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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

针对液压位置伺服系统控制精度有限、鲁棒性不足的问题,提出了一种深度确定性策略梯度算法与滑模控制结合的智能自适应控制策略。基于AMESim-Simulink平台建立了电-液耦合非对称缸系统模型,并完成对滑模控制模块与强化学习模块的联合建模与验证。设计了基于深度确定性策略梯度算法与滑模控制相结合的控制器,实现滑模面增益与抖振因子的在线自整定,构建了三类典型工况(阶跃、正弦、复合扰动)下的仿真验证场景。结果表明,该策略在阶跃跟踪中上升和调整时间分别为0.82 s和0.83 s,优于径向基函数滑模控制与传统滑模控制;在扰动工况下最大误差小于0.003 m,显著抑制系统抖动。研究结果验证了所提方法在复杂环境下的动态响应能力与强鲁棒性,对提升液压伺服系统的智能化与控制性能具有重要工程意义。

传统被动油气悬架因平顺性与操纵稳定性的局限,已成为矿用卡车性能提升的瓶颈。为此提出了一种基于鲸鱼算法优化的半主动油气悬架模型预测控制策略,旨在实现控制系统的快速收敛和性能最优化。建立包括双气室油气悬架模型、七自由度动力学模型及模型预测控制器的系统模型,并对刚度和阻尼进行等效处理;优化不同路面激励下鲸鱼算法对控制器的权重矩阵并搭建优化算法模型预测控制器,在不同路面上与被动油气悬架和传统模型预测控制的半主动油气悬架进行对比分析。仿真结果表明,所提出的基于鲸鱼算法优化的模型预测控制策略在显著提高矿用卡车乘坐舒适性和操纵稳定性的同时,有效降低了车辆对路面的动态载荷冲击,对于矿区高效作业具有重要工程意义。

传统气动网格执行器因输出力不足而应用受限,其结构是关键制约因素。针对此问题,提出一种具有非均匀腔室高度的阶梯型结构,通过抑制径向膨胀以增强末端输出力。基于虚功原理建立了执行器的数学模型,揭示了结构参数与弯曲性能的关联;结合赫兹接触理论分析了腔室壁接触力,建立了弯曲角度与接触压力的理论关系。为实现最大输入气压50 kPa下输出力最大化,采用三因素四水平正交试验设计优化参数组合。通过弯曲性能分析及试验验证了理论与有限元模型的准确性。最终,对比了阶梯型与传统等高型执行器的输出力。试验结果表明:阶梯型结构有效抑制了径向膨胀,在50 kPa气压下输出力达3.5 N,较传统结构输出力提升40%。

液压阀压力-流量特性是影响其性能优劣的关键指标,滑阀属于应用极其广泛的三大液压控制阀之一,典型液压滑阀包括L形结构、U形结构以及V形结构。为了完善液压滑阀压力流量特性理论,首先,依据滑阀结构特征及液体运动学理论建立了典型液压滑阀通用水力模型;进一步,利用编制的MATLAB程序分析了阀口开度对不同水力模型的影响;在此基础上采用商业CFD仿真软件进行了典型液压滑阀内流场数值计算,分析了典型液压滑阀的速度场与压力场变化规律、压力-流量特性以及阀口流量系数影响因素。结果显示:随着阀口开度的增加,典型液压滑阀的等效直径和过流面积同步增大;相同边界条件下,L形滑阀的压力损失最小,流量系数最低;流量系数的变化只与阀口结构以及阀口开度有关,并且随着阀口开度的增加而降低。

环境污染场地调查及风险评估对保障用地安全尤为重要。当前多数取样工作使用液压直推式取样钻机。该类钻机取样钻具刚性连接在集成机架和车身上,因此集成机架和整车车身的偏斜会导致钻孔方向的偏斜。为保证钻具钻入地下的初始方向,实现集成机架和整车车身的姿态预支撑后的纠偏控制,设计了一套基于三轴倾角的纠偏控制策略。同时,建立取样钻机各个系统模型并设定不同初始值进行仿真。经过仿真验证,该控制策略具有良好的控制效果,调平精度高,单方向调整时间不超过6 s,适合应用于液压直推取样钻机。

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。

针对液压挖掘机阀控系统能效低、单泵控差动缸系统动态性能不足的问题,以单伺服电机-双定量泵的双泵控差动缸系统为研究对象,设计了速度前馈补偿与线性自抗扰控制融合的复合控制器。该控制器利用线性扩张状态观测器实时估计并补偿系统内外总扰动,并引入速度前馈超前补偿系统位置误差。在MATLAB/Simulink中建立双泵控差动缸系统模型,通过恒负载下的仿真验证所设计控制器在双泵缸系统位置控制中的可行性;搭建微型液压挖掘机多体动力学模型,为动臂、斗杆以及铲斗装备双泵控缸系统模型,开展三种不同控制器下的仿真与对比。结果表明:在恒负载工况下,所设计速度前馈-线性自抗扰下最大位置跟踪误差,与线性自抗扰相比,从4 mm降至2 mm;在典型挖掘循环工况下,挖掘机动臂工作装置最大位置跟踪误差为3.78 mm,能量利用效率为61.33%,斗杆和铲斗工作装置相较于PID和线性自抗扰也具有更高的位置控制精度和能量利用效率;验证了该方法有效提高双泵控缸系统能效和动态性能。

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。

三级电液伺服阀作为液压系统中的核心控制元件,在实际应用中存在阀口能量损失大、流量控制非线性等问题。针对这些问题,运用流场仿真分析软件建立了某三级电液伺服阀主阀的三维网格仿真模型,通过对主阀内部流场的模拟仿真,分析了主阀口不同开度下阀腔内流体的速度、压力及湍流动能耗散率分布特性。仿真结果表明:在阀口压差为7 MPa工况下,随着主阀开口度增大,阀口处流体流速显著提高,最大流速始终出现在阀口区域;同时发现,流体在节流口及流向突变处会产生强烈漩涡,导致明显的能量耗散现象;此外,阀口流量系数随开度增大呈非线性递减趋势,这种特性直接影响阀的控制精度。研究结果揭示了三级电液伺服阀存在的能量损失机理和流量控制非线性问题,为其结构优化设计和控制策略改进提供了重要依据。

自动送钻系统依赖于人工操作,针对手动送钻存在稳定性差、协调性低、工作强度大和钻压波动大的问题,设计了包括动力单元、驱动单元、执行单元和控制单元的自动送钻液压绞车系统。该系统能够实现钻柱起升速度和地面钻压的控制,具体方法是采用一种常规PID和参数自调整模糊控制相结合的复合控制器控制。运用AMESim-Simulink联合仿真平台进行模拟试验,验证了液压绞车系统能够实现钻柱起升速度和地面钻压作业的控制,控制器提高了系统的响应速度及稳定性,减小了超调量。研究表明,该复合控制器可提高自动送钻液压绞车系统控制准确性,能够实现实时监测,不仅提高了钻井效率,使系统更加智能化,还降低钻井成本,对未来的自动送钻钻井作业具有实际应用价值。

为解决气动控制阀阀芯不平衡力计算效率低且难以精准预测动态特性的问题,提出将物理信息神经网络应用于阀芯不平衡力计算。通过分析气动控制阀工作原理和阀芯不平衡力产生机理,构建了融合流体力学基本方程与仿真数据的神经网络模型,实现了对阀芯不平衡力的高效预测,最后利用CFD模拟验证了该方法的有效性。研究结果表明,物理信息神经网络预测结果与CFD模拟高度吻合,计算时间缩短至10 s内,最大误差(小于8%)出现在阀门关闭临界点。该方法突破了传统计算的高成本限制,能够实时精准预测动态不平衡力,为气动控制阀的智能设计及动态特性优化提供了新的技术路径。

针对传统方法难以高精度辨识摩擦模型参数的问题,基于LuGre摩擦模型,结合遗传算法与粒子群优化算法,提出一种混合优化算法以提升参数辨识精度及收敛至全局最优解的能力。该算法在标准粒子群优化算法框架中引入遗传算法的选择与交叉操作,并采用自适应调整策略优化惯性权重和学习系数,增强其搜索性能。所提出的混合优化算法在摩擦模型参数辨识精度上优于遗传算法和粒子群算法,最大摩擦误差仅为1.70 kN。与遗传算法获得的静态最优解相比,混合优化算法将解的质量提升了40.68%。为进一步提升23 t挖掘机电液伺服系统的轨迹跟踪稳定性和精度,基于前述摩擦模型辨识结果,设计了一种新型自适应摩擦补偿控制器。通过正弦轨迹跟踪试验,将设计的控制器与现有的比例积分微分控制器和前馈补偿控制器进行对比。相较于其他控制器,自适应摩擦补偿控制器提高了系统的跟踪性能,最大跟踪误差仅为11.56 mm;能有效补偿摩擦及其他干扰,成功消除了爬行现象并抑制了平峰现象,提升了系统的轨迹跟踪精度和鲁棒性。

轴向柱塞泵中斜盘是调节流量的关键结构件,为研究斜盘的断裂原因,提出有效的改进措施,基于理化分析结果和ANSYS Workbench等软件有限元仿真结果对其断裂原因进行研究。分析结果表明:斜盘为高周疲劳断裂,疲劳裂纹起源于耳轴下台阶根部转角处,该位置应力集中,对疲劳裂纹萌生和扩展有重要影响。对斜盘大台阶根部进行倒圆处理,台阶根部附近应力集中情况得到明显改善;研究发现台阶根部附近表面加工刀痕对斜盘强度具有较大削弱作用。综上,增加台阶处倒角要求并控制其表面加工质量,可以有效提高斜盘的抗疲劳能力。

针对襟翼系统快速响应时速度环易超调,导致系统稳定性、寿命降低等问题,提出了一种“速度环自适应控制,位置环平滑规划”的复合控制方法。首先,在深入分析襟翼系统各组件工作原理的基础上,构建了系统动力学模型;其次,为了精确表征实际运行环境下的系统动态特性,推导并建立了系统加载环境的理论数学模型;最后,以保证系统稳定性和减小启动超调为目标,在速度环内对比分析了传统PID控制与复合控制方法的动态性能,并基于系统性能指标要求,在空载和加载工况下对复合控制方法的位置环性能进行了全面验证。仿真结果表明,相较于传统PID控制,所提方法能有效减小启动超调、抑制振荡,在满足系统快速性的基础上,提高了系统稳定性。

为提升重载自动地面引导车在非结构路面下的姿态控制性能,针对油气悬架强非线性及电磁阀控制信号-主动力非线性导致的力输出精度低的问题,提出模糊神经网络系统补偿的分层控制策略。上层以线性二次型调节实现车身垂向全局最优控制,结合模糊PID抑制侧倾,共同生成期望主动力控制力;下层利用模糊神经网络系统对力跟踪误差进行学习与补偿,建立从力误差到电磁阀控制信号的非线性映射关系,从而实现高精度力跟踪控制。仿真表明,该策略可有效改善矿用自动地面引导车在非结构路面下的姿态响应,在C级随机路面激励下,车身垂向、侧倾角加速度均方根值较被动悬架分别降低 30.4%、38.9%;单侧阶跃路面激励下,车身侧倾峰值较模糊PID补偿减小44%,振动更平稳,验证了其复杂工况下的优越性与鲁棒性。

数字进液阀是实现数字式流量调控技术的重要硬件基础,针对数字进液阀设计需求,进行了乳化液泵进液阀稳态液动力分析和计算。首先阐述了数字式流量调控技术原理,确定了数字进液阀执行机构的可行工作区间;其次分析了进液阀阀芯受力,计算了阀芯在可行工作区间内所受稳态液动力;最后通过仿真得到了泵腔内部流场可视化分析结果,求得了液动力仿真值并与理论值进行了对比验证。结果表明:曲轴转角θ处于[60°,240°]区间内,进液阀阀芯需保持常开来实现数字流量调控目标;利用动量定理和可视化分析仿真,计算得到了可行区间内阀芯液动力,在θ为80°时稳态液动力达到了最大理论值6.68 N,仿真值6.19 N;可行区间内理论与仿真间最大误差为0.57 N,为后续乳化液泵数字进液阀设计提供了理论基础。

多路阀是工程机械中分配流量与协调执行器的核心元件,其性能优劣直接关乎主机的操控性。针对现有多路阀存在的流量控制精度不足与多参数耦合问题,以16通径负载敏感多路阀为对象,建立机电液联合仿真模型并试验验证其准确性;重点探究了压力补偿器阀芯液动力、弹簧参数、阻尼孔及负载保持节流边对主阀动静态流量特性的影响规律。研究发现:在静态特性上,补偿器阀芯液动力是导致流量误差的主因,可通过匹配弹簧刚度予以补偿,但刚度补偿不当易引发流量“绕大弯”;在动态特性上,适度增大补偿器阻尼孔直径与弹簧刚度有助于提升流量的动态响应速度;负载保持节流边虽可提升安全性与控制精度,但也会限制通流能力并引入压损,需在设计中权衡利弊。

液压反推作动系统作为反推系统的重要组成部分,用于控制反推装置的展开/收起,在飞机着陆时产生反推力以此来降低飞机滑行速度。为了深入研究系统的运动特性及状态,采用试验测试方法对液压反推作动系统不同工况下的展开/收起运动特性以及承受不同外力和不同环境温度下的性能变化进行研究。基于试验边界条件,对液压反推作动系统开展数值仿真研究,包括仿真工具选择、模型建立、参数设置等。研究结果表明,在设计工况下,液压反推作动系统均可在2 s内展开、3 s内收起;系统在展开运动末尾处,可削弱作动器的激烈撞击效应,速度降至150 mm/s以下;不同步外力严重影响系统展开和收起的同步运动精度,外力越大,同步运动精度越差;当改变液压油压力和温度时,系统运动性能偏离设计状态,升高压力和温度,有效缩短展开运行时间;除不同外力(大于1500 N)工况,该系统仿真模型与试验测试结果一致性较好,可作为系统运行评估的有效工具。

采用蜂窝铝作为汽车模拟侧碰装置的缓冲介质,存在缓冲性能调控性差、无法重复使用且成本高昂等不可避免的问题。为提升试验的可控性、一致性和复现性,设计了一种多孔式液压缓冲器运用于FMVSS 213a标准儿童安全座椅侧面模拟碰撞试验。基于缓冲器的缓冲原理,建立汽车模拟侧碰的数学模型和AMESim仿真模型。通过仿真优化缓冲器中泄压孔的结构参数设计,并进行物理试验验证。研究结果表明,设计的14级梯度泄压孔阵列结构配合0.1 mm环形间隙的缓冲器,可将滑动座椅的加速度峰值稳定控制在24±1 G范围内,符合试验要求的18.5~25.5 G(重力加速度值)范围;滑动座椅与车门组件之间的相对速度波形曲线在碰撞时域内呈现稳定不变后线性递减的理想特征,满足FMVSS 213a标准碰撞波形曲线要求。优化设计的液压缓冲器可重复使用,相比蜂窝铝可降低试验成本95%以上,具有良好的工程应用价值。

针对电液执行器非线性强且内部状态难以观测导致的建模精度低、泛化能力弱等问题,提出一种改进的物理信息神经网络建模方法。该方法采用一维卷积神经网络模块提取时序特征,并将电液执行器动力学中的力平衡方程作为物理约束嵌入损失函数,以弥补纯数据驱动模型可解释性差的不足,提高模型的收敛速度。此外,针对传感器噪声干扰物理约束计算的问题,设计了基于局部线性拟合的信号平滑策略。多工况试验结果表明,该方法在有限数据下能有效平衡数据拟合与物理一致性,相比传统模型显著提升了预测精度与鲁棒性。

为降低斜轴式柱塞马达在高低压切换过程中产生的液压冲击与噪声,以球面配流盘遮盖度为关键优化参数展开研究。基于CFD仿真,系统分析了遮盖度从-0.5°~4°(涵盖负遮盖、零遮盖与正遮盖)对压力和流量脉动及容积效率的影响规律。结果表明:负遮盖度增大会提高过渡过程的平顺性,但会显著降低马达配流容积效率;而正遮盖度增大会在提升配流容积效率的同时加剧柱塞腔压力脉动。通过细化分析2°~3°区间并结合噪声试验验证,确定了马达配流盘最优遮盖度为2.8°。在此遮盖度下,马达柱塞腔压力与流量脉动率显著降低,噪声测试值较优化前降低0.7 dB,实现了低噪声与高效率之间的良好平衡。

在航空发动机全权限数字控制系统中,液压伺服作动器作为推力矢量控制的核心执行机构,用于调节推力方向、大小及动态特性。为提高发动机任务可靠性,创新性采用集成式高速电磁阀构建脉宽调制平衡占空比控制架构,提升系统兼容性与抗污染能力,同时实现了低成本设计目标。然而,由于高速电磁阀控制为非线性输出,导致系统稳定性欠佳。针对这一问题,深入探究高速电磁阀脉宽调制平衡占空比控制策略,旨在增强系统兼容性,降低系统液压特性变化对系统的影响。运用AMESim 建模仿真平台,构建了基于高速电磁阀控制的双闭环液压作动系统模型;基于该系统模型,对50%±5%的脉宽调制平衡占空比信号工况下的系统稳定开展仿真分析。仿真结果表明,增加液压阻尼可有效降低非线性输出引起的系统波动;合理设置节流可减小流量调节增益,从而降低了外部因素变化对系统的影响,这些研究成果为产品研制及样机开发提供了重要理论依据和技术支撑。