在进行螺旋锥齿轮数控加工过程中,用直廓截形代替盘状铣刀刀刃理论截形所产生的偏差会影响螺旋锥齿轮齿面加工精度。针对该问题,分析了螺旋锥齿轮数控加工原理,并在此基础上建立了从刀刃到形成齿面的数学模型；依据空间啮合理论计算盘状铣刀刀刃实际截形,分析并建立了盘状铣刀刀盘半径偏差与齿面误差的关系；进一步推导出刀具实际截形误差的计算过程；最后根据螺旋锥齿轮的加工原理对刀具的误差进行了补偿计算,并对补偿结果进行了仿真实验验证,证明了该算法的可靠性。
针对磨削加工中的砂轮堵塞检测的难题,提出了一种基于主动红外检测技术和热像图分割技术的砂轮堵塞检测方法。分别运用阈值分割、边缘检测和区域生长三种方法分割热像图,提取了砂轮堵塞量和状态的特征。实验结果表明：阈值分割法提取的砂轮堵塞磨屑的分布出现“偏聚”现象,堵塞特征受选取的阈值影响较大；边缘检测法克服了“偏聚”现象,但仍存在边缘不完整、定位不精确等问题；而基于梯度阈值过滤的区域生长分割法检测结果更客观和准确。把基于梯度阈值过滤的区域生长分割法的砂轮堵塞红外检测结果与显微照相法的砂轮堵塞检测结果进行了分析比较,结果表明基于梯度阈值过滤的区域生长分割的红外检测法可以实现对砂轮堵塞面积和状态的定量检测。
研究了基于能量函数的永磁同步电机无速度传感器H∞控制问题。为有效控制电机转速,首先对无扰动条件下的永磁同步电机哈密顿模型进行整形,使转速达到期望值。然后,在存在扰动的条件下,设计了一种基于哈密顿函数的H∞控制器。最后,采用基于哈密顿函数的扩张+反馈方法设计了一种观测器,对转子角速度进行测量,实现了无速度传感器整形+H∞控制。仿真结果表明,基于观测器的整形+H∞控制器能实现对角速度的高精度估计,可有效克服扰动,并较好地实现了对电机转速的控制功能。
基于螺旋理论对具有无耦合、完全各向同性特点的1T1R并联机构进行了构型综合,综合的并联机构采用支链独立驱动原则,即并联机构的输出运动是由独立的输入驱动提供的。首先根据期望1T1R并联机构的运动特征(沿Z轴的移动和绕Z轴的转动)和完全各向同性并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵；其次根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置；最后根据约束螺旋理论依次取出两条支链连接动平台和定平台得到并联机构。通过这种方法得到大量无耦合完全各向同性1T1R并联机构。最后对综合出的一种并联机构进行了运动学分析,验证了构型方法的正确性。
针对STEP-NC制造特征的加工工艺路线生成与优化问题,提出了一种以机床、夹具及刀具更换率最低为目标函数的禁忌制造特征动态更新的工艺路线蚁群优化方法。首先,根据加工工艺对制造特征进行分解,将工艺路线优化问题转化为对制造特征的排序；然后根据制造特征在加工过程中存在的加工遮挡关系以及刚性工艺性约束,提出禁忌制造特征动态更新的工艺路线生成方法；最后将禁忌制造特征动态更新方法与Ant-Cycle模型的蚁群算法相结合,求解制造特征工艺路线的优化问题。实例应用表明,提出的方法能较好解决加工工艺路线优化过程中的刚性约束处理问题。
针对由装配误差引起的车门关闭力预测不准确问题,提出了一种计算精确车门关闭力的方法。该方法首先建立车门关闭过程中各部件相应的力学模型,在影响关闭力大小的几个因素中以门锁为例,通过蒙特卡罗模拟得到车门装配过程中门锁位置误差的概率分布统计,然后在计算关闭力的数学模型中结合门锁位置装配误差,得到车门关闭力的概率分布结果,最后对样车进行关闭力测试,试验结果表明考虑装配误差的车门关闭力的计算精度明显提高。
风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。
空间对接机构是实现航天器空间交会对接的关键系统。捕获锁作为对接机构的关键组成部件,具有实现两航天器间捕捉和释放的功能。其中的锁舌弹簧机构是典型的多体系统动力学机构,具有一定的设计难度。针对该问题,分析了锁舌运动规律,简化由分析力学建立的非线性微分方程组,建立了满足工程精度需求的数学模型；接着采用惩罚函数法和随机顺序配对机制改进标准遗传算法,并编制程序完成参数求解；随后应用ADAMS软件进行动力学仿真。捕获锁试验结果表明,捕获力显著减小,性能获得提高。所研制的捕获锁圆满通过了国内载人航天交会对接飞行试验,证明该产品优化设计工作获得了成功。
针对机床滑动结合面动态特性参数识别困难和现有方法模型复杂、计算量大等问题,提出了基于实验模态分析和响应面法的动态特性参数优化识别方法。通过试验设计获取样本点构造滑动结合面的多项式响应面模型,以响应面的计算结果与实验模态分析结果的相对误差构造目标函数,采用自适应模拟退火算法优化求解,从而识别出滑动结合面的动态特性参数。以机床动态特性分析实验台上立柱导轨与滑座间的滑动结合面为实例进行了建模、实验、参数识别等分析。结果表明,采用所提出的方法可实现较高的识别精度,可显著提高识别效率。
谐振式疲劳裂纹扩展试验振动系统的质点由多个不同形状、材质的部件组成,对质点质量进行直接测量有很大的局限性。提出了一种针对此类振动系统质点质量的软测量方法,建立了系统三自由度振动力学模型和动力学方程,推导得到关于系统固有频率、弹簧刚度与质点质量关系的系统频率方程,通过有限元方法计算出不同裂纹长度下试件的刚度,通过固有频率测量实验方法测出裂纹扩展到不同长度时系统的谐振频率,将不同裂纹长度时系统谐振频率值及相应试件刚度代入系统频率方程中,得到以待识别质点质量为未知数的超定方程组,求解超定方程组得到最小二乘解,并通过后续处理得到振动系统的主振质量和激振质量。为验证该方法,进行了相关实验。实验结果表明:主振质量测量的最大误差为6.76%,表明所提出方法具有理论意义和应用价值。
相机内外参数标定的准确性直接影响后期三维重建与真实被测物之间的相似性和三维点云的精度。针对该情况,提出了一种基于凸松弛多项式优化方法来对相机进行标定。该方法通过对优化问题中的高阶单项式进行线性化处理并添加相应的半正定矩阵约束,从而将原非凸优化问题转换为可以快速并准确求解的半正定规划问题,通过求解一次或多次的半正定规化问题来逼近或求解出原优化问题的全局最优解。实验数据证明了该方法的可行性与精确性。对于其他多视角几何中的多项式优化问题,该方法同样存在着良好的通用性与适应性。
针对永磁同步电机伺服系统速度环比例积分（PI）参数整定过程中需要反复调节、效率低等问题,提出了一种基于闭环自适应卡尔曼滤波（AKF）系统辨识的伺服系统速度环PI参数自整定方法。首先根据输入信号激励速度闭环系统,分析不同频率激励作用下闭环辨识序列的信噪比与实际输出,然后引入AKF算法辨识闭环被控对象的离散模型,最后通过遗传算法仿真搜索最优速度环PI参数。仿真与实验结果表明：该算法能有效抑制量测噪声等扰动对系统辨识精度的影响,辨识结果能够反映实际系统的动态输入输出特性,优化后的速度环具有优良的响应性能和较高的精度,便于实际工业应用。
提出了一种散料装车料位的图像检测方法,该方法将待处理料堆图像分为若干不重叠的子块,对各子块进行了同态滤波、二值化及二值共生矩阵纹理特征提取,并根据纹理特征对各子块进行了分类识别。在识别过程中,提出了一种基于SVM及其后验概率的料堆识别方法,建立了位于交界位置子块的SVM后验概率与其中料堆目标所占比例的关系模型,并将仅采用SVM对子块识别后的料位拟合结果与其后验概率输出相结合,在这些交界位置子块内进行了进一步的图像分割。试验结果表明,所提出的方法与仅采用SVM子块识别的料堆轮廓及料位拟合误差相比,分别减小42%和56%,平均误差分别为0.4517pixel和0.2586pixel,在MATLAB下每帧处理需0.2s。
根据凸轮轴X-C轴联动恒线速度磨削加工数学模型,建立了砂轮架进给位移与速度、凸轮工件主轴转速的理论方程。根据数控凸轮轴磨床加工能力的约束条件,对砂轮架进给中速度、加速度或加加速度值超出限定值的凸轮转角区间,通过积分反求方法求解出相应转角区间工件主轴所允许的转速值,并以该段转速值替换对应的转角区间上凸轮轴恒线速度磨削时理论转速值。对优化计算前后的工件主轴转速曲线进行了凸轮轴磨削加工实验。实验结果表明：采用优化后的凸轮工件主轴转速进行加工,相比于恒线速度理论转速加工,其升程最大误差与最大相邻误差减小,工件表面粗糙度降低,提高了凸轮轴高效精密磨削加工质量。
以低频隔振器为研究对象,利用负压空气独有的特性,结合橡胶良好的弹性性能,提出了囊式负压空气隔振器的全新概念,对负压隔振原理进行了定性分析。力学建模分析、理论仿真分析以及实验验证结果表明,所建立起来的隔振系统具有理想的非线性弹性曲线。同时研究了负压大小和有效面积对性能的影响。最后得出,囊式负压空气隔振器可以获得理想的低频隔振效果,有很强的实用性。
结合半主动式升沉补偿装置的补偿原理,设计了带有双驱动齿轮-双齿面直齿条机构的倍增程式机械驱动游车大钩升沉补偿系统,并对其工作原理和补偿过程进行了分析,再结合AMESim仿真软件建立起了升沉补偿液压缸、大钩载荷、气液蓄能器和驱动齿轮-直齿条等系统组件的倍增程式补偿数学模型。仿真结果表明：新型升沉补偿系统的整体补偿效率可达到95.6%,补偿效果较好,系统能耗曲线因补偿电机的持续运转呈现连续上升趋势。补偿系统中随驱动齿轮半径增加,大钩升沉位移逐渐减小使补偿效果提高,而对系统能耗影响较小；随比例系数增加,大钩升沉位移和系统能耗曲线呈现先增加后趋于缓慢的趋势；随平台升沉周期增加,补偿效果变好,系统能耗降低；随大钩载荷增加,系统能耗呈线性增加。
针对复杂曲面自动铺丝轨迹生成问题,提出一种可自动生成铺丝轨迹的经线包络法,即按照曲面形态,自适应生成一族包络整个曲面的经线,然后以此作为参考线,根据复合材料铺丝束纤维的宽度、数量等工艺数据,生成与对应参考线成固定铺放角度的铺丝轨迹。该算法适用于采用参数方法描述的复杂曲面,仿真实例表明该算法可行且有效。
针对旋转机械故障诊断问题,提出了一种基于解析模态分解(AMD)的旋转机械故障诊断方法。只要知道信号的频率成分,AMD方法就可以将含不同频率成分的信号分解为单频率信号,尤其能够分解有紧密间隔频率成分的信号。对于可预知故障特征频率的旋转机械的故障诊断,可利用AMD方法提取机械振动信号中故障特征频率所在频段的信号,并求该段信号的频谱,若频谱中含有故障特征频率,则说明机械振动信号中存在该故障。通过对滚动轴承故障信号和转子不对中故障信号的分析以及和经验模态分解(EMD)方法的对比,证明了AMD方法的有效性,且AMD方法比EMD方法更快速、准确。
数字阀有抗干扰、抗污染等优点,但直接控制的脉宽调制（PWM）式数字阀控制流量小、出口流量不连续等缺陷而限制了其应用。为此,设计出一种两级数字流量控制阀,其先导级采用基于PWM的高速开关阀,主级采用基于流量-位移反馈的插装阀,该数字阀具有结构简单、能量利用率高、先导数字控制、主阀连续输出流量等特点。阐述了该数字流量阀的工作原理,在SimulationX软件中建立了相应的数学模型,利用试验数据对主阀和先导阀模型进行了验证,通过仿真和理论推导得出主阀阀芯位移、总流量、放大倍数等参数与结构参数的关系,并对其性能进行了分析。结果表明：该数字阀工作原理是可行的,通过调整先导阀PWM控制信号占空比即可改变主阀出口流量。研究结果对该数字阀的进一步研发和改进有重要意义。
通过复杂转子系统的随机参数运动微分方程,分析了转子系统特征值的随机性问题。通过整体传递矩阵法计算出双转子系统的特征值,使用Monte Carlo数值模拟计算方法,分别计算并分析了以具有一个中介轴承支撑和两个中介轴承支撑的双转子系统耦合单元的质量参数、刚度参数及阻尼系数为随机参数时,双转子系统的特征值均值及其标准差随变异系数的变化规律。
针对结构动态响应优化中动态分析的复杂性与高耗时性问题,提出了基于全局动态应力解空间谱单元插值的关键点识别方法,找到结构动态响应下最危险的时刻。首先利用模态叠加法,获得结构的模态应力分布,并计算全局动态应力解空间,然后利用谱单元离散动态应力绝对极大值点曲线,采用Lagrange插值并调用区域细分全局优化求解器,找到全局动态应力的极大值与极小值,即关键时间点。将该方法应用到124杆平面桁架和均布力与集中力共同作用的结构关键时间点识别问题中,识别结果说明了该方法的可行性和有效性。
为了解决存在外部不确定随机干扰情况下机械臂的高精度轨迹跟踪问题,提出了一种自适应鲁棒滑模控制方法,并用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的稳定性。采用饱和函数取代控制器中的符号函数,有效消除了控制器的抖振现象。仿真结果证明：与传统的PID控制器相比,提出的自适应鲁棒滑模控制器具有更高的鲁棒性、稳定性和精度。
采用数值模拟和物理实验相结合的方法开展了差速器行星齿轮闭塞式冷成形工艺研究,深入分析了变形过程、金属流动场、成形载荷等,并基于浮动凹模技术设计了三层组合凹模结构。模拟结果表明：金属首先充填小端齿形,且大端齿顶溢流槽的存在显著改善了成形末期金属的流动状态,相比无溢流槽时总成形载荷由9550kN减小至5576kN,合模力减小50.72%,仅为2464kN。最后,进行实验试制,所得齿轮齿形充填完整,表面光洁,无需机加工,成形质量较好。
通过仿真和落锤试验研究了内部加强帽形结构动态压溃时的吸能特性。首先,从理论上分析内部加强对帽形结构吸能特性的影响；然后,根据仿真结果,对内部加强帽型结构的轴向吸能特性进行了分析,并与无内部加强帽形结构进行了对比；最后进行了试验验证。结果表明：通过改变加强结构,帽形结构的轴向压缩稳定性和吸能特性有了很大的提高,且失效现象得到改善,还有利于结构的轻量化。
