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基于多层MPC框架的类车机器人调速路径跟踪

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工程科学学报 2024年第8期46卷 1469-1478页

作者：张俊娜白国星山西机电职业技术学院长治046011 北京科技大学机械工程学院北京100083 唐山冀东装备工程股份有限公司唐山063200

针对类车机器人路径跟踪控制的研究工作尚未考虑主动调速与路径跟踪之间的关联,现有控制系统为了保证较高的路径跟踪控制精度只能将纵向速度设置为较低值.同时,在其他移动装备的主动调速路径跟踪控制策略中,以模型预测控制(Model predic... 详细信息

针对类车机器人路径跟踪控制的研究工作尚未考虑主动调速与路径跟踪之间的关联,现有控制系统为了保证较高的路径跟踪控制精度只能将纵向速度设置为较低值.同时,在其他移动装备的主动调速路径跟踪控制策略中,以模型预测控制(Model predictive control,MPC)为基础的多层模型预测控制(Multilayer MPC,MMPC)具有对于误差来源兼容性较强的优势,但是现有系统采用速度较高时精度不佳的线性模型预测控制(Linear MPC,LMPC)作为底层路径跟踪控制算法,因此纵向行驶速度仍然较低.针对这些问题,结合基于MMPC的主动调速路径跟踪控制框架、精确性和实时性均较好的前馈模型预测控制(Feedforward MPC,FMPC)底层路径跟踪控制算法与长时域预测精度较高的非线性模型预测控制(Nonlinear MPC,NMPC)顶层速度决策算法,构建了新的基于MMPC框架的主动调速路径跟踪控制系统.通过MATLAB和CarSim联合仿真对提出的MMPC系统进行了测试.提出的MMPC系统可以在平均行驶速度较高时实现较高精度的路径跟踪,在平均行驶速度为4.2859 m·s^(-1)时,位移误差的最大幅值为0.1838 m,航向误差的最大幅值为0.1350 rad.在纵向速度较高时,提出的MMPC相比恒速的FMPC、NMPC系统和已有的MMPC系统精度更高,在相同工况下,FMPC系统误差发散,提出的MMPC系统可以相对已有的NMPC和MMPC系统将位移误差最大幅值减小46.29%和62.22%.在能够保障较高精度时,提出的MMPC系统的平均行驶速度较高,相比已有的FMPC和MMPC系统,可以将平均行驶速度提高43.06%和317.48%,与NMPC系统指标接近.

关键词：类车机器人路径跟踪主动调速预测控制多层控制

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一种基于DIC测量单边缺口拉伸试件CTOD阻力曲线的简便方法

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实验力学 2024年第1期39卷 56-64页

作者：郑战光韦宗汗谢昌吉黄增广西大学机械工程学院广西南宁530004 广西机电职业技术学院机械工程学院广西南宁530007

针对测量单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张口位移(CTOD)阻力曲线时,延性裂纹扩展量的计算过于复杂的问题,提出了一种由数字图像相关技术(DIC)计算的变形场来确定裂纹尖端位置,并快速推算延性裂纹扩展量的方法。该方法首先在缺口和裂... 详细信息

针对测量单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张口位移(CTOD)阻力曲线时,延性裂纹扩展量的计算过于复杂的问题,提出了一种由数字图像相关技术(DIC)计算的变形场来确定裂纹尖端位置,并快速推算延性裂纹扩展量的方法。该方法首先在缺口和裂纹上下方的弹性区域设置两条平行横线;然后通过两条横线间的位移差构建曲线,曲线变化幅度的临界点即为裂纹端部的位置;根据临界点位置计算裂纹扩展量,最后测量CTOD并构建阻力曲线。将本文方法与另一种通过DIC测量SENT试样CTOD阻力曲线的方法进行对比,结果表明本文方法经过简便的计算后拟合的阻力曲线效果更好。

关键词：单边缺口拉伸(SENT)试样裂纹扩展阻力曲线裂纹尖端张口位移(CTOD) 数字图像相关(DIC)

基于电导率对介电常数补偿的土壤含水率电容传感器标定方法的研究

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农业机械学报 2024年

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绍兴职业技术学院机电工程与交通学院

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。在标准溶液中建立介电常数与传感器输出电压关系对数模型(R2=0.983)，进一步基于二元二次回归分... 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。在标准溶液中建立介电常数与传感器输出电压关系对数模型(R2=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介电常数补偿的介电常数与传感器输出电压及电导率的回归标定模型(R2=0.979)。在土样中对传感器进行土壤含水率标定，建立土壤体积含水率与介电常数关系的三阶多项式标定模型(R2=0.996)。最后在土壤中对两步标定模型进行实测，结果表明：在土壤电导率为0～2 dS/m时，体积含水率检测最大误差从未电导率补偿时0.383 m3/m3降至电导率补偿后的0.013 m3/m3，最大相对误差从12.0%降至6.2%。结果表明，在不同电导率的同类土壤中，使用基于电导率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标定二元回归分析法电导率补偿

ZrC增强激光熔覆CoCrNi合金熔覆层的组织及性能

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 778-786页

作者：刘冉党鲜婷陈楚琦吴韬北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 浙江机电职业技术学院浙江杭州310053

采用激光熔覆技术,在低碳钢表面制备了ZrC增强的CoCrNi合金涂层。研究了不同ZrC含量(0%,1%,3%,5%,质量分数)对CoCrNi基中熵合金涂层组织、硬度和耐磨性的影响。利用XRD、SEM和EDS分析了涂层的相组成及微观组织结构,并采用显微硬度和摩... 详细信息

采用激光熔覆技术,在低碳钢表面制备了ZrC增强的CoCrNi合金涂层。研究了不同ZrC含量(0%,1%,3%,5%,质量分数)对CoCrNi基中熵合金涂层组织、硬度和耐磨性的影响。利用XRD、SEM和EDS分析了涂层的相组成及微观组织结构,并采用显微硬度和摩擦磨损试验对样品的硬度和耐磨性进行测试。结果表明:熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,没有出现明显的裂纹及空洞等缺陷。不含ZrC的CoCrNi中熵合金涂层由单相fcc结构组成,随着涂层中ZrC的加入,涂层中的物相组成变为了fcc+ZrC_(0.7)+Cr_(23)C_(6)+ZrO_(2)。涂层的晶粒得到了明显细化,实现了晶界强化、固溶强化和弥散强化(Orowan)的共同作用,形成的碳化物Cr_(23)C_(6)相与fcc固溶体结合形成共晶碳化物,起到了协同强化作用,有效地提高了涂层的硬度和耐磨性。ZrC中的Zr与空气中的杂质O结合生成的ZrO_(2)也对涂层的性能产生了不利影响,主要是因为ZrO_(2)的存在会导致涂层中颗粒分布不均匀加剧,弱化弥散强化的作用。当ZrC较少时,涂层的性能并未得到较好的提升;当涂层中ZrC含量增加到5%(质量分数)时,涂层中析出了较多的强化相ZrC_(0.7)能够有效的提高材料的性能,该涂层的最大硬度(HV0.1)为(6379.8±147)MPa,摩擦系数为0.161,相较于不含ZrC的涂层均有较大的提升。

关键词： ZrC 激光熔覆 CoCrNi合金微观结构性能

单调与循环载荷下多晶纯铜局部取向差演化数值模拟

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塑性工程学报 2024年第5期31卷 146-154页

作者：郑战光郭顺孙腾谢昌吉黄增广西大学机械工程学院广西南宁530004 北部湾大学机械与船舶海洋工程学院广西钦州535011 广西机电职业技术学院机械工程学院广西南宁530007

为了揭示不同载荷下局部取向差的演化规律及其与变形损伤的关系,选取多晶纯铜为研究对象,基于DAMASK晶体塑性有限元的开源软件及Python脚本代码编写软件,研究了多晶纯铜在单调拉伸与循环载荷下的晶粒内取向差(KAM)、晶粒参考取向偏差(GR... 详细信息

为了揭示不同载荷下局部取向差的演化规律及其与变形损伤的关系,选取多晶纯铜为研究对象,基于DAMASK晶体塑性有限元的开源软件及Python脚本代码编写软件,研究了多晶纯铜在单调拉伸与循环载荷下的晶粒内取向差(KAM)、晶粒参考取向偏差(GROD)与等效塑性应变的演化规律,并采用取向差频率分布与相关系数评估了KAM与GROD表征变形损伤的优劣。结果表明:单调拉伸与循环载荷下KAM、GROD与等效塑性应变峰值区域分布一致,高取向差和高塑性区域首先出现在晶界或者三叉晶界附近,且取向差与宏观等效塑性应变呈线性正相关。单调拉伸和循环加载下GROD的频谱相似,而KAM的频谱对载荷敏感且相关系数更高,能更好地表征变形损伤。

关键词：晶体塑性 DAMASK 等效应变晶粒内取向差晶粒参考取向偏差

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SiC增强Mg基纳米复合材料的制备与表征

昆明理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：张光曙艾永平江西机电职业技术学院机械工程学院井冈山大学机电工程学院

为增强镁合金的强度等性能，用1%SiC纳米粒子增强纯镁，利用热压铸成型和超声波空化技术在不同温度下制备出Mg-1%SiC纳米复合材料，然后挤压成型，对其表征，并用相同工艺加工纯镁与其对比。结果表明：Mg-1%SiC纳米复合材料有SiC纳米颗... 详细信息

为增强镁合金的强度等性能，用1%SiC纳米粒子增强纯镁，利用热压铸成型和超声波空化技术在不同温度下制备出Mg-1%SiC纳米复合材料，然后挤压成型，对其表征，并用相同工艺加工纯镁与其对比。结果表明：Mg-1%SiC纳米复合材料有SiC纳米颗粒平行于压缩方向的微观条带存在；沿着与压缩方向成90°角的界面有分散均匀的纳米颗粒；相对于无增强相纯镁，Mg-1%SiC纳米复合材料具有更高的屈服强度、硬度、抗拉强度和更好的延展性。

关键词：热压铸成型超声波空化技术 Mg-1%SiC纳米复合材料

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农业自动卷管机设计与试验

机械设计与制造 2024年

作者：刘港韦锦张婷婷熊继芬广西机电职业技术学院交通工程学院广西大学机械工程学院

为了解决农业喷灌作业过程中通过人工收放水管存在效率低下、劳动强度大的问题，设计了一种由导向机构、收放管机构、排管机构及控制系统组成的自走式农业自动卷管机，提出了基于步进电机的精密排管系统以及基于增量式PID的恒张力收放... 详细信息

为了解决农业喷灌作业过程中通过人工收放水管存在效率低下、劳动强度大的问题，设计了一种由导向机构、收放管机构、排管机构及控制系统组成的自走式农业自动卷管机，提出了基于步进电机的精密排管系统以及基于增量式PID的恒张力收放管控制方法，开发了自动卷管机实物样机。样机试验结果表明：自动卷管机的排管效果良好，能够适应多种管径的水管且水管排列整齐紧密；卷管机的恒张力控制性能良好，在4.0km/h小时车速工况下，水管张力的最大相对误差为7.7%；在0～4.0km/h速度阶变工况下水管张力的最大相对误差为15.3%，收放管的速度能够自适应车速变化，水管的张力始终处于合理范围内。

关键词：喷灌卷管机自动排管恒定张力 PID 步进电机

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斜盘式轴向柱塞泵空化特性分析

兵器装备工程学报 2024年第3期45卷 26-33页

作者：王慧岳星岐赵国超张一鸣王思瀚林枫王超辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000 辽宁机电职业技术学院辽宁丹东118009

针对斜盘式轴向柱塞泵的空化现象,建立了斜盘式轴向柱塞泵全流域模型,采用计算流体力学方法研究了全流域空化特性分布,分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对全流域空化特性的影响规律。研究表明:空化主要发生在吸油区... 详细信息

针对斜盘式轴向柱塞泵的空化现象,建立了斜盘式轴向柱塞泵全流域模型,采用计算流体力学方法研究了全流域空化特性分布,分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对全流域空化特性的影响规律。研究表明:空化主要发生在吸油区的吸油口、配流盘和柱塞腔区域,空化随气相体积分数增大而加重;排油口负载压力由10 MPa增至30 MPa,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.28%增至6.68%、5.91%增至7.13%、10.03%增至11.23%;缸体转速由2 200 r/min增至3 000 r/min,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.39%增至6.41%、6.26%增至10.54%、7.13%增至10.16%;斜盘倾角由3.64°增至5.64°,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.34%增至6.41%、14.7%降低至13.9%、10.16%增至11.66%。斜盘式轴向柱塞泵在实际设计中,排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角的取值在合理范围内越低越好,斜盘倾角取值存在最优区间。

关键词：斜盘式轴向柱塞泵全流域空化特性参数分析气相体积分数

橡胶泊松比对等壁厚单螺杆泵举升性能影响的试验研究

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机电工程 2024年

作者：毛方童华仁衢州职业技术学院机电工程学院沈阳工业大学机械工程学院

为了研究橡胶泊松比对等壁厚单螺杆泵举升能力的影响，对其进行了有限元模拟和试验研究。首先，采用Workbench软件对等壁厚单螺杆泵进行了接触非线性仿真，研究了不同容腔压强下的压差载荷与其接触应力的关系，总结出了容腔间临界密封... 详细信息

为了研究橡胶泊松比对等壁厚单螺杆泵举升能力的影响，对其进行了有限元模拟和试验研究。首先，采用Workbench软件对等壁厚单螺杆泵进行了接触非线性仿真，研究了不同容腔压强下的压差载荷与其接触应力的关系，总结出了容腔间临界密封压力的计算方法，计算得到了不同橡胶泊松比下等壁厚单螺杆泵的临界密封压力，并使用Origin软件对其进行了多项式拟合；然后，分析了橡胶泊松比与容腔间临界密封压力的关系，根据等壁厚单螺杆泵内部油压传导规律，计算得到了不同橡胶泊松比下的螺杆泵扬程，并分析了两者间的关系；最后，对该螺杆泵进行了水力特性试验。研究结果表明：容腔间接触应力随压差载荷的增大而近似呈线性增大，随容腔压强的增大而减小；容腔间的临界密封压力随容腔压强的增大而近似呈非线性减小；在容腔压强一定时，容腔间的临界密封压力随橡胶泊松比的增大而增大，泊松比越大其等壁厚单螺杆泵内部就越不易漏失；螺杆泵的扬程随橡胶泊松比的增大而呈非线性增大，且增长的速率越来越快；试验中，等壁厚螺杆泵所能达到的最大扬程为10.85 MPa，仿真结果与试验结果误差仅为3.2%。以上研究结果可为等壁厚单螺杆泵未来的研究提供借鉴参考。

关键词：容积泵螺杆泵水力特性临界密封压力橡胶泊松比扬程油液传导规律密封特性分析