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机电工程
机电工程

罗向阳

月刊

1001-4551

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0571-87041360 87239525

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

    基于滑模观测器与径向基网络的电液位置伺服系统反步控制

    卢彬陈明和
    465-474页
    查看更多>>摘要：针对传统电液伺服系统中存在的未知扰动、非线性动态以及参数不确定性等共性问题,提出了一种基于滑模观测器和径向基函数(RBF)神经网络的反步控制(BC)方法.首先,构建了阀控缸系统三阶严反馈状态空间模型,并采用具有有限时间收敛特性的滑模观测器,估计系统的未知速度状态和非匹配项集总扰动;然后,基于系统的严反馈模型和指令滤波技术,设计了反步控制器,利用径向基神经网络(RBFNN)补偿系统速度/扰动的估计误差、滤波偏差以及系统的匹配项扰动,并根据Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统跟踪误差的渐进有界收敛;最后,搭建了阀控缸电液控制系统实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法对多频率参考信号的跟踪性能.研究结果表明:该控制方法在传统PI控制器的基础上进一步改善了电液伺服系统的轨迹跟踪精度,实验跟踪误差最大值Me、跟踪误差平均值μ和跟踪误差均方值σ分别降低了66.7%、80%、83.3%;该滑模干扰观测器和RBF补偿器能够有效降低不确定性扰动的影响.

    电液伺服系统位置跟踪性能径向基函数径向基神经网络反步控制滑模观测器Lyapunov

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    基于磁流体轴承的大载荷磁流体二维导轨平台研究

    杨辉张玉华
    475-481页
    查看更多>>摘要：在现有的精密机床中,空气静压导轨平台存在阻尼突变、载荷不高的问题,基于磁流体轴承,提出了一种大载荷磁流体二维导轨平台.首先,对基于磁流体的导轨平台关键问题进行了研究,包括空气损耗问题和磁流体尾迹问题;然后,采用磁流体压力轴承设计了一个双U形导轨平台结构,并将顶部、底部和侧部轴承垫紧密地放置在一起,从而在动子上形成了一个储液层;采用上下磁化配置的导轨平台具有6 个轴承垫,每个轴承垫由多个小型磁体组成;其次,对载荷能力、刚度和涡流阻尼进行了数值模拟;最后,选用了煤油基磁液、铝材和铁素体不锈钢制备了一台平台样机,进行了平台的性能测试,对该导轨平台的有效性进行了验证.研究结果表明:该平台的平面度为±7 μm,具有较高的可重复性,明显优于现有基于磁流体轴承的精密运动系统;在相同行程和尺寸条件下,与气动平台相比,该平台的最大有效载荷为140 N,提高了40%;阻尼在2N·s/m至4N·s/m之间相对恒定,且可预测,解决了气动平台的阻尼突变问题,有利于实现导轨平台高精度定位的目的.

    精密加工磁流体导轨平台空气静压导轨平台阻尼突变大载荷平面度可重复性

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    变转速变排量双动力源泵阀协同电液系统特性分析

    李琦杨敬权龙
    482-493页
    查看更多>>摘要：针对起重机阀控系统响应快但能耗大,泵控系统效率高但控制精度低的问题,提出了一种变转速变排量双动力源泵阀协同的多执行元件电液系统.首先,提出了一种多模式控制策略,即在单动作微动模式下,其中一个动力源卸荷,由于系统小流量时动态响应较慢,因此小流量时采用双变量模式控制系统,通过阀芯位置自适应调节和动力源的压力闭环控制,实现了流量精准匹配的目的;其次,在单动作快速运动模式下,双动力源合流驱动单执行元件,通过控制电液动力源相关参数,补偿了因负载变化引起的泵泄漏量,以实时控制执行元件速度;在复合快速运动模式下,双动力源分流单独驱动多执行元件,通过调节单个动力源的相关参数来实时控制各执行元件速度,以及实现系统流量比例分流的目的;然后,建立了系统AMESim-Simulink的联合仿真模型与试验平台;最后,对该系统在同一设定压差下的不同设定流量的控制特性进行了仿真和试验分析.研究结果表明:该系统能实现负载变化时对流量的补偿目的,并且该系统与定转速变排量泵阀协同液压系统相比,在单动作微动模式下的流量控制精度优化了约 14.76%,动态响应时间减少了约0.12 s;在单动作快速运动模式下,流量变化减小了约6.21%,系统能耗降低约了13.94 kJ;在复合快速运动模式下,系统能耗降低了约50.31 kJ;同时,该系统比传统抗流量饱和负载敏感系统具有更好的流量稳定性.

    汽车起重机变转速变排量泵阀协同电液系统压力闭环控制比例积分微分控制器流量控制特性泵泄漏

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    桥式起重机分布式质量吊重系统双摆滑模控制

    靳国良孙茂凱王生海黄哲...
    494-503页
    查看更多>>摘要：随着吊装作业的多元化发展,起重机吊装对象也从传统的质点式吊重向分布式质量吊重方向发展.针对桥式起重机在吊装分布式质量吊重时吊重的大摆角抑制和小车定位控制问题,提出了两种基于滑模控制理论的、用于吊重消摆和小车快速定位的方法.首先,综合考虑了桥式起重机吊装对象的结构特征、小车电机的驱动特性、摩擦阻力以及环境中的随机扰动对吊装作业的影响,建立了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学模型;然后,设计了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学普通滑模控制器(OSMC)和分层滑模控制器(HSMC),采用Lyapunov函数和Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性;最后,利用数值仿真研究了OSMC和HSMC在分布式质量吊重减摆控制方面的性能差异.仿真及研究结果表明:与OSMC相比,采用HSMC不仅可以在12s内实现小车精确定位目的,而且可以实现对分布式质量吊重在5°～9°摆动范围下的快速抑制目的,完成了对系统状态变量的有效控制;同时,对比结果表明HSMC对起重机系统内部和外部扰动变化有很强的鲁棒性和抗干扰性.

    起重机械桥式起重机防摆控制分布式质量吊重普通滑模控制器分层滑模控制器非线性双摆动力学模型

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    基于改进多目标粒子群的大型设备群检测策略优化方法

    张继旺刘锁龚庶刘悦...
    504-511页
    查看更多>>摘要：在大型履带起重机群(大型设备群)检验检测中,存在检测工期紧、检测质量和人员安全要求高、经济效益最大化等多目标约束下的最优检测策略制定问题,为此,提出了一种基于改进多目标粒子群的大型设备群检测策略优化方法(MOPSO).首先,利用变异算子对传统的多目标粒子群算法优化方法进行了改进;然后,根据大型设备群检测项目的实际需求构建了检测工期、检测成本、检测质量与安全的多目标优化模型,并确定了各子目标的约束条件;最后,将该优化算法和构建的模型应用于大型履带起重机群的检测项目中,对该方法的有效性进行了验证.研究结果表明:与传统检测策略相比,在保证质量和安全的前提下,利用该方法得到最优的检测策略,其检测周期仅需3/4,检测单位成本节省了14%,受检单位成本节约了32.8%,极大地提升了检测效率,降低了企业和检验单位人力、经济和时间成本.因此,该方法具有良好的实用性和推广应用价值.

    设备群大型履带起重机多目标粒子群优化检测策略优化粒子群优化算法

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    球形泵变转速下空化特性及性能分析

    乔家辉杨艳艳王陆一刘广彬...
    512-519,539页
    查看更多>>摘要：球形泵是机电产品中的一种新型结构泵,空化现象仍然是影响水泵性能的重要因素.针对球形泵在工作时因转速所导致的空化问题,对变转速下的球形泵的空化特性及性能进行了研究.首先,采用计算流体动力学方法,并运用动网格技术,模拟了球形水泵的内部流场;然后,根据模拟仿真结果分析了转速对工作腔内空化过程的影响,获得了水泵容积效率的变化规律;最后,根据模拟结果对球形泵吸液口进行了改进.研究结果表明:球形泵工作时产生的空化现象主要发生在吸液阶段;在吸液初期与末期,较小的吸液口面积会造成工作腔内的液体压力迅速下降,吸液孔口附近和工作腔中部区域发生较明显空化;高转速时,较大的工作腔容积变化率导致空化加剧,容积效率先增大后减小;当转速为 500 r/min～3 000 r/min时,吸液末期腔内空化体积分数为 1.01%～8.08%,球形泵容积效率为 91.16%～85.51%;改善吸液口可以增大进液通道的有效工作面积,容积效率由 85.51%提高至90.15%.该研究可为新型球形泵的优化设计提供参考.

    容积泵球形泵空化现象数值模拟变转速工况容积效率计算流体动力学

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    导叶安放位置对离心泵蜗壳水力损失影响的数值研究

    刘振刘吉营江伟朱相源...
    520-531,550页
    查看更多>>摘要：针对导叶安放位置对蜗壳水力损失影响的问题,对不同导叶安放位置下离心泵水动力特性进行了数值分析,并加以试验验证.首先,选取了5 组不同的导叶安放位置,并开展了外特性试验以验证数值模拟结果的准确性;其次,基于数值模拟结果,分析了导叶安放位置对过流部件总压降变化的影响规律;然后,采用回转面展开的方式,研究了不同导叶位置下蜗壳进口来流条件变化,分析了导叶位置对蜗壳来流的影响;最后,分析蜗壳流道由进口至出口的总压变化规律,结合流场分布分析了导叶位置对蜗壳水力损失影响规律.研究结果表明:不同导叶位置下离心泵扬程和效率最大差异分别约为 4.8%和 3.5%;受蜗壳出口段漩涡影响严重,蜗壳水力损失变化明显高于其他部件;在θd4位置时,出口段漩涡影响最小,蜗壳水力损失显著下降;隔舌位于导叶流道中间位置时,蜗壳来流均匀,蜗壳水力损失显著下降,泵性能更优.

    离心泵蜗壳导叶安放位置水动力特性水力损失数值模拟

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    基于改进的Faster RCNN的仪表自动识别方法

    王欣然张斌湛敏赵成龙...
    532-539页
    查看更多>>摘要：在环境复杂的工业场景中,仪表盘存在类别多、相似性高等问题,导致检测的识别效果较差、准确率不高.针对这一问题,提出了一种基于改进的更快速的区域卷积神经网络(Faster RCNN)的仪表自动识别方法.首先,采用残差网络(Resnet)101 代替视觉几何群网络(VGG)16,进行了网络结构简化;然后,引入了特征金字塔网络(FPN),并将其改进为递归特征金字塔网络后进行了迭代融合,输出了特征图;接着,引入了注意力机制模块,根据特征的重要程度,完成了对输出通道权值的重新分配,增强了Faster RCNN对目标的运算能力;提出了改进非极大值抑制算法(Softer-NMS),通过降低置信度来确定准确的目标候选框;最后,采用Mosaic数据增强技术对可视对象类(VOC)2007 数据集进行了扩充,对改进后的Faster RCNN模型进行了仪表自动识别的实验.研究结果表明:在相同工业环境下,与传统的Faster RCNN算法模型相比,改进后的Faster RCNN模型准确率为93.5%,较原模型提高了3.8%,mAP值为92.6%,较原模型提高了3.7%,可见该方法在实际生产中具有较强的鲁棒性与泛化能力,可满足工业上对智能检测的要求.

    仪表识别更快速的区域卷积神经网络递归特征金字塔网络注意力机制非极大值抑制算法Mosaic数据增强技术

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    基于模型不确定性自适应估计的工业机械臂改进TDE控制策略

    高舒芳张文吴凯
    540-550页
    查看更多>>摘要：在对工业机械臂进行控制时,采用传统的基于时延估计的控制(TDEC/TDC)方法难以有效平衡控制精度与输入抖振,针对这一问题,提出了一种基于模型不确定性自适应估计的改进TDEC策略.首先,结合多自由度机械臂动力学模型,构建了时延估计(TDE)控制器;然后,利用动力学模型扰动项的时延估计值及时延估计梯度值,提出了机械臂动力学模型不确定性自适应估计器,并将TDEC及滑模控制作为辅助控制策略,与所提出的自适应估计器相结合,形成了完整的工业机械臂改进 TDEC方法;基于Lyapunov方法,对改进的TDEC控制策略进行了稳定性分析;最后,通过仿真分析和实验的方式,验证了改进的TDEC控制方法的优越性.研究结果表明:相较于传统的TDEC方法,改进的TDEC控制策略在机械臂加载/未加载条件下的控制精度平均分别提高了62.29%及45.38%;相较于已有的自适应TDEC方法,改进的TDEC控制策略在机械臂加载/未加载条件下的控制精度平均分别提高了23.31%及36.40%;同时,通过测量计算控制输入能耗的平方值积分,表明了改进的TDEC控制策略能够在保留TDEC优势的基础上有效抑制输入抖振,且能够有效地与已有自适应TDEC方法相结合,提升了对工业机械臂的控制效果,其具有良好的灵活性.

    工业机械臂控制精度输入抖振基于时延估计的控制Lyapunov无模型控制滑模控制

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    冗余铺放机器人的自运动流形及逆解优化研究

    李奎徐孝彬王婷婷刘波...
    551-558页
    查看更多>>摘要：针对用于复合材料铺放成型的八自由度冗余机器人系统的逆运动学问题,提出了一种求解其自运动流形及逆解优化的算法.首先,基于位姿分离思想定义了位置子流形和姿态子流形,采用几何求解法得到了基于自运动变量的参数化方程形式的位置子流形和姿态子流形;然后,根据机器人的关节约束和实际铺放工艺过程,对给定的铺放位姿进行了位置子流形和姿态子流形配对的仿真,并用流形中若干组逆解通过正向运动学得到了末端位姿矩阵(其结果均与给定位姿相符,从而验证了自运动流形求解过程的正确性);最后,在完成自运动流形求解的基础上,从机械臂运动的平滑性和关节运动变化量两个方面出发,提出了一种基于自运动变量参数化方程的全局优化目标函数;以飞机尾椎模型为实验研究对象,对其中一条铺放路径进行了逆解全局优化仿真,得到了自运动变量和机器人各关节角在铺放路径上的优化曲线,将仿真结果与一种多目标优化算法进行了比较.研究结果表明:针对相同的铺放路径,采用上述优化算法后关节角变化总量降低了11.25%;该算法能够有效地求解八自由度冗余铺放机器人系统的自运动流形,基于全局优化目标函数,其能够在自运动流形中寻找出自运动变量和机器人各关节的最优解.该算法同样也适用于其他位姿解耦的冗余机器人系统逆解问题的求解.

    冗余铺放机器人八自由度几何法位姿分离自运动流形逆解优化

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