直流电机驱动农用履带机器人轨迹跟踪自适应滑模控制

为了提高农用履带机器人轨迹跟踪控制的性能,将履带机器人模型视为由电机驱动方程和运动方程组成的级联系统,在考虑了履带机器人运动学模型和电机驱动模型动态特性的基础上,构建了一种变倾斜参数的自适应积分滑模切换函数,基于这个函数设计了由等效控制和切换控制组成的自适应滑模控制,将机器人的位姿误差以及在线辨识的驱动电机时变不确定参数反馈至控制器中,计算出左右轮驱动电机的期望角速度,控制履带机器人运行。田间试验结果表明,当机器人分别以1,3,4 m/s速度运行时,在运动方向距离误差、侧向距离误差和航向角的误差分别在-0.04~0.04 m,-0.09~0.07 m和-0.03~0.05 rad范围内。因此,基于电机驱动的机器人自适应滑模控制具有良好的控制精度,能够满足田间实际作业的要求。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

鄂尔多斯红色砒砂岩干湿循环作用下力学性能试验研究

为了分析鄂尔多斯市准格尔旗不同粒径砒砂岩的力学性能,进行不同干湿循环次数试验,得到了砒砂岩收缩变形和强度特性的变化规律.结果表明:<2.00 mm(原状砒砂岩)试样在3次干湿循环后收缩变化最大;0.50~1.00 mm试样一直缓慢收缩沉积;0.25~0.50 mm和<0.25 mm试样在第3次循环后土体的密实度达到最强.在此基础上,利用直剪仪测定其抗剪强度.在相同的垂直荷载下,发现<2.00 mm试样随着循环次数的增大,1~3次循环的过程中抗剪强度增加最大,之后小幅度增加;0.50~1.00 mm试样随循环次数的增加呈现出缓慢增长的趋势;0.25~0.50 mm和<0.25 mm试样随着循环次数的增加而先略有降低,之后稍有增加并逐渐保持稳定.砒砂岩内摩擦角变化,<2.00 mm和0.50~1.00 mm粒径随干湿循环次数增加而递增;而0.25~0.50 mm和<0.25 mm粒径内摩擦角几乎不变化.黏聚力变化,<2.00 mm 和0.50~1.00 mm试样呈现出先增大逐渐平缓的趋势;0.25~0.50 mm和<0.25 mm试样呈现先减小随后小幅度增大的趋势.     

基于终端滑模和扰动观测的Buck型变换器复合控制技术

目前功率变换器的控制方法以纯状态反馈为主,当干扰较大时一般需要通过较大的增益来抑制干扰的影响,而高增益控制器通常会影响闭环系统的动态或稳态性能。为进一步提高Buck型变换器控制系统的动态和稳态性能,提出了一种基于非奇异终端滑模控制方法和扰动观测技术的复合控制方案。首先,考虑外界干扰、系统不确定以及参数变化的影响,建立Buck型功率变换器的平均状态模型;其次,基于非奇异终端滑模控制方法,设计滑模控制器,实现Buck型变换器的基本电压调节功能;最后,利用扰动观测技术,构造非线性扰动观测器实现对扰动的观测,并将扰动观测值作为前馈与状态反馈结合形成复合控制,进一步改善了系统的性能。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

为提高离散元方法模拟玉米秸秆揉碎过程的准确性,试验测定玉米秸秆与揉碎机锤片、玉米秸秆与玉米秸秆的接触参数。以径向堆积角相对误差值为评价指标,应用正交方法标定玉米秸秆离散元仿真需要输入的接触参数。结果表明:玉米秸秆与揉碎机锤片碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.663、0.226、0.119;玉米秸秆与玉米秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.485、0.142、0.078,此参数组合为玉米秸秆离散元仿真接触参数的最优方案,仿真结果与试验结果的相对误差为8.127%。     

甘蔗切割器螺旋提升机构输送性能分析与改进

为改善甘蔗收割机物流系统的堵塞问题,以切割器螺旋提升机构为主要研究对象,通过仿真模拟分析与试验研究手段,探讨了摩擦系数等因素对甘蔗物流堵塞的影响,通过UG和ADAMS建立虚拟样机仿真模型,仿真结果表明,增大螺旋的摩擦系数可以提高甘蔗的输送速度,减少甘蔗平均滞留时间。高速摄影试验表明,螺旋选用摩擦系数大的轮胎胶作为覆盖层时、当切割器转速在750 r/min左右时,甘蔗的滞留时间较原钢筋螺旋缩短了17%左右,可以改进切割器物流系统堵塞问题。基于上述机理,设计了平面螺旋结构,其与甘蔗的接触方式由原来的点接触变为线接触,仿真分析表明,面宽为20 mm的螺旋与原圆柱型螺旋相比,甘蔗滞留时间缩短了32%,说明平面螺旋可以有效地抑制前端输送系统的堵塞现象;适当加宽螺旋提升机构的面宽有利于减少甘蔗滞留时间,单位时间内甘蔗输送更快、更稳定。该研究为后续试验研究及物理样机的改进设计提供了参考。     

国产和西班牙产破茬刀摩擦磨损性能对比研究

以国产和西班牙产破茬刀为研究对象,采用试验方法对比考察了两种破茬刀的化学成分、微观组织和硬度,并利用球-盘摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行研究。结果表明:两种破茬刀成分相近,西班牙刀材质为优质硼钢,韧性好,国产刀材质为中碳优质锰钢。西班牙刀显微组织为针状马氏体,组织更加细密,洛氏硬度值为50 HRC,是国产刀的1.1倍。在干摩擦条件下,西班牙刀表面摩擦系数较小,为0.48~0.52;相同条件下,国产刀表面的磨损量是西班牙刀的2.5倍,西班牙刀具有更好的耐磨性。两种破茬刀的磨损机制均为磨粒磨损。     

可调行距插秧机秧箱调节机构丝杠疲劳寿命预测

为预测可调行距高速水稻插秧机秧箱调节机构梯形丝杠的使用寿命,应用相关疲劳理论和方法,推导梯形丝杠螺纹牙的疲劳寿命计算公式。利用Adams软件和Ansys软件建立调节机构的刚柔耦合模型并仿真,得到梯形丝杠最大轴向载荷为53.8 N,并在Ansys软件中建立螺纹牙的有限元模型,通过静力学分析得出最大范·米塞斯应力为188 MPa,小于材料的屈服极限。以静力学分析结果为初始条件,利用Ansys/fe safe软件进行螺纹牙疲劳分析,得出梯形丝杠工作寿命为3 598 h,满足插秧机工作性能要求。     

家具构件旋转摩擦焊接接合性能研究

圆棒榫旋转摩擦焊接技术具有加工速度快,胶合强度高,且无需任何石化类胶黏剂的优势。以南方松为基材,以双圆榫旋转摩擦焊接和白乳胶胶合的"T"型、"L"型实木构件为研究对象,通过力学强度测试对比两种不同节点接合方式的接合强度以及不同插人深度对圆榫旋转摩擦焊接强度的影响。结果表明,圆棒榫旋转摩擦焊接技术是一种颇具潜力的家具构件连接方式。     

凸轮式填料装置排料器的结构优化与运动仿真

在凸轮式填料装置的设计中,排料器滑板结构的厚度影响其应力。为此,对滑板结构进行了静力分析,并将最小安全系数与许用安全系数进行对比,在满足设计要求条件下对滑板结构的厚度进行优化,从而减轻排料器质量以节省材料。通过对滑板结构厚度优化后的排料器滚子质心的运动仿真可得到:滚子质心的运动轨迹与理论设计的凸轮轮廓线一致;滚子位移曲线所得到的滑板伸出滚筒长度的最大值与设计一致;滚子径向运动速度和加速度曲线规律符合设计要求。