机床与液压杂志

机床与液压杂志2023年第23期

• 基于虚拟分解的液压机械手RISE渐近跟踪控制

  樊雕，姚建勇，邓文翔

  多自由度液压机械臂是一个多输入多输出、强非线性、强耦合的机电液复杂非线性系统，对液压机械臂精确控制是极富挑战的任务。提出一种基于虚拟分解的误差符号积分鲁棒控制方法用于液压机械手系统的高精度跟踪控制。考虑三关节之间的动力学耦合、液压作动器动态和摩擦效应，首先基于虚拟分解建立液压机械手的运动学和动力学数学模型，基于虚拟功率流保证子系统和整个系统的L2和L∞稳定性，设计虚拟控制方法。然后进一步将关节之间的耦合作用融入到鲁棒控制器设计之中，发展出基于虚拟分解的误差符号积分鲁棒控制方法，进一步增强了关节位置跟踪能力。基于Lyapunov理论证明该控制方法可实现位置跟踪误差的渐近收敛。对比仿真结果表明，提出的基于虚拟分解的鲁棒积分控制器具有优异的渐近跟踪性能。

• 基于全局能量优化的液压机械臂节能控制策略

  张啸甫，施光林

  液压机械臂由于采用液压系统作为驱动装置，在实现闭环运动控制过程中存在能效较低的缺点。针对此问题，提出一种基于全局能量优化的液压机械臂节能控制策略。分析液压机械臂各关节与驱动液压缸之间的运动转换，并推导了关节运动与液压缸两腔压力之间的非线性映射关系。在此基础上，构建液压机械臂能量消耗目标函数，与运动时间构成多目标优化问题，并利用改进的NSGA-Ⅱ多目标优化算法求解该问题的最优解。通过对比仿真结果可以发现：所提出的基于全局能量优化的节能控制策略与传统的定供油压力控制策略相比，节约了46.73%的能量，与传统基于时间-能量的优化节能策略相比节约了8.62%的能量，从而验证了所提策略的有效性。

• 面向柔性导线涂覆作业的机器人视觉检测与定位方法

  饶成龙，宋屹峰，赵娟平，王俊彭

  架空裸导线没有绝缘外皮的保护，容易发生安全事故，利用涂覆机器人开展裸导线绝缘化作业能够减少对人身安全的威胁。针对柔索环境下涂覆机器人运动导致柔索发生变形致使目标发生变化，提出一种面向柔性导线涂覆作业的机器人视觉检测与定位方法，利用机械臂末端相机采集涂覆机器人的标记位置图像，实现对涂覆柔性导线作业的检测与定位。针对柔索环境下目标会随柔索的变形而发生变化的现象，基于相机标定开展图像雅可比矩阵与观察臂雅可比矩阵计算涂覆机器人的空间位置坐标，对动态变化的目标实时定位与跟踪。实验结果表明:该方法可有效对目标进行定位与跟踪，具备外部环境适应能力。

• 基于预标定基坐标系及MIEKF算法的工业机器人标定方法

  林耿聪，肖曙红，杨林，卢浩文，张建华

  为了提高工业机器人的绝对定位精度和标定效率，提出一种基于预标定基坐标系及改进迭代扩展卡尔曼滤波（MIEKF）算法的运动学标定方法。该方法的优点在于用采集的位置数据进行基坐标系和工具坐标系预标定，节省两者拟合的时间。在建立位置误差模型时利用相关系数和复共线性分析去除模型的冗余参数。用MIEKF算法辨识模型的几何参数误差。通过实验对比验证，机器人经补偿后的绝对定位精度提高了88.07%。

• 基于轨迹压缩的机器人轨迹插值与仿真

  张培森，郭忠峰，杜文龙，彭世杰

  针对机器人关节空间轨迹插值中插值点选择的复杂性，以Delta机器人动平台门字形轨迹为研究对象，提出一种基于轨迹压缩的轨迹插值方法。采用PH曲线平滑过渡动平台运动轨迹拐角，将任意轨迹点位置以3个主动杆的转动角度表示，形成关节空间轨迹；将遗传算法与改进的TDTR算法结合，对主动杆转动关节的轨迹进行离线压缩，得出特征轨迹点，作为5次NUBRS的插值点进行轨迹插值；与按时间与距离均匀划分所得相同数目的轨迹点作为插值点，进行轨迹插值数据对比，证明基于轨迹压缩的轨迹插值，关节角速度与加速度的最大值降低。仿真对比表明，此方法降低了动平台的最大加速度。测试实验结果验证仿真结论，动平台运动平稳，进行循环拾取操作的速率可达50 次/min，证明该方法在提高运动平稳性方面具有优越性。

• 基于环境吸引域的冗余机器人运动控制与实时位型优化

  吕晓静，徐智浩，徐恩华

  针对人机共融场景中机器人任务快速变化、紧凑作业空间等导致机器人高性能运动控制困难的问题，提出一种基于环境吸引域的机器人运动控制与实时位型优化方法。为尽可能减小机器人本体的运动区域，采用两组关键点集对机器人本体与人类偏好的机器人作业区域进行抽象化表征，并提出基于点集距离的环境吸引域评价指标；设计笛卡尔空间运动控制器，并构造末端执行器跟踪误差收敛的关节角速度等式约束；结合关节角度、角速度等物理约束，建立基于约束-优化的机器人运动控制与位型优化问题模型。设计递归神经网络对机器人的角速度指令进行实时求解，并证明了系统的稳定性。最后通过四自由度机器人和七自由度Franka Panda机器人的仿真，验证了所提算法在保证机器人末端完成高精度运动控制的同时，能够使机器人的工作区域尽可能收缩到预设区域。

• 有限纠偏能力的多差速单元循迹协同控制

  丁聪，赵蕾磊

  对于舱段、机翼等制造业常见的超大超重部件，使用重载AGV转运可提高其转运效率和安全性。由于双轮结构的差速轮具有更高的承载力和驱动力，重载AGV多使用差速轮驱动。但是，差速轮的特殊结构不仅使得轮系运动时内部左右两轮相互限制，同时配套在同一AGV上的多套轮系受车体刚性约束，轮系间及轮系内部的相互制约使得整车循迹灵活性不足。提出一种将基于偏差的控制律和基于驱动能力的控制律结合的多差速驱动轮系协同控制方法。该方法充分考虑差速轮运动学特性及整车刚体运动学特性；为保证AGV流畅运行，对各轮驱动速度进行限制，避免了电机频繁正反转和超出驱动能力的情况。此外，该方法易于更多轮系的扩展，轮系旋转中心不局限于车体中轴线，保证了实用性。仿真结果表明：该方法可根据位姿偏差决策、计算符合要求的驱动速度，有效协调位姿纠偏需求与轮系运动能力，使得误差被有效消除并最终达到稳定状态，实现差速驱动AGV循迹性能的整体优化。

• 沉井基础取土作业机器人设计与研究

  董奇峰，纪晓宇，刘修成，程雪聪，孟林园

  针对传统沉井基础施工设备取土效率低、地层适应性较差、作业区域存在盲区等问题，设计一款沉井基础取土作业机器人。结合施工需求，对机器人进行结构设计，并对其伸缩臂进行有限元静力学分析，验证了伸缩臂结构设计的合理性和可靠性；基于D-H法和几何法分别建立了机器人正、逆运动学模型，基于几何法建立了机器人关节空间到驱动空间的运动学模型，将铣挖头位姿控制最终转换为各关节液压驱动器的位置控制；设计了机器人关节驱动电液比例控制系统，采用PID控制器对其进行校正，通过仿真验证了控制策略的有效性；通过现场试验对机器人整机使用性能进行分析。试验结果表明:沉井基础取土作业机器人满足沉井施工需求，达到预期目标。

• 基于ZMQ通信架构的巡检机器人离网控制系统

  孟浩，方小文，张永龙

  目前工业场景巡检机器人的控制系统大都基于ROS框架。虽然该框架具有很大的开发便利性，但其在运行过程中还是有很大的局限性：通信中断无法重连、低可用性、平台环境强依赖、网络要求高等。提出一种基于ZMQ通信机制的分布式机器人控制系统，通信组件使用ZMQ网络库，并运用分布式思想构建多个机器人业务系统的节点，达到高可用的机器人控制系统。实验结果表明：相比于ROS系统方式，基于ZMQ通信的分布式架构的脱机控制系统具有稳定可靠、网络可重连机制、基本无第三方库依赖等优点，解决了开发、部署使用过程中的问题，可以有效提高巡检机器人的可靠性与稳定性。

• 改进的APF算法在采摘机械手运动规划中的应用

  姚国林，王合闯

  针对六连杆采摘机械手运动规划的实时性，基于传统的人工势场(APF)算法，提出改进的人工势场(IAPF)优化算法。采用初等变换序列方法对机械手进行运动学建模，运用该模型可方便地得到机械手上各点相对于基底坐标系的雅可比矩阵。IAPF算法在APF算法原有的引力势场计算模型的基础上，加入了Sigmoid函数，以使得路径规划算法收敛，在斥力势场中引入了反S的Sigmoid函数，防止出现斥力爆炸现象。IAPF算法避免了传统算法的局部最小缺陷和目标不可达问题，同时有效地减少机械手运动规划的计算时间和关节误差。并通过实验验证了所提优化算法在采摘机械手避障运动规划中的实时性和准确性。

• 基于NX MCD的工业机器人视觉分拣数字孪生系统设计

  苏建，慕存强，任善剑，王仁忠，黄婷，刘广

  针对制造业中多类型、多颜色工件人工重复分拣出错率高的问题，设计一个基于工业视觉的工业机器人自动分拣物理控制系统和数字孪生系统。提出融合工业视觉、工业机器人、PLC等设备的以太网通信控制方案；基于视觉检测原理，应用视觉检测工具，结合PLC程序能够正确识别工件信息；基于NX MCD软件构建了工业机器人、输送带、工件等数字孪生系统；最后，对工业机器人和PLC进行联合编程，实现视觉分拣虚实系统同步作业。实验结果证明：该系统工件识别正确率高，工件分拣效率高，数字孪生系统能够实现虚实同步，为系统的动态监控、维护管理与虚拟调试提供了便利。

• 单自由度振动台随机波形复现控制策略研究

  张兵，杜厚羿，朱方正，吴一凡，饶俊森，邱龙涛

  波形复现作为振动环境模拟技术中的一种试验方法，对减小因振动造成的损失和满足产品升级需要等具有重要的实际意义。为了提高波形复现的精度和拓展伺服控制系统频宽，提出一种基于时滞估计的迭代控制随机波形复现策略。首先研究三状态控制策略来拓展系统频宽，之后通过计算响应信号与参考信号的相关系数算出系统的滞后时间，解决液压系统的时滞问题，提高波形复现精度。最后基于时滞估计的迭代控制算法进行波形复现试验，迭代后的相关系数均高于迭代前的相关系数，证明了基于时滞估计迭代算法的有效性。

• 基于YOLOv7-mask和ORB-SLAM2的语义八叉树地图构建

  林义忠，谢震鹏

  针对传统视觉SLAM构建的地图不具有语义信息的问题，提出一种基于深度学习算法的八叉树地图构建方法。该方法采用YOLOv7-mask对图像进行实例分割，得到像素所属类别信息，生成语义灰度图，并结合ORB-SLAM2，将新关键帧投影生成语义点云地图，最终将语义点云地图转换成语义八叉树地图进行存储。通过搭建实验平台，构建了不同状况下实验室场景的语义八叉树地图，验证了所提方法的可行性。

• 气浮隔振平台特性测试方法的研究

  徐新云，陈旭雯，陈章位

  针对气浮隔振平台的振动隔离特性评估，建立隔振平台的力学模型，获得刚度-阻尼并联的两参数模型的传递特性。设计一套微振动测量评估系统，测量流程为：冲击锤激励隔振平台，低频微振动加速度传感器测量地面和隔振台面微小振动加速度值，MI-7208型智能便携式数据采集仪实时采集振动数据，通过配套的专业隔振平台特性分析软件处理得到隔振平台的固有频率和隔振效果等指标。试验结果表明：气浮隔振平台振动衰减可达25 dB；其水平和垂直方向固有频率均在2 Hz附近，与设计参数吻合。

• 高速开关阀控液压马达系统性能对比研究

  王喆，施光林

  采用一款高响应电液伺服阀并使其处于阀口开、关两种极限工况下工作的高速开关控制方式，构建一种阀控液压马达系统，实现对液压马达输出转速及扭矩的控制，以探究液压马达高速开关控制方法的基本特性。完成该高速开关阀控液压马达系统的设计及AMESim仿真模型的搭建。利用PWM信号控制高响应电液伺服阀实现对液压马达的高速开关控制，并通过仿真获得转速等参数随占空比和频率的变化规律。开发基于高响应电液伺服阀的高速开关阀控液压马达系统实验样机，进行实验与仿真结果的对比研究。结果表明：实验与仿真结果较为一致，液压马达转速随着占空比的增大而增大，随着外负载的增大逐渐降低；而仿真结果中负载的增加会轻微加快液压马达转速的稳定时间的结论，在实验中无法得到印证。

• 数字液力解码器密封与摩擦特性试验研究

  何东升，李若岚，栾京生，熊浪，郑严，钱韦吉

  根据数字液力解码器阀体本身设计一个垂直布置的往复高压油液的密封试验台架，通过试验方法探究解码器在不同介质压力、往复速度及压缩率的条件下的密封性能及摩擦特性。结果表明：高压时，数字液力解码器需要较大的启动力，当启动力未达到最大静摩擦力时，其动作响应会存在一定的延迟现象，同时较大的滞后摩擦力会使密封系统的随动性变差；最大静摩擦力和滑动摩擦力随介质压力增加均呈线性增加，0~16 MPa与16~32 MPa两阶段的线性增长率不同，16~32 MPa时增长率变小；在高压高速时，解码器密封部位容易发生泄漏失效；初始压缩率对解码器的密封性能影响明显，初始压缩率为23.25%时，能够满足解码器正常工作时的密封要求。

• 螺旋锥齿轮齿面加工偏差的敏感性分析

  陈淞，杨建军，林守金，林鑫

  螺旋锥齿轮齿面复杂，为了研究机床几何误差对齿面偏差的敏感性，在建立螺旋锥齿轮齿面加工偏差模型的基础上，分别采用局部敏感性分析方法和Sobol全局敏感性分析方法，研究输入参数范围变化对输出结果的影响，确定了影响齿面偏差的关键几何误差。从输入参数和输出结果两个方面比较了两种分析方法的特点。明确了敏感性分析方法的选取原则：对于输入参数的分布范围不明确或者分布情况相似的线性或非线性不强的模型，可以考虑采用局部敏感性分析；对于输入参数的分布范围复杂、准确性要求高的非线性模型，适于采用全局敏感性分析方法。

• 基于SSA-PSO-BP神经网络航空壁板装夹变形预测研究

  刘红军，邵泓斌

  航空壁板在制孔时由于装夹会发生轻微形变，导致盲制孔精度降低。受加工成本影响，无法通过众多激光传感器来确定装夹后壁板的确切位置。为精准预测航空壁板的变形量，提出一种改进的神经网络预测算法，首先利用粒子群优化算法（PSO）将BP神经网络的初始权值和阈值进行初次优化，再选取收敛速度快、全局寻优能力强的麻雀搜索算法（SSA）对权值和阈值进行二次寻优，从而建立SSA-PSO-BP神经网络航空壁板装夹变形预测模型。利用Abaqus软件获取50组壁板变形数据作为神经网络的训练与预测数据（训练集45个，测试集5个），对神经网络模型进行训练。为了验证所建模型的准确性，利用BP、PSO-BP、SSA-PSO-BP这3种模型对测试集进行预测，并运用MAPE与RMSE对神经网络模型进行评价。结果表明：基于SSA-PSO-BP的神经网络模型预测航空壁板变形误差较小，预测结果准确率更高。

• 基于刚柔耦合的提升机钢丝绳横向振动因素分析

  韩壮禄，龙盛蓉，陈学宽，宋奕霖，李志农

  落地式摩擦提升机在运行过程中极易产生振动现象，影响提升设备的安全。为此，以多体动力学仿真软件为载体，考虑钢丝绳的柔性特性，建立刚柔耦合的摩擦式提升机仿真模型，研究加速度与制动曲线对提升钢丝绳横向振动的影响。实验与仿真结果表明：制动阶段时不同加速度运行工况下，摩擦提升系统极易产生横向振动，矩形加速度曲线产生的横向振动更小，上行工况比下行工况钢丝绳振动剧烈。

• 先导级带环形间隙阻尼的水压溢流阀的开发

  金斌，高阳，孙电锋

  针对水液压传动中水介质黏度低、水压溢流阀阀芯和阀套之间难以形成有效润滑膜的特点，设计一种先导级带有环形间隙阻尼的水压溢流阀新结构。通过阐述新开发水压溢流阀的结构方案、工作原理，建立和推导了水压溢流阀的动态数学模型和传递函数。由基于数学模型的仿真分析得知所设计的阀是不稳定的，为此设计了输出反馈补偿来使阀得到稳定的输出压力，一方面通过仿真优化了阀的补偿参数，另一方面通过分析补偿的实现和特征，发现所设计的补偿是一个动压反馈补偿，它可以阻止主阀和先导阀之间的高频压力脉动传递。

• 高副接触下沟槽形织构对40Cr表面摩擦性能的影响

  黄仲，林秉敬，李孝钦

  目前，面面低副接触情况下织构的减摩降磨性能已经得到广泛的研究，然而针对点面高副接触下的织构对表面摩擦学性能影响的研究仍然较少。主要利用有限元仿真技术建立点面接触下仿生沟槽织构表面流体动压润滑仿真模型，通过ANSYS的Fluent模块进行求解，获取试样表面的润滑油膜承载力与织构几何参数的变化关系。用激光在40Cr试样上加工出仿生沟槽形织构，并采用销盘摩擦副，开展点面高副接触下的织构减摩性能实验研究，综合分析织构几何参数对表面摩擦性能的影响规律。结果表明：试验与仿真具有较高的一致性，随着沟槽织构宽度 W 和织构深度 H 的增加，摩擦因数呈先减小后增加的趋势；沟槽织构对改善工件表面摩擦性能具有重要影响，微织构的存在有助于实现流体动压润滑，提高表面承载力，降低摩擦因数，从而改善工件的摩擦性能。

• 基于激光跟踪仪的数控机床空间误差测量及补偿

  吴玉亮，曹文智，肖飞，季柏树

  为了改变机床空间误差综合性的测量手段和补偿技术在国内机床制造和生产中应用较少的现状和研究数控机床空间精度提升方法，介绍数控机床平动轴的21项误差和激光跟踪仪的空间误差测试原理，阐述测量与辨识机床空间误差的步骤和方法。在桥式五轴加工中心上进行空间误差测试，给出数控机床空间误差结果，并生成误差补偿文件，通过西门子的VCS功能进行了误差补偿。并对比分析了补偿前后的21项误差，对补偿前后数据的差异进行原因分析，并通过对机床空间体对角线的测量验证了空间误差测量与补偿的实际效果，补偿后误差缩小为原来的11.2%，应用该技术能够大大提高机床的空间精度。

• 基于改进自适应高阶滑模的液压缸位移跟踪控制

  路时雨，鄂东辰，董兴华，刘超强，蔡玉强，董小雷

  电液伺服系统具有高度非线性、模型参数不确定等特点，给液压缸位移跟踪控制造成了困难。高阶滑模是一种变结构非线性控制方法，它可以实现系统的鲁棒控制，同时抑制系统的抖动，非常适用于电液伺服系统的控制。但高阶滑模也存在控制器的参数难以设置、系统响应速度慢的问题。对此，提出在自适应高阶滑模的基础上加入比例反馈的复合控制策略。针对高阶滑模的控制参数难以设置的问题，提出基于时滞控制理论的参数自适应调整算法，既保证了系统稳定又降低了控制信号的抖动幅值。在自适高阶滑模的基础上加入比例控制以提高系统的响应速度。建立了电液伺服系统的仿真模型，仿真结果表明：自适应高阶滑模使控制信号的振幅进一步减小，有效抑制了液压缸的抖动；加入比例控制之后，系统的响应速度大幅提升，位移跟踪误差也显著减小。

• 车用柴油机缸套活塞磨损试验台设计

  郭展宏，张佳佳，王旭峰，张有强

  为研究南疆风沙环境中车用柴油机在不同沙尘浓度、工作速度、环境温度等条件下对发动机缸套活塞磨损的影响，设计柴油机缸套活塞磨损试验台。试验台主要由风沙输送装置、驱动传动装置、磨损测量及测试系统等组成，通过风沙输送装置模拟沙尘浓度、速度等参数变化的要求；设计的测控系统能够完成工作压力、环境温度、沙尘流量、转速等传感信息的收集和可视化。试验台采用动力机械常用的柴油发动机作为研究对象，适用于实验室中在研发缸套活塞耐磨材料时的测试装备。此试验机操纵方便，可拓展性强，可用于研究南疆风沙环境对内燃机磨损的规律、空滤的堵塞机制、进气阻力分析等。

• 多类型航空刹车器件性能试验台设计

  白钧生，王靖，李碧波，徐忠，王海燕

  飞机旋翼刹车装置和飞机机轮刹车装置都需要刹车性能试验，刹车试验台中都需要模拟转动惯量。基于其共性，设计适合两种类型试验的鼓轮，合理组合，共用一个轴系和动力，通过两个鼓轮离合满足不同的惯量模拟要求，既能用于旋翼刹车装置的刹车性能试验，同时又兼容轻型飞机机轮刹车装置的动态性能测试。设计了满足各种试验工况的装置。通过有限元进行强度分析并对其进行动态性能分析，满足设计要求。试验结果证明试验台鼓轮离合方便，各种试验工作可靠、设备稳定。

• 基于遗传算法的多级主压阀动态特性优化

  王璇，王殿鑫，姜宏暄，刘洋，刘丽芳，杨庆俊

  多级主调压阀作为自动变速器液压控制系统的关键元件，其动态特性直接影响系统的快速性、稳定性和控制精度。在对阀进行结构参数优化时，先凭借经验对参数逐个调整再通过试验验证的方法，效率低且不能保证阀的性能最优。根据多级主压阀工作原理建立了多级主压阀数学模型；搭建多级主压阀Simulink仿真模型，通过分析多级主调压阀各结构参数对阀入口压力动态响应特性的影响，选取弹簧刚度、弹簧预压缩量和阻尼孔直径作为待优化变量；利用MATLAB优化工具箱中提供的遗传算法与Simulink结合对多级主调压阀的动态性能进行优化，并搭建试验台进行试验验证。仿真和试验结果表明：优化后多级主调压阀静态特性良好，负载流量突增时主压压力降低现象得到了改善，响应时间短，动态性能好。

• 航空高速湿转子发电机油摩损耗相关因素分析

  赵明胤，赵博，鲁炳林，杨鹏，刘捷

  航空高速湿转子发电机油摩损耗比重较大，油摩损耗相关因素分析对整机效率优化极为重要。以一台额定转速为30 000 r/min的航空高速湿转子发电机为例，利用计算流体动力学的方法对定转子气隙内三维流场进行研究，通过数值计算与解析计算横向对比，验证了数值计算的正确性；同时，以数值计算为基础，分析转子速度、航空煤油工作温度、定转子气隙长度、定子槽口尺寸、转子外圆粗糙高度和定转子偏心度等运行、结构和工艺因素对转子油摩损耗的影响。得到结论如下：修正了转子油摩损耗与转速的幂指函数关系，修正后指数为2.833 5；流体介质工作温度的增大有利于降低转子油摩损耗；定转子气隙长度对转子油摩损耗影响较小，其数值的选取应当优先满足磁路计算的需要；槽口绝缘封闭处理、减少槽口宽度会降低转子油摩损耗；转子外圆粗糙度、定转子偏心度的存在都会导致转子油摩损耗增加。

• 闸变量式轴向柱塞泵的流量特性

  张宇，邓海顺，施新泳，洪东炳

  为研究闸变量式轴向柱塞泵的流量特性，建立闸变量式轴向柱塞泵机构模型，对其变量原理进行论述，并推导相关公式，在考虑泵柱塞数为奇数和偶数情况下，将闸变量式轴向柱塞泵的流量特性与斜盘式轴向柱塞泵的流量特性进行对比仿真分析。结果表明：采用闸变量式轴向柱塞泵，无论泵柱塞数为奇数还是偶数，泵的周期瞬态流量曲线形状发生变化，但瞬态流量周期没有发生改变；斜盘式轴向柱塞泵的流量脉动不随斜盘斜角的变化而变化，闸变量式轴向柱塞泵的流量脉动随配流盘转角增大而增大，且增大趋势逐渐增加。因此，采用闸变量式轴向柱塞泵时要考虑在满足泵实际排量变化范围要求下尽量控制配流盘最大转角范围，并且对闸变量式轴向柱塞泵采取必要的稳流措施非常重要。

• 新型变指数趋近律的PMSM滑模控制

  李璐，谭草，张玉学，郭春霖，孙兆岳，王子喆

  针对永磁同步电机滑模控制系统符号函数容易出现抖振问题，提出一种基于新型饱和函数的变指数趋近律结合非奇异快速终端滑模控制方法，并利用李雅普诺夫不等式证明其稳定性。考虑到外界负载转矩对系统性能的影响，建立非奇异终端滑模扰动观测器，将转矩的观测值转换成转矩电流前馈补偿至电流环输入端，避免了较大的滑模增益，克服外界突然加扰动时系统的抖振问题。仿真和实验结果表明：改进的新型滑模控制器结合扰动观测器可有效减小系统抖振，提高控制系统的动态响应能力和抗干扰能力。

• 地铁齿轮箱型腔结构参数对轴承润滑性能的影响

  郭小锋，朱博，付晓莉，张伟杰，杨树峰

  地铁齿轮箱流场分析是研究输出端轴承润滑的基础，箱体型腔结构参数对齿轮和轴承的润滑有非常重要的影响。通过计算机流体仿真软件CFX，采用浸入实体法，建立地铁齿轮箱斜齿轮飞溅润滑的CFD数值仿真模型，得到不同工况下输出端轴承集油盒入口处的润滑油速度和体积分数；分析径向距离、轴向距离、导油筋宽度对集油盒平面润滑油体积分数和速度的影响规律。分析结果表明：在1 800~3 600 r/min转速下，集油盒平面润滑油体积分数与油速呈负相关关系，在一定导油筋宽度下，增加轴向与径向距离会增加集油盒平面润滑油体积分数，减小集油盒平面的油速；轴向距离和径向距离不变，随着导油筋宽度增加，润滑油体积分数增加，油速降低。

• 磁流变液与形状记忆合金复合制动性能研究

  赵金涛，黄金，舒锐志

  针对现有磁流变液制动器使用存在发热严重的缺点，设计一种磁流变液与形状记忆合金复合制动装置，利用装置在制动过程中产生的热量，使形状记忆合金弹簧产生附加的摩擦转矩，提高了装置的制动转矩。阐述该复合制动装置结构和工作原理,进行磁场有限元分析、形状记忆合金弹簧挤压力分析以及复合制动转矩分析。结果表明:磁流变液传递的转矩随电流的增大而增大，形状记忆合金弹簧的摩擦转矩随温度的增加而提高；当线圈电流为3 A、温度达到100 ℃时，复合制动转矩比单一的磁流变制动转矩提升约31.4%。

• 高压共轨喷油器系统鲁棒性分析与优化

  贠振刚，李少年，张海丽，史瑞静

  作为柴油机共轨系统的核心元件，喷油器系统鲁棒性是精确喷射技术的重要保证。针对喷油器系统稳定性分析以及多参数匹配整定困难问题，采用蒙特卡罗方法拉丁超立方体抽样原理对结构参数相关性进行计算。结果表明：预注入量与阻尼孔直径A、阻尼孔直径B、弹簧预紧力和阀芯直径的相关性高，且直径A和直径B对主喷射过程影响较大；通过NLPQL算法进行系统关键结构参数优化，使喷油器预注入和主喷射流量各增大10.7%、18.3%，预注入和主喷射容量各增长8.2%、25.6%，预注入和主喷射关闭行程各缩短6.8%、15.9%，有效提高了共轨喷油系统鲁棒性和喷射技术快速性、精确性。

• 主动配流式电磁直驱静液作动器液压系统能耗分析

  陈雪炜，葛文庆，秦琪晶，陆佳瑜，路志浩，谭草

  针对一种基于主动单向阀与电磁直线执行器的主动配流式电磁直驱静液作动器能耗机制不明确的问题，建立液压系统的机械-液压耦合模型，将其能量损耗分为以液压缸与柱塞泵组成的能量转换损耗以及液压回路损耗，定量分析液压系统的能耗组成与分布规律。结果表明：负载变化对能量转换损耗的影响较大，且损耗占比始终大于27%；频率的改变增加系统中液压回路的能耗，且其损耗占比始终大于59%；整个工作过程中，系统的有用功比重会随着负载的增加不断提高，随着频率的增加不断降低。

• 基于Fluent的纯水溢流阀结构设计及优化

  王涛，李俊士，孔祥凯

  针对纯水溢流阀阀芯与阀套存在的气蚀、冲蚀问题，设计一种具备高压引流孔与多级串联阀口结构的阀芯。介绍阀芯与阀套关键配合尺寸的设计思路，利用Fluent简要分析了微射流与冲蚀的发生机制，并推导多级串联阀芯的抗气蚀原理；依据改进阀芯的实际结构推导建立纯水溢流阀的数学模型。为验证改进式阀芯的抗气蚀、冲蚀性能，建立两种阀芯的Fluent流体仿真模型，探究高压引流口与多级串联阀口对气蚀、冲蚀现象的影响机制。仿真结果表明：同等压力等级下，新式阀芯的射束流速更低、气蚀现象更轻，有助于纯水溢流阀长期稳定的运行。

• 基于改进多任务学习网络的零样本故障诊断

  曾魁魁，郑直，姜万录，冯立艳

  多任务学习网络结构和参数冗余、网络规模过大，导致网络实时性差的问题；无法获取元件的部分或者全部故障类型样本，导致零样本问题。针对上述问题，提出一种基于元学习优化的轻量化多任务学习网络。为了提高实时性，利用MobileNetV3轻量化网络构建具有多个子任务诊断网络的轻量化多任务学习网络模型；研究了跨元件零样本问题，利用模型无关(MAML)元学习方法，对轻量化多任务学习网络的训练方式进行优化，构建基于元学习优化的轻量化多任务学习网络；最后，从不同微调步数和测试任务数角度，测试了所提网络的诊断性能。通过齿轮和轴承多元件的实测故障分析可知，所提方法可以实时高精度地解决多任务故障诊断问题和跨元件零样本问题。

• 基于FMEA和相似度的装备维修决策

  李新月，葛彦斌，安学广，王帅，王延文，姚翔天

  针对传统的故障模式影响分析（FMEA）方法选取装备维修策略中，风险评价因子很难被精确的评估、没有具体考虑故障特点等缺陷，提出一种考虑模糊语境和故障特点的基于FMEA的装备维修策略选取方法。该方法采用三角模糊数和相似度选取装备维修策略，既考虑了风险评价因子的模糊性，又考虑了装备故障特点，使得维修策略的选取更加符合工程实际。最后以自行高炮的自动机为例，验证了该方法的有效性。