液压系统动态压力信号具有非线性、多源耦合且对工况敏感等特点,导致信号复杂度高而特征辨识度低,传统故障诊断方法难以实现有效的特征提取。针对这一难题,提出一种基于多传感器协同感知的深度学习诊断框架。通过空间拓扑映射将多源异构传感器信号构建为多通道输入张量,既保持了各传感通道的独立特征表达,又实现了多模态信息的联合表征;并采用并行卷积模块架构分别提取各通道的时空特征,引入有效通道注意力机制增强故障敏感信息,实现跨模态特征优化与精准分类。实验结果表明:在UCI标准液压数据集上,对液压泵泄漏故障的诊断准确率超过95%;引入迁移学习理论,在UCI标准液压数据集上训练得到的预训练模型迁移至叉车起重液压系统,仍保持了97.65%的准确率,证明了所提算法的跨场景泛化能力,为复杂液压系统的故障诊断提供了有效的技术途径。

为了降低液压挖掘机的整机能耗,提高液压系统的能量利用率,提出了一种基于液压绞车和蓄能器的挖掘机动臂势能能量回收再利用系统。该系统通过回收动臂下降的重力势能,辅助动臂上升来降低液压挖掘机的工作压力,从而减小挖掘机的燃油量。首先,对该系统的工作原理进行了详细的阐述,建立了节能装置的数学模型。其次,基于AMESim软件对节能装置进行建模与仿真,仿真结果表明,该系统可以有效回收动臂下降的重力势能、辅助动臂上升,节能效率为55.6%左右。最后,通过搭建试验台对节能装置进行试验,验证该装置的可行性与有效性。

针对真空蝶阀压力控制系统强非线性导致的精度不足的问题,提出一种基于自抗扰控制与PID融合的双模切换策略。该控制器采用扩张状态观测器统一估计并补偿气体温度漂移、密封摩擦及气源波动等综合扰动;同时设计压力误差阈值触发机制,仅在动态过程启用自抗扰控制快速抑制超调,稳态过程自动切换至轻量化PID维持精度。相比传统PID控制,显著缩短调节时间并大幅降低超调量;相比单一自抗扰控制,有效减小稳态误差。在流量扰动下,该控制策略的压力恢复时间比PID快67%,稳态误差小于25 Pa。显著提升了系统响应速度、精度与鲁棒性,充分发挥了蝶阀的低成本优势,为半导体、航天等提供了一种高性能、低成本的真空压力控制解决方案。

在粮食仓储管理中,粮仓内壁的曲面结构对爬壁机器人的吸附性能有着较高要求,既要有一定的柔性满足自适应曲面能力,又要有一定的刚度保证支撑稳定性。提出一种刚性吸盘方案用于变曲率墙壁。由于吸盘主体的微小形变能力,导致其在吸附过程中海绵呈现“马鞍形”形变,使吸附性能显著下降。针对该问题,对刚性吸盘结构进行优化,设计了一种采用分布式刚性单元的半刚性吸盘。通过在不同模拟基板上对刚性吸盘、半刚性吸盘进行吸附力试验发现:刚性吸盘在曲率半径为100、200、400 mm曲面模拟基板上的吸附力分别为205.49、307.56、360.25 N;而半刚性吸盘在不同曲面上的吸附力会略有浮动,但整体数值稳定在420 N左右。此方案实现了吸附性能在复杂曲面环境中的显著提升,有效降低了装置作业时的脱落风险,为爬壁机器人在筒仓等领域的应用扩展奠定了可靠基础。

多孔石墨材料的渗透率和孔隙特性对多孔质节流器具有重要影响,而节流器是气浮导轨的关键组成部分。为了有效应用多孔质节流器,采用可压缩 Darcy-Forchheimer 方程对实验数据进行拟合,测定了五种不同孔隙率(18%、17%、13%、12%、11%)的多孔石墨的渗透率及惯性系数。在此基础上,建立了包含惯性系数和孔隙率的CFD模型,拟合多孔介质内部的流速与压降,误差在5%以内。进一步在不同供气压力和负载条件下,分析了五种不同石墨材料节流器的承载能力和气膜刚度。结果表明,低渗透率的石墨材料具有更优的刚度性能,在0.45 MPa供气条件下,气浮块的稳定性得到了显著提升。基于此,采用低渗透率节流器搭建了一种可调节气膜厚度的气浮导轨实验平台,并利用基恩士激光传感器对导轨工作面直线度进行检验,结果运动直线度误差优于2.5 μm/600 mm。

大直径磁性液体密封在宽温域环境中易形变,导致其最大工作压力下降,即密封耐压能力下降。为解决上述问题,推导了考虑温度影响的磁性液体密封耐压公式,测量了不同温度下磁性液体的饱和磁化强度,对大直径宽温域磁性液体密封进行了温度-结构-磁场耦合仿真分析,分析了密封在-60~+80 ℃的结构形变。分析了密封形变后的磁场分布,计算出了不同温度下磁性液体密封的理论耐压值,从而阐明了磁性液体密封耐压能力变化的原因,为宽温域大直径磁性液体旋转密封提供了一种新的设计方法。经过密封实验验证,使用该方法设计的磁性液体密封满足了密封设计要求。

针对泵控单元静态精度不高和动态性能受限的问题,为提高泵控单元的压力控制能力,提出了一种基于负载预测前馈补偿的模糊PID稳压控制方法。首先,建立了泵控单元中伺服电机和定量泵的数学模型;其次,设计了基于长短期记忆神经网络的负载预测算法,进行了模型的训练,优化了模型的超参数设置,计算了评价指标,进行了仿真验证;然后,对基于负载预测前馈补偿的模糊PID控制方法进行仿真分析;最后,开展试验研究,验证了该控制方法的效果。结果表明,评价指标印证了负载预测模型具有较高的预测精度;在负载预测结果作为前馈信号输入补偿的前提下,与传统PID控制器相比,模糊PID控制器在两种信号响应下的输出压力和期望压力之间的误差分别减小了72.2%和71.1%,实现了泵控单元的高精度稳压控制。

为了提供当前核电主蒸汽隔离快关电磁阀的励磁电流仿真模型和一体化测试手段,首先对核电主蒸汽隔离快关电磁阀建立了电磁阀阀芯的质量-弹簧-阻尼系统数学模型,并对其励磁电流特性进行了仿真分析;进一步基于电磁阀的电流特性原理和LabVIEW测控平台,设计了一种一体化测试装置,用其对主蒸汽隔离快关电磁阀励磁电流特性进行了测试。试验结果与运动仿真结果相比,差值不超过运动仿真结果的15%,说明检测装置软硬件设计的合理性。目前该测试方法已经应用于福清核电站5号机组上对“华龙一号”机组主蒸汽隔离阀快关电磁阀的检测中,进行了多次实际测试,结果符合预期,为其运行维护提供数据与理论支撑。

在复杂工况下,偏导射流伺服阀可采集的故障信号有限且易受噪声干扰,导致其特征提取困难。针对该问题,提出了一种基于海星优化变分模态分解、时域卷积网络、引入自注意力机制的双向门控循环单元的故障诊断方法。首先,利用海星优化算法自适应确定变分模态分解参数,提高信号分解的准确性与鲁棒性;随后结合最小包络熵原则选取关键固有模态函数,从中提取主要特征;最后,将提取的特征融入时域卷积网络与自注意力机制增强的双向门控循环单元网络,提高故障特征的表达能力与分类性能。为验证所提方法的有效性,构建了偏导射流伺服阀故障仿真平台和开展了多种典型故障工况试验;结果表明,所提模型的故障识别准确率达到97.33%,具有较强的鲁棒性和诊断精度。

斜盘轴向柱塞泵滑靴副在高转速、大负载作业工况下,滑靴盘局部温度升高接近材料回火温度,从而因残余奥氏体相变造成材料表面膨胀、静压支撑油膜形成困难、表面硬度和耐久度降低等系列问题。基于此,以提升高转速作业下轴向柱塞泵摩擦副的摩擦磨损性能为前提,通过成分分析、高温处理、摩擦磨损等相关实验将替代选材与成品样件进行对照分析。结果表明,B材料具有良好的综合性能,其室温下平均表面硬度相较于原有成品件材料提高约17.7%;经400 ℃恒温环境存放10 h后B材料表面硬度仍能维持在700 HV以上,表面平均最大形变不超过1 μm,平均磨损量较成品件降低约5.9％,验证了适用于高转速运行工况下斜盘轴向柱塞泵滑靴盘替代选材的可能性,为后续高转速轴向柱塞泵滑靴盘选材研究提供了参考。

针对现有比例控制阀驱动器存在控制精度不稳定、各型设备匹配不完善,不能满足现代电液控制系统提出的灵活性、快速性和国产化要求的问题,设计了一种基于GD32F450ZKT6控制芯片的数模混合式比例控制阀驱动器。通过主控制模块电路、功率放大电路、ADC采样电路以及CAN和USB通信电路实现了数模混合式比例控制阀驱动器的多种类指令信号输入、上位机配置参数以及输出精度控制功能;进一步设计了试验平台对数模混合式比例控制阀驱动器进行性能试验。试验表明,数模混合式比例控制阀驱动器在输入不同类型的信号指令时输出精度小于2%,具备多控制参数的配置功能,满足多场景的电液控制要求。

为解决结晶器脱模系统在非线性和时变负载等复杂条件下运行时所面临的控制挑战,提出了一种结合跟踪微分器和模糊PID的创新控制策略,称为跟踪微分模糊PID复合控制。该控制拥有两个关键特征:误差信号的快速跟踪和PID参数的动态自整定。使用AMESim和Simulink进行联合仿真,结果证明:跟踪微分模糊PID复合控制在多个方面优于传统PID和模糊PID控制。首先,该控制提高了系统的响应速度,同时减少了响应滞后和稳态误差。其次,在存在高频噪声和未知大负载干扰的情况下,该控制表现出卓越的轨迹跟踪性能和更强的抗干扰能力,为结晶器脱模系统的高精度液压伺服控制提供了新的理论支持。

为提高电磁式高速开关阀的线性调控能力,达到精准控制制动液流量的效果,引入了一种表征径向力对阀芯轴向受力的影响因子。通过增压阀内部流场数值模拟分析,发现阀座和阀芯现有结构在康达效应下显著影响制动液射流以及阀内流场非对称出口等因素,增加了阀芯端部节流区域流场涡流生成概率及流动失稳,导致阀芯在开闭行程中受到较大径向力。通过减小阀芯球面节流无效区、在阀座增加变锥角锥面、增加中心对称出油口等措施,对结构进行优化。结果表明,新结构节流区域流场更加稳定,阀芯所受径向力在0.1 N以下,与偏置方向相反且利于阀芯自对准,有效削弱了径向力对电磁阀线性调控性、可靠性及寿命的影响。

为了降低工程机械中的功率损失,提出一种新的变排量对置柱塞泵。该泵在传统单柱塞泵的基础上增加了一个柱塞,两柱塞对称布置,既减弱了压力波动、消除了单柱塞泵的不平衡力,又可通过调节柱塞相位差实现变排量。采用等效建模法建立并验证了变排量对置柱塞泵的AMESim模型。将该泵与传统柱塞泵的配流阀滞后时间进行了比较,发现存在滞后现象但滞后时间相对较短,导致泵性能下降,故对比分析了进油阀不同参数对配流阀滞后的影响规律,并采用正交法优化了参数。结果表明:进油阀参数均对进油阀关闭滞后时间有较大影响,进油阀关闭滞后时间随弹簧刚度、弹簧预紧力、阀芯直径的增加分别缩短了10.9、10.72、1.73 ms,而随阀芯质量的增加延长了5.7 ms;参数归一化后得到进油阀关闭滞后时间随弹簧刚度、弹簧预紧力、阀芯直径的增加分别缩短了61.6%、84.1%、8.9%,随阀芯质量的增加而延长了37.1%;正交优化后仿真模型的进油阀关闭滞后时间缩短了81.43%,有效降低了回流损失,提高了泵的性能。

滑靴磨损是柱塞泵高发故障。针对某型航空发动机燃油柱塞泵滑靴磨损引发的泵流量下降、振动超限故障,给出了一种基于动力学、摩擦学、流体润滑及结构强度多学科框架的故障综合诊断方法,对该型燃油柱塞泵在多个运行工况滑靴的油膜厚度、结构强度及pv值开展计算仿真,分析了各工况与磨损故障的关联机理。研究结果表明:燃油柱塞泵的滑靴结构强度在全工况范围内均满足要求,且在低于4500 r/min转速范围内燃油柱塞泵滑靴副油膜特征良好;但在燃油柱塞泵转速逐渐上升时,滑靴副受到的轴向惯性力和离心力对压紧力贡献占比逐步增加,当转速增加至5000 r/min,支撑力无法有效抵偿外部压紧力,导致滑靴副静压油膜破裂,滑靴与斜盘从流体润滑状态转为边界润滑或直接接触状态;而高转速工况下滑靴副的材料pv值处于超限状态,最终导致磨损失效。

剪切增稠流体是一种智能材料,将剪切增稠流体应用到阻尼器中得到剪切增稠阻尼器。剪切增稠阻尼器在流体流过细小的孔隙或者间隙时,由于速度梯度的存在会受到巨大的阻力,因此,剪切增稠阻尼器在吸能减震方面可发挥巨大作用。通过Fluent仿真,以20%质量分数的纳米二氧化硅-聚乙二醇溶液制成的剪切增稠流体作为剪切增稠阻尼器的工作介质,以剪切增稠流体在阻尼孔中的流动模拟阻尼器的工作过程,制作不同频率下的力-位移滞回曲线,并根据滞回曲线的结果计算剪切增稠阻尼器工作过程中阻力所做的功,分析其吸能效果。由结果得知:在低频工作环境下(f≤2 Hz),力-位移曲线图中显示出较好的对称性,阻尼器缩回过程与伸出过程中所消耗的能量几乎相等;但是,随着频率的上升(f＞2 Hz),力-位移曲线对称性变差,阻尼器缩回过程与伸出过程中所消耗的能量出现较大的差异。

碟簧液压机构作为电力系统中的关键设备,其性能直接影响系统的可靠性。分析碟簧液压机构关键部件的动态特性旨在提升该设备稳定性。首先分析了碟簧液压机构的结构组成及工作原理,然后通过Fluent对碟簧液压机构工作缸活塞的无杆腔与有杆腔压力变化特性进行仿真分析,揭示了活塞运动速度与压力波动之间的关系。针对灭弧室在分闸过程中的气体压力变化展开仿真研究,深入探讨了压气室内气体的动态特征,并通过压力云图分析了碟簧液压机构及灭弧室内的压力分布规律。最后,通过试验验证了动态特性分析的准确性,为优化机构设计、提高运行稳定性奠定了理论基础。

针对传统径向柱塞马达高压工况下柱塞副所受侧向力大而导致的启停瞬间产生较大传动冲击、配流副及柱塞副间隙泄漏严重、马达容积效率低的问题,提出一种端面先导压力控制二级配流静力平衡式高压径向柱塞马达新构型。该新型马达采用复合柱塞单元以及先导压力控制二级配流方法实现高压动力油路密封和高效配流。此外,先导级配流副采用液压浮动支承结构,补偿机械磨损,提高长时间连续工作可靠性。基于AMESim建立马达整机动态仿真模型,分析单柱塞与其配流阀的运动对应关系、配流阀阻尼孔直径、工作压力及主级供液流量对马达容积效率的影响,并对不同传动结构的马达输出特性开展分析。仿真分析结果表明:该马达在35 MPa的高压工况下容积效率可达89.74%,输出转速脉动率较曲轴连杆式马达降低60%,且具备良好的低速稳定性及宽负载适应能力。研究结果为高压静力平衡式径向柱塞马达样机的设计与优化提供了理论依据。

由于电液伺服系统往往会受到内、外部扰动影响,且内部参数因机械结构磨损会发生变化,采用传统的控制策略已无法满足控制性能要求。为此提出了一种基于滤波器的预定性能自适应渐近跟踪控制方法。首先,建立电液伺服系统数学模型,通过定义状态变量,转化为严格反馈形式空间状态表达式。然后,进行控制器设计和稳定性分析,设计了一种新颖误差转换,并结合障碍函数,实现对跟踪误差的预定性能约束;在控制器设计中,采用了单参数自适应对未知参数进行估计,同时为了避免虚拟控制器的连续求导,引入了一种非线性滤波器。最后,利用Lyapunov稳定性定理和Barbalat's引理,证明了系统可以实现渐近跟踪,且跟踪误差受限于预定性能函数范围内,闭环系统所有信号是半全局一致有界的。通过仿真验证了该控制策略的有效性,并与传统PID、反步法控制策略对比,研究结果表明,上升时间提高了82.8%、80.3%,调节时间分别降低了88.9%、91.4%,且无明显超调,具有较小的跟踪误差。

针对重型特种车辆悬置系统低频动态特性不可调问题,提出可控多惯性通道组合挤压模式磁流变液悬置,设计多流道磁流变液阻尼器,以试验方法验证可控流道的切换效果。搭建可控多惯性通道组合挤压模式磁流变液悬置的集总参数模型、1/4重型特种车辆的磁流变液悬置系统模型。最后,根据模型进行动态特性和隔振性能研究。结果表明,对不同惯性通道施加较大的电流,磁流变液悬置的动刚度和滞后角的峰值和峰值频率在0~50 Hz可调;同时,挤压模式作用下悬置在低频具有大刚度和大阻尼特性。

采用仿生前缘结构设计翼型,可有效改善其气动性能和降噪效果。以NACA0012翼型为标准翼型,构建了五种不同振幅与波长组合的波状前缘仿生翼型。运用SST k-ω湍流模型和大涡模拟方法,对翼型气动性能和流场噪声进行模拟分析。结果表明,增大波长在优化气动性能中效果显著,仿生翼型升阻比最多可提高21.8%;提高振幅强化了前缘流场调控作用,使前缘压力分布更为均匀,延缓了流动分离。仿生结构降低了最大升阻比对应攻角,改善了大攻角下翼型气动性能。仿生翼型在中高频段表现出良好降噪效果,在小攻角条件下,减弱了单音噪声和宽频噪声。声压级在所研究攻角内均优于标准翼型,且在攻角3°时降噪效果最佳,降幅达14 dB。

针对现有管道机器人环境适应能力弱、主动转向功能尚不完善等问题,提出一种仿生柔性伸缩式管道机器人设计思路。通过模仿蚯蚓的结构组成和运动机理,设计由柔性气囊和气动肌肉组成的支撑-伸缩复合运动结构,分析管道机器人多肌肉协同驱动机制与多体节连续运动原理;建立机器人的正运动学模型与逆运动学模型,基于MATLAB软件进行仿真分析。搭建管道机器人试验平台,在倾斜及弯曲管道中进行性能测试。试验表明,仿生柔性伸缩式管道机器人在30°倾斜管道内平均爬行速度为3.25 mm/s,并可以在135°的弯管内实现主动转向,具有良好的环境适应能力和运动性能。

通过设计不同的减摩润滑结构并比较油膜特性,研究不同的减摩润滑结构对伺服液压缸克服径向载荷、减小摩擦的影响,得出减摩润滑结构的最佳形状结构,并进行试验验证。在减摩润滑矩形结构的基础上,提出了工字形结构和梯形结构,并对其进行理论分析和流场模拟,得到了不同减摩润滑结构的压力分布和承载能力特性曲线。梯形的减摩润滑结构可以提供更大的承载能力,油膜温升更小,该减摩润滑结构能有效克服活塞杆上的径向载荷,降低伺服液压缸的摩擦。研究结果表明,不同减摩润滑结构的油膜特性不同,克服偏载能力不同,均能不同程度降低伺服液压缸的摩擦,提高伺服液压缸的控制精度和使用寿命。

设计了一种纯软体结构的抓手并针对手指部分的弯曲性能展开分析。抓手采用气体驱动串联而成的椭圆形腔体,结合阶梯形腔体结构,对指尖、指中、指根部分别设置了三个平行气道,手掌部分采用圆弧三角形结构。抓手采用超弹体材料Ecoflex 00-30硅橡胶和聚二甲基硅氧烷,基于单轴拉伸理论确定Yeoh为本构模型,并在此基础上推导出单个气囊模型、单个腔体组弯曲模型以及多气道全柔性抓手弯曲变形预测模型。将手指的结构参数代入数学模型,推导出手指的弯曲变形曲线的几何关系,得到的分析结果与仿真模型进行对比,验证了模型的准确性与实用性。最终,基于手指的弯曲性能,对腔体的结构类型与个数、手指宽度、腔体间隙长度、底部应变限制层等参数进行分析,确定抓手的性能参数,为软体驱动器的发展提供了研究数据和参考。

针对单杆液压缸在大负载、高刚度以及动态扰动环境下面临的受控输出不稳定和精度低等问题,对系统的受力过程及结构特性进行了分析;建立了液压系统的非线性数学模型,并设计了一种基于非对称屏障Lyapunov函数的自适应控制方法,以实现输出力在受限条件下的稳定跟踪控制。该控制器融合参数自适应、扩展状态观测器以及动态面控制策略,解决了系统中存在的参数不确定性、未知状态与时变扰动估计和高阶导数引起的计算复杂性剧增问题,并通过构造非对称屏障Lyapunov函数,对系统输出力边界施加约束。基于Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的渐近稳定性,并采用联合仿真试验验证了控制器的有效性。研究表明,所提出的控制器能够有效估计并补偿系统中未知状态与扰动,保证承载过程中的控制输出在安全的范围内,并实现对执行器位置的高精度跟踪控制。

气动软体机械臂因其非线性强、多变量耦合复杂以及状态实时观测困难,给动态控制带来显著挑战。针对上述问题,提出一种融合视觉定位与神经网络建模的软体机械臂实时运动控制方法。该方法利用YOLOv8目标检测和半全局立体匹配算法构建视觉系统,并生成时序数据集;进一步通过长短期记忆网络模型捕捉软体机械臂动态响应规律,实现气腔压强与末端位置之间的映射建模。结果表明,与基于离散数据训练的神经网络模型相比,长短期记忆网络模型在三路气压预测中的平均绝对误差从约1.65 kPa显著降至0.44 kPa。进一步的实验结果显示,对于所提出的控制方法,软体机械臂末端在三个轴方向上平均绝对误差分别为1.503、1.506、2.825 mm,有效验证了基于视觉定位的时序神经网络控制方法在软体机械臂中的动态追踪能力。

针对井架纠偏装备存在抗偏载能力差、同步精度低、控制点数少以及操作复杂等问题,设计了大型井架电液纠偏系统。其采用中央集控、多点驱动的系统架构,通过伺服电机驱动径向柱塞泵作为油源,使用高速开关阀控制,利用12支高压液压缸同步抬升井架支腿。提出了动态筛选主从跟随型多点同步控制方法,利用开关控制替代闭环控制,能够在大偏载工况下实现高精度同步控制,且不受控制点数的影响。开发了大型井架电液纠偏装备,开展了台架试验和井架纠偏作业,多支液压缸的同步位置误差小于0.3 mm,实现了一键纠偏,大幅度提高了大型井架纠偏的工作效率、安全性和自动化程度。

液压滑阀中的动密封能够减小油液泄漏量,但环境温度、介质温度以及油液压力都会影响动密封间隙及其密封性能。针对滑阀中使用的组合密封形式,建立有限元分析模型并研究不同环境温度、介质温度与介质压力对动密封配合间隙及摩擦力的影响。参考斯特里贝克曲线,引入配合间隙与摩擦因数的关系表达式。通过试验验证模型及理论结果的准确性。结果表明:氟塑料环与阀套之间的间隙会随着温度的升高而减小,动摩擦因数也会随之改变。根据摩擦力计算公式及试验结果可知,间隙密封摩擦力随温度的变化规律为:液压滑阀动隙密封摩擦力随着温度的上升呈现增加趋势。

针对液压缸常见的内泄漏问题,提出一种基于二集值辨识算法的诊断方法,根据液压缸在正常和内泄漏两种情况下压力信号的变化来判断是否发生内泄。首先分别提取液压缸有杆腔和无杆腔的15个时域特征;之后运用主成分分析法提取15个特征的3个主成分;对两个腔的6个主成分建立数学模型,采用二集值辨识算法来估计出模型参数,并构造内泄诊断算法;最后,使用AMESim软件仿真得到的压力数据进行试验,验证了该方法对于内泄诊断的可行性和准确性。

针对液压四足机器人多个液压关节系统非线性控制,提出了一种通过力控制浮动底座操作的交互力控制策略。该控制策略将基础运动、机器人末端运动、腿部运动、交互力控制、关节约束以及摩擦锥约束转化为二次规划优化问题,任务优先级通过权重矩阵进行调整。将机器人任务在位置约束下进行分解,解决交互力控制与基于动力学模型最优控制之间的冲突问题,实现机器人末端的协调运动与力控制。最后通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性,表明液压四足机器人在交互操作过程中能够执行大负载操作,且能够控制适当的接触力。

气密性测试是保障特种压力容腔密封性能的重要技术手段。直压检测法因其原理简单、操作方便被广泛运用于特种压力容腔的生产制造,但其能耗问题并未得到充分重视。针对直压检测中压缩空气单次使用后直接排放而导致的能源浪费问题,提出一种基于回收气罐的检测气体回收再利用方法,旨在设计兼具高精度检测与一键启停功能的节能型直压检测系统。通过编程软件构建人机交互界面,实现电磁阀启闭控制以及检测过程中的实时压力监测。结果表明:检测气体回收再利用方案可显著降低压缩空气消耗量,单个工件检测能耗降低16.2%,为直压气密性检测的节能优化提供了理论依据与工程实践参考。

针对防风固沙横向草方格铺设机在起伏不平沙漠表面作业的位姿调节需求,设计一种电液控制位姿调节悬挂系统,用于连接防风固沙横向草方格铺设机与拖拉机。分析位姿调节悬挂机械机构,建立运动学模型;设计位姿调节液压系统,建立阀控缸液压动力元件模型;设计电液控制系统方案。采用AMESim软件建立横向草方格铺设机位姿调节悬挂仿真模型。仿真结果表明:电液控制系统设计可行;横向草方格铺设机位姿调节悬挂设计可行。

由于受到现场空间和经济等因素的限制,各个元件的某些故障类型的样本获取量极少,从而形成极端长尾分布形式的故障样本集,导致传统解耦对比学习模型无法进行有效诊断分析。因此,提出了一种改进解耦对比学习模型,即对比蒸馏与类别均衡解耦对比学习模型。首先,引入合成少数类过采样方法,适量生成尾部样本以缓解数据不平衡问题;其次,引入参数对比学习,构建双重对比机制,增加尾部的贡献和分类的准确性,解决尾部类别的特征分布稀疏问题;最后,引入类别平衡自蒸馏,通过知识迁移解决尾部特征表示不足问题。通过液压泵、齿轮和轴承实测故障样本的两种极端分布形式的试验分析可知,所提模型可有效解决极端长尾分布问题,诊断精度分别高达90.93%和98.61%。此外,所提方法的精度较原方法提升了40.99%,较传统广参数对比学习方法和平衡对比学习方法高出76.97%和35.83%。

准确测量液压系统声速对于液压系统的性能预测和优化具有重要意义。在液压系统中,声速值会随液压系统状态发生变化,现有的方法难以准确测量动态系统中的声速值。针对上述问题,提出一种刚性管路油液声速双向递进搜索算法。首先,基于压力波在管道中的传播性质推导出声速计算模型;其次,优化数据处理方法,并结合改进的双向递进搜索算法实现声速的高精度求解;再者,通过压力波动试验台测量不同工况下的压力波动;最后,对比不同方法的声速计算结果,验证了该方法的准确性。试验结果表明,提出的新方法在不同试验工况下的计算精度均优于现有方法,计算所得声速值整体精度提升4.5%;特别是在15 MPa 和二次源强干扰的状态下,该方法的计算精度提升更为显著,最高可达7.8%。上述结果说明,提出的方法具备更高的准确性与更强的适用性。

磁流变减振器半主动悬架响应迅速、阻尼调节范围广且能耗较低,通过实时控制磁流变减振器的激励电流从而对阻尼力实现动态控制,最大限度地衰减传递到车身的振动、提高车辆行驶平顺性,是目前车辆工程领域的重要研究方向。针对某型号磁流变减振器,进行混合模式阻尼特性理论分析,采用ANSYS软件构建磁流变减振器多物理场仿真模型,分析减振器活塞运动速度、阻尼力与控制电流的关系,构建半主动悬架与整车动力学模型,应用滑模控制算法搭建Simulink数值仿真模型,研究滑模控制对悬架与整车振动性能的影响。研究表明,利用有限元方法进行电磁场分析可以直观观察磁路分布,为设计磁液通路结构提供指导,滑模控制能显著优化半主动悬架的性能,有效优化了车身加速度、悬架动行程等关键指标,最终使车辆的振动特性以及车辆的行驶平顺性与舒适性获得了显著改善。

综采工作面供液管路长造成液压支架系统压力沿程损失较高,并且乳化液泵站供液策略与液压支架群跟机动作不适配,导致液压支架关键执行器运行较慢,一定程度上限制了自动跟机速度。针对上述问题,在目前智能化集成供液系统的基础上,增设高压小排量乳化液泵作为集中供液升柱增压系统,并建立了综采工作面液压支架群立柱-推移液压缸数学模型,提出了一种立柱快速供液与升柱增压系统及其液压支架自动跟机策略。此外,利用AMESim软件建立基于自主补压的综采工作面供液系统仿真模型,研究了所提系统及其自动跟机策略的有效性和优越性,并对比了不同流量工况下的液压支架群供液方案的作业性能。研究表明,所提系统及其控制策略可使液压支架群的跟机速度提高27.18%,使立柱初撑压力的建压时间缩短76%,为解决升降柱流量通道不畅、初撑压力不足和降柱背压超限等问题提供了新的解决思路。

煤矿井下防爆车辆在长距离、大坡度工况下的能效与热稳定性问题,严重制约了其无人化发展。基于线控底盘架构,深入探索了无人驾驶防爆车辆的热管理策略,提出一种多物理场耦合的瞬态热力学建模方法,并构建了基于闭式回路的串联式液压混合动力系统架构。该架构集成蓄能器协同控制与双向能量转化机制,以提升制动能量回收效率与峰值功率输出能力。同时,建立基于油液流向识别的动态温度边界模型,有效克服传统模型在瞬态响应中的时间滞后问题。通过硬件在环试验验证,揭示了液压油温升过程与系统效率之间的非线性关系。最终测试结果显示,液压泵、马达及蓄能器等所有关键部件的温度预测误差均未超过±3.5 ℃,模型在系统温度水平与变化趋势预测上有较高精度,为井下无轨辅助运输装备的热管理优化提供了理论模型与解决方案。

作为高阶非线性、强耦合特性的电动静液作动器,其位置滑模控制器参数难以整定,常规的群智能优化算法往往容易陷入局部最优解且计算效率差,但水虎鱼觅食优化算法在整定和优化此类位置滑模控制器的参数方面,却具有增强随机初始化种群分散程度、避免陷入局部最优陷阱、更好地平衡算法的勘探和开发能力。利用水虎鱼觅食优化算法整定和优化滑模控制器中的滑模面和趋近率参数,包括分析电动静液作动器组成原理、建立其数学模型,并在MATLAB/Simulink和AMESim联合平台上开展仿真验证工作。仿真结果表明,相较于其他群智能优化算法,水虎鱼觅食优化算法优化后的滑模PID控制拥有更小的稳态误差和跟踪误差、具备更优秀的鲁棒性,且计算效率更高,为确保电动静液作动器位置滑模控制器具有更好的控制性能提供了重要的研究思路。

液压机械臂能够提供较大的推力或转矩实现大负载物品的搬运。但是相比于电机驱动,液压驱动系统结构更加复杂、响应速度慢,且液压系统存在伺服阀流量与压力及摩擦力变化的非线性的特点。但目前工程中采用最多的控制方法仍是PID线性控制,在系统非线性、负载扰动过大的情况下,PID的控制效果非常不理想。基于此,以抓管机械臂为研究对象,考虑液压、摩擦非线性及负载扰动,以拉格朗日法对其进行动力学建模,描述整个系统的动态响应。分别设计了模糊PID控制器和基于反步法的模糊滑模控制器;通过仿真验证,基于反步法的模糊滑模控制器能够有效适应系统的非线性及负载大幅扰动,将机械臂位置误差控制在1%之内;并用饱和积分函数及模糊思想改善了滑模控制易出现的抖震问题。

针对电静液作动器兼顾瞬态和稳态性能的控制策略需求,提出了一种有限时间预设性能神经网络控制策略。建立了电静液作动器非线性数学模型,构造了障碍Lyapunov函数,融入了跟踪误差的有限时间预设函数,基于反步思路设计了含神经网络的位置跟踪控制器,运用Lyapunov方法验证了控制器的稳定性和理论性能。搭建了MATLAB+AMESim联合仿真模型,将所设计控制器与PI控制器和不含预设性能的神经网络控制进行对比,结果表明: 所设计的控制器具有较高的跟踪精度,相较PI控制器和不含预设性能的神经网络控制器,类正弦轨迹跟踪精度分别提升85%和47%,点到点轨迹跟踪精度分别提升85%和55.9%,且跟踪误差可在有限时间减小至所设定的稳态值以下,并始终处于预设边界内。