基于PID+ESO控制器的气动机械手控制仿真分析及试验研究

针对现实中的气动机械手存在的停滞及控制精度不高等缺点,为了使气动机械手具有更好的运动轨迹跟踪特性,降低非线性,通过分析PID+ESO控制器原理,对采用PID控制和扩张状态观测器PID控制下的气动机械手进行了理论研究。通过对控制器的设计,在MATLAB/Simulink软件上分别对两种不同的控制方法进行仿真,得到各轴的目标跟踪曲线和跟踪误差曲线。将此控制器原理应用于气动试验台,得出基于扩张状态观测器PID控制下的误差较低。应用于直角坐标气动机械手响应速度快、控制精度高。     

重型多轴车辆互连油气悬架特性分析

以重型多轴车辆互连悬架系统为研究对象,建立了四轴互连油气悬架液压系统数学模型。模型中考虑了管路沿程压力损失、局部压力损失和油缸活塞杆运动摩擦力的影响,并进行仿真分析,通过台架试验验证了模型的正确性。基于互连油气悬架液压系统数学模型,对比分析了垂向和侧倾工况下互连悬架和独立悬架的刚度和阻尼特性,以及对互连悬架阻尼特性进行参数化分析。结果表明：在垂向工况下,互连悬架蓄能器内气体体积变化量相当于各活塞杆进出油缸的体积,与独立悬架蓄能器内气体体积变化量相等,因此互连悬架与独立悬架刚度特性相同,但其阻尼力大于独立悬架;侧倾工况下,互连悬架在增加侧倾刚度的同时也明显增大了阻尼力。两种工况下,独立悬架阻尼特性不变,互连悬架阻尼力随单向阀直径增大、阻尼阀直径增大、油管直径增大、油缸内径减小和活塞杆直径增大而减小。     

基于三状态控制的电液伺服加速度控制策略

电液振动台是一种广泛用于模拟被试件实际所处力学环境的振动测试设备,加速度波形复现的精度直接决定测试结果,然而,摩擦、被试件柔性因素、参数不确定性、未建模特性等系统非线性因素,都会降低加速度波形复现精度。利用MATLAB与AMESim软件建立了电液振动台系统联合仿真模型,提出并设计了三状态控制器用以提高加速度波形复现精度,并对系统进行了仿真分析;最后,搭建了电液振动台试验台,对提出的控制器进行了实验验证。仿真与实验结果表明,三状态控制器有效提高了加速度波形复现精度。     

全液压塔机回转系统能量再生与应用研究

全液压塔机通常带载回转,转动惯性大。回转制动时,转台惯性动能会导致系统油路压力冲击,最终以热能形式散失造成能量浪费并使油温升高,致使系统性能下降。利用蓄能器和泵/马达二次元件给出一种塔机回转制动能量回收及再利用系统,回转制动的惯性能量回收后用于塔机散热系统的辅助动力,以避免回收能量对系统主回路运行产生影响。仿真结果表明,与原回转液压系统相比,该系统回转制动过程更加平稳,能够保证制动精度,回收的制动惯性能量用于塔机散热系统辅助可节能17.48%。     

刨削过程中刮板输送机的货载分布研究

为了研究刨煤机刨削过程中刮板输送机货载分布状况,建立了刨煤机性能参数与刮板输送机运输性能参数之间的数学模型,利用数值仿真得出不同刨削速比、不同刮板输送机铺设长度、不同刨煤机刨头初始位置的条件下刮板输送机的装载量曲线,并对其波动特性进行了分析。结果表明:刮板输送机的最大装载量与输送机铺设长度、刨削速比、刨煤机工作面高度、刨煤机刨煤厚度、煤的实体密度等因素有关,与刨煤机的初始位置无关;刮板输送机达到最大装载量之后,刨削速比为奇数时,装载量保持最大值并恒定不变,刨削速比为其它值时,装载量呈周期性波动变化。     

铝合金2024-T3超精密车削仿真与切屑观察

铝合金具有易加工、质量轻、反射性良好等特点,是反射镜制造的常用材料。铝合金经过单点金刚石超精密车削后得到表面粗糙度为纳米级的镜面零件。为深入研究超精密车削机理,提高超精密车削铝合金零件的质量,本文选用Advant Edge对铝合金2024-T3的超精密车削过程进行模拟仿真,对超精密车削的切削力、尺寸效应进行分析。使用超精密车床,采用天然单晶金刚石刀具对铝合金2024-T3进行微米及亚微米的超精密车削,并使用扫描电镜(SEM)对样件的切屑进行观察。     

负前角刀具切削加工机理的有限元仿真分析

利用有限元仿真方法对-80°-0°刀具负前角时切削过程进行二维正交切削仿真试验,研究了负前角刀具切削加工过程和切屑产生的必要条件以及不同刀具负前角下切削力分量的主导作用和相互影响规律。结果表明:负前角切削过程中首先产生刀尖点处的集中变形点a;随着切削进行,产生自由端面上的集中变形点b;集中变形点a、b相向扩展,形成集中剪切滑移带,进而产生切屑;负前角切削加工中,存在临界负前角使切削加工不产生切屑;随着负前角绝对值增大,加工所需的切削力也随之急剧增大,越来越难产生切屑。     

深孔加工纠偏钻杆的仿真分析

随着传统深孔加工逐渐向高精度和高难度方向转变,深孔钻削孔轴线偏斜的问题更为突出。在分析已有纠偏技术的基础上提出一种新型的纠偏钻杆结构。通过流体动力学理论,运用FLUENT软件对纠偏钻杆锥形体外壁与深孔内壁之间的切削液流场进行仿真分析,从而验证了本纠偏钻杆结构的可行性。对不同切削液压力情况进行了仿真分析,提出的方法对探索深孔加工孔轴线偏斜纠正具有参考价值。     

磁力光整加工铝镁合金永磁极研究

以主轴改造后的XK7136C数控铣床为平台,以AZ31系镁合金与7075-T651铝合金为研究对象,通过理论计算与磁场仿真,设计出适用于加工铝镁合金结构材料平面的强永磁材料磁极,并采用雾化快凝球形磁性磨粒进行试验,以验证该种光整加工方法的可行性及球形磨粒性能。使用“米字槽”与“田字槽”两种磁极分别对两种材料进行研磨实验。实验结果表明：两种端面开槽方式均可防止磨料的局部堆积,保证磨料的流动性,并使端面磁通密度增大,磁场强度梯度增大,提高研磨效率。两种磁极所研磨表面粗糙度分别为0.126 μm和0.148 μm,端面拥有更大磁通密度的“田字槽”磁极前期研磨效率更佳。     

应用于微型成像的氮化镓超透镜设计

为了实现可见光入射时亚波长尺度内的聚焦,设计了以氮化镓(GaN)纳米柱为基本晶胞的超透镜,该透镜能够改进传统成像系统的笨重低效,可应用于微型成像系统。超透镜表面由宽度渐变高度不变的GaN纳米柱阵列构成,分析GaN在亚波长尺度内对相位的调控能力和机理,并基于时域有限差分法模拟仿真了在蓝光波长为460nm入射时透射场的高效率聚焦,对比超透镜尺寸为3.75μm×3.75μm、6.75μm×6.75μm、8.75μm×8.75μm、10.75μm×10.75μm时超透镜的聚焦能力,得出聚焦后透射场焦点处的半峰全宽分别为1,0.8,0.5,0.3μm,给出了强度分布、聚焦光斑等仿真模拟结果,发现实际焦距与设计值存在偏差,且随超透镜尺寸的变化而变化。文中所设计的超透镜能够在微米级别实现聚焦,有效降低了传统成像系统的复杂度。