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改进LuGre模型的挖掘机器人摩擦补偿控制

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电子测量与仪器学报 2024年第2期38卷 139-147页

作者：姜金叶冯浩常潇丹殷晨波曹东辉李春彪谢家学南京信息工程大学计算机学院南京210044 南京信息工程大学人工智能学院南京210044 雄宇重工集团股份有限公司无锡214100 南京工业大学挖掘机关键技术联合研究所南京211816 三一重机有限公司昆山215300

非线性摩擦会降低挖掘机器人电液伺服系统的动静态性能,引起轨迹爬行、平峰和稳态误差等现象。经典LuGre摩擦模型仅与速度有关,内部鬃毛状态变量无法准确测量,无法全面描述复杂的挖掘机器人电液伺服系统摩擦特性。本文综合考虑电液伺服... 详细信息

非线性摩擦会降低挖掘机器人电液伺服系统的动静态性能,引起轨迹爬行、平峰和稳态误差等现象。经典LuGre摩擦模型仅与速度有关,内部鬃毛状态变量无法准确测量,无法全面描述复杂的挖掘机器人电液伺服系统摩擦特性。本文综合考虑电液伺服系统位置、速度和方向等信息,设计了一种改进的LuGre摩擦模型,同时引入速度阈值解决了弹性鬃毛平均变形状态观测器不稳定问题。其次,为了解决传统优化算法陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,通过引入惯性权重、异步变化和精英突变操作改进基本粒子群优化算法,以精准快速辨识出改进LuGre摩擦模型中的6个未知参数。最后,结合辨识出的摩擦模型,基于结构不变性原理设计前馈摩擦补偿控制器,并在23吨挖掘机器人进行了正弦和三角波不同工况下的轨迹跟踪实验。实验结果表明,传统的比例积分微分控制器跟踪误差最大,三角轨迹最大跟踪误差达到了29.68 mm,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器仅为9.70 mm,误差减小了67.31%,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器可以有效提升挖掘机器人的轨迹跟踪精度。

关键词：电液伺服系统摩擦辨识粒子群优化算法摩擦补偿 LuGre模型

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挖掘机回转装车工况下轨迹规划方法研究

制造业自动化 2024年第6期46卷 67-72,112页

作者：苏晗马伟殷晨波杨中良王大宇南京工业大学车辆与工程机械研究所江苏南京211816 三一集团有限公司湖南长沙410000 三一重机有限公司江苏昆山215300 中国工程机械工业协会山西太原030000

为解决挖掘机自动化作业相关问题,在回转装车工况下,对挖掘机作业过程的路径规划和轨迹规划进行研究。采用基于人工鱼群算法进行路径规划,规划了一条路径最短且无碰撞的铲斗齿尖路径,在举升回转过程、卸料过程和空斗回转过程采用基于高... 详细信息

为解决挖掘机自动化作业相关问题,在回转装车工况下,对挖掘机作业过程的路径规划和轨迹规划进行研究。采用基于人工鱼群算法进行路径规划,规划了一条路径最短且无碰撞的铲斗齿尖路径,在举升回转过程、卸料过程和空斗回转过程采用基于高次多项式插值法进行轨迹规划,通过轨迹规划中复合动作速度约束验证证明了挖掘机的液压系统性能可以满足规划轨迹的速度要求。而在挖掘过程中采用基于5次NURBS曲线拟合的轨迹规划方法,并通过轨迹跟踪控制实验验证了提出的轨迹规划方法的可行性。

关键词：挖掘机人工鱼群算法路径规划轨迹规划

基于红外热成像检测技术的焊接裂纹深度定量识别研究

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热加工工艺 2023年第19期52卷 128-132,138页

作者：宋飞殷晨波杜雪雪陈曦南京工业大学车辆与工程机械研究所江苏南京211816

针对起重机金属结构焊接裂纹缺陷定量检测的需求,研究了红外热成像检测技术在缺陷深度定量识别上的应用。先后介绍了脉冲热像法和脉冲相位法的技术原理;基于COMSOL软件建立了裂纹缺陷试件的热分析模型并进行了仿真分析,得到了不同深度... 详细信息

针对起重机金属结构焊接裂纹缺陷定量检测的需求,研究了红外热成像检测技术在缺陷深度定量识别上的应用。先后介绍了脉冲热像法和脉冲相位法的技术原理;基于COMSOL软件建立了裂纹缺陷试件的热分析模型并进行了仿真分析,得到了不同深度缺陷处的温度响应。在此基础上对比分析了脉冲热像法和脉冲相位法的缺陷深度预测精度。结果表明,利用脉冲热像法根据温差峰值时间来预测缺陷深度,对浅层缺陷有不错的效果,而利用脉冲相位法根据盲频与缺陷深度的关系进行深度预测,则可实现更大深度缺陷的定量识别。

关键词：红外热成像焊接裂纹检测傅里叶变换缺陷深度预测

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基于AMESim的平衡阀动态性能分析

农业机械学报 2013年第8期44卷 273-280页

作者：袁士豪殷晨波刘世豪南京工业大学车辆与工程机械研究所南京210009 海南大学机电工程学院海口570228

分析了一种新型平衡阀的静态性能,得到承载能力与主阀芯弹簧刚度K、流量q、节流系数的倒数Cq-1、节流口水力周长倒数w-1、油液密度平方根ρ0.5、节流口压差Δp的乘积以及负载液压缸有效直径与液压缸伸出杆有效直径之比R呈正比。运用AME... 详细信息

分析了一种新型平衡阀的静态性能,得到承载能力与主阀芯弹簧刚度K、流量q、节流系数的倒数Cq-1、节流口水力周长倒数w-1、油液密度平方根ρ0.5、节流口压差Δp的乘积以及负载液压缸有效直径与液压缸伸出杆有效直径之比R呈正比。运用AMESim进行动态模拟,分析结果表明增大控制压力pc可以加快负载稳态运行速度,但不会对负载动态性能造成较大影响;减小主弹簧刚度K可以加快负载运行速度,却会使负载动态变化时间加长;负载质量M的变化会对速度的动态过渡时间产生影响,却不影响负载最终运行速度;主阀芯右侧端面直径D的变化对负载动态特性的变化无显著影响;减小负载液压缸有效直径与液压缸伸出杆有效直径之比R可以加快负载速度,但对速度动态过渡时间无影响。

关键词：平衡阀承载性能 AMESim 动态性能仿真

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电液伺服系统多PID控制器参数整定优化

控制理论与应用 2023年

作者：冯浩姜金叶宋倩玉马伟殷晨波曹东辉三一重机有限公司南京信息工程大学人工智能学院南京信息工程大学计算机学院南京工业大学挖掘机关键技术联合研究所

为了解决挖掘机器人动臂、斗杆和铲斗不同电液伺服系统中多个PID控制器参数优化的难题,提高挖掘机器人铲斗齿尖轨迹跟踪精度,采用改进的PSO(粒子群算法)对多PID控制器参数进行整定优化.首先,建立电液伺服系统的数学机理模型,在理论模型... 详细信息

为了解决挖掘机器人动臂、斗杆和铲斗不同电液伺服系统中多个PID控制器参数优化的难题,提高挖掘机器人铲斗齿尖轨迹跟踪精度,采用改进的PSO(粒子群算法)对多PID控制器参数进行整定优化.首先,建立电液伺服系统的数学机理模型,在理论模型的基础上,采用递推最小二乘辨识法(RLS)得到实际的机理模型.其次,提出一种改进的PSO算法,采用非线性自适应惯性权重、引入异步变化策略、设计精英变异方法.接着,搭建仿真验证平台,跟踪正弦轨迹,比较传统Z-N参数整定方法、基本PSO算法和改进PSO算法的差别.最后,以挖掘机器人最常见的整平为代表工况,基于23吨挖掘机器人实验平台进行实验验证.实验结果表明,改进PSO算法的跟踪精度最高,与基本PSO算法相比,明显提高了轨迹跟踪精度.

关键词：电液伺服系统机器人轨迹控制粒子群算法智能控制

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起重机械金属结构缺陷的热成像技术研究

红外技术 2022年第7期44卷 741-749页

作者：谢文昕马伟杜雪雪倪佳敏殷晨波南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京211816

对起重机械金属结构裂纹缺陷的识别是红外热成像检测技术的新方向。介绍了脉冲红外热成像技术检测原理,设计了脉冲红外热成像检测系统,并根据脉冲红外热成像检测系统搭建了脉冲红外热成像检测系统实验平台。采用中值滤波和巴特沃斯低通... 详细信息

对起重机械金属结构裂纹缺陷的识别是红外热成像检测技术的新方向。介绍了脉冲红外热成像技术检测原理,设计了脉冲红外热成像检测系统,并根据脉冲红外热成像检测系统搭建了脉冲红外热成像检测系统实验平台。采用中值滤波和巴特沃斯低通滤波对实验中采集到的红外图像进行图像处理,并针对以上算法处理后缺陷轮廓边缘模糊的问题,提出了巴特沃斯带通滤波算法。对图像进行阈值分割、边缘检测后提取出缺陷轮廓特征,根据平板试件的实际尺寸和轮廓特征图像像素之间的换算关系,最终得到裂纹缺陷的识别精度。经过对比验证,脉冲红外热成像技术可以满足对起重机械金属结构裂纹缺陷检测的检测需求。

关键词：起重机械脉冲红外热成像金属裂纹检测缺陷轮廓定量识别

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挠性气体动压径向轴承的理论分析

润滑与密封 1995年第6期20卷 37-42,10页

作者：殷晨波柯婉贞南京建筑工程学院南京航空航天大学

本文对挠性气体动压径向轴承提出了一种新的理论分析方法。用等参有限元法分析二维动压润滑,借助于约束矩阵和简化递推算法求解弹性体变形,得到了一定转速和偏心距下的气膜厚度和压力分布,计算了轴承的承载能力、刚度和起动力矩等性能... 详细信息

本文对挠性气体动压径向轴承提出了一种新的理论分析方法。用等参有限元法分析二维动压润滑,借助于约束矩阵和简化递推算法求解弹性体变形,得到了一定转速和偏心距下的气膜厚度和压力分布,计算了轴承的承载能力、刚度和起动力矩等性能参数。

关键词：轴承有限元弹性接触动压轴承分析

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异型分压阀口节流槽节流特性研究

农业机械学报 2014年第1期45卷 321-327页

作者：袁士豪殷晨波叶仪刘世豪南京工业大学车辆与工程机械研究所南京210009 海南大学机电工程学院海口570228

异型分压节流槽在分散节流阀口压降集中,减小阀口空化剧烈程度方面具有非常重要的意义。通过分析U型和V型分压节流阀口各自通流截面的水力直径D h,得出了U型节流槽和V型节流槽通流能力方面的差异。通过两种节流槽节流特性的研究发现:对... 详细信息

异型分压节流槽在分散节流阀口压降集中,减小阀口空化剧烈程度方面具有非常重要的意义。通过分析U型和V型分压节流阀口各自通流截面的水力直径D h,得出了U型节流槽和V型节流槽通流能力方面的差异。通过两种节流槽节流特性的研究发现:对于U型节流槽,当处于较大阀口开度时,其通流能力受到限制,会出现通流性能饱和现象;而对于V型节流槽,其水力直径D h与阀口开度X具有较好线性关系,并且其流量可控性要好于U型节流槽。另外从异型节流阀口的特点出发,推导了适用于分压节流阀口的空化特性计算公式,并在此基础上发现当阀口体积流量Q方向相反时,在阀口过流截面上的空化特性是有差异的;当液流体积流量Q从较大过流截面A1流向相对较小的过流截面A2时,在节流主要截面A2附近的空化指数σ要明显大于当体积流量翻转时在A2附近的空化指数;并从理论上解释了该现象的产生原因。

关键词：多路换向阀分压节流槽通流能力水力直径空化特性

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静压支承导轨密封边的油膜特性

中南大学学报（自然科学版） 2015年第9期46卷 3260-3266页

作者：叶仪殷晨波贾文华周玲君南京工业大学车辆与工程机械研究所江苏南京211816 南京工程学院机械工程学院江苏南京211167

基于理论分析,研究静压支承系统中静压油垫的承载力和刚度特性。利用Coons曲面法建立壁面粗糙形貌符合高斯分布的油膜三维模型,采用数值模拟手段从微观的角度分析粗糙度对密封边油膜性能的影响。研究结果表明:设计参数ηo存在1个理论最... 详细信息

基于理论分析,研究静压支承系统中静压油垫的承载力和刚度特性。利用Coons曲面法建立壁面粗糙形貌符合高斯分布的油膜三维模型,采用数值模拟手段从微观的角度分析粗糙度对密封边油膜性能的影响。研究结果表明:设计参数ηo存在1个理论最优值使得油垫承载刚度达到最大。受粗糙度影响,油膜压力分布呈现随机波动性。油膜承载力与流动速度保持线性增加关系,但随厚度的增加逐渐降低,降低幅度不断减小。相对粗糙度越大油膜承载力越高,且承载力的增加量几乎不受油膜厚度变化的影响,而流动速度变化时,承载力的增加表现为变化率基本相等。

关键词：静压支承油膜承载力刚度粗糙度