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基于电导率对相对介电常数补偿的土壤含水率电容传感器标定方法

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农业机械学报 2024年第8期55卷 344-351页

作者：张西良谢飞洋盛庆元倪梦瑶张家祺徐云峰江苏大学机械工程学院镇江212013 绍兴职业技术学院机电工程与交通学院绍兴312000

针对土壤含水率电容传感器检测精度低,标定模型对盐渍土壤的适用性不高等问题,提出基于电导率对相对介电常数补偿的含水率电容传感器标定法。在标准溶液中建立相对介电常数与传感器输出电压关系对数模型(R^(2)=0.983),进一步基于二元二... 详细信息

针对土壤含水率电容传感器检测精度低,标定模型对盐渍土壤的适用性不高等问题,提出基于电导率对相对介电常数补偿的含水率电容传感器标定法。在标准溶液中建立相对介电常数与传感器输出电压关系对数模型(R^(2)=0.983),进一步基于二元二次回归分析法,建立标准溶液电导率对相对介电常数补偿的相对介电常数与传感器输出电压及电导率的回归标定模型(R^(2)=0.979)。对传感器进行土壤含水率标定,建立土壤体积含水率与相对介电常数关系的三阶多项式标定模型(R^(2)=0.996)。对两步标定模型进行实测,结果表明:土壤电导率为0~2 dS/m时,体积含水率检测最大误差从未电导率补偿时0.0383 m^(3)/m^(3)降至电导率补偿后0.0127m^(3)/m^(3),最大相对误差从12.0200%降至6.2241%。结果表明,在不同电导率的同类土壤中,使用基于电导率对相对介电常数补偿的含水率传感器标定法能明显提高土壤含水率检测精度和对不同电导率土壤(黄土)的适用性。

关键词：土壤含水率含水率电容传感器传感器标定二元回归分析法电导率补偿

温室电动拖拉机旋耕稳定性时序分析与前馈PID控制方法研究

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农业机械学报 2024年第3期55卷 412-420页

作者：杨杭旭周俊齐泽中孙晨阳赖国梁南京农业大学工学院南京210031 金华职业技术学院机电工程学院金华321017

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业... 详细信息

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业中因机具俯仰而出现的响应性差、耕深不稳定和功率突变的问题。建立了温室电动拖拉机旋耕作业的功率模型,并建立了俯仰角-耕深的转换矩阵,得到了旋耕系统实际耕深的转换值;采用时间序列分析预测机身俯仰角,并作为旋耕系统的扰动输入;结合耕深的转换值和预测得到的扰动,采用APF-PID控制器调节旋耕系统的提升机构,将旋耕机维持在目标耕深;在温室内未旋耕和已旋耕的两种地块进行实车试验。结果表明:俯仰角时序预测模型的相关系数可达0.983 2;APF-PID控制的控制性能优于PID控制,在目标耕深6 cm的测试路面中,APF-PID在两种试验地块上的平均耕深分别为6.47 cm和6.44 cm,均方根误差为0.80 cm和0.72 cm,绝对平均误差为0.67 cm和0.58 cm,耕深稳定性系数为89.95%和91.30%,消耗的总能量较PID控制分别降低4.18%和19.13%,较好地实现了温室电动拖拉机旋耕稳定性控制,满足温室作业需求。

关键词：电动拖拉机温室旋耕作业稳定性控制前馈PID 角度预测

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视觉跟踪多转子位移测量

振动工程学报 2024年第1期37卷 113-125页

作者：杨荣良王森伍星柳小勤刘韬昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 云南机电职业技术学院云南昆明650023

针对当前传统振动传感器在测量旋转体位移时受限于安装和测点数量等问题,将高速工业相机作为采集媒介,在转子振动试验台上进行转子振动视频的采集,并利用基于多目标跟踪的视觉振动测量方法跟踪多个转子目标的全场振动位移。将注意力机... 详细信息

针对当前传统振动传感器在测量旋转体位移时受限于安装和测点数量等问题,将高速工业相机作为采集媒介,在转子振动试验台上进行转子振动视频的采集,并利用基于多目标跟踪的视觉振动测量方法跟踪多个转子目标的全场振动位移。将注意力机制引入残差神经网络,结合特征金字塔网络结构建立改进的特征提取骨干网络,并利用身份重新识别方法来强化相邻帧间目标位移的关联性,跟踪旋转体全场振动位移信号。在转子振动位移测量数据集上对不同网络模型进行定性和定量的比较。结果表明,本文构建的网络模型在边界框回归时能够获取更为紧密的贴合度;将采集的电涡流位移信号作为标准量进行两个转子位移信号的对比实验,结果表明,本文多目标跟踪算法拟合的波形和频谱噪声最小,且能与电涡流信号相匹配;在目标对象模糊情况下的实验也证明本文算法所具有的泛化性能,这也体现出视觉测量在旋转体振动位移跟踪领域的工程应用价值。

关键词：视觉测振深度学习多目标视觉跟踪模糊图像旋转体位移测量

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智能农机与机电一体化的互动研究

中国农业资源与区划 2024年第1期45卷 19-19,33页

作者：罗振成张桂枝张家口职业技术学院机电工程学院

智能农机与机电一体化的互动已经成为一个国家实现农业现代化的重要标志。为此,经电子科技大学出版社于2022年6月出版的《智能农机技术路线图:1.0版》一书,首次将智能网联汽车技术和概念应用于农机领域,其论述智能农机技术路径和发展方... 详细信息

智能农机与机电一体化的互动已经成为一个国家实现农业现代化的重要标志。为此,经电子科技大学出版社于2022年6月出版的《智能农机技术路线图:1.0版》一书,首次将智能网联汽车技术和概念应用于农机领域,其论述智能农机技术路径和发展方向,为促进我国农业和农机领域的科技创新、提质增效和转型升级提供有益参考。该书的出版对于推动我国农业现代化进程、保障我国粮食安全具有重要现实意义。

关键词：农业现代化进程技术路线图电子科技大学机电一体化智能网联汽车转型升级智能农机技术路径

自适应窗口旋转优化短时傅里叶变换的变转速滚动轴承故障诊断

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振动工程学报 2024年第6期37卷 1064-1076页

作者：赵一楠剡昌锋孟佳东王宗刚王慧滨吴黎晓兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050 兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 河西学院物理与机电工程学院甘肃张掖734000 漳州卫生职业学院医学技术学院福建漳州363000

针对短时傅里叶变换(STFT)中固定窗效应所导致的能量集中度不高的问题,提出了一种自适应窗口旋转优化短时傅里叶变换(AWROSTFT)的变转速滚动轴承故障诊断方法。通过变分模态分解(VMD)对原始振动信号进行降噪,并利用粒子群优化算法(PSO)... 详细信息

针对短时傅里叶变换(STFT)中固定窗效应所导致的能量集中度不高的问题,提出了一种自适应窗口旋转优化短时傅里叶变换(AWROSTFT)的变转速滚动轴承故障诊断方法。通过变分模态分解(VMD)对原始振动信号进行降噪,并利用粒子群优化算法(PSO)解决了VMD参数选择困难的问题;利用切线思想对STFT中水平窗口自适应匹配一系列的旋转算子,使得窗口旋转方向接近甚至等于瞬时调频率,提高了时频表示的能量集中度;计算出谱峰检测法提取到的瞬时频率与转频的平均比值,将得到的结果与轴承的故障特征系数进行匹配,以此实现变转速工况下滚动轴承的故障诊断。仿真和实验的结果都表明,本文所提方法能够兼顾PSO-VMD和AWROST-FT的优势,通过切线思想自适应的旋转窗口使得信号与窗函数在全局上的夹角都为零,从而达到提高能量集中度和锐化时频脊线的目的,实现了变转速工况下滚动轴承的故障诊断。

关键词：故障诊断时频分析自适应窗口旋转优化短时傅里叶变换变分模态分解变转速

基于银纳米线/聚苯胺纳米复合材料的电致变色薄膜及器件的制备与性能

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机械工程材料 2024年第6期48卷 48-54页

作者：陈光伟郭海伟郑州铁路职业技术学院机电工程学院郑州450018

以质量比分别为1:5,1:15,1:25的银纳米线(AgNWs)和苯胺为原料,采用化学氧化聚合法制备了银纳米线/聚苯胺(AgNWs/PANI)纳米复合材料,喷涂在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上得到AgNWs/PANI电致变色薄膜,将喷涂AgNWs/PANI(质量比为1:15)和聚(3,4-... 详细信息

以质量比分别为1:5,1:15,1:25的银纳米线(AgNWs)和苯胺为原料,采用化学氧化聚合法制备了银纳米线/聚苯胺(AgNWs/PANI)纳米复合材料,喷涂在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上得到AgNWs/PANI电致变色薄膜,将喷涂AgNWs/PANI(质量比为1:15)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)电致变色薄膜的ITO基电极组装得到分层式电致变色器件,研究了AgNWs/PANI电致变色薄膜和电致变色器件的微观形貌和电致变色性能。结果表明:AgNWs/PANI电致变色薄膜中PANI均匀包覆在AgNWs上形成线性核壳结构,当AgNWs和苯胺质量比为1:5时薄膜中有很多AgNWs暴露在外,当质量比为1:25时AgNWs暴露缺陷较少但形成的导电通路连续性差,当质量比为1:15时AgNWs被PANI完美包覆且导电通路连续均匀;与纯PANI电致变色薄膜相比,AgNWs/PANI电致变色薄膜的峰值电流密度、离子扩散速率和光学对比度增大,电荷传递阻抗减小,变色效果明显,电致变色性能提升,AgNWs和苯胺质量比为1:15时电致变色性能最佳;电致变色器件的最大光学对比度为65.2%,着色和褪色过程响应时间分别仅为6.5,4.9 s,经历1 000次恒电位跃迁后光学对比度保留率高达97.7%,着色效率高达124.6 cm^(2)·C^(-1)。

关键词：电致变色银纳米线导电网络聚苯胺

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模型失配下风力涡轮机故障数据驱动诊断策略

机械设计与制造 2024年

作者：陈昉赵嘉媛湖北三峡职业技术学院机电工程学院

水平轴风力涡轮机系统在控制模型与实际数据失配工况下，系统任何运行故障事件都会导致系统偏离其目标并造成性能恶化的问题。因此，提出一种模型失配下的风力涡轮机故障的数据驱动诊断策略，以在存在模型-现实不匹配和建模误差效应的... 详细信息

水平轴风力涡轮机系统在控制模型与实际数据失配工况下，系统任何运行故障事件都会导致系统偏离其目标并造成性能恶化的问题。因此，提出一种模型失配下的风力涡轮机故障的数据驱动诊断策略，以在存在模型-现实不匹配和建模误差效应的工况下，能够实现优良的故障诊断性能。首先建立水平轴风力涡轮机系统的基准模型，并对系统故障场景和故障敏感度分析进行介绍，接着利用数据驱动诊断策略构建系统的故障估计器，并提出了Takagi-Sugeno模糊(TS FS)诊断策略和神经网络非线性自动回归外源输入(NARX NN)诊断策略，最后通过仿真和HIL硬件在环实验对所提出的风力涡轮机故障的数据驱动诊断策略进行了验证，并与已有的非线性几何方法自适应滤波器（NLGA-AF）、模糊递归识别（RFS）和滑模观察器（SMO）进行了比较，实验结果表明，所提出的诊断方案能够更好地应对存在模型-现实不匹配和建模误差效应的工况，并保持优良的鲁棒性和可靠性。

关键词：风力涡轮机模型失配数据驱动诊断故障诊断鲁棒性

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气辅成型工艺参数正交精准设计优化

中国塑料 2024年第7期38卷 62-67页

作者：任清海孙祖东耿铁安阳职业技术学院机电工程学院河南安阳455000 河南工业大学机电工程学院郑州450007

“双碳”目标下,气辅成型技术为塑料成型实现降低碳排放提供了有效途径。为精准规划气辅成型参数,提升气辅成型质量和效率,有效降低碳排放,采用三维数值模拟和成型实验,研究参数交互作用下气辅成型工艺正交优化。结果表明,参数交互作用... 详细信息

“双碳”目标下,气辅成型技术为塑料成型实现降低碳排放提供了有效途径。为精准规划气辅成型参数,提升气辅成型质量和效率,有效降低碳排放,采用三维数值模拟和成型实验,研究参数交互作用下气辅成型工艺正交优化。结果表明,参数交互作用对气体穿透长度影响小,而对气指缺陷的影响显著。极差分析的基础上,获得了优选参数组:熔体温度240℃,注气压力3 MPa,延迟时间4 s,模具温度40℃。经数值模拟和成型实验验证,优选参数组下得到气辅塑件的气体穿透长度及气指指标优良,可用于气辅成型实际生产。

关键词：双碳气辅成型正交试验精准设计优化

基于原子模拟的金属Fe晶界能与晶界取向相关性分析

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金属学报 2024年第9期60卷 1289-1298页

作者：黄曾鑫蒋逸航赖春明吴庆捷刘大海杨亮南昌航空大学工程训练中心南昌330063 南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 湖南化工职业技术学院机电工程学院株洲412000

晶界能(γ)会显著影响金属材料的诸多物理和力学性能,然而bcc金属内γ与晶界取向间相关性特征的认识仍非常有限。为揭示这些潜在特征,本研究采用截断球状双晶分子动力学模型,计算了bcc金属Fe内涵盖0°~180°取向差角(θ)、40个取向差轴... 详细信息

晶界能(γ)会显著影响金属材料的诸多物理和力学性能,然而bcc金属内γ与晶界取向间相关性特征的认识仍非常有限。为揭示这些潜在特征,本研究采用截断球状双晶分子动力学模型,计算了bcc金属Fe内涵盖0°~180°取向差角(θ)、40个取向差轴(O)共1568组倾斜晶界的能量,统计性分析了γ与晶界取向参数的相关性并揭示了相关机理。结果表明,对于具有不同O的晶界,γ随θ的变化趋势在大角度范围内会存在显著差异;从统计性角度来看,γ在θ和偏转角较小时整体上随这2类角度的增大而提高,随后整体保持平稳。非重位点阵晶界的能量并不高于重位点阵(coincidence site lattice,CSL)晶界,在较小θ范围内随θ的变化趋势与CSL晶界相同。当O从取向投影三角形的内部向边部再向顶点变化时,倾斜晶界结构的对称性整体上逐渐升高从而对应能量逐渐降低,顶点附近的能量整体最低。具有低Miller指数或高密排晶界面的晶界并不一定具有较低能量,γ整体上随晶界面对应表面能的增大而升高直至整体保持平稳。γ与重位因子(Σ)整体上无可见相关性,但固定O下γ(θ)曲线上的能量低谷一般都位于具有极小Σ的晶界。此外,还发现bcc金属中γ与晶界取向之间潜在的相关性及规律与fcc金属部分相似或相同。

关键词：晶界晶界能晶体取向 bcc 原子模拟