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机电工程
机电工程

罗向阳

月刊

1001-4551

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310009

浙江省杭州市大学路高官弄9号

机电工程/Journal Mechanical & Electrical Engineering Magazine北大核心CSTPCD
查看更多>> 《机电工程》杂志系：中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊) ，创刊于1971年，由浙江大学与浙江省机电集团（原浙江省机械工业厅）联合主办，是一份在国内有较高影响力、历史悠久的机电技术领域的专业性科技期刊。以报道机械、仪表技术，机电一体化技术、自动化技术及其应用为特色。《机电工程》杂志是中国机械工程学会优秀期刊，《中国学术期刊（光盘版）检索与评价数据规范》（CAD-CJ）执行规范优秀期刊，浙江省精品科技期刊。 中国学术期刊影响因子年报-自然科学与工程技术2011版显示：复合影响因子为0.748，影响因子列机械工程学科第8位（总计86种）。
正式出版
收录年代

    基于RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制研究

    陈翰文徐巧玉徐恺张正...
    371-381页
    查看更多>>摘要：针对凿岩机械臂的电液比例系统位置控制精度问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络整定PID的电液比例系统位置控制方法.首先,在AMESim中搭建了阀控非对称液压缸的电液比例系统简化模型,设置了各个模块的参数;然后,利用MATLAB/Simulink搭建了系统闭环控制模型,通过不断更新RBF网络模型并修正PID参数,实现了基于RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制目的;结合AMESim搭建的电液比例系统模型和Simulink下搭建的控制器进行了联合仿真;最后,基于凿岩台车机械臂实验平台,进行了电液比例系统位置控制实验.仿真结果表明:在受到外部干扰的情况下,RBF神经网络整定PID控制系统能够在0.3s内控制活塞杆重新运行至目标位置,平均响应时间为 1.5 s,位置精度误差不超过 5 mm.实验结果表明:与常规PID控制方法相比,RBF神经网络整定PID控制活塞杆位置精度误差降低了75%,位置精度误差在工程实际要求的 10 mm范围以内,因此,RBF神经网络整定PID算法可以有效提高电液比例系统的位置控制精度,满足凿岩机械臂实际工作中对电液比例系统位置精度的控制要求.

    凿岩机械臂径向基函数神经网络整定PID电液比例系统位置控制精度联合仿真MATLAB/SimulinkAMESim

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    考虑点蚀情况的双渐开线齿轮动态特性研究

    沈成姜宇姜春雷潘毅...
    382-391页
    查看更多>>摘要：齿轮是机械传动系统的核心部件,点蚀与磨损是其主要失效的形式.为解决齿轮发生点蚀失效时双渐开线齿轮的时变啮合刚度与动态特性不明这一问题,采用接触线百分比法求解了发生点蚀时双渐开线齿轮的啮合刚度,并利用有限元法验证了算法的正确性.首先,对不同点蚀情况进行了分类,分析了不同点蚀数量对双渐开线齿轮接触线长度的影响;然后,基于接触线百分比法,利用轮齿载荷与轮齿变形的比值关系求解了不同点蚀情况下齿轮的啮合刚度,采用有限元法验证了算法的正确性,并对比分析了点蚀对双渐开线与普通渐开线齿轮啮合刚度的影响;最后,建立了两种齿轮的柔性多体动力学模型,基于冲激函数法分析了两种齿轮在不同点蚀情况下的动力学特性.研究结果表明:相同工况条件下,随着点蚀程度的加深,两种类型齿轮啮合刚度均不断减小,动态啮合力及振动角加速度幅值增加,其中双渐开线齿轮啮合力最大值为1.24×105 N,角加速度最大值为2.66×106°/s2;相比于普通渐开线齿轮,双渐开线齿轮在点蚀影响下的啮合刚度变化更稳定,加速度幅值波动更平缓,具有更好的抵抗冲击能力和动力传递稳定性.

    机械传动系统齿轮传动点蚀与磨损接触线长度啮合刚度动力学特性

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    气浮活塞优化设计及其径向承载力试验研究

    李想吴洁陆阳勇黄凯...
    392-399,454页
    查看更多>>摘要：对于气缸的高精度伺服控制而言,从根本上消除摩擦力具有重要的意义.气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件.在气缸的运行过程中,气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触,致使气体润滑失效.为了提高无摩擦气缸中气浮活塞的径向承载性能,期望在实现更大承载力的前提下尽量减少耗气量,采用有限元仿真与试验相结合的方法,开展了气浮活塞径向承载力的研究工作.首先,采用Fluent软件仿真分析了供气压力、偏心率和节流孔直径等参数对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响;然后,在综合考量后,优选出了气浮活塞的节流孔径,并以此加工出了气浮活塞样机;最后,为了测试实际情况下不同供气压力和偏心状态下的气浮活塞的径向承载能力,设计并搭建了一套以气浮无摩擦气缸作为加载装置的高精度径向承载力检测装置.研究结果表明:从定性的角度上看,仿真和试验结果趋势一致;从定量的角度上看,试验结果与仿真结果的吻合度在90%以上.该研究可为采用Fluent软件仿真研究气浮活塞径向承载力的准确性提供依据,为后续仿真模型的修正提供一定的指导.

    气压传动无摩擦气缸Fluent仿真优化气体润滑供气压力节流孔直径偏心率

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    基于注意力机制与XBOA-Bi-LSTM的离心式压缩机故障预警方法

    袁镇华茅大钧李玉珍
    400-408页
    查看更多>>摘要：由于离心式压缩机存在着运行工况复杂、维修成本昂贵和长输管道工作环境恶劣的问题,为此,提出了一种基于注意力机制(AM)和蝴蝶算法优化双向长短期记忆神经网络(XBOA-Bi-LSTM)的离心式压缩机故障预警方法.首先,针对传统蝴蝶算法的收敛速度慢、转换概率单一和容易陷入局部最优等问题,通过引入无限折叠迭代混叠映射以丰富蝴蝶算法的初始种群;同时,提出了一种基于种群离散度与迭代次数的自适应惯性转换概率,以提高蝴蝶算法的寻优能力;然后,采用了灰色关联度分析法对测点数据进行了特征提取,结合注意力机制对输入序列进行了灰色关联度系数赋权;最后,建立了双向长短期记忆神经网络故障预警模型,采用仿真实验完成了对离心式压缩机的故障预警;以某天然气长输管道机组的离心式压缩机作为仿真对象,对该离心式压缩机故障预警方法的可行性进行了验证.研究结果表明:采用基于注意力机制与XBOA-Bi-LSTM的离心式压缩机故障预警方法时,在离心式压缩机故障发生前2 h～3h内就发出预警信号,实现了对于离心式压缩机进气过滤器压差异常与支撑轴承工作异常的故障预警目的.

    离心式压缩机蝴蝶优化算法灰色关联度分析法注意力机制双向长短期记忆神经网络故障特征提取

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    基于Transformer和卷积神经网络的齿轮故障诊断方法

    闫绘宇张超
    409-417页
    查看更多>>摘要：针对部分齿轮的运行环境复杂,导致采集的样本数据不够的问题,提出了一种基于Transformer和卷积神经网络(CNN)的迁移学习齿轮故障诊断方法.首先,采用高斯滤波对原始振动信号进行了预处理,使信号变得平滑,降低了噪声信号的干扰;再将信号处理成带有位置信息的补丁序列以作为Transformer的输入,并增强了Transformer特征提取的能力,提高了诊断精度;然后,将信号输入到CNN继续提取特征信息,在模型中添加了一个残差块以防止网络退化;接着,划分了实验室采集的齿轮数据集和东南大学齿轮箱数据集的源域和目标域,采用了源域数据预训练模型,选择了每种类型的齿轮各 100 个样本为目标域;最后,以不同数据集为源域共进行了4 组10 次重复实验,测试了模型的准确率.研究结果表明:以不同数据集为源域的4 组10 次迁移实验的齿轮故障诊断准确率较高,均在90%以上,最高准确率可达100%;与其他不含Transformer的卷积神经网络、多尺度卷积神经网络和二维卷积神经网络相比,Transformer-CNN的齿轮故障诊断平均准确率更高,其平均准确率可达到99.64%.因此,基于Transformer-CNN的迁移学习方法能在小样本下诊断齿轮的故障.

    齿轮箱信号平滑处理迁移学习Transformer卷积神经网络特征提取能力

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    复合多尺度注意熵在旋转机械多工况损伤识别中的应用

    张伟卞其翀叶丹茜
    418-429页
    查看更多>>摘要：针对传统旋转机械损伤识别方法存在模型精度低和抗噪性差的问题,提出了一种基于复合多尺度注意熵(CMATE)和随机森林(RF)的旋转机械多工况损伤识别方法.首先,提出了一种新的测量时间序列复杂度的非线性动力学工具——复合多尺度注意熵;然后,利用CMATE提取旋转机械振动信号的损伤特征,其表征了旋转机械不同工况下的损伤特性;接着,将损伤特征输入至基于随机森林构造的多类别分类器中,进行了损伤识别;最后,采用滚动轴承-齿轮箱、齿轮箱和离心泵3 种旋转机械数据集,并分别构造了9 种工况和20 种工况的多工况损伤数据集,对该损伤识别方法进行了实验研究.研究结果表明:该旋转机械损伤识别方法分别取得95%、97%和100%的识别准确率,在准确率和特征提取效率两方面优于其他的非线性动力学工具;并且在 0dB、1dB、2dB和3dB这4 种不同信噪比的噪声干扰下,依然取得了不错的损伤识别结果,证明了该模型具有可观的抗噪性;同时,该损伤识别方法能够稳定地识别旋转机械的不同负载和转速下的损伤,平均识别准确率分别达到了 97.2%和 93.5%,具有较好的实际应用潜力.

    复合多尺度注意熵随机森林旋转机械齿轮箱滚动轴承离心泵多工况损伤识别

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    面向类不均衡数据的多任务博弈概率分类向量机

    潘海洋李丙新郑近德童靳于...
    430-437页
    查看更多>>摘要：在工程实际中获取的故障样本往往会呈现不均衡特点,同时传统的分类模型也会存在局限性.针对这些问题,基于稀疏贝叶斯理论、模糊隶属度等理论,提出了一种多任务博弈概率分类向量机(MGPCVM)分类方法.首先,在MGPCVM的目标函数中,设计了博弈因子,将不同类样本质心间的博弈信息赋予每个样本特定的样本质心敏感值,以解决传统分类器对不平衡数据集分类表现较差的问题;然后,在贝叶斯框架理论下,采用截断高斯先验分布的方法,使样本参数的正负与对应的标签信息相一致,且使样本质心敏感值产生了稀疏估计;最后,将MGPCVM方法应用于两种不同实验平台采集的滚动轴承实验数据处理,进行了故障诊断有效性验证.研究结果表明:在不同的不平衡比(IR)下,MGPCVM方法的准确率均保持在95%以上,相对于支持向量机(SVM)、概率分类向量机(PCVM)等方法提升了4%～8%;与典型向量式分类方法相比,MGPCVM方法可以在不平衡数据条件下表现出优越的分类性能,适用于实际工况中数据失衡的分类问题.

    滚动轴承故障诊断多任务博弈概率分类向量机支持向量机概率分类向量机不均衡比故障分类模型

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    不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

    张义彬刘保国刘彦旭励精为治...
    438-444页
    查看更多>>摘要：在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统.在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计.针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法.首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证.研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考.

    转子-支承系统不确定转子系统动力学降阶模型非线性系统散度参数辨识非参数建模方法矩阵降阶方法

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    基于最大均值差异的卷积神经网络故障诊断模型

    包从望车守全刘永志陈俊...
    445-454页
    查看更多>>摘要：针对工程场景中轴承故障数据采集困难,小样本下轴承故障诊断准确率较低且稳定性不高的问题,提出了一种小样本下滚动轴承故障的诊断方法,即基于最大均值差异(MMD)的卷积神经网络(CNN)诊断模型(方法).首先,根据轴承故障机理,获取了滚动轴承故障的仿真信号,基于生成式对抗网络构建了仿真信号与少量真实样本间的对抗训练模型,得到了伪域样本,并将其扩充为训练数据集;其次,以交叉熵损失和最大均值差异(MMD)为卷积神经网络(CNN)的优化准则,引入了缩放因子,对网络进行了动态优化,根据测试结果选取缩放因子为0.05 作为最优网络结构参数,构建了故障诊断的训练模型;最后,将结构均为 1 024 个数据点的伪域样本和真实样本共同构成模型的训练集,对其进行了归一化处理,然后将其输入到构建的网络模型中,并以MMD作为约束,进行了卷积、池化操作,以实现特征提取的目的,经反向传播对模型进行了优化,实现了诊断模型参数的迭代更新目标.研究结果表明:基于MMD的CNN诊断模型(方法)对小样本下轴承的故障诊断识别精度有明显的改善,当样本数仅为 16 时,识别率可达95%以上,证明该方法在小样本下的轴承故障诊断中依然能获得较高的故障识别率.

    滚动轴承故障诊断小样本生成式对抗网络卷积神经网络最大均值差异交叉熵损失

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    齿侧间隙非线性函数拟合阶次的选取研究

    林梅彬
    455-464页
    查看更多>>摘要：针对齿侧间隙非线性函数拟合阶次的选取问题,以斜齿轮传动系统为例,对齿轮系统进行了理论建模、仿真分析,并对实际齿轮系统进行了实验研究.首先,采用集中质量法建立了考虑轴向振动的齿轮非线性系统模型,并对数学模型进行了无量纲化,对齿侧间隙函数分别进行了无拟合、4 阶拟合和8 阶拟合处理;然后,采用Runge-Kutta数值积分法进行了数值仿真分析,得到了齿轮系统x、y、z三个方向的幅值-频率比响应曲线图,研究了拟合阶次对系统x、y、z三个方向动态特性的影响;最后,进行了齿轮系统动态测试,得到了齿轮系统x、y、z三个方向的振动响应图,根据仿真与实验结果得出了结论.研究结果表明:不同处理方式下的齿轮系统振动响应在z向的差异较大,拟合阶次的选取应重点考虑z向;在x、y方向,齿侧间隙非线性4 阶拟合函数会提前改变齿面接触状态且共振振幅分别增大1 倍和1/3 倍;对于多间隙的齿轮非线性系统,对齿侧间隙进行无拟合处理,可能导致计算困难和结果不准确;在固有频率附近,对齿侧间隙进行4 阶拟合处理能够最大程度弥补其他非线性因素带来的影响;在其他频率范围,对齿侧间隙进行8 阶拟合处理会更接近真实齿轮系统.齿侧间隙非线性函数的拟合处理在提高了计算效率的同时,也提高了模型的准确性.

    斜齿轮传动系统齿轮非线性系统轴向振动齿侧间隙动态响应拟合阶次Runge-Kutta数值积分法

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