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基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统设计

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中国惯性技术学报 2024年第1期32卷 71-78页

作者：姜波郑雄斌周怡周同苏岩南京理工大学机械学院南京210094

为了提高科氏振动陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,设计了基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统。利用基于直接数字频率合成器(DDS)算法的数字锁相环实现对陀螺谐振频率和相位的跟踪,采用数字自动增益模块(AGC)实现驱动幅值的稳... 详细信息

为了提高科氏振动陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,设计了基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统。利用基于直接数字频率合成器(DDS)算法的数字锁相环实现对陀螺谐振频率和相位的跟踪,采用数字自动增益模块(AGC)实现驱动幅值的稳定控制。实验结果表明,通过DDS算法实现的闭环驱动系统具有更高的控制精度,驱动幅值变化的均方差缩小到0.0011 mV,幅度稳定性为183 ppm,谐振频率变化的均方差缩减至0.07 Hz,频率稳定性为3.48 ppm,陀螺仪驱动模态的幅值和频率控制精度得到了提高。

关键词：陀螺仪锁相环均方差频率稳定性

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成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复的影响

光学学报 2024年第8期44卷 150-159页

作者：夏晓华曹雨松向浩鸣袁述皓葛兆凯长安大学工程机械学院陕西西安710064

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主... 详细信息

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主次顺序,重点分析主要和次主要参数对重建精度的影响规律,并揭示最佳成像参数随多聚焦图像采样间距的变化关系。考虑到成像参数的变化实际通过改变系统景深影响聚焦形貌恢复精度,建立了多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式,为系统成像参数的设定提供了理论依据。实验结果表明:焦距和F数是聚焦形貌恢复的主要和次主要影响参数,在给定多聚焦图像采样间距下存在使重建精度最高的最佳焦距和最佳F数,且随着采样间距减小,最佳焦距增大,最佳F数减小;多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式拟合准确率为97.28%,验证准确率为94.76%,可用于最佳景深的计算;采用最佳景深能够显著提升聚焦形貌恢复精度,为大深度物体聚焦形貌恢复精度的提升提供了新途径。

关键词：机器视觉聚焦形貌恢复成像参数大深度物体重建精度

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导叶端隙密封结构对可调涡轮性能的影响

航空动力学报 2024年第3期39卷 205-213页

作者：王智慧马朝臣刘晓娟赵芮晋中学院机械学院山西晋中030619 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

基于传统可调涡轮导叶,设计了一种带有端隙密封结构的喷嘴环导叶(end-clearance sealed guide vane, ESGV)。在导叶不同开度下,对ESGV可调涡轮进行数值模拟,分析了ESGV对可调涡轮性能的影响,结果表明:ESGV可以有效的抑制导叶端隙泄漏流... 详细信息

基于传统可调涡轮导叶,设计了一种带有端隙密封结构的喷嘴环导叶(end-clearance sealed guide vane, ESGV)。在导叶不同开度下,对ESGV可调涡轮进行数值模拟,分析了ESGV对可调涡轮性能的影响,结果表明:ESGV可以有效的抑制导叶端隙泄漏流,能够明显改善喷嘴环和转子通道的流动状态,进而提高涡轮效率。对ESGV可调涡轮和原始涡轮进行涡轮特性试验,结果显示:两型涡轮流量特性大致相同时,在导叶中开度下,ESGV涡轮效率较原始涡轮提高了5%,验证了ESGV方案的有效性。

关键词：带有端隙密封结构的喷嘴环导叶(ESGV) 可调径向涡轮间隙泄漏流涡轮性能泄漏损失

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纳米级粗糙界面法向接触特性的分子动力学模拟

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中国表面工程 2024年

作者：吴兵孙韵韵巫世晶武汉大学动力与机械学院

精密仪器的应用推动了机械零部件的纳米化，然而关于纳米级粗糙形貌与接触参量之间映射关系的研究有限，且不同外加负载下粗糙界面接触参量的动态变化特性尚未完全被揭示。采用分子动力学方法研究纳米级粗糙界面的法向接触特性。首先，... 详细信息

精密仪器的应用推动了机械零部件的纳米化，然而关于纳米级粗糙形貌与接触参量之间映射关系的研究有限，且不同外加负载下粗糙界面接触参量的动态变化特性尚未完全被揭示。采用分子动力学方法研究纳米级粗糙界面的法向接触特性。首先，通过对表面功率谱密度函数进行逆傅里叶变换构建随机粗糙表面，建立具有纳米级粗糙度的铜-金刚石界面法向接触分子动力学模型。然后，从原子尺度模拟纳米级粗糙界面的法向动态接触过程，分析纳米级粗糙界面在不同外加负载作用下的动态变化特性，包括法向接触力、实际接触面积、界面等效变形量等关键参量。最后，模拟不同粗糙度的界面法向接触过程，建立等效接触变形量与实际接触面积间的映射关系。纳米级粗糙界面法向接触特性研究表明：接触界面粗糙形貌恒定时，法向接触力、实际接触面积、接触变形量与外加负载呈正相关；相同外加负载时，表面粗糙度的增加会使实际接触原子数量减少，进而导致法向接触力、实际接触面积和界面等效变形量的减小；原子间相互作用力和原子扩散效应直接导致接触参量的动态变化受表面形貌影响；实际接触面积随界面等效变形量呈非线性增长，且两者间存在幂律映射关系。通过分子动力学模拟，揭示纳米级粗糙界面实际接触面积与等效变形量之间的函数关系，研究成果可为微纳尺度界面接触研究提供理论参考。

关键词：接触界面纳米级粗糙度法向接触特性分子动力学模拟

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光谱响应曲线对双色法燃烧测量技术精度影响

洁净煤技术 2024年

作者：韩磊程勇朱宁静王哲黄志锋武汉大学动力与机械学院

化石能源是全球能源消费占比最高的能源，我国超一半的能源消费来自于煤炭，化石燃料燃烧时燃烧系统的温度场和燃烧介质的浓度分布直观反映了其是否充分燃烧，以及燃烧系统是否安全稳定运行。基于CCD相机的双色法广泛应用于燃烧温度场... 详细信息

化石能源是全球能源消费占比最高的能源，我国超一半的能源消费来自于煤炭，化石燃料燃烧时燃烧系统的温度场和燃烧介质的浓度分布直观反映了其是否充分燃烧，以及燃烧系统是否安全稳定运行。基于CCD相机的双色法广泛应用于燃烧温度场和烟黑浓度场测量，为认识燃烧规律和掌握燃烧状态发挥重要作用。已有工作大多忽略CCD相机的光谱响应特征，而将CCD相机各通道检测信号视为火焰在特定波长处辐射能量，给燃烧温度和烟黑浓度测量结果带来误差，并鲜有针对光谱响应曲线简化所引起测量误差的分析。通过模拟计算分析了形状、半宽、不对称性等不同光谱响应曲线参数对火焰温度及烟黑浓度重建精度的影响。结果表明，光谱响应曲线形状和半宽对重建精度影响较小，在无测量误差条件下，温度场平均重建误差均小于1%；当光谱响应曲线不对称或中心波长不准确时，重建结果误差明显增大，在无测量误差条件下，温度场平均重建误差可达2.4%。对CCD相机进行黑体炉及光谱响应曲线标定，通过CCD相机对乙烯层流扩散火焰进行实验测量发现，利用中心波长和利用实际光谱响应曲线测量结果具有明显偏差，最高温度和最大烟黑浓度偏差分别为4.74%和16.4%。

关键词：光谱响应曲线双色法温度场烟黑浓度场

基于DeepLabv3+的轻量化路面裂缝检测模型

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激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 172-181页

作者：夏晓华苏建功王耀耀刘洋李明臻长安大学工程机械学院陕西西安710000

裂缝是路面最主要的病害之一,及时、有效地检测和评估裂缝对路面养护至关重要。为实现路面裂缝图像快速、准确的语义分割,提出一种基于DeepLabv3+模型的路面裂缝检测方法。为减小模型参数量、提高推理速度,采用MobileNetv3作为模型的主... 详细信息

裂缝是路面最主要的病害之一,及时、有效地检测和评估裂缝对路面养护至关重要。为实现路面裂缝图像快速、准确的语义分割,提出一种基于DeepLabv3+模型的路面裂缝检测方法。为减小模型参数量、提高推理速度,采用MobileNetv3作为模型的主干特征提取网络,且在空洞空间金字塔池化模块中使用Ghost卷积代替普通卷积,使模型更加轻量化。为避免替换主干网络降低模型精度:首先,在空洞空间金字塔池化模块中使用条形池化模块代替全局平均池化,有效捕获裂缝结构的上下文信息,避免无关区域噪声的干扰;其次,引入轻量级通道注意力机制efficient channel attention(ECA)模块,增强特征的表达能力,并设计浅层特征融合结构丰富图像的细节信息,优化模型对裂缝的识别效果;最后,构造混合损失函数解决裂缝数据集类别不平衡而导致检测精度较低的问题,利用迁移学习的训练方式提高模型的泛化能力。实验结果表明:所提路面裂缝检测模型参数仅为14.53 MB,比原模型参数量减少93.04%,平均帧率达到47.18,满足实时检测的要求;在精度方面,该模型裂缝检测结果的交并比和F1值分别为57.21%和72.76%,优于经典的DeepLabv3+、PSPNet、U-Net模型和先进的FPBHN、ACNet等模型。所提方法可大幅减小模型参数量,在保证路面裂缝检测精度的同时满足实时性,为基于语义分割的路面裂缝在线检测奠定基础。

关键词：图像处理路面裂缝检测语义分割 DeepLabv3+ 轻量化检测精度

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基于数值模拟的飞轮铸造过程温度场特征与缺陷预测研究

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热加工工艺 2024年

作者：吴朝阳谢占山南通大学机械学院

针对飞轮铸造过程容易出现缺陷问题，利用铸造的基本理论与方法确定飞轮、冒口与冒口颈模数与冒口与冒口颈截面尺寸，并设计了QT500-7飞轮的铸造的工艺方案，运用数值模拟的方法，以AnyCasting为仿真平台，开展了飞轮充型过程中温度场... 详细信息

针对飞轮铸造过程容易出现缺陷问题，利用铸造的基本理论与方法确定飞轮、冒口与冒口颈模数与冒口与冒口颈截面尺寸，并设计了QT500-7飞轮的铸造的工艺方案，运用数值模拟的方法，以AnyCasting为仿真平台，开展了飞轮充型过程中温度场特征研究、充型过程凝固特征分析、飞轮缩松位置分析、飞轮概率缺陷特征分析。模拟结论表明，冒口与浇道位置的温度最高，远离冒口位置温度较低特征，指出了飞轮凝固过程中飞轮中液态金属的孤立区位置，并有效预测了飞轮可能出现缩松位置。研究结论为降低飞轮次品率以及提高飞轮制造质量提供了有益帮助，同时也为飞轮铸造工艺后续改进奠定了基础。

关键词：飞轮数值模拟铸造温度场工艺改进

人机协同装配多目标检测的改进YOLOv7算法

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机械科学与技术 2024年

作者：惠记庄丁凯长安大学工程机械学院

针对人机协同装配环境复杂多变且装配零件尺度差异大、部分零件相似度高的特征，为保证人机协作装配过程中机器人准确抓取装配零件，提出了一种改进的YOLOv7模型来提高装配场景中多零件目标检测效果。首先，采用ODConv（Omni-Dimensiona... 详细信息

针对人机协同装配环境复杂多变且装配零件尺度差异大、部分零件相似度高的特征，为保证人机协作装配过程中机器人准确抓取装配零件，提出了一种改进的YOLOv7模型来提高装配场景中多零件目标检测效果。首先，采用ODConv（Omni-Dimensional Dynamic Convolution）替换YOLOv7主干网络中的卷积层，使其能够自适应调整卷积核的权值，提取不同形状、大小的装配零件的特征。其次，在YOLOv7主干网络中引入SimAM（Selective Image Attention Mechanism）模块来减轻复杂多变的装配环境背景对零件检测准确率的影响。最后，使用Efficient-IOU替换原始的Complete-IOU来加速收敛，同时降低部分装配零件相似度高对检测准确率的影响。实验结果表明，该模型的平均准确率为93.4%，改进后的网络优于原始网络和其他目标检测算法。所提出的改进YOLOv7算法在保持高精度的同时具有较高的FPS，模型参数和计算量也相对较低，适合动态人机协同装配场景下实时目标检测要求。

关键词：人机协同装配 YOLOv7 注意力机制 E-IOU 装配零件检测多目标检测

节流槽结构参数对阀开启压力冲击及空化特性的影响研究

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振动与冲击 2024年第7期43卷 50-56,66页

作者：陈远玲欧阳崇钦彭卓陈承宗石浩王梦乔广西大学机械工程学院南宁530004

液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈,不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题,结合动网格与RNG-k-ε湍流模型,对U+T型节流槽和... 详细信息

液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈,不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题,结合动网格与RNG-k-ε湍流模型,对U+T型节流槽和V型节流槽的压力冲击及空化进行了对比分析,发现同等条件下V型槽的阀芯较U+T型槽的阀芯的压力冲击下降了19.37%,最大空化程度降低了43.7%。选取V型节流槽开展进一步研究,通过正交试验获取不同节流槽结构参数下的压力峰值;采用BP神经网络建立V型节流槽结构参数与压力冲击的代理模型,结合灰狼优化(GWO)算法得到节流槽结构参数的最优配置;依据优化结果制作阀芯并进行试验,结果显示,抑制压力冲击效果显著,系统压力超调下降至原来52.4%。

关键词：流场仿真 BP代理模型灰狼优化(GWO)算法节流槽优化冲击抑制