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2013年  32卷  第6期

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研究论文
长定子中低速磁浮轨道动力学数值分析及结构优化设计
何岚, 刘放, 李贤坤, 迟振华
2013, 32(6): 781-784.
摘要:
对长定子中低速磁浮列车轨道结构进行了较全面的动力学有限元分析,获得了磁浮列车轨道结构的动力学基本品质特性,即固有频率和振动模态。在此数值分析基础上,研究分析了磁浮轨道对振动比较敏感的频率范围并进行了优化设计。结果表明:对磁浮列车轨道有限元分析不仅在理论上起到了检验与校核的作用,为磁浮列车调试实验提供了磁浮轨道结构的计算数据,还对磁浮轨道性能的进一步设计和优化提供了依据。
基于内膜原理的多轴转向无静差跟踪鲁棒控制
王吉华, 魏民祥, 李玉芳
2013, 32(6): 785-790.
摘要:
为提高多轴转向车辆跟踪控制精度及其抗干扰能力,提出基于内模原理(IMP)的无静差跟踪鲁棒控制方法。建立多轴转向二自由度线性模型,并基于IMP进行无静差跟踪控制器设计,利用极点配置方法求解控制器;对某三轴转向车辆进行跟踪控制器设计,并和PID控制对比仿真,在一定干扰下,内膜控制跟踪横摆角速度阶跃和斜坡信号的稳态误差均为零,调节时间在0.09 s以内,而PID控制稳态误差最大0.2°/s,调节时间最大为0.6 s。结果表明控制算法能使横摆角速度无静差跟踪参考输入,并具有一定的鲁棒性,且侧偏角响应也得到改善,跟踪效果明显优于PID控制,提高了多轴转向的操纵稳定性和安全性。
多级载荷作用下剩余强度模型的结构元件疲劳可靠性分析
李少宏, 陈建军, 方永锋
2013, 32(6): 791-795.
摘要:
对于多级载荷作用下的结构元件,利用剩余强度模型分析其疲劳可靠性问题。首先运用等强度退化量原理推导出多级载荷下的剩余强度模型公式,并从此公式出发利用矩法得到剩余强度随载荷循环数下的均值和方差,其中考虑了等效作用次数的随机性。最后利用得到的剩余强度的数字特征,基于其满足正态分布的假设,根据一次二阶矩法计算出结构元件的疲劳可靠度。通过算例考察了本文方法的可行性和有效性。
并联机器人结构及驱动方式合理性的探讨
刘辰, 赵升吨
2013, 32(6): 796-800.
摘要:
介绍了工业串联机器人结构中存在的不足,阐述了并联机器人的特点、应用范围、发展历程及其基本组成。对并联机器人按照变杆长驱动型、摆杆驱动型、柔索驱动型以及其他驱动型等4种典型传动结构进行探讨;分析了应用在并联机器人中的液压驱动、伺服电机驱动等不同驱动方式的优缺点,进而明确的指出交流伺服电机驱动方式在并联机器人领域具备明显的优势。
陀螺效应对精密离心机加速度的影响研究
成永博, 卢永刚, 黎启胜, 张映梅
2013, 32(6): 801-804.
摘要:
为了研究精密离心机主轴回转运动模式以提高其加速度精度,以转子刚体动力学为基础分析了精密离心机回转主轴的定点陀螺运动,建立了考虑公转效应的转盘测试点处的精密离心机加速度矢量模型;同时提出了针对精密离心机动态半径测量的内外基准测量法的加速度矢量模型及加速度误差矢量模型;根据给定参数计算并分析了考虑公转效应时的加速度绝对误差值在100g时为5.89 m/s2,相对误差为6‰;而通常精密离心机相对精度要求为10-5~10-6,此时主轴定点陀螺运动的公转不可忽略。
基于D-S证据理论的高炮自动机融合诊断
王志凇, 唐力伟, 曹进华, 俞文文
2013, 32(6): 805-808.
摘要:
针对某型高炮自动机系统运动呈阶段性的特点,设计基于D-S证据理论的高炮自动机故障融合诊断方法。利用传感器测试的数据提取描述系统状态的特征参数,提出改进的Minkowski距离方法产生证据,并根据组合规则进行融合。实例分析结果表明:该方法可以有效提取自动机故障信息,确定故障部位,提高了故障诊断的效率。
汽车方向盘转角试验数据去噪的小波基选择
许健雄, 赵又群, 刘英杰
2013, 32(6): 809-813.
摘要:
针对在采用小波去噪方法对含有噪声的汽车方向盘转角试验数据进行去噪时小波基的选择问题,探索研究了一种适用于汽车方向盘试验数据去噪的小波基选择方法。首先,结合小波基参数特性以及汽车方向盘转角试验数据对处理效果的要求,归纳出适用于汽车方向盘转角试验数据处理的小波基特点,得出Daubechies(dbN)小波基和Symlet(symN)小波基适用于汽车方向盘转角试验数据处理的结论;然后,引入重构因子来评价各阶数下小波基的处理效果,从而确定小波基的阶数,并以某车型进行双移线试验时采集的方向盘转角试验数据为例,计算并比较了db2~db20和sym2~sym8共26个小波基的重构因子大小,得出db5、db6、sym4和sym5小波基较适用于该试验数据的结论;最后,对所选择的小波基进行了处理效果的验证。结果表明:用该方法选出的小波基对该试验数据有较好的处理效果。
挖掘臂的液压缸摩擦模型辨识与分析
黎波, 严骏, 郭刚, 唐建, 张梅军
2013, 32(6): 814-818.
摘要:
挖掘臂的液压缸摩擦力使系统动态特性恶化,对其进行有效的摩擦补偿是提高控制性能的关键。为获得液压缸的精确摩擦模型,建立了铲斗关节动力学方程,方程中分别采用了库仑摩擦、库仑+黏性摩擦及Stribeck摩擦模型。针对系统中存在的有色噪声,采用了改进的递推最小二乘法辨识未知参数。将辨识的三种摩擦模型进行对比分析表明,Stribeck摩擦模型精度最高,能很好地预测液压缸驱动力。其中,Stribeck摩擦模型的辨识误差比库仑+黏性摩擦及库仑摩擦分别减少约8%与18%。
室内自主移动机器人系统设计
吴明轩, 神文文, 姜忠民, 张仁杰
2013, 32(6): 819-823.
摘要:
提出了一种室内自主移动机器人系统设计方案,以代替人完成家务劳动、物品搬运及资料传递等任务。该系统以先验地图信息为基础,结合传感器所采集的信息建立相应的环境模型,使机器人能够自主完成最短路径规划、障碍检测和运动控制等功能。机器人的行进速度和角度数据通过无线芯片nRF24L01实时传送给上位机进行分析处理,分析后再将控制指令反馈给机器人执行,以调整机器人的运动姿态。仿真测试表明:所设计的系统稳定可靠、实现了预期的设计目标。
截面线等误差步长法计算点云刀具路径规划
刘威, 周来水, 安鲁陵
2013, 32(6): 824-828.
摘要:
提出了一种利用截面线等误差步长法计算点云刀具路径的算法。首先定义一组截平面,运用点云切片算法求出截平面与点云的交线,作为刀触点(CC)轨迹。刀触点轨迹是由大量离散点组成的点集,本文中提出了一种等误差步长法对刀触点轨迹计算刀触点,然后利用最小二乘法拟合刀触点附近点获得平面,平面法矢作为刀触点的法矢,沿法矢偏置刀具半径得到对应的刀位点,并对生成的刀位点进行干涉处理。该算法计算出的刀具路径包含的刀位点数量更少,误差均匀且都满足最大误差要求,最后通过实例验证了算法的可行性。
汽车车身偏置碰撞抗撞性分析与结构改进
鄢回洪, 辛勇
2013, 32(6): 829-833.
摘要:
针对某乘用车在偏置碰撞形式下的安全性问题,对车身前部关键部件进行改进,实现汽车前舱刚度匹配,使整体结构合理变形。通过对仿真结果的分析并针对原车耐撞性能的不足,在车身纵梁前部设计导引槽式吸能结构,以改进前纵梁吸能变形模式;增加A柱加强件的厚度,以提高车架纵向刚度和乘员舱的强度。仿真结果表明:在整车质量仅增加2.24 kg的情况下,改进方案有效地提高了整车的耐撞性,整车的加速度峰值降低了6 g,乘员舱的变形量有所减小。
液压机械手电液比例系统模糊PID控制研究
杨晶, 同志学, 王瑞鹏, 刘涛
2013, 32(6): 834-838.
摘要:
针对液压机械手的电液比例系统存在较大程度的系统参数变化和负载干扰等特点,一般控制方法难以全部满足性能要求。常规PID控制方法虽然算法简单、可靠性好、鲁棒性高,但由于参数整定繁杂,往往造成参数整定不良、性能欠佳、适用性能差。为了改善这些缺陷,将模糊控制理论与PID控制理论相结合,设计了模糊PID控制器,实现了对PID参数的在线整定。利用MATLAB/Simulink进行仿真,比较常规PID控制与模糊PID控制下电液比例系统的控制效果,发现模糊PID控制器较好地克服了系统的非线性和负载干扰的影响,提高了系统的稳定性和动态性能。
宽带随机振动疲劳寿命的频域分析与试验对比研究
曹明红, 邵闯, 齐丕骞
2013, 32(6): 839-844.
摘要:
介绍了几种常见的宽带随机振动疲劳寿命频域估算方法,包括P.H.Wirsching窄带假设法,Dirlik法,Bi-modal法和简化的Bi-modal法等。并专门设计若干组具有明显双模态响应的悬臂梁随机振动疲劳试验,通过采集到的应变数据获得应力数据,采用上面介绍的各种频域估算方法估算试件的振动疲劳寿命,并与试验寿命比较,以此验证各种频域估算方法的适用性和估算精度。
电主轴与其内装转子过盈配合的可靠性分析
同剑, 原大宁, 刘宏昭, 李锐
2013, 32(6): 845-852.
摘要:
电主轴的主轴与其内装转子通过过盈配合传递转矩,其过盈配合可靠性设计是将配合面实际过盈量和有效结合半径看作是随机变量进行设计。利用蒙特卡洛法模拟出配合面处的广义应力、广义强度序列,通过卡方拟合优度检验说明其服从正态分布,并结合应力-强度干涉理论,建立了系统可靠度模型。比较蒙特卡洛法下求解的广义应力、广义强度的数字特征和点矩法下求解的广义应力、广义强度的数字特征,验证了该可靠度模型的正确性。分析了配合面结合半径、实际过盈量与主轴转速等对系统可靠度的影响。
无刷直流电机循环球式助力转向器的设计与试验
刘振博, 林慕义, 童亮, 卢铁军
2013, 32(6): 853-856.
摘要:
根据循环球助力转向器,设计了新型的无刷直流电机循环球式助力转向器。转向器的设计包括样机设计和控制器设计两部分。并根据开环控制理论,设定助力时目标转矩不超过30 N.m。通过在轻型货车CA1037K2L上进行原地转向试验,验证了助力转向器的助力特性,并且获得了扭矩传感器标定曲线以及转向器试验曲线。试验结果表明:该无刷直流电机循环球式助力转向器能够满足轻型货车的助力需求。
仿人机器人SJTU-HR1及其运动分析
戚开诚, 刘伟, 张建军, 高峰
2013, 32(6): 857-862.
摘要:
SJTU-HR1是由并联关节的组成的34个自由度新型仿人形机器人,根据人体生理结构设计了其各个关节。把各个并联机构关节作为一个模块,定义了关节的输出角度和输入角度,建立仿人形机器人整体坐标系,建立手臂和腿末端的位置正反解模型。为仿人机器人运动规划,动作设计以及控制系统建立奠定基础。
缝合复合材料拉伸性能影响因素研究
徐建新, 李喜柱
2013, 32(6): 863-867.
摘要:
根据缝合层合板中缝合损伤的细观特征,分析影响缝合材料拉伸性能的2个因素。鉴于2个因素的不同的特征,做出两种不同的假设,以T700/QY8911层合板材料为例,依据假设分别建立模型进行分析计算,并与实验结果对比,进而分析得出试样沿缝合针脚断裂,缝合在针脚处引起的纤维弯曲、纤维断裂等微观损伤是影响拉伸强度特性的主要因素,其中缝合前后复合材料弹性常数的变化主要和纤维断裂有关,而拉伸极限载荷的与两者都有关,且纤维弯曲对拉伸强度影响更大。
面向众核的空分系统结构研究
胡晓静, 王春光, 谭郁松
2013, 32(6): 868-872.
摘要:
虚拟机技术通过操作系统级的并行能够一定程度上适应硬件的并行发展。但是其层叠性能损失和能耗增加使得其应用有限。本文中分析了当前虚拟机技术存在的缺陷,引入了空分复用的思想,并重新设计了一个面向众核平台的系统结构,通过将不同功能部分绑定到特定处理器上,通过处理器间的中断来完成功能调用。这种机制避免了时分复用技术带来的切换开销,通过处理期间显式消息传递代替了难以确定执行时间的cache一致性协议,并针对NUMA结构下,处理器地位不一致的情况,提出了相应的分配和迁移策略。
基于Hypermesh和Ansys的卧螺过滤离心机转鼓系的模态分析
王琪, 杨彬, 刘汝波, 史学礼, 黄伟彬
2013, 32(6): 873-878.
摘要:
卧式螺旋过滤离心机的转鼓系作为整机振动的振源,是研究离心机动载荷与机械振动的重点对象。结构共振与物料分布不均是转鼓系振动的主要原因。对转鼓系进行有限元模态分析,可以避免结构共振的发生。通过UG建立了转鼓系的几何模型,并利用Hypermesh对几何模型进行了六面体网格划分。采用接触对与MPC算法,实现了零部件之间不连续网格的连接。基于BlockLanczos算法,在Ansys中对转鼓系有限元模型进行了特征值提取,得到了转鼓系在有、无离心预应力下的前8阶固有频率与振型。研究表明,转鼓系在给定工作转速下,不会发生结构共振。离心预应力对固有频率的低频成分影响较大,而对中高频成分影响较小。研究结论为整机瞬态动力学分析与转鼓系结构优化研究与设计提供了依据。
现代飞机地面振动试验准备及设计技术
李晓东, 杨文岐, 刘凡
2013, 32(6): 879-883.
摘要:
将试验与有限元分析有效结合是提高全尺寸飞机地面振动试验(Ground Vibration Test,GVT)效率与精度的一种发展趋势。探讨了基于有限元模型的现代飞机GVT准备和GVT设计技术,介绍了在试验前利用有限元模型信息进行测量点位置优化、最佳激振力配置、支托方案的选择及评估方法等,并在型号试验中验证了该方法的可行性。通过本项目的研究可在不占用型号试验时间的前提下获得最佳试验方案,从而达到缩短飞机试验周期、降低试验成本的目的,逐步实现从单一的物理试验向分析与试验综合研究的跨越。
基于LS-DYNA的圆锯片切割石材数值仿真研究
姚涛, 段国林, 高扬
2013, 32(6): 884-887.
摘要:
针对圆锯片切割石材的复杂非线性动力学行为,依据硬脆材料断裂机理,基于ANSYS/LS-DYNA建立了锯片-石材切割系统的有限元仿真分析模型。动态模拟了切割过程中石材锯路的生成以及石材颗粒的断裂、破坏过程,模型采用对称罚函数接触算法和动力学方程的显式中心差分求解方法,并基于LS-PREPOSTD后处理获得加工系统的动力学响应。结果显示了不同切割时刻锯片表面和石材内部的应力分布情况,能够直观形象地确定模型最先破坏的区域,揭示了石材微观破碎、裂纹生成及成屑机理。仿真结果证明了建模方法的可行性与正确性。
大行程高精度驱动系统的研究
邢航, 张铁民, 杨秀丽, 张建桃, 漆海霞
2013, 32(6): 888-894.
摘要:
首先对大行程高精度驱动系统结构研究进展进行介绍和评述,其次针对目前大行程高精度宏微两级定位系统结构复杂,体积大,驱动控制困难等问题,提出研究具有宏微双重运动功能的单一驱动结构将是大行程高精度驱动定位系统的发展方向;指出将超声电机与压电微驱动器结合成为单一驱动器将是大行程高精度驱动系统的一个发展方向;最后对单级超声电机宏微驱动系统建模方法、位置控制策略的研究进展进行了综述,指出了单级宏微驱动的超声电机研究的主要难点。
清筛机挖掘链导槽的重力补偿模糊PD控制研究
阮文捷, 胡斌, 王刚
2013, 32(6): 895-898.
摘要:
由于清筛机挖掘链条导槽系统的强非线性,采用的PD控制方法在参数发生变化时,很容易导致过大的超调甚至起震,系统的动静态性能变差很大。为了提高系统的控制效果,设计了一种结合了重力补偿PD控制和模糊控制这两种方法优点的重力补偿模糊PD控制器,并将其引入到RM80清筛机的挖掘链导槽系统中。在Matlab/Simulink环境下进行的仿真结果表明:设计的补偿重力模糊PD控制器与传统PD控制器相比,改善了系统的动态性能,具有较好的鲁棒性和抗干扰性。
异结构混沌同步系统图像加密方法的研究
徐君燕, 卜建荣, 黄芳
2013, 32(6): 899-904.
摘要:
由于混沌动力学系统具有伪随机性、确定性和对初始条件与系统参数的极端敏感特性,故将其与数字图像加密技术相结合,可构造出非常好的图像信息加密系统。提出基于驱动响应法实现图像加密和解密,经过仿真实验表明加密后原始图像无法从加密后的图像中提取原始信息,然而经过解密后的图像能达到与原始图像一致的效果。为了实现两异结构混沌系统在有限时间内同步数据安全通讯,分别改变线性映射关系参数和控制律参数对图像解密密钥敏感性进行分析,实验结果为图像与明文有很大差别。因此,证明了异结构混沌同步系统图像加密方法具有良好的安全性。
磁场作用下磁性抛光液体的抛光特性及实验研究
吴敏, 王正才, 陆樟献, 陈善飞
2013, 32(6): 905-908.
摘要:
介绍了一种基于旋转磁性抛光液体的抛光技术。磁性抛光液体在磁力搅拌器的作用下产生旋转运动,利用外加强磁场作用增大磁性液体的粘度和剪切屈服应力,当加工工件放入磁性抛光液体中,磁性抛光液体与之相接触的工件表面发生磨削,从而达到对工件表面的光整加工。实验详细研究了磁性抛光液体抛光后工件的抛光区内表面粗糙度与抛光时间和位置之间的关系,实验结果表明:旋转磁性抛光液体抛光可以用于对工件进行超光滑加工,抛光时间越长,各处粗糙程度越接近,表面粗糙度越好,并且表面粗糙度比单独用研磨抛光膏的效果好。
基于Matlab系统函数法的汽车轮胎力计算研究
杜峰, 闫光辉, 陈涛
2013, 32(6): 909-913.
摘要:
针对轮胎力在汽车动力学模拟及控制系统开发中的重要作用,研究了利用Matlab/Simulink软件中的系统函数来建立Gim理论轮胎模型的模块化实现方法,所建立的轮胎模块在车辆动力学模拟中可直接作为Simulink中的子模块被调用来计算地面作用于汽车轮胎的纵向与横向力。通过动力学数值仿真与实验测试结果的对比分析表明:Gim理论轮胎模型具有很高的精度,能准确的预测轮胎的力学特性,所建立的轮胎子模块通用性强,所需参数少,可直接应用于各种车辆动力学分析与控制系统的研究中。
基于遗传算法优化的汽车主动悬架LQG控制器的设计
孟杰, 张凯, 焦洪宇
2013, 32(6): 914-918.
摘要:
常规线性二次最优控制器在汽车主动悬架应用中,存在权值矩阵确定的问题。设计了一种基于遗传算法优化控制器权值矩阵的方法。利用遗传算法的全局优化算法,以主动悬架性能指标为目标函数对权值矩阵进行优化设计,提高了控制器的设计效率和控制性能。应用该方法进行了汽车悬架主动控制仿真。研究结果表明:基于遗传算法优化的LQG控制器的汽车主动悬架相对于应用常规控制器的主动悬架和被动悬架,能够大大改善主动悬架的性能。同时在充分利用常规线性二次最优控制器优势的基础上,解决了其权值矩阵确定存在的问题。
剪叉式升降机举升机构分析与优化
胥军, 李刚炎, 杨飞, 杨保安
2013, 32(6): 919-922,927.
摘要:
描述了剪叉式升降机举升机构整体运动情况,然后分别针对举升油缸、升降平台的运动过程进行了详细分析;通过举升机构的受力分析,得到了受力最大的绞点;最后通过对剪叉杆的强度进行校核和对举升油缸的安装位置进行调整,提出了该机构的结构优化方案,经现场实测验证,经优化后不仅提高了举升机构的稳定性,机构对油缸的推力要求也得到了大幅降低。
飞机结构紧固件柔度影响因素分析
李志贤, 黄其青, 殷之平, 马凯超
2013, 32(6): 923-927.
摘要:
紧固件柔度是飞机连接部位的疲劳寿命重要影响因素,常常作为考虑飞机结构疲劳寿命模拟和分析的主要参数。本文在验证弹塑性有限元法计算紧固件柔度有效性的基础上,利用弹塑性有限元法对不同紧固件连接的单搭接结构进行仿真分析,并由仿真分析得出的紧固件细节的载荷位移曲线计算紧固件柔度。分析表明:扁圆头铆钉铆钉头越小柔度值越大;埋头铆钉柔度值相对于扁圆头铆钉有所增大,十字槽埋头螺栓柔度值相对于埋头铆钉稍有增大;过盈配合使紧固件柔度值大幅减小。
数码打样机小色差样张色差评价研究
李文育, 张二虎, 刘宏昭
2013, 32(6): 928-931,936.
摘要:
针对目前数码打样机小色差样张ΔE76色差评价方法与视觉评价差异大的问题,提出了基于视觉特性的色差评价方法。首先设计了用于数码打样机用的小色差样张;然后采用感知法对数码打样机输出的小色差样张进行视觉评价,并将人眼恰能识别的色差利用ΔEE76、ΔEE94、ΔEcmc、ΔE00和ΔIm色差评价模型进行客观评价;最后采用均方根误差(RMSE)、性能评价因子(PF/3)、样品决定系数(R2)等参数,获得各色差评价模型相对视觉评价色差的预测性能。结果表明:与视觉评价最为一致的是ΔE00和ΔIm,与视觉评价差别最大的是ΔE76。与ΔE00色差评价模型相比,ΔIm色差评价模型不需要复杂的系数修正,计算简单,更适合作为数码打样机的色差评价模型在生产中应用。
分支谐振型液压脉动衰减器动态特性分析
杜润, 柯坚, 于兰英
2013, 32(6): 932-936.
摘要:
对分支谐振型液压脉动衰减器用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)分析软件进行计算,分析共振腔结构与衰减器动态特性的关系。在层流状态下,考虑流体的可压缩性,利用M序列压力信号激励,对衰减器进行CFD模拟,利用FFT(Fast Fourier Transform,快速傅立叶变换)得出其频率特性,比较了共振腔容积相同但直径和长度不同的衰减器的频率响应和插入损失;利用阶跃压力信号模拟压力冲击,比较了它们内部流场。设计了频率特性相同但共振腔容积不同的衰减器,比较了它们的性能。利用分布参数法对共振腔结构与衰减器基频的关系进行了分析。结果表明:衰减器的固有频率特性在一定程度上与共振腔的直径和长度相关,当共振腔直径-长度比小于1并逐渐减小时,衰减器基频也减小;当其大于1并逐渐增大时,衰减器的基频变化很小,因此减小共振腔直径-长度比可以减小衰减器的体积,同时保持共振频率不变。