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基于参数估计-滑模阻抗控制的SEA性能分析

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重庆大学学报 2024年第5期47卷 1-12页

作者：曹学鹏张正李彩红鲁航长安大学工程机械学院机电液一体化研究所西安710064

重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性... 详细信息

重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性能差的问题,提出了基于环境参数估计的滑模阻抗控制方法(environmental parameter estimation sliding mode,EPESM)。以阀控液压缸的活塞位移传递函数为基础建立了基于位置内环的SEA阻抗控制模型,并以PID作为基础控制器;为改善SEA阻抗控制的动态性能,根据Lyapunov第二法构建稳定的自适应环境参数估计方法对SEA期望位置进行前馈补偿;为提升自适应环境参数估计方法在SEA工作过程中不同阶段的动态性能和环境变化适应性,使用模糊控制方法对自适应环境参数估计方法中的自适应参数进行寻优;以SEA状态方程为基础构建滑模控制器与PID控制器进行动态性能对比分析。仿真结果表明:在变SEA弹簧刚度工况和变环境刚度下,EPESM阻抗控制的响应速度明显更快,可将调节时间从平均5 s缩短到1 s内,能更快地达到预期位移和预期接触力,且能略微降低稳态误差,使接触力误差保持在±6 N内。在动态跟踪工况下,EPESM阻抗控制的动态性能更好,在快速进入跟踪状态后,可以长时间保持0.2 s以内的相位滞后和5.2%的幅值误差。

关键词：重载机器人串联弹性执行器阻抗控制模糊-自适应参数估计滑模控制

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基于小波去噪和卷积神经网络的发动机爆震识别

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航空动力学报 2024年第7期39卷 151-160页

作者：胡春明刘铮刘娜宋玺娟杜春媛天津大学内燃机研究所天津300072 天津大学机械工程学院天津300072

在活塞式航空煤油发动机上进行爆震试验研究,首先使用小波去噪对发动机缸压信号进行噪声提取,然后对0°~45°曲轴转角内的噪声信号进行快速傅里叶变换将一维时域噪声信号展开成二维时频域特征图,最后将特征图输入到训练好的卷积神经网络... 详细信息

在活塞式航空煤油发动机上进行爆震试验研究,首先使用小波去噪对发动机缸压信号进行噪声提取,然后对0°~45°曲轴转角内的噪声信号进行快速傅里叶变换将一维时域噪声信号展开成二维时频域特征图,最后将特征图输入到训练好的卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)中进行爆震识别.验证结果表明:轻微和严重爆震都会在10°~30°曲轴转角内产生幅值较大噪声信号,与无爆震循环的时频域特征图有明显区别;在爆震特征提取上小波去噪要优于带通滤波,在爆震特征识别上CNN方法要优于支持向量机(support vector machine,SVM)方法;小波去噪和CNN结合的爆震识别方法对发动机4种不同运行工况的爆震识别准确率都能达到91%以上;小波去噪结合CNN方法对爆震循环的查准率为83.16%,查全率高达98.79%,能够准确地识别出发动机的爆震循环.

关键词：爆震识别活塞式航空煤油发动机小波分析小波去噪深度学习卷积神经网络

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静压气体轴承研究进展及应用

振动工程学报 2024年

作者：冯凯王国庆李文俊安晨辉侯玮杰郝永波李鹏湖南大学机械与运载工程学院天津航天机电设备研究所北京控制工程研究所

静压气体轴承以外部高压气体作为润滑介质，具备亚微米甚至纳米级的运动精度，是超精密运动功能部件的首要支撑形式。经过百余年的发展，研究人员从基础理论到集成应用等多个层面对静压气体轴承都展开了研究，并取得了丰富的研究成果。... 详细信息

静压气体轴承以外部高压气体作为润滑介质，具备亚微米甚至纳米级的运动精度，是超精密运动功能部件的首要支撑形式。经过百余年的发展，研究人员从基础理论到集成应用等多个层面对静压气体轴承都展开了研究，并取得了丰富的研究成果。因此，对其进行系统性的总结与评述显得尤为必要。本文介绍了静压气体轴承的节流方式，并给出相应的理论建模方法。同时，阐述了不同静压气体轴承的润滑机理研究，以及对应的性能优化方法和结果。此外，还总结了静压气体轴承在超精密加工、半导体装备、超精密检测和微低重力模拟等领域的应用。最后，对静压气体轴承的发展趋势进行预测和展望。

关键词：静压气体轴承超精密加工半导体装备超精密检测微低重力模拟

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自行高炮稳定跟踪系统建模与谐振抑制方法

兵工学报 2024年第9期45卷 3029-3043页

作者：江腾耀李伟雷昱胡鑫王伟伟西北机电工程研究所陕西咸阳712099

未来战场的高机动作战环境对自行高炮稳定跟踪系统提出了更高的性能要求,根据自行高炮稳定跟踪系统的机械结构特点,应用动量矩定理及矢量求导,基于牛顿-欧拉方法建立描述伺服电机配以减速机驱动方位炮塔和俯仰身管的多刚体动力学模型。... 详细信息

未来战场的高机动作战环境对自行高炮稳定跟踪系统提出了更高的性能要求,根据自行高炮稳定跟踪系统的机械结构特点,应用动量矩定理及矢量求导,基于牛顿-欧拉方法建立描述伺服电机配以减速机驱动方位炮塔和俯仰身管的多刚体动力学模型。通过对动力学模型的进一步分解,得到方位俯仰姿态角与输入力矩的关系式。综合考虑传动机构的刚度和控制对象的变惯量特性,建立载体运动姿态耦合条件下具有复杂动载荷力矩干扰的双轴稳定跟踪系统控制模型。针对结构谐振设计一种基于极点配置法和变增益加速度反馈的自整定PI控制方法与基于观测等效惯量的自整定陷波器,采用大地坐标系下的等效闭环干扰速率补偿式稳定控制策略,对该控制方法进行仿真验证。仿真结果表明:在传动机构存在连接弹性的条件下,所给出的控制方法实现了稳定误差不大于2.2×10^(-2) mrad、正弦稳定跟踪误差不大于3.5×10^(-2) mrad,具有良好的控制精度和抗扰动性能;在保证系统拥有较快响应速度的同时,有效抑制了伺服电机变速和稳态过程中的机械谐振,显著降低了负载力矩振荡和负载有效转矩值。

关键词：自行高炮动力学模型稳定跟踪控制机械谐振极点配置自整定PI

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基于表面粗糙度和反射率多目标优化的6061铝合金超精密车削工艺研究

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表面技术 2024年第12期53卷 193-206页

作者：王光余靳刚李占杰谭辉詹奇云林怀鑫王晓然天津职业技术师范大学机械工程学院天津300222 天津市高速切削与精密加工重点实验室天津300222 天津航天机电设备研究所天津300301

目的探究工艺参数对6061铝合金滚压件超精密车削性能的影响,对工件超精密车削加工表面粗糙度和表面光学反射率进行协同优化研究。方法首先,对6061铝合金材料表面进行单向超声振动滚压以提高工件表面质量。其次,设计了四因素四水平的超... 详细信息

目的探究工艺参数对6061铝合金滚压件超精密车削性能的影响,对工件超精密车削加工表面粗糙度和表面光学反射率进行协同优化研究。方法首先,对6061铝合金材料表面进行单向超声振动滚压以提高工件表面质量。其次,设计了四因素四水平的超精密车削正交试验,研究了切削工艺参数(主轴转速、进给速度、背吃刀量、刀尖半径)对6061铝合金滚压件表面粗糙度及表面光学反射率的影响规律。最后,采用灰色关联分析方法,将多个工艺目标参数优化问题转化为单目标的灰色关联度优化问题,通过超精密车削试验对优化结果进行验证。结果主轴转速对表面粗糙度Ra和Sa的影响最显著,其次是刀尖半径和背吃刀量,进给速度的影响最小;工艺参数对可见光波段和中红外光波段反射率的影响程度与表面粗糙度一致,各参数按对近红外光波段反射率影响程度由大到小的顺序依次为背吃刀量、刀尖半径、进给速度、主轴转速;通过灰色关联分析获得优化工艺参数组合为主轴转速3000 r/min、进给速度10 mm/min、背吃刀量5μm、刀尖半径0.5 mm,此时对应的表面粗糙度R_(a)和S_(a)分别为2.162 nm和7.855 nm,可见光、近红外光、中红外光波段反射率分别为88.892%、88.893%、97.788%。结论通过优化结果能够有效降低表面粗糙度、提升表面光学反射率,对制造高水平金属反射镜具有十分重要的现实意义和研究价值。

关键词：单点金刚石车削 6061铝合金正交试验表面粗糙度表面光学反射率灰色关联分析

真空环境下微孔节流气体静压止推轴承静动态特性

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机械工程学报 2024年

作者：寇新俊于贺春臧立彬李广平侯月婷李鹏张国庆侯玮杰中原工学院机电学院天津航天机电设备研究所天津大学机械工程学院湖南大学机械与运载工程学院

当前常压环境下气浮式微低重力模拟试验难以适应遥感卫星敏捷机动姿态控制高精度要求，而真空环境气浮技术是实现无风阻高保真微低重力模拟试验的重要途径。以地面高保真微低重力仿真试验核心部件微孔节流气体静压轴承为研究对象，对真... 详细信息

当前常压环境下气浮式微低重力模拟试验难以适应遥感卫星敏捷机动姿态控制高精度要求，而真空环境气浮技术是实现无风阻高保真微低重力模拟试验的重要途径。以地面高保真微低重力仿真试验核心部件微孔节流气体静压轴承为研究对象，对真空环境下气体静压轴承静动态特性进行了研究。首先，理论分析了环境压力对轴承气膜内流场的影响；然后，建立仿真模型计算了不同环境压力下气膜内压力分布和流速变化规律；最后，通过常压和真空环境轴承静动态性能测试试验，揭示了环境压力对轴承静动态性能影响规律。结果表明，在真空环境中，环境压力的降低使得轴承气膜内外压差增大，承载力提高；轴承气膜内压力下降速率加快、气体流速增大、涡流面积增加，导致动态稳定性降低，容易诱发轴承自激振动。

关键词：真空环境微孔节流微低重力仿真静动态特性试验研究

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弹丸定心部-身管接触模型及其应用

振动与冲击 2024年第6期43卷 157-170页

作者：缪伟尹强钱林方南京理工大学机械工程学院南京210094 西北机电工程研究所陕西咸阳712099

研究弹丸定心部与炮膛的接触现象对于理解弹丸膛内运动规律具有重要的意义,为此提出一个弹丸定心部-身管接触模型。假设定心部与阳线间的接触应力只沿阳线长度方向变化,将阳线表面简化成空间曲线;用阳线围成的笼形结构描述内膛的几何,... 详细信息

研究弹丸定心部与炮膛的接触现象对于理解弹丸膛内运动规律具有重要的意义,为此提出一个弹丸定心部-身管接触模型。假设定心部与阳线间的接触应力只沿阳线长度方向变化,将阳线表面简化成空间曲线;用阳线围成的笼形结构描述内膛的几何,提出了定心部与阳线的接触检测算法。将弹丸和身管沿着圆周方向展开,使用一个二维接触问题的解析解计算接触应力。针对接触应力的方根奇异性,采用Chebyshev-Gauss积分公式计算定心部与阳线的接触载荷。给出了确定模型参数的拟合方法和参数辨识方法。理论分析表明定心部与炮膛的接触刚度随着弹丸膛内行程变化。根据数值算例分析了弹丸质心偏移量对定心部与炮膛接触方式及前定心部磨损刻痕形成的影响。计算结果表明定心部受力的等效接触点并不位于定心部中心或棱线上。

关键词：接触力模型弹-管接触发射动力学参数辨识

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实现纹波电流还原的PMSM端口模拟算法

汽车工程 2024年第8期46卷 1469-1478页

作者：李易庭高泽鹏李梦梦王普毅北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072 西北机电工程研究所咸阳712099

电机模拟器作为一种模拟电机端口特性的三相电力电子装置,为电驱动系统的测试提供了高效的测试手段。电机模拟器还原目标电机端口特性的标志是精确还原目标电机的工作电流,现有研究实现了基波电流及较低阶次谐波电流的还原,但针对电机... 详细信息

电机模拟器作为一种模拟电机端口特性的三相电力电子装置,为电驱动系统的测试提供了高效的测试手段。电机模拟器还原目标电机端口特性的标志是精确还原目标电机的工作电流,现有研究实现了基波电流及较低阶次谐波电流的还原,但针对电机在电机控制器驱动下的高频纹波电流的还原仍严重依赖滤波电感与目标电机电感的匹配,降低了电机模拟器的通用性。为此,本文基于电路等效虚拟法将永磁同步电机等效电路拆分为两部分,一部分由电机模拟器实际电路代替,另一部分由控制算法模拟,并结合无差拍电流预测控制对控制差拍进行了补偿,提出了前馈解耦无差拍电流跟随策略。实验结果表明,基于新提出的永磁同步电机端口模拟算法,电机模拟器可以在不更换电感的情况下模拟不同参数的永磁同步电机,高频纹波电流的频域跟踪误差从传统策略的160%降低至20%,显著提高了电机模拟器对永磁同步电机端口特性的模拟精度。

关键词：电动汽车电机模拟器前馈解耦控制电机控制

附面层吸入条件下非轴对称静子对风扇流场影响数值研究

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推进技术 2024年第3期45卷 160-171页

作者：傅文广王维佳孙鹏王春雪赵伟中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 北京动力机械研究所北京100074

附面层吸入导致进气道与风扇气动交界面处产生严重的总压、旋流畸变,进而使得风扇效率、稳定性降低,是制约其应用的主要问题之一。为了提高风扇的抗畸变能力,本文对风扇静子进行了非轴对称设计和数值仿真计算。结果表明:相较于原型风扇... 详细信息

附面层吸入导致进气道与风扇气动交界面处产生严重的总压、旋流畸变,进而使得风扇效率、稳定性降低,是制约其应用的主要问题之一。为了提高风扇的抗畸变能力,本文对风扇静子进行了非轴对称设计和数值仿真计算。结果表明:相较于原型风扇,非轴对称静子效率提高0.31个百分点,失速裕度提高50.5%,风扇内部流场有明显改善,扩压因子减小,畸变区静叶叶尖吸力面角区分离范围显著降低,叶片通道通流能力上升。非轴对称静子改型方案通过改变畸变区静叶进口几何角与弦长,使静叶冲角基本不变,稠度增加,气流在吸力面上不易发生分离,从而使得角区分离范围减小,流动损失降低,风扇性能提升。

关键词：附面层吸入非轴对称静子扩压因子失速裕度角区分离