—In order to provide fast, accurate, and low cost shock sensitivity calibration of acceleration sensors, a pneumatically operated piston shock calibrator based on ISO 16063-22 is designed. comparative calibration method is used to calibrate the shock sensitivity of tested sensor within a shock peak amplitude of 25 to 2000 g and a pulse duration of 0.1 to 3 ms. The pneumatically operated piston shock calibrator includes modules of mechanical shock, shock signal generation, and measurement control based on the NI data acquisition card and LabVIEW control program. Numerical analysis and calculation of the pneumatic ejection process by MATLAB is performed to analyze the influence factors and levels of the impact velocity. Moreover, experiments on key performance indexes and test data processing are carried out. The repeatability of shock peak amplitude and pulse duration are better than 1.24 and 2.19%, respectively, which reaches the level of the commercially available calibrator of the same type. Meanwhile, the calibrated uncertainty is 2.56% ( k = 2), which meets the ISO 16063-22 requirement with the accuracy of less than 5%.
刀具磨损监测是推动数控机床稳定运行的有效手段.为实现刀具健康实时监测,设计一种基于长短记忆网络的刀具磨损监测方法.将实时采集的切削力信号进行去噪、降维等预处理;用堆叠自编码器进行特征提取,获得影响刀具磨损的本质特征;用长短记忆网络构建刀具磨损监测模型,实现加工过程中刀具磨损监测.利用铣削实验数据进行实例验证,获得磨损量平均绝对误差为 0.060 80 的铣刀磨损量监测模型,验证了该方法的有效性.
采用飞秒激光对SiC/SiC复合材料进行环形扫描刻蚀去除试验,分析脉冲能量、光斑重合度及线重合度对加工区域材料残留及环形凹槽外轮廓的影响.结果表明:光斑重合度、线重合度和脉冲能量显著影响光束扫描面积内的能量密度,材料去除量随扫描能量密度的增大而增大.在较小光斑重合度和线重合度条件下,即能量密度较小时,刻蚀槽外轮廓呈现锯齿状,且扫描轨迹间有较多材料残留.随着光斑重合度和线重合度的增大,外轮廓及底面趋于光滑.
基于高精度遥操作设备和协作机器人搭建一种新型医疗超声检测平台,可用于远程超声检查等应用领域.研究基于双边末端的位姿映射方法、双边力反馈方法与运动保护机制以及动态冲击力反馈与实时感知规避的柔顺控制方法,实现应用于远程医疗超声平台的遥操作机器人随动控制与临场力感知效果,保证遥操作医疗超声平台的实时平稳操作.通过实验验证:该平台具有较强的可行性和稳定性,可为未来超声检测提供新的工作范式.
针对基于几何变换(GT)的异常检测忽略了特征紧凑性,难以准确区分高度相似的合格与缺陷字符的问题,定义秩正则损失鼓励紧凑特征表达,提出基于秩正则几何变换(RRGT)的字符缺陷检测算法.无监督异常检测仅使用正常样本(合格字符)作为训练集,RRGT对训练样本进行不同类型的几何变换.定义秩正则损失训练网络模型识别正常样本的变换类型.秩正则迫使同类变换的特征矩阵具有较小的秩,从而鼓励特征紧凑性.推理阶段使用网络预测施加在新样本上的变换类型.由于网络未使用异常样本(缺陷字符)训练,网络对异常样本的预测不确定性高,由不确定性可以检出异常样本.在旺旺牛奶盒喷点字符上的实验表明:相比GT,RRGT大幅提升了网络对缺陷字符预测不确定性的识别能力,缺陷检测的AUC值提高了 4.8％.
设计基于嵌入式技术和模糊孤立森林的公路摊铺机机械故障诊断系统.采集公路摊铺机状态数据,采用小波阈值进行去噪处理,通过以太网将数据传输至数据存储模块,由故障诊断模块调用存储模块的公路摊铺机状态数据;利用模糊孤立森林算法,挑选有价值的数据属性组建孤立森林,多维度地判定数据隶属度,通过模糊运算得到公路摊铺机状态数据的异常特性,判断故障类型,并通过报警显示模块实时显示故障诊断结果.实验结果表明:该系统可有效诊断公路摊铺机机械故障,并进行有效预警.
对掩膜电化学沉积中缺陷的去除进行数值分析及实验研究.阐述掩膜电化学沉积的缺陷形成原因以及缺陷去除原理;对缺陷去除过程进行电场分析以及数学计算,得到了"马鞍"正弦轮廓振幅随着电流和电流通过时间沉积的关系式,计算得到微柱顶端高度差降为3 μm的电解加工时间为9.48 s.开展对比实验,实验结果表明:在电解平整加工后微柱阵列高度差从13 μm 降低到 4.2 μm.
针对在用老旧电梯制动器动态性能检测过程中无法量化检测的问题,研制一种基于多参数的制动性能动态检测仪,可以检测电梯制动时的速度、制动距离、时间、滑移量等运动参数,结合LSTM算法与全连接映射模型计算电梯剩余寿命.根据制动器的结构特点,确定检测仪的原理、结构和检测流程.检测仪由本体和测量元件两大部分组成,通过传感器测量到数据后与计算机上的监测软件相联接,将电梯制动时的各种运动数据传输至软件的制动界面上显示,得到量化的检测数据,通过数据曲线得到电梯制动状况,并制造样机.通过试验表明:检测仪检测精度误差在5％以内,满足相应使用要求.
在航空宇航推进领域,提高发动机综合推重比已经成为主要的发展方向.为满足航空发动机主要附件之一的燃油泵流量大、体积小、质量轻的要求,根据齿轮泵的设计需求、零件强度、加工工艺等确定设计约束条件,以体积小、质量轻、流动脉动系数小为优化目标,利用一般遗传算法和非支配排序遗传算法分别进行齿轮泵结构参数的单目标、多目标优化.结果表明:优化后的体积与流量脉动系数都有明显减小.此方法可为齿轮式航空燃油泵的设计提供参考.
设计了一种基于单片机的智能油烟机无级变速系统.传感器将检测到模拟厨房环境内的烟雾和温度变化情况,通过A/D转换之后经由有线传输到单片机控制器;经由控制器对数据进行分析处理后,采用脉冲宽度调制方式,通过调节有效占空比实现直流电机的自适应控制.通过Proteus仿真软件完成硬件电路的仿真工作,通过设计的实验装置进行厨房环境的模拟测试实验.结果表明:随着检测到烟雾和温度数据的变化,电机能及时调节转速,最终实现智能无级变速.
针对传统齿轮故障动力学模型中啮合刚度计算精度问题,提出一种综合考虑轮齿变形、齿轮基体变形、接触变形以及齿根过渡曲线的多故障动力学建模方法.建立齿轮副耦合振动分析模型,推导考虑齿根过渡曲线的齿轮时变啮合刚度计算方法,更加精确、高效地计算齿轮的时变啮合刚度,获取不同故障齿轮的动力学响应.以平行齿轮为研究对象,仿真研究裂纹、点蚀、缺齿故障时齿轮箱的加速度响应并进行多种故障模拟试验,结果表明:仿真在时域和频域上的响应都能反映与试验一致的损伤.
针对现有故障诊断方法对风力发电机组轴承微弱故障特征识别效果较差的问题,提出一种峭度值优化的自适应变尺度随机共振方法.基于经验模态分解理论对风电机组轴承振动信号进行分解,利用峭度准则分别计算出各个固有模态分量的峭度值,并设置合适的峭度阈值对各分量信息进行提取.利用蚁群算法对随机共振系统进行智能参数优化,以信噪比为目标函数,获取最佳的输出信号,进而识别风电机组中轴承故障类别.理论分析与实验结果表明:此方法能够准确地识别风电机组轴承信号中的微弱故障类别,在风力发电机组轴承故障诊断与性能维护中具有良好的应用前景.
针对传统带有球副恰约束并联机构工作空间较小的问题,提出一种3-UPS/UR并联机构构型.通过螺旋理论对该机构自由度进行计算并分析.建立此并联机构的杆长约束方程,通过Matlab求解并联机构位姿反解;通过遗传算法,求解并联机构位姿正解.采用影响系数法,对驱动机构部分进行运动分析.通过搜索法对3-UPS/UR并联机构工作空间求解及对比分析.通过Adams仿真,得到平台位姿及速度参数,对比理论数值计算结果与仿真结果,验证并联机构约束方程正确性,并为机构的控制提供理论依据.
弹药修理过程中,需要在环境试验后对控制组合进行性能测试.传统手动测试流程复杂,工作效率低,且人工操作失误可能对产品造成损伤.为解决上述问题,对控制组合的基本组成结构及工作原理进行分析,研究多种型号控制组合的性能测试方法及测试流程,设计基于PXI总线、LabVIEW虚拟仪器开发平台的控制组合环境试验性能测试系统,搭建测量系统硬件平台,给出软件设计流程和开发方法.测试结果表明:测试系统满足产品环境试验后的测试需求.
非线性摩擦是导致机械臂末端振动、引起跟踪轨迹偏移、控制误差的主要原因之一,因此对机械臂的摩擦力进行估计是非常必要的.在柔性关节机械臂的动力学模型中引入库仑-黏性摩擦力,获取摩擦力与特征信号之间的关系数据,将数据送入卷积神经网络与门控循环单元组合模型中对摩擦力进行参数辨识.分别对关节1处和关节2处的摩擦力进行辨识,辨识精度达到了 99％以上.为建立更精确的机械臂模型、提高控制精度提供了理论基础.
铝基复合材料作为应用最广泛的一种金属基复合材料,具有高比强度、高比刚度、高导热性、高耐磨性、高耐腐蚀性等多方面优点.在加工该材料的薄壁零件时,飞行式电解铣削的方式不会产生加工应力,可以有效规避加工中的变形与震颤.通过分析研究加工电压及进给速度对加工效率产生的影响,总结得出试验结果:沟槽深度随加工电压及进给速度的增大而增大,且近似呈线性关系;进给速度的增大能够提升材料去除率,但上升的趋势由18.5％降至2.8％.在40 V加工电压的参数下,单次进给的最大沟槽深度为1.22 mm,最大材料去除率为608 mm3/min.
针对机床设备的健康管理问题,提出基于卷积神经网络的预测性维护手段,并立足于生产过程中机床设备的运行数据,对所搭建的卷积神经网络模型进行相应的训练与测试.与其他常见机器学习模型相比,该模型具有更高的准确率与稳定性.基于搭建的网络模型设计完成机床健康管理系统,实现机床设备的故障预测与健康管理.
为防止老人洗浴时因体力不支而摔倒,设计一种防摔助力装置.介绍该装置结构总成,包括环抱防摔机构、防摔高度调节机构、座椅倾角和高度调节机构等;基于连杆传动关系及矢量封闭方程进行环抱防摔机构的静力学建模及遗传算法优化;基于慧鱼零件完成防摔助力装置的快速搭建及实验验证.实验结果表明:该装置能够根据人体胖瘦进行环抱防摔机构自适应张开和收缩;能根据人体高度进行座椅倾角、高度自适应调节,可满足不同体型老人洗浴时最佳助力,能有效防止因长时间站立而造成体力不支,避免老人洗浴摔倒.
液压油流动的压力作用到管路结构上,结构产生变形,而结构的变形又影响液压油的流道,形成流固耦合现象.对具有高压、大流量特点的航空液压泵出口管路建立模型,进行流固耦合分析研究.应用ANSYS软件分别研究压力、温度、流量3个变量条件对管路振动特性的影响.分析结果表明:在其他条件不变的情况下,管路流固耦合的固有频率随压力和流量的提高而提高,但压力的变化对其影响作用远大于流量;此外随温度的提高而降低,且其影响较大.
针对大飞机制造过程中精度要求越来越高,现有测量手段无法满足大范围高精度测量的问题,用4台激光跟踪干涉仪搭建测量场,对测量场与测量场、测量场与激光雷达、测量场与激光干涉仪等数字化测量设备搭建测量组网的方法进行研究.基于该设备组网建立大范围高精度测量场,20 m测量范围内测量精度能够达到0.02 mm,应用该测量场既能直接测量飞机大部件位置,也能够对激光雷达、激光间隙枪或激光跟踪干涉仪等其他测量设备进行高精度定位测量.
