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采用改进递归最小二乘法的电动负载模拟器参数在线辨识

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机械科学与技术 2024年

作者：夏玉香李成成李跃峰兰州交通大学机电工程学院哈尔滨工业大学机电工程学院

针对电动负载模拟器在线参数辨识过程中传感器噪声及较小的遗忘因子可能导致的辨识过程不收敛问题，本文通过在传统最小二乘算法中引入低通滤波器和协方差矩阵重调，提出一种改进的带遗忘因子递归最小二乘在线参数辨识方法(IFRLS)。首... 详细信息

针对电动负载模拟器在线参数辨识过程中传感器噪声及较小的遗忘因子可能导致的辨识过程不收敛问题，本文通过在传统最小二乘算法中引入低通滤波器和协方差矩阵重调，提出一种改进的带遗忘因子递归最小二乘在线参数辨识方法(IFRLS)。首先，建立了电动负载模拟器的加载数学模型，设计了辨识过程中的滤波方法。其次，在传统带遗忘因子最小二乘算法的基础上引入协方差重调，解决了辨识结果不收敛问题。最后，进行在线参数辨识实验和辨识准确性验证实验。实验结果表明：该方法解决了辨识过程不收敛问题，并实现了电动负载模拟器全部参数的在线辨识，得到的辨识模型与真实模型的拟合度达到93.8%。

关键词：电动负载模拟器改进递归最小二乘法参数辨识协方差矩阵

局部破损下考虑摩擦的直齿轮系统多状态啮合-碰撞动态特性研究

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 531-539页

作者：漆鹏飞石建飞靳伍银陈国龙兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

局部破损是直齿轮常见的故障之一,影响齿轮传动的平稳、安全运行。轮齿碰撞不可忽略,揭示局部破损下齿轮系统啮合-碰撞动态特性对提高齿轮系统安全稳定运行尤为重要。基于齿轮啮合原理和能量耗散碰撞接触力模型,考虑齿背接触的瞬时性,... 详细信息

局部破损是直齿轮常见的故障之一,影响齿轮传动的平稳、安全运行。轮齿碰撞不可忽略,揭示局部破损下齿轮系统啮合-碰撞动态特性对提高齿轮系统安全稳定运行尤为重要。基于齿轮啮合原理和能量耗散碰撞接触力模型,考虑齿背接触的瞬时性,建立局部破损下齿面啮合模型和齿背碰撞模型。根据齿轮副接触状态及受力环境,对局部破损下多状态啮合-碰撞行为进行分类,建立局部破损下渐开线直齿轮系统啮合-碰撞离散动力学模型,探讨局部破损对齿轮系统啮合刚度和载荷分配的影响特征。分析局部破损下接触力变化机理,定义Poincaré映射截面,研究载荷系数和啮合频率变化下系统混沌、分岔特性。研究发现,局部破损影响接触力单双齿啮合区域,降低齿轮局部承载能力;较大载荷抑制齿背碰撞,较小载荷诱发周期运动共存现象和齿背碰撞;较大和较小啮合频率诱发齿背碰撞;混沌运动和周期运动共存现象诱发齿背碰撞,局部破损影响多周期共存现象,加剧系统运动的复杂性。揭示主动轮局部破损下考虑能量耗散的齿轮系统动力学模型及非线性振动机理,探究齿背碰撞发生条件。研究成果为故障齿轮系统非线性动力学建模和分析提供了新的方法和思路。

关键词：齿轮系统局部破损齿背碰撞多状态啮合非线性动力学

一种基于设计意图识别的风力机叶片逆向建模方法

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机床与液压 2024年第19期52卷 83-88页

作者：蔡家铱成思源何金瀚杨雪荣广东工业大学机电工程学院广东广州510006

翼型是风力机叶片的基本单元,对叶片性能有决定性作用。针对叶片结构的逆向建模和再设计研究,提出一种将翼型提取和设计意图结合到叶片逆向建模的方法。使用激光扫描仪提取叶片模型,在Geomagic Design X软件中处理叶片模型,通过叶片模... 详细信息

翼型是风力机叶片的基本单元,对叶片性能有决定性作用。针对叶片结构的逆向建模和再设计研究,提出一种将翼型提取和设计意图结合到叶片逆向建模的方法。使用激光扫描仪提取叶片模型,在Geomagic Design X软件中处理叶片模型,通过叶片模型的坐标系对齐和截面轮廓的几何特征提取,测量出叶片厚度和弦长等参数,从而推导出叶片截面轮廓线的翼型型号。之后使用该翼型曲线表达式计算得出轮廓曲线经过的关键点,并以关键点位置为约束拟合得到叶片截面轮廓线,并建立其实体模型。通过体偏差检测可得,该方法能在满足公差要求的条件下,获得符合翼型特征与正向设计意图的CAD模型,验证了方法的可行性。

关键词：逆向工程叶片翼型参数提取

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基于压缩感知的缺失机械振动信号重构新方法

振动与冲击 2024年第10期43卷 197-204页

作者：郭俊锋胡婧怡王智明兰州理工大学机电工程学院兰州730050

针对工业机械设备实时监测中不可控因素导致的振动信号数据缺失问题,提出一种基于自适应二次临近项交替方向乘子算法(adaptive quadratic proximity-alternating direction method of multipliers, AQ-ADMM)的压缩感知缺失信号重构方法... 详细信息

针对工业机械设备实时监测中不可控因素导致的振动信号数据缺失问题,提出一种基于自适应二次临近项交替方向乘子算法(adaptive quadratic proximity-alternating direction method of multipliers, AQ-ADMM)的压缩感知缺失信号重构方法。AQ-ADMM算法在经典交替方向乘子算法算法迭代过程中添加二次临近项,且能够自适应选取惩罚参数。首先在数据中心建立信号参考数据库用于构造初始字典,然后将K-奇异值分解(K-singular value decomposition, K-SVD)字典学习算法和AQ-ADMM算法结合重构缺失信号。对仿真信号和两种真实轴承信号数据集添加高斯白噪声后作为样本,试验结果表明当信号压缩率在50%~70%时,所提方法性能指标明显优于其它传统方法,在重构信号的同时实现了对含缺失数据机械振动信号的快速精确修复。

关键词：压缩感知缺失信号自适应二次临近项交替方向乘子算法(AQ-ADMM) K-奇异值分解(K-SVD) 正交匹配追踪

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非圆齿轮行星轮系非线性动力学特性分析

哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 94-102页

作者：董长斌李龙坤刘永平兰州理工大学机电工程学院兰州730050

为解决非圆齿轮行星轮系动力学模型不完善、非线性动力学特性难以获取等问题,提出了一种非圆齿轮行星轮系动力学建模方法,并聚焦于时变参数激励下系统的动态响应机制,对非圆齿轮行星轮系非线性动力学特性进行研究。为精确分析系统非线... 详细信息

为解决非圆齿轮行星轮系动力学模型不完善、非线性动力学特性难以获取等问题,提出了一种非圆齿轮行星轮系动力学建模方法,并聚焦于时变参数激励下系统的动态响应机制,对非圆齿轮行星轮系非线性动力学特性进行研究。为精确分析系统非线性振动,对非圆齿轮齿侧间隙函数进行了拟合,在综合考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、黏弹性阻尼、静态传递误差的基础上,通过引入相对位移坐标消除非线性方程的变量耦合。在此基础上,建立非圆齿轮行星轮系传动系统的动力学模型,并利用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对系统非线性动力学方程组进行求解。获取了分岔图、时域图、相轨迹以及Poincaré映射,得到阻尼、齿面摩擦、时变啮合刚度等控制参数激励下系统的动态响应分布规律。结果表明:随各激励参数取值不同,系统呈现出混沌和周期运动相互过渡状态;合理选取激励参数,可减小系统在混沌与周期运动之间的时间间隔,快速进入稳定运动状态。研究成果可为抑制非圆齿轮行星轮系传动系统非线性振动、预测系统的动力学行为提供理论依据。

关键词：非圆齿轮行星轮系非线性特性激励参数分岔混沌

多组元Sn基高温软钎料的组织形成规律及性能研究

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特种铸造及有色合金 2024年第6期44卷 830-837页

作者：樊江磊王娇娇王宁格吴深周向葵李莹王艳郑州轻工业大学机电工程学院郑州450002

以Sn元素为基础合金,通过与不同金属元素合金化,熔炼制备了多元Sn基钎料合金,研究了Sn-Cu-Ni-Sb-Bi系钎料合金的组织和性能随混合熵值变化的规律。结果表明,钎料合金的微观组织是由固溶体和析出相Cu3Sn相、Ni3Sn4相和Sn-Sb相组成,随着... 详细信息

以Sn元素为基础合金,通过与不同金属元素合金化,熔炼制备了多元Sn基钎料合金,研究了Sn-Cu-Ni-Sb-Bi系钎料合金的组织和性能随混合熵值变化的规律。结果表明,钎料合金的微观组织是由固溶体和析出相Cu3Sn相、Ni3Sn4相和Sn-Sb相组成,随着混合熵值增大,钎料合金组织中的固溶体含量逐渐提高,Sn基体含量逐渐降低,且硬度逐渐增大,硬度(HV0.5)最大为287,硬度(HB)最大为81.8。抗拉强度先增大后减小,且在中熵成分时最大,为65.6 MPa。耐腐蚀性能呈现出逐渐增强的趋势。钎料合金的熔点为141~251℃,电阻率范围为0.101~0.87μΩ·m。综合分析得出,Sn20Cu20Ni20Sb20Bi20钎料合金适合作为高温无铅软钎料使用。

关键词：无铅钎料高熵合金微观组织力学性能

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热处理对热轧7075铝合金组织和力学性能的影响

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精密成形工程 2024年第7期16卷 163-172页

作者：孔令波姜巨福黄敏杰王迎鞠英男哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

目的探究T6、T73和RRA热处理对不同道次压下量的热轧7075铝合金板材微观组织和力学性能的影响,确定不同道次压下量的热轧7075铝合金板材最优热处理工艺。方法分别将11%和16%道次压下量的热轧7075铝合金进行T6、T73和RRA热处理,并对热处... 详细信息

目的探究T6、T73和RRA热处理对不同道次压下量的热轧7075铝合金板材微观组织和力学性能的影响,确定不同道次压下量的热轧7075铝合金板材最优热处理工艺。方法分别将11%和16%道次压下量的热轧7075铝合金进行T6、T73和RRA热处理,并对热处理后的试样进行微观组织表征和力学性能测试。结果3种方式热处理后,11%道次压下量的热轧板材微观组织以拉长晶粒为主,伴随有等轴再结晶晶粒的生成,而对于16%道次压下量的热轧板材,等轴晶数量增多,故经3种方式热处理后,16%道次压下量热轧板材的屈服强度和抗拉强度均高于11%道次压下量热轧板材的相应强度。RRA热处理有效提升了16%道次压下量热轧板材的延伸率,而对于11%道次压下量热轧板材,RRA的预时效等过程会造成其晶粒粗化,从而降低延伸率,与T6和RRA热处理相比,T73热处理对力学性能的提升不显著。对于2种不同道次压下量的板材,T6热处理为最优热处理工艺。经过T6处理后,11%道次压下量的热轧板材抗拉强度达到589.8 MPa,屈服强度达到560.7 MPa,延伸率达到16.6%,16%道次压下量的热轧板材抗拉强度达到607.5 MPa、屈服强度达到580.9 MPa、延伸率达到13.6%。T6热处理后,方向的织构占主导,原始板材内部存在较多的小角度晶界,热处理后大角度晶界含量增多且有静态再结晶出现。3种热处理后的拉伸试样断口形貌没有太大区别,存在大量韧窝和撕裂棱特征,说明热处理后板材塑性较好。结论热处理能调控再结晶行为,优化亚晶等微观结构,与其他7系铝合金热处理后的力学性能相比,本文的7075热轧铝合金在16%道次压下量和T6热处理条件下获得了较为优异的力学性能,说明热处理工艺设计合理。

关键词： 7075铝合金热处理微观组织再结晶力学性能

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大直径盾构隧道成型质量巡检方法研究

工程科学学报 2024年第2期46卷 365-375页

作者：赵先琼邓凯张亚洲马英博夏毅敏中南大学机电工程学院长沙410083 中铁十四局集团大盾构工程有限公司南京211899

针对因工业应用成本限制,中、小盾构隧道成型质量无损检测技术迁移至大直径盾构隧道时精度、速度折损严重的问题,以巡检车为载体,集成二维激光扫描仪、编码器和计算机等设备,研制了大盾构隧道成型质量巡检车,并提出一种基于数字图像的... 详细信息

针对因工业应用成本限制,中、小盾构隧道成型质量无损检测技术迁移至大直径盾构隧道时精度、速度折损严重的问题,以巡检车为载体,集成二维激光扫描仪、编码器和计算机等设备,研制了大盾构隧道成型质量巡检车,并提出一种基于数字图像的盾构质量非对称巡检方法.分析大直径盾构的施工环境,滤除地面、车体点云,并采用邻域向量法提取中轴线,建立隧道中心坐标系.偏心布置巡检路线,按照点云密度将采样点云分为稠密侧和稀疏侧点云,通过不同方法实现对管片接缝特征的拾取:将稠密侧点云绕中轴线展开为二维灰度图像,并通过缩放、归一化、梯度阈值分割等方法实现接缝图像分割;基于直线方程对接缝进行分类,结合管片结构、布置点位,推导出稀疏侧接缝与稠密侧接缝的线性分布公式,间接拾取稀疏侧接缝.根据接缝特征点计算两侧管片边缘点云簇,计算管片错台量;剔除接缝点云簇,使用最小二乘法拟合隧道点云,计算隧道椭圆度.最后在某大直径盾构隧道进行巡检试验,试验结果表明:成型质量巡检车在十四米盾构隧道中巡检速度为3 km·h-1,与传统方法的错台量检测偏差小于2 mm,椭圆度检测偏差小于0.1%,可以满足大直径盾构隧道成型质量巡检的高速度、高精度、低成本需求.

关键词：大直径盾构隧道激光扫描阈值分割错台检测变形检测

分布式地面微波能量驱动的高空超长航时一体化无人飞行系统设计

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航空学报 2024年第17期45卷 259-278页

作者：米百刚詹浩宋立伟秦国栋邓阳平西北工业大学航空学院西安710072 西安电子科技大学机电工程学院西安710126 西安电子科技大学电子工程学院西安710126

高空超长航时飞行器在宽视域侦察、通信中继、应急救灾等领域具有重要的应用价值,为了实现真正意义上的超长航时飞行,充分利用5.8 GHz微波远距传输、低衰减等优势,提出了一种基于地面分布式微波能量驱动的高空无人飞行系统。该飞行系统... 详细信息

高空超长航时飞行器在宽视域侦察、通信中继、应急救灾等领域具有重要的应用价值,为了实现真正意义上的超长航时飞行,充分利用5.8 GHz微波远距传输、低衰减等优势,提出了一种基于地面分布式微波能量驱动的高空无人飞行系统。该飞行系统主要包括飞行端(接收整流天线)、分布式发射端、以及天地互联高精度导引跟踪系统。其中,接收整流天线采用共面波导馈电的微带贴片天线,将接收天线和整流电路分别设计在一层介质基板两侧,整流电路基于共面波导的直通滤波器优化设计,形成圆极化整流阵列,仿真结果表明该方案对微波的转换效率可超过50%。接收整流天线以近似复合夹层结构与机体融合,在机身下部平坦区域形成可替代圆形天线区域,平台在该区域使用后加载-平坦下翼面翼型,外翼段使用优化的高升力翼型,保证了一体化平台的整体效能。发射天线采用化整为零的分布式发射阵列由伺服系统驱动跟踪飞行平台,在18 km高空形成微波合成覆盖区,通过仿真证明波束收集效率最高可达80%以上。跟踪导引采用分布式定位策略,融合扩展卡尔曼滤波可以实现高空30 m定位误差的超高精度定位。设计完成了1∶6.7的缩比系统验证试验,利用缩比飞行平台以8 m飞行高度穿越80 W单一发射天线微波覆盖区,成功实现能量传输,验证了系统设计原理的可行性。

关键词：高空无人飞行平台超长航时微波传能分布式发射一体化整流天线跟踪导引