气动肌肉力-位移迟滞特性实验与建模

搭建了气动肌肉收缩力测试实验台,通过分析不同压力、行程、收缩速率及频率下气动肌肉收缩力与位移的关系曲线,得出气动肌肉的力-位移迟滞现象具有非对称性、非局部记忆性、大压力弱相关性和准率不相关性。针对常见Prandtl-Ishlinskii（PI）类模型难以准确描述气动肌肉力-位移迟滞曲线的问题,对通用PI迟滞模型的dead-zone算子进行方向上的修正,建立气动肌肉修正PI+Dead-zone迟滞模型,利用最小二乘法进行参数辨识,并与经典PI模型、经典Bouc-Wen（BW）模型、PI+Polynomial模型、Wang-Wen模型、BW+Polynomial模型进行精度对比分析。结果表明,PI类模型性能显著优于BW类模型,且修正PI+Dead-zone模型精度最高,各行程下绝对平均误差不超过1N、均方差不超过1.5N,能无差别处理气动肌肉力-位移迟滞曲线非对称性问题。小行程工况下,气动肌肉经典PI模型也具有一定的描述其力-位移迟滞现象的能力,且其模型参数相对较少。     

用于车辆紧急制动仿真的动态轮胎模型

提出一种可用于车辆紧急制动仿真的动态轮胎模型——LuGre轮胎模型。该动态模型不仅具有与经典稳态模型（如魔术公式）相似的稳态特性,可以方便地通过试验数据进行参数拟合和在线整定,而且能够精确捕捉汽车紧急制动过程中的瞬态特性,又由于采用微分方程形式来描述,更有利于开发高性能的电子制动控制系统来提高汽车的行驶安全性。得到了LuGre轮胎模型的基本特性,并分析了其在车辆紧急制动仿真中的稳态特性和动态特性。     

基于改进Maxwell迟滞模型的气动肌腱精确力模型

针对现有定参数Maxwell模型对气动肌腱压力/长度非对称迟滞特性力模型精度较低问题,提出非对称变参数型Maxwell迟滞模型方法。构造变刚度滑块算子替代原定刚度滑块算子来辨识某一等压下非对称迟滞模型参数,再结合不同等压、工作长度条件下的迟滞特性差异,动态加权辨识迟滞模型参数,满足不同等压、工作长度的非对称迟滞情况。以FESTO公司MAS型气动肌腱为研究对象,通过不同等压、长度实验对比经典Maxwell和改进型Maxwell力模型精度:卸载误差最大降低了80%,最大相对误差由20%降低到5%,整体相对误差稳定在5%以内,误差波动更为平稳,不同气压下精度提高到了99.98%。实验结果表明,改进型Maxwell迟滞力模型精度均显著优于经典Maxwell,更能够精确捕捉到气动肌腱固有的非对称迟滞特性和不同长度下的次环。     

轴向柱塞泵流动特性理论建模与试验分析

利用油液可压缩特性建立了单柱塞流动特性模型,通过对柱塞运动规律、配流盘过流面积、节流系数、泄漏效应等重要参数的分析优化,提高了模型精度,在此基础上,利用集中参数建立了柱塞泵的整泵数学模型.通过Matlab编程建立了柱塞泵流动特性的仿真模型,编制了图形用户界面,能够实现对柱塞泵结构、工作参数、系统环境参数与柱塞泵流动特性(如压力冲击、流量脉动等)之间的自动仿真和分析.利用柱塞泵压力流量脉动测试试验台对柱塞泵流动特性进行测试,测试结果验证了模型的正确性和精度,证明改进的柱塞泵流动特性模型能够比较准确地对柱塞泵流动特性进行分析和预测,分析误差可以控制在5%以内.     

直接进给机构摩擦力特性研究

以直线电机驱动的直接进给机构为研究对象,进行直接进给机构摩擦力特性分析。搭建了直接进给机构摩擦力测试实验平台,采用激光干涉仪和高频电流传感器等设备进行位移和电流数据收集,进行数据处理;得到摩擦力与位移、摩擦力与速度的关系,建立摩擦力特性模型。结果表明,预滑动阶段,摩擦力存在明显的迟滞现象,且摩擦力随进给速度的增加呈线性增长,增长过程中摩擦力表现为粘滞摩擦。为直线进给机构摩擦情况的研究提供了支持和参考。     

FZ1460铁铜基含油轴承摩擦学性能实验

介绍了一种变载荷下含油轴承摩擦学性能和振动特性测试实验台,利用该实验台对FZ1460含油轴承的摩擦学性能和振动特性进行了实验研究。实验结果表明:变载荷工作条件下,所测得的摩擦因数、温升和振动值均比静载荷条件下的大;含浸32号机油含油轴承的摩擦因数比含浸68号抗磨液压油的含油轴承摩擦因数小,而振动特性则相反;采用ANDEROL465润滑油的含油轴承运转时,其摩擦学性能要优于采用68号抗磨液压油的含油轴承,但就振动特性而言,采用68号抗磨液压油的含油轴承则要优于采用ANDEROL465润滑油的含油轴承。     

基于动力学分析的谷物流量模型

基于运动学原理建立了谷物流量模型,该模型综合考虑了谷物流量测量时的外部因素影响,如升运器转速、机械结构参数、相对位置参数和谷物特性参数等,并且通过引进相关参数来反映谷物外部因素变化影响。为了实现谷物流量模型参数的辨识和模型的精度验证,研制了一种谷物流量实验台。3个称重传感器安装在谷物流量实验台的称重箱上,用于标定和精度检验。进给箱的底部设有一块阀板,通过对阀板开度的调节可控制实验过程中不同进给量大小。在谷物流量实验台上测试结果表明:该模型能够准确描述:冲击力和谷物流量之间的关系,测量的最大误差不超过2.5%,效果要优于常用的经验模型,并具有一定通用性和鲁棒性。     

蛋鸡设施养殖环境质量评价预测模型构建方法及性能测试

蛋鸡设施养殖环境质量对蛋鸡的健康生长和生产性能的提升至关重要。蛋鸡养殖环境是多环境因子相互影响制约的复杂非线性系统，凭借单一的养殖环境参数难以对环境质量做出准确有效的评价。针对上述问题，本研究综合蛋鸡设施养殖环境的温度、湿度、光照强度、氨气浓度等多个环境影响因子，在布谷鸟搜索算法优化神经网络（CS-BP）预测模型的基础上，构建了改进的CS-BP的蛋鸡设施养殖环境质量评价预测模型。将构建的改进CS-BP预测模型与BP神经网络、遗传算法优化BP神经网络（GA-BP）、粒子群算法优化BP神经网络（PSO-BP）3种深度学习方法进行性能参数分析比对，结果表明：改进CS-BP评价预测模型的平均绝对误差（MAE）、平均相对误差（MAPE）和决定系数（R²）分别为0.0865、0.0159和0.8569，其各项指标性能均优于上述3种对比模型，该模型具有较强的模型泛化能力和较高的预测精度。对改进CS-BP的蛋鸡设施养殖环境质量评价模型进行测试，其分类准确率达0.9333以上。本研究构建的模型可以为蛋鸡设施养殖环境质量提供更加全面有效的科学评价，对实现蛋鸡生产环境的最优控制，促进蛋鸡生产性能的提升具有重要意义。     

作物产量预测的时间序列神经网络模型

建立了基于时间序列的动态系统前馈神经网络（DBP）模型，并将该模型用于不同水肥处理条件下水稻产量的预测。该模型克服了传统静态BP模型以某个生育阶段的影响因子的过程值或最终值采建立网络结构的局限性，可以充分利用水稻生长过程中大量的动态采样数据，以便提高模型预测精度。与修正Morgan模型相比，则不需要建立具体的水分生产函数模型，适应性更强。检验表明，DBP模型预测精度较高。同时数据比较表明，DBP模型与传统BP模型及水肥综合修正Morgan模型在水稻产量预测精度方面没有本质差异。     

金属材料干摩擦特性仿真方法与试验验

通过设计的金属干摩擦特性试验装置，测量得到了金属材料试件在固定正压力下的干摩擦迟滞特性，并且在MSC/MARC中建立了与试验相一致的有限元模型来仿真预测干摩擦接触的粘－滑迟滞特性。通过与试验数据的比较，验证了仿真模型的正确性，发现有限元模型结果与试验结果以及理论计算结果吻合程度较好，从而有助于分析工程实际中材料干摩擦特性和阻尼特性，验证了有限元方法的可行性。     

径向流磁流变阀控缸系统动力性能研究

为进一步扩大磁流变阀的工业应用,提出并设计了一种径向流磁流变阀控缸系统,主要由径向流磁流变阀、单出杆液压缸及蓄能器3部分构成。阐述了径向流磁流变阀控缸系统的工作原理,推导了阻尼力数学模型。对径向流阀控缸系统进行了动力性能建模仿真,并搭建了动力性能测试实验台,分别对常规型与改进型径向流磁流变阀控缸系统在不同电流、不同频率及不同振幅下的动力性能进行了实验,实验结果表明,以径向流磁流变阀作为旁通控制元件的磁流变阀控缸系统能够产生较大的输出阻尼力,阻尼力最大可达5.8 k N;另外,阻尼力随电流变化顺逆可调,且可调范围广;同时,输出阻尼力受活塞杆运动速度影响很小,阀控缸系统能在各种工况输出稳定阻尼力。对比分析2个磁流变阀控缸系统可知,更换不同的磁流变阀可得到不同的动力性能。     

非线性耦合力作用下液压马达低速波动机理分析

通过动力学模型和试验,分析了液压马达低速波动的机理和产生条件,认为非线性液压弹簧力和非线性摩擦力的耦合作用是液压马达低速波动主要原因;通过试验研究了非线性摩擦扭矩、泄漏系数、粘性阻尼系数、油液压缩系数等因素对液压马达低速波动的影响,揭示出液压马达低速波动是在负特性摩擦阻力工况下的自激振动现象,并提出了改善液压马达低速稳定性的措施.     

液黏调速离合器离心式油腔设计及其特性

液黏调速离合器是一种依靠多油膜剪切力传递扭矩的装置,尤其适合于大型风机、水泵等工程机械调速节能.由于其各摩擦副润滑油入口处油压、流量大小无法保证均匀一致,在实际工程应用中往往出现摩擦副过热、变形、偏磨等问题.为了解决此类问题,提出了一种新型离心油腔式液黏调速离合器.理论分析表明:充分利用油腔离心力的甩油作用可使得润滑油均匀地甩入各摩擦副.另外,基于流体动力学理论,建立了2种不同结构的三维流场模型,应用Fluent对流场进行数值模拟计算,研究了油腔结构和普通油道结构对喷油孔处压力和流速的分布规律.仿真结果表明:离心式油腔的设计可显著提高液黏调速离合器各摩擦副润滑油入口处油压及流量的均匀性,从而提升液黏调速离合器的工作性能,延长其工作寿命.     

基于AMESim的拖拉机液压提升系统压力冲击研究

为研究某款东方红拖拉机带辅助油缸的液压提升系统压力冲击特性,以其液压提升系统和悬挂机构作为研究对象,建立农具提升和降落时系统的物理、数学模型,利用AMESim软件建立液压系统的仿真模型,并对拖拉机样机进行测试验证模型的有效性。研究结果表明:农具提升时三组油缸无杆腔压力冲击仅为4.72 MPa,整个提升过程压力平稳;农具降落时强压油缸的压力冲击较大,有杆腔压力突增至23 MPa,若农具突然着地强压油缸有杆腔产生的压力冲击与农具重量成正比,回油管路内合适的的背压可有效避免农具降落过快。该方法对研究拖拉机带辅助油缸的液压提升系统性能具有指导意义,为进一步优化设计提供一种思路。     

拖拉机电液悬挂系统动压反馈校正方法研究

针对拖拉机在运输重型悬挂设备时，压力冲击剧烈、拖拉机会产生较大的俯仰运动等问题，提出了在位置控制系统中加入动压反馈校正环节，增加系统阻尼比，来抑制系统压力波动。该动压反馈校正环节利用压力传感器输出信号，经过控制器微分校正后给系统输入，能够在不影响系统动态刚度的前提下，增加系统阻尼比。首先，通过建立拖拉机电液悬挂的运动学模型，分析研究了各杆件间的转角传动比，并建立了拖拉机悬挂系统的动力学模型，利用Matlab编写程序求解液压缸的负载力，建立了液压系统模型，分析了加入动压反馈校正环节后的液压系统阻尼比变化情况，给出了动压反馈参数的确认方法。其次，应用Matlab/Simulink对所建立的模型进行仿真分析，仿真结果表明：在液压系统提升过程中压力变化较大，最大压力达到5.8MPa，校正后的电液悬挂系统压力波动较小，最大压力仅4.0MPa，在液压系统受到干扰力冲击时，原液压系统压力波动范围为2.7MPa，而采用动压反馈校正后的位置控制压力波动范围为1.1MPa，验证了该校正方法能够有效地提高系统阻尼比，抑制压力波动。最后，搭建试验平台进行试验验证，试验结果表明：拖拉机电液悬挂提升过程中未校正系统的提升最大压力为4.6MPa，且压力振荡下降，而校正后的系统最大压力仅3.8MPa，压力较为平缓。冲击干扰试验中原系统的最大压力达到6.5MPa，压力波动范围为6.0MPa，而校正后的系统最大压力仅为4.6MPa，压力波动范围为4.2MPa，相对于原系统锁止工况，压力波动范围降低了30%。本文提出的拖拉机电液悬挂动压反馈校正方法，可以很好地抑制拖拉机电液悬挂液压缸压力波动，从而达到保护农机具，降低俯仰运动，提高驾驶员舒适性的目的。     

考虑关节摩擦的3-PRS并联机构动力学建模研究

为了研究摩擦力对并联机构运动过程的影响,对3-PRS并联机构进行了基于关节摩擦力的动力学分析。对3-PRS并联机构进行末端理论运动轨迹规划,采用矢量法对机构进行了运动学分析。提出3种不同的关节摩擦模型,包括库伦摩擦模型、库伦-粘性摩擦模型以及库伦-粘性-静摩擦模型,在考虑关节间摩擦的情况下,基于牛顿-欧拉法建立了3-PRS并联机构的动力学分析模型。逆动力学实例分析表明,负载越大,摩擦力越大,在有无摩擦力的情况下,3个移动副驱动力的最大误差分别为1.40%、1.51%、1.49%。通过正动力学实例分析了不同情况下关节间摩擦模型对末端运动轨迹的影响,结果表明,不同关节摩擦模型对3-PRS并联机构末端的运动轨迹有较大的影响。     

旋转直扩张通道中柱状物的取向数值模拟

为了获得柱状物的轨迹和取向演变过程,对旋转直扩张通道中的柱状物悬浮流进行了数值模拟.采用Laplace方程生成通道的数值网格,使用有限体积法求解流场,然后采用Runge-Kutta法沿轨迹积分Jeffery方程来获得柱状物的取向演变.通过求解概率分布函数获得柱状物稳态取向分布.结果表明,流场的进口速度和柱状物所处的进口位置对于柱状物的取向演变具有重要影响,而通道的旋转速度和柱状物的初始取向对于柱状物的取向演变影响不大.当柱状物的长径比大于5时,取向分布对于长径比的变化不敏感;小于5时,长径比越小,柱状物旋转的速度越快,并且出现指向围绕流动方向振荡的情况越频繁.柱状物的取向总体上朝着流线方向,在壁面附近这一现象更为明显.结论对于含柱状物悬浮流泵送过程的研究具有参考价值.     

负载口独立控制挖掘机机液耦合模型建立与试验

负载口独立控制挖掘机系统是一个包含许多未知参数的机液耦合系统。为了准确建立参数化模型,需要精确地辨识各元件参数,并包含机械系统与液压系统的耦合联接。为此首先建立各系统的数学模型,通过试验测试获得各个关键参数。采用基于试验测试结果的NLPQL多目标优化方法寻优难以估计特性参数的最优值,提高参数辨识的速度和精度。基于辨识参数的数学模型,建立参数化的机液耦合仿真模型。相比于现有研究中的联合仿真模型,该模型在同一参数化平台下运行,计算时间短,并且易于根据不同工况修改机械系统参数,仿真效率更高。最后将2 t小型挖掘机的试验结果与仿真进行对比,结果证明该仿真模型具有较高的计算精度,可为负载口独立技术在移动液压中的控制策略研究提供参考。     

湿式离合器换挡过程动态特性

建立了描述湿式离合器结合过程的多状态动力学模型,通过台架试验验证了模型的正确性.在离合器油缸充油过程中,缸内油压取决于油缸的结构参数;活塞达到其最大行程时,产生摩擦扭矩,形成换挡冲击,缓冲起始压力越高,冲击越大;滑摩时间、最大实际摩擦扭矩等取决于缓冲起始压力和终止压力,以及压力变化过程.随着缓冲起始压力的减小,离合器的滑摩时间、最大滑摩扭矩、最大动载系数、滑摩功都在增大,但换挡冲击减小.     

轴向柱塞泵柱塞滑靴组件动力学特性建模与分析

柱塞滑靴组件的动力学特性直接决定了泵的工作性能。泵运转周期内,存在如离心力、滑靴副摩擦力及柱塞与缸孔间接触力等大小和方向都时变的作用力,但长期以来在对柱塞滑靴组件的动力学参数分析中,仅局限于或在某一固定位置处、或在简化假设情况下进行计算,这给泵结构的优化设计及泵性能的预期评估带来不利影响。为在全周期内动态评估柱塞滑靴组件的动力学性能,依据不同应用需要,在简化受力情况下提出了相应的简化数学模型,在完整受力情况下,通过引入随体坐标系,提出了相应的精细数学模型。建立的模型遵循真实的柱塞-缸孔线接触力动力学行为,并进一步考虑到了接触力作用位置随工况实时动态变化的实际情况。通过实验结果与基于AMESim-ADAMS软件建立的联合仿真模型分布参数法仿真结果的对比,验证了所提出的数学模型。应用实践表明,提出的模型可以方便地应用于对柱塞滑靴组件相关重要动力学参数的全面动态评估及泵结构的动态优化设计。