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设施园艺移动平台分布式驱动自适应防滑控制

农业工程学报 2024年第10期40卷 85-96页

作者：陈凤丁俊杰罗志涛郑恩来鲁应涛汪小旵沈成鲁植雄南京农业大学工学院南京210031 农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

针对设施园艺特殊作业场景对电驱移动平台灵活作业与高操纵稳定性需求,该研究设计了一种四轮轮毂电机独立驱动的分布式设施园艺电驱移动平台,并提出了一种可提高转向灵活性与稳定性的自适应防滑控制策略。在该控制策略中,首先构建电驱... 详细信息

针对设施园艺特殊作业场景对电驱移动平台灵活作业与高操纵稳定性需求,该研究设计了一种四轮轮毂电机独立驱动的分布式设施园艺电驱移动平台,并提出了一种可提高转向灵活性与稳定性的自适应防滑控制策略。在该控制策略中,首先构建电驱移动平台动力学模型与Ackermann差速转向模型,结合速度瞬心原理及轮胎侧偏角确定各车轮转向目标转速;其次,为提高电驱移动平台对时变附着系数的适应能力,采用改进的强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波算法设计复杂路面识别器,实现对路面附着系数准确估计;最后,设计基于自适应滑模算法的防滑控制器,根据路面附着系数估计值确定车轮相对最佳滑转率并实时控制滑转率。为验证所提控制策略的有效性,开展了Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真与分布式设施园艺电驱移动平台实车试验。试验结果表明,所提控制策略可准确估计复杂道路下路面附着系数,降低车轮滑转率误差;在不变路面、对接路面与对开路面3种工况下,左侧车轮滑转率误差分别为0.031、0.015和0.038,右侧车轮滑转率误差分别为0.026、0.005和0.028;在不变路面与随机路面实测路况下,电驱移动平台路面附着系分别数约为0.44和0.47,最大滑转率分别约为0.69和0.68,有效抑制了轮胎转向时的过度滑转,提高了电驱移动平台的行驶稳定性。研究可为设施园艺车辆驱动防滑控制提供具体理论依据和实施方案。

关键词：农业机械试验设施园艺轮毂电机电驱移动平台差速转向防滑控制

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空间长方形绳网展开动力学及多参数特性分析

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 994-1004页

作者：李梦生岳帅杜忠华张庆展刘洲刘志南京理工大学机械工程学院南京210000 上海宇航系统工程研究所上海201109

空间绳网系统是一种针对空间碎片的柔性捕获系统,针对带有太阳翼的空间目标,提出一种用于捕获目标主体的长方形绳网。为分析其展开效果,建立有限元模型,通过对比地面试验结果来验证有限元模型的可靠性。建立长方形绳网的评价指标,并通... 详细信息

空间绳网系统是一种针对空间碎片的柔性捕获系统,针对带有太阳翼的空间目标,提出一种用于捕获目标主体的长方形绳网。为分析其展开效果,建立有限元模型,通过对比地面试验结果来验证有限元模型的可靠性。建立长方形绳网的评价指标,并通过各项评价指标对比不同牵拉模式、牵引绳分布圆直径及牵引体发射角度下的绳网展开特性。结果表明:仿真结果与试验结果吻合,有限元模型可靠;在八点牵拉、十点牵拉和十二点牵拉3种模式下,十点牵拉所能达到的展开效果最好;牵引绳分布圆直径增大,所能达到的最大展开面积和保形距离减小,展开距离增大;牵引体的发射角度增大,长方形绳网的最大展开面积和保形距离增大,展开距离减小。

关键词：空间碎片柔性捕获长方形绳网太阳翼多参数分析

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反无人机网捕发射参数误差可行域分析

宇航学报 2024年第5期45卷 711-719页

作者：何举竺伟梁庞兆君赵真杜忠华南京理工大学机械工程学院南京210094 上海宇航系统工程研究所上海201109

针对“低、慢、小”无人机网捕任务存在发射误差问题,基于弹簧质点法和Hertz碰撞理论建立了地面环境下绳网的展开碰撞动力学模型。提出理想工况和非理想工况绳网成功抓捕的判据,通过大量数值仿真分析绳网在给定发射距离、发射角度下牵... 详细信息

针对“低、慢、小”无人机网捕任务存在发射误差问题,基于弹簧质点法和Hertz碰撞理论建立了地面环境下绳网的展开碰撞动力学模型。提出理想工况和非理想工况绳网成功抓捕的判据,通过大量数值仿真分析绳网在给定发射距离、发射角度下牵引体的发射速度误差和发射时间误差可行域;并采用一种带有激光测速机构的绳网地面发射装置验证本文模型的正确性。仿真和地面试验结果表明,在给定发射距离、发射角度下,发射速度和发射时间存在一定误差时绳网仍具有较高的抓捕容错率;仿真结果和试验展开过程基本吻合,验证了所建立的动力学模型的可靠性,对实际抓捕任务具有现实指导意义。

关键词：网捕无人机绳网地面试验发射误差可行域分析

基于功比例因子的径向流内燃波转子发动机热力循环分析

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推进技术 2024年第9期45卷 52-59页

作者：郑仁传巩二磊李建中姚倩韦晓农南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 常州工学院航空与机械工程学院江苏常州213002

为研究径向流内燃波转子嵌入基准机性能变化规律,提出不同波转子输出功状态点的性能计算方法,建立了基于功比例因子的径向流内燃波转子热力循环分析模型,在理想和考虑损失的状态下开展了不同热力循环对比研究,并探讨了压气机压比和波转... 详细信息

为研究径向流内燃波转子嵌入基准机性能变化规律,提出不同波转子输出功状态点的性能计算方法,建立了基于功比例因子的径向流内燃波转子热力循环分析模型,在理想和考虑损失的状态下开展了不同热力循环对比研究,并探讨了压气机压比和波转子功比例因子对发动机热力循环性能参数影响规律。结果表明,基准机压比为3.6时,在相同涡轮入口状态下,考虑损失时的径向流内燃波转子循环相较于基准机可以实现净功输出增加53.9%,热循环效率提高44.9%,耗油率降低30.9%。波转子完全作为功率输出部件时,可以实现热循环效率达到0.32左右,纯功输出的径向流内燃波转子更适用于较低压气机压比的基准机。

关键词：内燃波转子汉弗莱循环热力循环模型波盘发动机径向流

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轴向移动内压力梁动力学的动网格法

兵器装备工程学报 2024年第3期45卷 50-56页

作者：郑伶俐华洪良吴小锋蔡宪逸廖振强常州机电职业技术学院机械工程学院江苏常州213164 常州工学院航空与机械工程学院江苏常州213032 南京理工大学机械工程学院南京210094 国创移动能源创新中心(江苏)有限公司江苏常州213161

面向轴向移动内压力梁结构动力学特性研究,采用Lagrangian方法建立了轴向移动内压力梁的运动控制方程,基于有限元动网格法对轴向移动梁运动控制方程进行离散。将内压力作为边界条件,采用Newmark-β时间积分方法计算轴向移动梁动力学响应... 详细信息

面向轴向移动内压力梁结构动力学特性研究,采用Lagrangian方法建立了轴向移动内压力梁的运动控制方程,基于有限元动网格法对轴向移动梁运动控制方程进行离散。将内压力作为边界条件,采用Newmark-β时间积分方法计算轴向移动梁动力学响应,并开展动力学特性研究。结果表明,建立的有限元动网格模型能够有效地实现轴向移动内压力梁动力学响应计算。轴向移动内压力梁在收缩运动过程中,自由端振动频率将逐渐增加。悬臂长度对梁自由端振动频率具有显著影响。同时,结构振动频率随内压力的增加而增加。本文中建立的有限元动网格模型能够为轴向移动内压力梁动力学研究提供新方法。

关键词：轴向移动梁动网格法内压力有限元法

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带后掠桨尖旋翼/螺旋桨的悬停气弹特性分析

中国机械工程 2024年第2期35卷 191-200页

作者：黄薇池骋南京理工大学机械工程学院南京210094 马里兰大学航空工程学院大学公园市20742

针对旋翼/螺旋桨的大负扭和后掠桨尖设计在桨叶内部所带来的严重应力应变集中问题,结合三维结构动力学模型、旋翼气动模型和旋翼配平方法,对复合材料旋翼/螺旋桨进行了综合建模与气弹载荷分析,并通过悬停实验验证了综合模型的准确性。... 详细信息

针对旋翼/螺旋桨的大负扭和后掠桨尖设计在桨叶内部所带来的严重应力应变集中问题,结合三维结构动力学模型、旋翼气动模型和旋翼配平方法,对复合材料旋翼/螺旋桨进行了综合建模与气弹载荷分析,并通过悬停实验验证了综合模型的准确性。对比分析了无负扭、大负扭和大负扭带后掠桨尖的桨叶气弹特性,发现大负扭导致桨叶应力集中区域扩大,后掠桨尖使桨尖过渡区域的应力集中区域扩大,集中程度加剧。

关键词：旋翼/螺旋桨复杂几何外形桨叶旋翼气弹耦合三维桨叶力学模型三维应力应变

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机器人液压旋转关节低速运动机理及实验

液压与气动 2024年第5期48卷 93-102页

作者：李龙谢中取李娟娟太原工业学院机械工程系山西太原030008 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 华北科技学院应急装备学院河北廊坊065201

针对机器人液压旋转关节的死区和低速爬行,研究其产生机理并进行了实验分析。首先,论述了密封摩擦的机理,计算摆动缸各种密封机构的摩擦力矩,构建低速状态下的摩擦模型;然后,利用数值分析方法对电液位置伺服系统建模,对低速爬行现象进... 详细信息

针对机器人液压旋转关节的死区和低速爬行,研究其产生机理并进行了实验分析。首先,论述了密封摩擦的机理,计算摆动缸各种密封机构的摩擦力矩,构建低速状态下的摩擦模型;然后,利用数值分析方法对电液位置伺服系统建模,对低速爬行现象进行仿真分析;最后,通过实验对死区和爬行现象进行验证和分析,并观察PID控制对爬行现象的改善作用。仿真和实验结果表明:在密封元件的摩擦下,液压摆动缸存在较大死区,且低速运行时,液压摆动缸出现明显爬行现象,在PID控制器下可良好的改善跟踪响应。

关键词：液压摆动缸密封死区低速爬行

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钴铬合金选区激光熔化工艺参数可靠性优化

兵工学报 2024年

作者：周金宇王新愿程锦翔王林金陵科技学院机电工程学院江苏理工学院机械工程学院南京铖联激光科技有限公司

选区激光熔化(SLM)是当前最常见的增材制造技术之一，工艺参数、材料特性以及气氛稳定性对成形质量有重要影响。以激光功率名义值、扫描速度和扫描间距为设计变量，以激光功率、钴铬合金粉末粒径局部分布均值和风速波动度为随机参数，... 详细信息

选区激光熔化(SLM)是当前最常见的增材制造技术之一，工艺参数、材料特性以及气氛稳定性对成形质量有重要影响。以激光功率名义值、扫描速度和扫描间距为设计变量，以激光功率、钴铬合金粉末粒径局部分布均值和风速波动度为随机参数，设计多因素多水平试验。基于秩关联原理实现不完备数据的概率增广，获取设计变量、随机参数与试样性能之间的响应面。在满足许用抗拉强度的概率约束下，以成形效率最高为优化目标，建立钴铬合金SLM工艺参数的可靠性设计优化模型。针对SLM过程随机参数非正态和功能函数非线性的问题，引入通用生成函数，融合离散枚举和随机抽样，基于自适应细分-重要抽样创新优化算法，得到最优工艺参数。

关键词：选区激光熔化可靠性设计优化钴铬合金工艺参数通用生成函数秩关联

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面向球果抓取的主动式三指手爪设计与试验

农业机械学报 2024年第7期55卷 67-74页

作者：秦欢欢赖虹妃刘坤陈光明卢伟薛金林李佩娟南京农业大学人工智能学院南京210031 南京农业大学工学院南京210031 南京工程学院工业中心南京211167

为解决球形果实快速、稳定抓取问题,设计了一种主动式三指手爪。该手爪指部机构末端安装有球状主动滚轮,主动滚轮外附着柔性膜以增加手爪柔顺性与摩擦力。每个指部机构具有2个自由度,可实现手指开合以及主动滚轮旋转。工作时3根手指相... 详细信息

为解决球形果实快速、稳定抓取问题,设计了一种主动式三指手爪。该手爪指部机构末端安装有球状主动滚轮,主动滚轮外附着柔性膜以增加手爪柔顺性与摩擦力。每个指部机构具有2个自由度,可实现手指开合以及主动滚轮旋转。工作时3根手指相互配合,在摩擦力作用下球果向手爪内部运动,可在仅接触球果条件下实现球果快速、稳定抓取,无需精确控制手爪位置和姿态。为阐述抓取过程中主动式手爪与球果的交互关系,推导了主动式手爪-球果交互模型。选取番茄、苹果以及橙子为典型球形抓取对象,开展了3款手爪(主动式手爪、鳍状软爪以及平行刚爪)的抓取试验。抓取试验结果表明,所设计主动式手爪平均首次抓取成功率为96.7%,平均抓取无损率为98.3%,平均任务时间为5.9 s,在抓取成功率、抓取质量以及抓取效率3方面均有较好表现,验证了该主动式手爪的有效性。

关键词：农业机器人球果抓取主动滚轮主动式手爪柔顺性