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考虑热误差的电主轴建模与可靠性全局灵敏度分析

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 675-682页

作者：黄贤振于瑞姜智元荣治明东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819 大连海洋大学应用技术学院辽宁大连116300

以数控机床电主轴为研究对象,旨在分析其轴向热伸长量对电主轴可靠性的影响.采用Svenska Kullager-Fabriken(SKF)摩擦力矩模型对轴承生热量进行分析,设定对流换热系数为边界散热条件,建立了热分析有限元耦合模型,求解电主轴的温度以及... 详细信息

以数控机床电主轴为研究对象,旨在分析其轴向热伸长量对电主轴可靠性的影响.采用Svenska Kullager-Fabriken(SKF)摩擦力矩模型对轴承生热量进行分析,设定对流换热系数为边界散热条件,建立了热分析有限元耦合模型,求解电主轴的温度以及轴向热伸长分布.将有限元模型与实验结果进行对比,验证了建立的有限元模型的准确性.考虑随机因素的影响,建立电主轴热变形可靠性分析模型,并采用Kriging模型进行可靠性求解.对电主轴热误差可靠性全局灵敏度进行分析,结果表明,转速和冷却水流量对可靠度影响较大,轴向力和径向力对可靠度影响较小.

关键词：电主轴热特性有限元分析 Kriging模型可靠性全局灵敏度

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轴流压气机性能预测及喘振/堵塞流量边界分析

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工程热物理学报 2024年第3期45卷 733-740页

作者：孙伟文王巍王晓放大连理工大学能源与动力学院大连116024 大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室大连116024

轴流压气机一维分析在压气机设计及性能快速预测领域具有重要作用,本文基于广泛实验得到的冲角、落后角及各类总压损失模型,建立了逐叶片排计算的一维平均中径程序,利用NASA 2级压气机验证了程序计算精度。通过对四类失速边界模型和三... 详细信息

轴流压气机一维分析在压气机设计及性能快速预测领域具有重要作用,本文基于广泛实验得到的冲角、落后角及各类总压损失模型,建立了逐叶片排计算的一维平均中径程序,利用NASA 2级压气机验证了程序计算精度。通过对四类失速边界模型和三种堵塞边界模型的预测结果对比,分析各类模型在不同转速下的适用性,对压气机流量边界的一维预测提供指导,同时基于速度比提出了一种堵塞边界预测方法,取得较好的效果。

关键词：轴流压气机一维平均中径法特性仿真流量边界预测

基于深度学习图像特征的动态环境视觉SLAM方法

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 156-163页

作者：刘冬于涛丛明杜宇大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

针对传统的视觉同时定位与地图构建(SLAM)算法依赖的特征提取方法多为人为设计的图像特征,存在动态物体、光照条件改变等动态情形不够稳定,容易产生丢失跟踪的问题,提出了一种基于深度学习的、稳定的、实时的图像特征提取与匹配方法.对... 详细信息

针对传统的视觉同时定位与地图构建(SLAM)算法依赖的特征提取方法多为人为设计的图像特征,存在动态物体、光照条件改变等动态情形不够稳定,容易产生丢失跟踪的问题,提出了一种基于深度学习的、稳定的、实时的图像特征提取与匹配方法.对带有注意力机制的神经网络模型通过多任务蒸馏训练的方式进行训练,实现面向光线条件剧烈改变的场景特征提取与匹配,并且基于全局特征与局部特征,提出基于分级特征的重定位方法,提高系统整体的精度与稳定性,同时具有实时性.在同一场景不同光照角度的图像对上与Superpoint特征进行特征提取匹配对比测试,并且在TUM数据集上与ORB SLAM2及GCN SLAM进行定位精度对比测试,结果表明:所提出的方法能够在光照条件剧烈改变情况下提取足够稳定的特征,并且在fr3/sitting_static与fr3/walking_static上表现优于其他两种方法,轨迹均方根误差为6.131 mm和124.493 mm.最后在真实室内环境下进行了稀疏建图,并且验证了改进的重定位方法的有效性.

关键词：视觉同时定位与地图构建(SLAM) 深度学习注意力多任务蒸馏特征提取

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船舶动力定位非线性模型预测控制

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 129-135页

作者：张泉郭晨大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

针对受船舶运动状态和推力饱和约束影响的动力定位控制问题,本文提出了一种非线性模型预测控制方法。依据多面体描述理论建立了船舶动力定位多面体描述偏差模型,针对上述模型采用线性矩阵不等式设计非线性模型预测控制器中的终端要素,... 详细信息

针对受船舶运动状态和推力饱和约束影响的动力定位控制问题,本文提出了一种非线性模型预测控制方法。依据多面体描述理论建立了船舶动力定位多面体描述偏差模型,针对上述模型采用线性矩阵不等式设计非线性模型预测控制器中的终端要素,并证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明:设计的控制器能在满足约束条件和受环境干扰条件下快速控制船舶稳定在计划航向和计划船位,验证了控制器的有效性和本质鲁棒性。

关键词：动力定位模型预测控制约束满足问题运动控制多面体描述系统线性矩阵不等式终端约束渐进稳定性

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高性能制造:设计与制造的协同机制

机械工程学报 2024年第1期60卷 2-12页

作者：宋学官李昆鹏胡正国郭东明大连理工大学机械工程学院大连116024

高性能制造,是由以几何精度为主的制造上升到以产品性能的精准保证为目标的制造,其作为推动我国装备制造业升级的引擎,以及引领传统制造理念提升的旗帜,对国家装备产业的发展具有十分重要的意义。高性能制造理论指出,传统的装备制造流... 详细信息

高性能制造,是由以几何精度为主的制造上升到以产品性能的精准保证为目标的制造,其作为推动我国装备制造业升级的引擎,以及引领传统制造理念提升的旗帜,对国家装备产业的发展具有十分重要的意义。高性能制造理论指出,传统的装备制造流程形成了设计、制造、服役等严格的上下游关系,一定程度上了推动了多任务协作能力,提高了装备制造的效率。然而,不容忽视的事实是,这种设计、制造的单向串行模式人为割裂了设计环节与制造环节的耦合作用,在提高制造效率的同时,亦不可避免地制约了高端装备性能的进一步提升。作为高性能制造理论的重要组成部分,针对上述设计、制造之间的耦合作用,展开了进一步的讨论。首次采用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件,从数学角度定量定式的揭示了传统设计制造“不协同”的根源所在,并针对这些不足,给出串行、并行和循环模式的高性能制造解决方案和求解方法。为打破我国高端装备/零部件的高性能制造瓶颈,进一步推动我国高端装备高性能制造的发展提供了理论与技术参考。

关键词：高端装备/零部件高性能制造设计与制造协同并行模式循环模式

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天然气水合物降压开采相变的热力学特性研究

工程热物理学报 2024年第9期45卷 2580-2585页

作者：田梦茹董爽李静杨明军宋永臣郑嘉男大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室大连116024 浙江大学上海高等研究院上海201203

天然气水合物开发是国家重大战略需求,距离其商业化开发还需要进一步提产增效,如何实现天然气水合物高效开采需要依托于水合物热力学机制。传统水合物热力学研究局限于相平衡特性,缺乏水合物分解过程非平衡热力学角度的考量,同时水合物... 详细信息

天然气水合物开发是国家重大战略需求,距离其商业化开发还需要进一步提产增效,如何实现天然气水合物高效开采需要依托于水合物热力学机制。传统水合物热力学研究局限于相平衡特性,缺乏水合物分解过程非平衡热力学角度的考量,同时水合物分解过程中可能伴随结冰和融冰,复杂传热和传质条件下水合物开采过程的热力学特性亟待阐明。本研究利用一套2 L的天然气水合物降压开采实验系统,模拟不同分布的水合物储层,在0.55 L/min(标准工况)的恒定排气速率下开展长降压(至1.0 MPa)过程水合物开采研究,结果表明降压过程中水合物区域温度与压力之间存在着只受水合物分解控制的非平衡热力学关系(T[℃]=8533.8/{38.98-ln(1000p[MPa])}-275.25),并且不受储层温度梯度影响。吉布斯相律表明相变过程热力学自由度为1,天然气水合物开采属于相变过程,其温度压力的定量关系吻合热力学理论。当水合物降压到2.1~2.3 MPa左右时,储层内出现瞬时结冰,导致温度突增并加速水合物分解,由于排气速率恒定,聚集的气体使压力最高上升到2.36 MPa,分析发现结冰前后水合物储层温度和压力仍满足水合物的非平衡热力学相图。本研究阐明了天然气水合物开采过程热质传递作用存在条件下相变热力学机制,能够为开采现场监测进程提供更为实用的理论依据。

关键词：天然气水合物相变过程水合物分解冰非平衡热力学

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干扰条件下无人艇编队有限时间同步控制

自动化学报 2024年第5期50卷 1047-1058页

作者：王端松李东禹梁晓玲皖西学院电气与光电工程学院六安237012 北京航空航天大学网络空间安全学院北京100191 大连海事大学轮机工程学院大连116026

针对有限时间控制中各状态分量收敛时间不同问题,提出一种无人艇编队有限时间同步控制框架,在此框架下设计的有限时间同步编队控制方法可巧妙地达到无人艇所有自由度编队误差在同一时刻收敛到平衡点.首先,针对现有干扰观测器与时间同步... 详细信息

针对有限时间控制中各状态分量收敛时间不同问题,提出一种无人艇编队有限时间同步控制框架,在此框架下设计的有限时间同步编队控制方法可巧妙地达到无人艇所有自由度编队误差在同一时刻收敛到平衡点.首先,针对现有干扰观测器与时间同步稳定框架不兼容问题,设计有限时间同步干扰观测器;然后,利用比例保持特性设计有限时间同步编队控制器,并验证了所提控制方法的稳定性;最后,通过3艘无人艇编队进行仿真实验,实验结果验证了所提控制方法的有效性和优越性.所提控制方法对有限时间同步控制需求的航海、航空航天和工业领域具有现实意义.

关键词：时间同步控制无人艇编队有限时间控制干扰观测器

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公交车生态车速引导与信号优先协同优化模型

中国公路学报 2024年第6期37卷 240-252页

作者：王雅薇李欣胡家华大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连116026 大连海事大学综合交通运输协同创新中心辽宁大连116026

由于公交信号优先与节能驾驶的控制目标不一致,导致2种策略难以有效融合以提升公交优先效率和环境效益。针对此问题,提出一种公交车生态车速引导与信号优先协同优化模型,以廊道控制区域内公交车乘客、社会车辆乘客的交叉口延误最小化、... 详细信息

由于公交信号优先与节能驾驶的控制目标不一致,导致2种策略难以有效融合以提升公交优先效率和环境效益。针对此问题,提出一种公交车生态车速引导与信号优先协同优化模型,以廊道控制区域内公交车乘客、社会车辆乘客的交叉口延误最小化、公交车燃料消耗最小化以及公交车实际到站时间与时刻表偏差最小化为目标,考虑车辆运动状态约束、公交站点运营约束以及信号灯约束,基于滚动优化框架对公交车生态车速和信号配时方案进行协同优化。通过基于仿真数据、真实场景的数值试验对所提出模型的有效性进行验证,并针对公交车流量和社会车流量进行了敏感性分析。结果表明,所提模型在不同公交车流量、社会车流量水平下均具有明显优势,与信号优化模型相比,公交车平均交叉口延误在不同公交车流量水平下最大下降幅度达到31.99%,在不同社会车流量水平下最大降幅达到23.13%,燃料消耗在不同公交车流量水平下最大下降幅度达到12.66%,在不同社会车流量水平下最大降幅达到9.61%,社会车辆平均交叉口延误最大降幅均为8.23%;重庆市一条公交廊道的真实场景测试结果表明,所提模型相较于信号优化模型能够保障公交准点率并明显减少公交车速波动,燃料消耗、公交车车均交叉口延误、社会车辆延误降幅分别为7.04%、32.61%、4.37%;所提模型能够在保证公交运营稳定性的同时,获得显著的公交优先和低碳效益,并在一定程度上降低公交优先对社会车辆的影响。

关键词：交通工程节能驾驶滚动规划网联公交信号灯优先

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基于降维映射的五轴U摆线铣削刀轨生成研究

机械工程学报 2024年第5期60卷 362-377页

作者：冯景洋魏兆成王敏杰舒鑫张勇雍建华大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024 沈阳鼓风机集团股份有限公司沈阳110869

刀具轨迹生成作为数控加工的重要组成部分,是包含铣削方式、刀具工件结构以及加工余量等多因素在内的复杂体系。U摆线铣削是在摆线铣削基础上结合侧铣加工特性的走刀策略,能够以大轴向切深完成粗加工,平稳切入切出的走刀形式可以有效平... 详细信息

刀具轨迹生成作为数控加工的重要组成部分,是包含铣削方式、刀具工件结构以及加工余量等多因素在内的复杂体系。U摆线铣削是在摆线铣削基础上结合侧铣加工特性的走刀策略,能够以大轴向切深完成粗加工,平稳切入切出的走刀形式可以有效平滑切削力,分散局部载荷。以整体叶轮流道为目标,提出一种基于降维映射的U摆线铣削刀轨生成方法。建立U摆线铣削几何模型,定义摆线表征参数并给出摆线残留量计算方法。根据刀具运动规律将轨迹离散为系列微元,以刀具与前一刀轨迹的交点为划分依据将轨迹划分为多个区域,分别获得相应摆线位置角下刀-工包角计算方法。安排了系列实验,验证了U摆线铣削在切削力及刀具磨损方面的加工优势。结合U摆线铣削特征建立铣削边界预处理方法,考虑到三维空间刀具轨迹计算复杂,定义空间几何域及降维参数域,在此基础上给出平铺微弧的降维映射方法并分别在不同摆线区间计算降维轨迹。为获得无干涉U摆线铣削刀轴矢量,借助等参数方程建立双向比例域映射算法,通过求解系列偏转角度实现任意矢量逆映射。最后将轨迹矩阵编码为通用机床语言,通过仿真算例及铣削实验验证刀轨生成方法的可行性。

关键词： U摆线铣削降维映射刀-工包角五轴铣削刀具轨迹