扑邻域参考数据，根据邻域查询与点集密度分布的关系，采用核密度估计描述点集的分布规律，利用均值漂移算法计算得到能够反映散乱点集局部分布特征的均值漂移矢量和均值点，将邻域搜索区域沿逆向均值漂移矢量移动进行邻域查询并实时更新样点的拓扑邻域参考数据，进而完成拓扑邻域查询的均值逆向漂移迭代计算，最终实现样点拓扑邻域数据的自适应搜索查询。试验表明，该算法可快速获取复杂型面均匀或非均匀采样点集的邻域数据，查询结果包含Voronoi邻域及其他有效邻域参考数据，能更好地反映散乱点集局部型面特征。

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基于正交投影迭代学习的高频响闭环运动控制系统模型参数辨识研究

杨亮亮,武晓虎,史伟民,彭来湖

机械工程学报. 2015, 51(1): 188-195. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.188

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针对高速高精运动控制系统模型参数辨识问题，建立模型参数到误差的线性矩阵变换等式，引入正交矢量投影分析方法，将模型参数到误差的线性矩阵变换等式在正交矢量空间中进行投影，采用迭代学习方法沿空间矢量基方向进行参数迭代辨识，设计迭代学习率并进行收敛性分析。仿真与试验结果表明，该方法能显著提高直线伺服系统在加减速段的位置跟踪精度及响应性能，减少调节时间，满足其高速高精的要求。

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大型相控阵天线结构与调整机构一体化设计

胡乃岗,保宏,连培园,宗亚雳,周金柱

机械工程学报. 2015, 51(1): 196-202. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.196

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可视化

针对某大型相控阵天线自重大、加强筋安装位置受限等特点导致天线阵面精度难以保证的工程背景，进行相控阵天线阵面结构方案优化设计。考虑到大型阵面的自重变形导致的柔性特点，提出综合考虑阵面变形后平面度和调整机构精度的一体化优化设计模型，对调整机构支腿的布局进行了优化设计。同时，考虑到加强筋安装位置和型材受限，利用连续化过滤函数，使得型材变量与连续变量进行映射，将离散变量拓扑优化转换为连续变量拓扑优化求解，提高了求解效率，降低了求解的规模。采用上述方法对某大型相控阵雷达进行了案例验证，收到满意的结果。

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基于神经网络与遗传算法的薄壁件多重装夹布局优化

秦国华,赵旭亮,吴竹溪

机械工程学报. 2015, 51(1): 203-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.01.203

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在多重装夹元件装夹过程中，由于装夹顺序、夹紧力、定位元件位置等装夹布局参数的不同，薄壁件的装夹变形程度也不一样。单个装夹布局参数引起的工件装夹变形规律能够通过有限元方法获得。但是，若同时考虑多个装夹布局参数的影响，仅仅利用有限元方法难以揭示装夹布局参数与装夹变形之间的关系。为此，针对薄壁件的装夹布局方案建立三维有限元模型，以便利用有限元法获取神经网络的训练样本。借助神经网络的非线性映射能力，通过有限的训练样本构建装夹变形的预测模型。以减小工件的最大装夹变形为目标，并根据每一代装夹布局中工件的最大装夹变形定义个体的适应度，建立装夹布局方案的优化模型及其遗传算法求解技术。试验结果表明，网络预测值与相应的有限元仿真值、试验数据之间的相对误差均不超过3%。提出的基于神经网络与遗传算法的装夹变形“分析-预测-控制”方法，不仅能够提高装夹变形的计算效率，而且为薄壁件装夹布局方案的合理设计提供基础理论。

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2015年, 第51卷, 第1期　
刊出日期：2015-01-05

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