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基于多模型自适应方法的智能汽车路径跟踪控制

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重庆大学学报 2024年第3期47卷 1-15页

作者：梁艺潇李以农 Amir Khajepour 郑玲余颖弘张紫微重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 滑铁卢大学机械与机电工程学院加拿大安大略省滑铁卢市N2L3G1

路径跟踪控制是智能汽车的一项核心技术,跟踪效果的精确性和在各种路面附着条件下的鲁棒性是该技术的两大关键要素。但汽车动力学模型的不确定性,尤其是轮胎侧偏刚度的摄动使这两者难以同时得到满足。针对这一问题,将多模型自适应理论... 详细信息

路径跟踪控制是智能汽车的一项核心技术,跟踪效果的精确性和在各种路面附着条件下的鲁棒性是该技术的两大关键要素。但汽车动力学模型的不确定性,尤其是轮胎侧偏刚度的摄动使这两者难以同时得到满足。针对这一问题,将多模型自适应理论引入到智能汽车运动控制中处理不确定性系统的控制。首先,推导了多模型自适应控制律,提出了凸包构架下各个顶点的子模型对真实模型的自适应逼近律,并通过李雅普诺夫函数证明了所提出自适应律的收敛能力。在此基础上建立了汽车动力学模型和车辆-路径联合模型,并由多个顶点子模型构建可覆盖汽车轮胎侧偏刚度摄动范围的凸多面体,利用汽车动力学模型求解自适应率,通过车辆-路径联合模型,基于线性二次型方法(linear quadratic regulator,LQR)求解各个顶点的子模型处的反馈控制律,并通过所得出的自适应权重进行加权。基于Carsim/Simulink的联合仿真结果表明,所提出的多模型自适应路径跟踪控制器在保证鲁棒性的同时克服了传统鲁棒控制方法的保守性问题,与基于名义模型的LQR控制器和鲁棒保性能控制器相比,在高附着路面和低附着路面上都可以取得更好的控制效果,很好地解决了路径跟踪控制中精确性与鲁棒性之间的两难问题。最后,通过快速原型测试平台对算法进行了进一步的实验验证。结果表明,所提出的多模型自适应算法实时性良好,具有较好的工程应用潜力。

关键词：智能汽车车辆动力学路径跟踪控制模型不确定性多模型自适应控制

基于增材制造技术的自修复结构设计及修复性能研究

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中国机械工程 2024年第1期35卷 144-151页

作者：张镇郭策胡财吉郑威南京航空航天大学机电学院南京210016

以轻质夹芯板类结构件为主要研究对象,根据结构的断裂破坏形式,开展了结构自修复设计和实现方法的研究。通过增材制造技术完成结构样件的制备,并进一步通过实验测试对比分析了修复后结构力学性能的恢复效果。研究结果表明所设计的夹芯... 详细信息

以轻质夹芯板类结构件为主要研究对象,根据结构的断裂破坏形式,开展了结构自修复设计和实现方法的研究。通过增材制造技术完成结构样件的制备,并进一步通过实验测试对比分析了修复后结构力学性能的恢复效果。研究结果表明所设计的夹芯板自修复结构对裂纹具有较好的修复能力,修复后结构的抗压力学性能恢复到原结构的85.6%。

关键词：鞘翅轻质结构自修复增材制造裂纹

智能约束层阻尼结构动力学建模及振动主动控制研究

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振动与冲击 2024年第4期43卷 45-51,124页

作者：黄志诚黄帆王兴国褚福磊景德镇陶瓷大学机电学院江西景德镇333403 清华大学机械工程系北京100084

基于耗散坐标与GHM(Golla-Hughes-Mctavish)模型建立智能约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型,并研究智能约束层悬臂梁结构的振动主动控制。针对结构模型自由度过高问题,分别在物理空间和模态空间对结构模型进行联合降阶处理。先通过具体... 详细信息

基于耗散坐标与GHM(Golla-Hughes-Mctavish)模型建立智能约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型,并研究智能约束层悬臂梁结构的振动主动控制。针对结构模型自由度过高问题,分别在物理空间和模态空间对结构模型进行联合降阶处理。先通过具体算例验证了该研究建模方法的正确性,然后比较研究了压电片和黏弹性层铺设位置对系统振动控制效果和控制成本的影响。最后验证了结构简化模型的普遍适用性。研究结果显示,在控制器反馈增益相同的条件下,压电片和黏弹性层的位置越靠近固定端,系统控制效果越好,控制成本越小。简化的模型对含有噪声的输入信号也有较好的控制效果。

关键词：振动主动控制 GHM模型模型降阶智能约束层阻尼(ICLD)

行星传动系统均载与动载系数试验测量改进设计

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哈尔滨工程大学学报 2024年第2期45卷 359-366页

作者：胡升阳沈刚方宗德关亚彬侯祥颖安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001 西北工业大学机电学院陕西西安710072 燕山大学机电工程学院河北秦皇岛066004 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

试验测量行星传动系统均载与动载系数的精准度是评价系统动态性能的基础。针对现有行星传动系统均载与动载系数测量方法存在灵敏度与精度欠佳、系数测试算法缺失、测试应力点存误等问题,本文提出了一种方便、实用且具有高精度的行星传... 详细信息

试验测量行星传动系统均载与动载系数的精准度是评价系统动态性能的基础。针对现有行星传动系统均载与动载系数测量方法存在灵敏度与精度欠佳、系数测试算法缺失、测试应力点存误等问题,本文提出了一种方便、实用且具有高精度的行星传动系统均载与动载系数测试方法,定义了系统系数的测试算法与概念,明确了精确应力测试位置点及不同位置间差异性,采用应变片电桥传感器串并联设计,实现了拉压应力叠加、温度补偿以及繁琐标定免除等优点,为精准测取行星传动系统均载与动载性能提供了重要的理论基础和技术手段。

关键词：行星轮系齿根应力测试算法贴片方式试验测量信号分析均载系数动载系数

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飞机起落架收放作动筒密封性能分析及改进

润滑与密封 2024年

作者：祖挥程郭宇称鲍益东孙同明南京航空航天大学机电学院国营芜湖机械厂机电部

针对维护过程中经常发现的起落架收放作动筒渗漏故障的问题，首先采用干涉调整技术建立了飞机起落架收放作动筒密封结构的二维轴对称有限元分析模型，为了解决橡胶网格畸变问题，提出了一种网格映射技术，利用拉格朗日插值算法映射结点... 详细信息

针对维护过程中经常发现的起落架收放作动筒渗漏故障的问题，首先采用干涉调整技术建立了飞机起落架收放作动筒密封结构的二维轴对称有限元分析模型，为了解决橡胶网格畸变问题，提出了一种网格映射技术，利用拉格朗日插值算法映射结点的应力应变场，并采用Abaqus二次开发平台基于该方法进行了二次开发。基于上述方法研究配合间隙、瞬间高压两项工艺因素对密封性能的影响规律，并发现存在咬伤失效。本文针对失效原因提出加装氟塑料圈的组合密封改进方案，运用上述网格映射技术进行模拟，后通过实验证明，组合密封结构可显著提升的飞机起落架收放作动筒密封性能。

关键词：作动筒有限元网格映射密封橡胶圈组合密封

基于铝基含能配合物及CL-20含能微芯片的制备及表征

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火炸药学报 2024年第5期47卷 438-444,I0004页

作者：孟珂娟马小霞李宇翔张开黎香港城市大学工学院机械工程系中国香港999077 北京理工大学机电学院北京100081

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高... 详细信息

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高速摄影等表征方法对其微观形貌、物相组成、热分解特性、燃烧性能及贮存寿命进行了测试与分析。在此基础上,将其与微机电系统(MEMS)集成制得了功能性的ECP@Al@CL-20含能微芯片,并对含能微芯片进行了电容点火测试。结果表明,由于ECP的导热系数低,使ECP@Al@CL-20含能阵列从外到内的传热效率降低,导致放热峰温相比纯CL-20提高了8.5℃,从而提高了ECP@Al@CL-20的热稳定性;ECP@Al@CL-20含能阵列具有优异的燃烧性能,自持燃烧时间(340 ms)远大于ECP@Al的自持燃烧时间(120 ms),含能微芯片可在15 mJ的输入能量下激发。

关键词：含能配位聚合物微机电系统纳米铝 CL-20 微加热器含能微芯片 ECP MEMS

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飞机外翼对接位姿拟合粒子群优化方法

南京航空航天大学学报 2024年第3期56卷 504-515页

作者：郭海利安鲁陵洪文杰许绝舞南京航空航天大学机电学院南京210016 国营芜湖机械厂芜湖241007

引入了一种基于特征点约束的飞机外翼对接位姿拟合粒子群优化方法,用于解决外翼对接时位姿拟合误差大的问题,以提高外翼对接精度。首先,通过建立外翼对接时的空间坐标系,分析外翼作为移动部件时位姿拟合误差产生的原因以及减小误差的关... 详细信息

引入了一种基于特征点约束的飞机外翼对接位姿拟合粒子群优化方法,用于解决外翼对接时位姿拟合误差大的问题,以提高外翼对接精度。首先,通过建立外翼对接时的空间坐标系,分析外翼作为移动部件时位姿拟合误差产生的原因以及减小误差的关键点。然后,使用最小二乘法解算位姿调整参数,通过对特征点约束条件的分析,建立合适的目标函数建立数学模型。再次,引入粒子群算法对位姿调整参数进行优化解算,提高参数精度,从而减小了位姿拟合误差。最后实验验证了本文方法的可行性和有效性。

关键词：外翼对接位姿调整参数位姿拟合特征约束粒子群

难加工材料绿色磨削用相变储热复合砂轮的研制

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机械工程学报 2024年第3期60卷 405-414页

作者：赫青山谢永晨崔仲鸣傅玉灿河南工业大学机电工程学院郑州450001 南京航空航天大学机电学院南京210016

高强韧性难加工材料在磨削时容易发生工件表面烧伤,而常规使用磨削液冷却带来的高能耗、环境污染等问题已不容忽视。提出利用沸腾传热和储热技术原理改善砂轮的热学性能实现砂轮对磨削弧区的强化换热,研制了具有高传热系数和较大热容属... 详细信息

高强韧性难加工材料在磨削时容易发生工件表面烧伤,而常规使用磨削液冷却带来的高能耗、环境污染等问题已不容忽视。提出利用沸腾传热和储热技术原理改善砂轮的热学性能实现砂轮对磨削弧区的强化换热,研制了具有高传热系数和较大热容属性的相变储热复合砂轮,并分析了复合砂轮的传热系数和等效热容。设计制作了复合砂轮热学性能分析装置,通过监测多个位置温度变化分析了不同热流密度、工质注入量和散热条件对复合砂轮热学性能的影响,最后进行干磨削高温合金GH4169对比试验。结果表明,复合砂轮的传热系数相对于传统金属基体砂轮可提高2~3倍,工质进入沸腾传热的启动时间在6~15 s,同时增加砂轮热容可以有效减少弧区热量积累以及减缓弧区温升速率;在缓进给深切干磨工艺下使用相变储热复合砂轮的磨削温度在330℃以下,相对于传统砂轮降低了20%。

关键词：磨削超硬磨料砂轮高温合金绿色加工沸腾传热

基于GSO-RF意图识别算法的全身助力外骨骼控制方法研究

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机械工程学报 2024年

作者：袁小庆吴涛原勋王文东西北工业大学机电学院

针对现有助力外骨骼结构复杂、功能单一的问题，基于人体工学理论，设计一套上下肢一体化的全身助力外骨骼，提升助力效果。针对助力外骨骼运动意图识别准确率不高的问题，提出一种基于位姿信号、肌电信号的运动意图识别方法，引入有限... 详细信息

针对现有助力外骨骼结构复杂、功能单一的问题，基于人体工学理论，设计一套上下肢一体化的全身助力外骨骼，提升助力效果。针对助力外骨骼运动意图识别准确率不高的问题，提出一种基于位姿信号、肌电信号的运动意图识别方法，引入有限状态机(Finite state machine, FSM)，设定三种穿戴者运动状态；使用随机森林(Random forest, RF)算法对人机交互信号进行分类，确定穿戴者运动意图；采用人工萤火虫优化算法(Glowworm swarm optimization, GSO)优化随机森林，提高分类准确率，减少分类时间。为提高外骨骼控制系统轨迹跟踪精确性，保证外骨骼运动柔顺性，提出一种基于导纳自适应模糊反演算法的运动控制策略。搭建外骨骼实验平台，进行运动意图识别和轨迹跟踪实验，结果表明运动意图识别准确率可达96.6%，且实时性较好，提出的控制策略有效可行，轨迹跟踪效果较好。通过助力效能实验证明外骨骼的助力性能良好。

关键词：全身助力外骨骼运动意图识别人机交互运动控制