2023, 51(19):1-8. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.001
摘要:基于机器视觉的表面粗糙度测量方法主要通过图像特征信息与粗糙度的关联指标建立预测模型,但是样本量不足往往难以训练出有效的模型,导致测量准确率较低。针对以上问题,提出一种小样本磨削表面粗糙度测量方法。建立图像采集系统,采集不同粗糙度等级磨削表面图像作为原始样本;通过虚拟样本生成算法扩充样本量,采用灰度共生矩阵提取样本纹理特征;最后,通过神经网络建立预测模型。试验结果表明:样本量扩充后,表面粗糙度测量的准确率从80.4%提升到97.2%,证明了此方法的可行性,为小样本磨削表面粗糙度在机检测提供理论基础。
2023, 51(19):9-16. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.002
摘要:为了改善现有垂直轴风力机的启动性能和风能利用率,提出了一种基于齿轮连杆结构的被动变桨距结构,并利用运动学仿真软件ADAMS验证了变桨距机构的可行性;此外,还对流体求解器Fluent进行二次开发,编制了一套可有效求解被动变桨距垂直轴风力机和流体流动相互作用的计算程序,并在6 m/s的风速下分析不同变桨振幅对风力机捕能性能的影响。结果表明:所提出的被动变桨距机构能够提升风力机的启动性能,在±25°变桨振幅下风力机的风能利用率达到了17.633%。
2023, 51(19):17-24. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.003
摘要:针对目前电控正流量挖掘机系统研究较少、空载时能量损失大、发动机与主泵功率不匹配以及节能控制效果不佳的问题,搭建基于AMESim和Simulink的挖掘机电液系统联合仿真平台,提出一种双变量泵的发动机-泵恒功率控制方法。通过样机仿真实验以及分工况功率匹配研究,验证搭建的电控正流量挖掘机系统的正确性以及分工况功率匹配的有效性。仿真实验结果表明:设计的仿真模型以及功率匹配策略表现良好,在仿真和实验中,不同的工况模式下均可以保证泵的恒功率特性,可以实现对发动机的功率控制,发动机功率可以得到充分利用。
2023, 51(19):25-31. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.004
摘要:针对工业机器人编程效率低下、智能化程度不高和人机交互性能弱等问题,提出一种基于视觉的工业机器人装配演示示教系统,该系统包括目标检测与中心点定位模块、装配动作分类识别模块和机器人动作执行模块。在目标检测与中心点定位模块中,提出一种目标物体中心点定位和机器人抓取方法,使用实例分割算法识别物体类别,通过掩码均值化处理和坐标转换计算物体3D姿态信息;在装配动作分类识别模块中,建立基于深度学习网络的动作分类识别模型,该模型的输入为装配动作视频帧,输出为动作分类标签;最后,机器人动作执行模块根据物体类别、物体3D姿态和动作分类标签等信息规划机器人装配动作,控制机器人执行装配任务。以轴孔装配为例,验证了上述方法的有效性,实现了基于视觉演示的机器人装配模仿编程,对机器人演示示教研究具有一定的参考价值。
2023, 51(19):32-38. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.005
摘要:针对甘蔗收获机在丘陵地区作业时液压冲击导致的管路破损和泄漏等问题,以输出功率最大的切段机构液压系统为研究对象,运用AMESim仿真软件建立切断机构液压负载敏感系统仿真模型,研究负载敏感阀的启闭时间、负载敏感泵出口至负载敏感阀的供油管路长度以及负载敏感系统的反馈管路长度对系统压力冲击的影响规律。仿真结果表明:缩短换向阀的开启时间、延长换向阀的关闭时间可有效降低系统的液压冲击,缩短泵出口管路长度、延长泵阀反馈管路长度可有效减缓系统的液压冲击现象。通过试验获得了与仿真结果基本一致的结论:当换向阀开启和关闭的响应时间分别为产品样本给定参数的最小值和最大值时,液压冲击幅度分别降低13.6%和33.1%;泵出口至敏感阀的管路长度每缩短0.5 m,系统冲击降低幅度约为0.5 MPa;反馈管道长度每延长0.5 m,系统压力冲击下降约0.808 MPa。
2023, 51(19):39-45. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.006
摘要:准确检测机械装配体在装配过程中的变化零部件,对于监测产品的装配顺序、提高装配质量、保障生产安全具有重要的意义。为了能够从多个角度检测机械装配体的变化零部件,提出基于三维注意力和双边滤波的机械装配体图像多视角变化检测网络(TAF Net)。为了提高机械装配体变化检测的准确性,TAF Net网络引入三维注意力机制,增强网络的细节特征提取能力;引入双边滤波,减少变化图像中的噪声,优化变化图像中零部件的边界。建立2个装配体变化检测数据集,分别为合成深度图像数据集、真实彩色图像数据集,使用2个数据集分别进行实验。结果表明:TAF Net网络能够精确检测出图像中的变化区域,在2个数据集中的综合评价指标F1_score都达到96%以上。
2023, 51(19):46-51. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.007
摘要:提高多轴伺服系统的轮廓跟随性能是现代计算机数控加工的重要应用之一。针对传统交叉耦合控制方法对自由曲线轨迹的轮廓跟踪精度较差以及传统PID控制系统抗扰性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于自抗扰控制的交叉耦合轮廓误差补偿综合控制策略,该策略由用于位置环反馈控制和轮廓误差补偿的新型非线性PID (NLPID )、位置伺服控制器 TNP-ADRC 和基于NLPID的变增益交叉耦合控制器组成。在MATLAB/Simulink环境下对方波信号跟踪和标准圆轮廓加工过程中轮廓误差的变化情况进行仿真,仿真结果表明:与传统PID交叉耦合控制相比,该方法不仅能够有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰能力,并且能够显著提高多轴运动控制系统的轮廓加工精度。
2023, 51(19):52-57. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.008
摘要:随着长水平段油气井的增多,外径小、柔性大的连续油管在井下越来越易发生螺旋屈曲锁死以至无法继续下入。连续油管水力振荡器能够有效降摩减阻,延迟螺旋屈曲锁死,增加连续油管的下入深度,因而得到广泛应用。根据螺杆式连续油管水力振荡器工作过程中的运动和受力分析,得出其轴向力计算公式。采用灰色关联度法分析各影响因素对连续油管水力振荡器轴向力的影响程度,得出流量、流体密度以及转子偏心距对其轴向力影响最大。实例计算表明:连续油管水力振荡器最大轴向力随流量、流体密度以及转子偏心距的增加而变大;连续油管水力振荡器轴向力变化频率与流体密度无关,随流量增加而变大,随转子偏心距增加而减小。
2023, 51(19):58-64. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.009
摘要:针对五轴铣削中刀具位姿变化和刀具类型差异所导致的铣削力预测难的问题,提出通用立铣刀五轴铣削力计算方法。基于通用立铣刀结构形式,建立通用立铣刀几何模型;综合考虑刀齿真实运动轨迹和刀具姿态变化,构建刀具瞬时切屑厚度模型;将刀具沿轴线方向等分成若干切削刃微元,并根据线性切削力假设建立刀具微元铣削力;将微元铣削力从刀具坐标系转换至工件坐标系下,并沿刀具轴向铣削深度进行积分,获得通用立铣刀的五轴铣削力模型;最后,在混联五轴数控加工实验平台上开展了铣削力测试。实测结果表明:所提铣削力计算方法正确有效,可作为后续五轴铣削工艺参数优选的理论依据。
2023, 51(19):65-71. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.010
摘要:针对机电产品普遍存在的动态需求适应性差、设计阶段离散、设计周期长等问题,在设计理论与方法论创新的基础上,应用数字孪生技术对机电产品设计阶段进行研究,提出由需求分析、概念模型演化、结构模型演化、参数模型演化、孪生模型验证组成的机电产品设计域数字孪生演化方法,在以上3个演化中分别对相关模型使用了设计-评价-反馈-迭代的优化方法。以曳引式电梯为例,在孪生模型验证过程中,使用电梯的振动数据进行对比与迭代,完成并验证了机电产品设计域数字孪生演化方法的可行性。
2023, 51(19):72-77. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.011
摘要:以DN300阀门法兰与class2500盲板螺栓联接为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立法兰-盲板螺栓联接有限元模型。仿真计算在螺栓预紧力和流体压力耦合作用下,通过螺栓联接处的径向线与相邻两螺栓中间部位径向线在轴向位移的变化。基于GB150算法对法兰-盲板螺栓施加预紧力,通过有限元仿真分析密封区域接触应力、轴向形变,分析阀体密封腔在法兰圆周方向的气密性,并通过试验进行密封性验证。结果表明:采用螺栓预紧联接法兰周向具有良好的密封性,仿真与试验结果一致;研究并确定了螺栓预紧力的范围下限;密封区域密封垫外侧接触应力远大于内侧,密封垫外侧起主要密封作用。
2023, 51(19):78-83. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.012
摘要:针对外骨骼机器人液压关节驱动系统具有非线性、不确定参数等特性,导致模型建立困难以及负重时具有不确定冲击扰动的问题,基于电液伺服系统特性,建立以弹性负载为外负载的数学模型。为减小负重时冲击扰动项对力控制的影响,引入径向基(RBF)神经网络对干扰项进行补偿,设计一种基于RBF神经网络的滑模力控制策略。通过系统特性进一步验证模型可行性,并进行仿真试验对比。结果表明:与PID控制相比,所设计的控制策略响应时间更短,跟踪误差缩小70.5%;变负载工况下,所设计的控制策略具有更好的跟随能力、更强的鲁棒性能,可以满足外骨骼机器人关节驱动的力控制要求。平台试验进一步验证了仿真结果的有效性与正确性。
2023, 51(19):84-91. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.013
摘要:针对多轴加工中心中机床无法加工死角或者干涉面的情况,添加能够变角度加工的刀具以实现不加装其他旋转轴或者翻转平面加工垂直刀具无法接触到的加工面,从而达到无需改变机床结构就可以增大其加工范围和适应性的效果,并能减少工件重复装夹次数,提高加工精度和效率。通过TCL语言对该后处理进行定制,达到自动判断实际加工时需要的G17/G18/G19平面,并且进行稳定的圆弧插补、直线插补、进刀和退刀,保证加工的安全性和准确性;除此以外,还加入了人性化的刀具列表和参数错误报警,为操作技师提供了很好的辅助参考;最后通过仿真实验证明该定制后处理可以在侧铣头加工中稳定、高效的使用,并获得较好的加工效果。
2023, 51(19):92-98. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.014
摘要:伺服系统以其高性能、高精度等优势被广泛应用于数控机床和机器人上。机床进给伺服系统中由于滚珠丝杠等传动装置刚度有限,柔性连接方式易引发振动而影响其稳定性与精度。针对旋转进给伺服系统中存在的中频振动,提出一种基于二阶状态观测器的速度扰动观测补偿中频振动抑制方法,由速度观测器观测出的速度与实际速度反馈相减,通过带通滤波提取振动信号,作为补偿给到速度反馈上,抵消系统振动,提高系统带宽并保持稳定性和精度。最后在不同的速度环增益下,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。
2023, 51(19):99-105. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.015
摘要:为实现气动肌肉在多自由度康复机器人中的应用,设计一种用于步态康复训练二自由度下肢康复辅助训练机器人,驱动器由气动肌肉和拉伸弹簧并联驱动关节以实现节能辅助行走。建立人体下肢运动学和动力学模型,并以标准CGA步态曲线作为关节输入,通过SolidWorks/Motion进行运动学仿真,验证所设计的模型符合人体下肢运动规律。针对气动肌肉伸展时存在非线性使得关节控制困难,提出了模糊自适应PID控制算法。在MATLAB/Simulink中进行仿真控制实验,仿真结果表明:相比传统PID算法,模糊PID自适应控制算法使外骨骼达到更好的跟随效果。最后通过实验平台验证了模糊PID自适应控制算法能够满足患者主动康复训练的需求。
2023, 51(19):106-111. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.016
摘要:为了解决市场康复假肢功能单一、使用效果极差和价格昂贵等缺点,提出一种基于表面肌电信号的机械手控制系统。该系统主要分为两部分:一部分是基于Cortex-M4系列的肌电信号采集、预处理、BP神经网络分类的信号处理系统;另一部分是基于Cortex-M3系列的机械手臂控制系统。信号处理系统发出控制命令无线传输到机械臂,控制6舵机自由度的机械臂,实现6个动作的展示。试验结果证明:该系统能够实现6个动作的自学习,成功率在80%以上,系统有一定的应用价值。
2023, 51(19):112-117. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.017
摘要:为提高大口径X70油气管材冷弯效率及对管道外层已进行防腐处理的管材弯曲加工的方便性,依照大口径油气管材的弯曲性能参数,设计一种管内液压冷弯加工设备。根据液压内弯设备工作时所要完成的动作和加工性能,完成机械结构和电-液控制系统设计,管内液压冷弯设备结合PLC控制以及相应传感器实时采集数据进行弯曲加工。该套液压冷弯设备采用台达触摸屏进行人机交互,可实现加工数据实时显示,界面操作简单、系统运行平稳。测试结果表明:加工结果可达到油气管材角度加工标准,总误差小于相关标准所规定的±0.2°。
2023, 51(19):118-124. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.018
摘要:针对液袋缺陷检测系统检测效率低和动作时序难以规划的问题,对液袋缺陷检测系统动作源气缸进行了运动特性数学建模并利用MATLAB中的龙格-库塔法仿真得到气缸运动特性曲线,依据仿真结果和每个工步的行程计算每个工步的动作时间。根据每个工步时间和缺陷检测工艺流程,设计动作时序并绘制时序图;对时序图进行详细分析,提出缺陷检测分拣流程简化方案和检测动作并行方案,通过这两个方案对动作时序进行了优化。优化后重新计算缺陷检测时间,结果表明优化后检测效率提升了41%;优化后能够实现高效液袋检测,即将液袋缺陷检测系统嵌入液袋生产线并不会影响原有的生产效率。
2023, 51(19):125-129. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.019
摘要:为了保障国内某大型风洞模型支撑机构运行,特研制一套电液伺服系统,用于精确控制两并联双级油缸。该特殊电液伺服系统在油源系统、伺服控制油路、电控系统等方面采用诸多巧妙设计,不仅能很好满足大惯性、大载荷、大流量跨度的特殊工况,而且有效解决了油缸两腔面积比超大的可控性、并联双级油缸的运动同步性与精确定位能力、系统运行安全性等关键问题。
2023, 51(19):130-133. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.020
摘要:提出一种隔离式高(低)温液压系统。对传统的液压系统油温控制技术进行了改进,以常温液压缸换向系统为前级主动,推/拉隔离缸进行循环工作;两件隔离缸往返的油液形成封闭系统,油液循环流动,经过油温控制装置,对其进行加热或制冷,使其达到额定的高(低)温。其优点是仅需要对隔离缸的油液进行温度控制,显著缩减了需要控制温度的油液容积,从而降低了温控设备的功率和复杂性;温度平衡后,加热(或制冷)仅需要补充热消耗,运行功率小。该技术在实践中取得了良好的效果。
2023, 51(19):134-139. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.021
摘要:液压挖掘机由于上车回转平台转动惯量大、工作中高频次起制动,导致大量的制动动能转化为控制阀阀口热能浪费掉。为此,提出双马达主被动复合驱动挖掘机回转系统,主动系统采用阀口独立回路,应用泵阀复合、压力流量匹配控制策略抑制回转平台起动过程的节流和溢流损失,利用阀口独立回路多自由度控制的优点解决制动阶段转台冲击和反转问题;被动系统采用液压马达-蓄能器组合,回收利用回转平台制动动能;在空载制动过程中,通过增压缸向蓄能器补充油液。建立回转系统机电液联合仿真模型,并对所提系统的运行特性与能量特性进行分析。结果表明:满载和空载制动阶段蓄能器能量回收率分别为79%和72%,利用增压缸解决了蓄能器油液回收不足问题,较传统回转系统能耗降低54.3%。
2023, 51(19):140-147. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.022
摘要:水工闸门系统由复杂的液压启闭系统和大型钢闸门金属构件组成,具有负载大和工况复杂的特点。大型金属构件腐蚀损伤、启闭传动故障等均会形成系统故障,使闸门故障模式复杂且难以预测。针对传统建模过程存在的闸门各子系统交互难、兼容差、复杂度高等问题,基于多领域统一建模方法,采用Simscape语言建立弧形闸门机电液多领域数字模型,通过开度曲线偏差控制策略和子系统转换接口实现联合仿真。参照某水工建筑按几何相似搭建实验平台,开展实验对闸门实时开度和伺服油缸驱动力进行动态校核;同时基于多领域模型对液压启闭机失效卡阻、油液泄漏和弧形门体损伤进行故障模拟。结果表明:所提出弧形闸门多领域耦合建模方法满足设定的误差阈值,具有较高的可靠度,可用于研究常见故障形式对闸门机液系统工作特性的影响,也为设计阶段液压系统选型校核及性能优化提供了参考。
2023, 51(19):148-154. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.023
摘要:为提高现有喷油器的动态响应特性,采用超磁致伸缩驱动器(GMA)通过液压腔驱动球阀的形式,提出一种超磁致伸缩式喷油器(GMI)的设计方案。在阐述该喷油器的结构组成和工作原理基础上,基于Jiles-Atherton磁滞模型建立GMA的输出力模型,将其与喷油器液力模型耦合,建立了该喷油器的电-磁-机-液多场耦合模型;基于MATLAB/Simulink模块搭建该喷油器的仿真模型,分析不同偏置磁场下GMA的磁致伸缩曲线,以及不同GMA预应力下的球阀响应曲线;采用遗传算法,选取针阀响应时间为评价指标,对GMA的预应力、进出油孔直径、控制腔容积等关键参数进行优化。结果表明:设计的超磁致伸缩式喷油器具有良好的响应特性,优化使针阀开启延迟降低27.3%,针阀上升时间降低11.0%,针阀关闭延迟降低19.5%,针阀下降时间降低9.9%。
2023, 51(19):155-161. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.024
摘要:为了能够对格里森制摆线齿锥齿轮啮合性能进行综合评判,提出集齿面失配分析、齿面接触仿真和齿面加载接触仿真于一体的系统性评价方法。构建刀盘数学模型和刀倾法切齿加工数学模型,获得理论齿面。研究与大轮齿面完全共轭的小轮基准齿面及齿面Ease off拓扑计算方法。在此基础上,基于齿轮啮合数学模型,研究齿面接触分析解析计算方法,构建齿面加载接触分析有限元仿真流程。最后以一对格里森制摆线齿锥齿轮为例进行了齿面失配分析和轮齿接触仿真,算例仿真结果与格里森软件一致,验证了齿面接触仿真算法的正确性,同时也表明采用有限元方法进行齿面加载接触分析在啮合性能评价方面具有较大的直观性。
2023, 51(19):162-170. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.025
摘要:建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩分岔转迁行为进行分析,同时引入最大碰摩力和占空比概念对转子模型的参数变化引起的系统响应进行量化表征。结果表明:不对中故障导致转子系统产生2×、4×等偶数倍频率,并且2×频率幅值不随转速和系统参数的改变发生变化;轴承间隙和润滑油黏度的改变对系统响应产生了显著影响,具体表现为系统的稳定性随着轴承间隙的减小和润滑油黏度的增大而提高,特别是润滑油黏度的增大使得系统一、二阶临界转速明显增大。
2023, 51(19):171-175. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.026
摘要:针齿半径误差、针齿中心圆半径误差是影响RV减速器回差的重要因素,其误差组合方式也对RV减速器的回差产生影响。为研究不同误差组合的影响规律,分析回差的影响因素,建立回差计算模型。以RV-80E为例,建立RV减速器的三维模型和动力学模型,并进行不同误差组合下回差仿真分析。仿真分析与理论计算结果表明:回差的理论计算曲线与仿真曲线变化规律一致,随着针齿直径的增大而减小,随着针齿中心圆直径增大而增大。
2023, 51(19):176-181. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.027
摘要:多轴机床各个轴进给系统的动态误差具有差异性且都会受到复杂工况的影响,若想实现多轴联动进行轴间的相互补偿,需对进给系统动态特性中的相位规律进行分析。采用集中参数法建立进给系统动力学模型,根据不同工况建立部分结合面参数变化模型,同时分析进给系统激振力频率与摩擦力变化情况。基于Simulink软件,将输出信号与输入信号进行对比分析,得到动力学参数变化时的进给系统相位特性变化规律。结果表明:低转速时进给系统跟随特性较好,输出信号没有明显滞后;高转速时输出信号有较明显的相位滞后,且相位角会受到工作台摩擦力与丝杠轴向刚度的影响。
2023, 51(19):182-188. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.028
摘要:针对现有大姜播种机具作业效率低下等问题,提出一种双行大姜联合播种机及其配套液压系统设计方案,阐述液压系统驱动整机工作原理。同时,基于播种机整机结构建立了动力学模型,并通过理论分析确立液压系统关键参数。构建了AMESim液压回路仿真模型,并利用FMI接口实现机液联合仿真数据交换。通过联合仿真,模拟了大姜播种机的运行状态,结果表明:该液压系统可在500 N偏载载荷状态下实现同步作业及在较大负载变化下实现顺序控制,且执行部件所受最大应力仅为67.07 MPa,该机具可在较为复杂的情况下保证顺利工作。
2023, 51(19):189-195. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.029
摘要:大部分动力学仿真分析采用的都是刚性构件,在现实生活中把构件看成刚性系统来处理可以满足要求,但这忽略了构件变形的影响。为了得到更真实有效的数据,就必须把模型的部分构件看作柔性体来处理。为研究某捕捉缓冲机构的动力学性能,从理论层面介绍动力学的研究方法和刚柔耦合研究的整体思路,并利用ANSYS和ADAMS导出的MNF文件和LOD文件,从刚柔耦合多体动力学的角度对捕捉缓冲机构进行了综合实验分析和对比。通过刚柔耦合研究实现了动力学和结构学的联合仿真,得到了更精确的仿真数据,在获得动力学测量数据的基础上又获得了结构学数据,使仿真结果更为全面,同时也为对结果要求较高的多体动力学工程仿真问题提供了参考。
2023, 51(19):196-202. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.030
摘要:针对闭式泵车泵送液压系统建模难度高、关键元件的实际结构参数难以获取导致仿真模型精度低,闭式泵车泵送液压系统的动态特性分析难度大等问题,通过测量泵送液压系统关键元件三维模型,采用AMESim仿真平台进行细节建模,使仿真模型更接近实际。建立各关键元件的仿真模型并根据原理图完成整个回路搭建,开展泵车空泵试验对仿真模型的正确性进行验证,最后控制水阀负载模拟混凝土负载为系统加载。结果表明:仿真模型能准确模拟闭式系统动态曲线变化规律,最大相对误差在8%以下。
2023, 51(19):203-210. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.031
摘要:针对铣刀磨损量预测精度低的问题,提出一种高精度铣刀磨损量预测方法。该方法通过遗传算法(GA)寻出长短期记忆网络(LSTM)的最优参数,并将参数输入LSTM实现改进模型GA-LSTM。采用时域、频域及时频域方法提取特征,应用皮尔逊相关系数法筛选出与铣刀磨损量高度相似的特征向量,输入GA-LSTM模型进行训练,并对测试数据进行预测。实验结果表明:与传统的机器学习方法BPNN或深度学习方法FE-LSTM、CNN相比,GA-LSTM的均方根误差分别下降了41.3%、39.0%、51.5%,平均相对误差分别下降了48.3%、40.8%、56.7%,模型的预测识别精度有较大提高,实现了铣刀磨损量的有效预测。
2023, 51(19):211-215. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.032
摘要:针对永磁同步电机(PMSM)永磁体失磁故障发生时磁链信号不稳定导致难以诊断的问题,提出基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的PMSM失磁故障在线诊断方法。构建能够在线识别并动态矫正磁链的EKF方法,该方法可以根据自适应PMSM模型跟踪永磁体磁链信号的真实状态,并且不易受电机参数的影响。同时经过辨识的永磁磁链经过故障检测模块,计算磁链的变化量,判断永磁电机是否发生失磁故障。仿真结果证明:失磁故障检测模块通过分析经扩展卡尔曼滤波动态矫正的永磁磁链,可以在0.1 s内实现高效的故障诊断。
2023, 51(19):216-222. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.033
摘要:针对非线性、非稳定振动信号难以提取有效故障特征的问题,提出一种基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)和t-分布随机邻域嵌入(t-SNE)算法相结合的故障特征提取方法。利用三次Hermite插值代替三次样条插值构造包络线,提高传统CEEMDAN对非平稳信号的分解精度;利用改进后的CEEMDAN对原始信号分解并通过相关系数筛选出有效固有模态分量(IMF),提取有效IMF分量的时频特征、奇异值和能量值构建高维混合域特征集;最后,通过t-SNE算法挖掘高维混合域特征信息得到低维敏感特征,并将其输入到支持向量机中进行分类,以分类准确率作为特征提取效果评价指标。在齿轮箱故障模拟实验台进行实验验证,结果表明该方法能够准确地提取故障特征,为故障特征提取提供新思路。
2023, 51(19):223-228. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2023.19.034
摘要:针对旋转机械故障率偏高,而人工参与故障诊断工作量大、效率偏低等问题,提出一种基于云模型与LSTM算法的旋转机械故障诊断方法。采用实验台采集振动故障原始数据,统一进行EEMD数据预处理,利用云模型进行故障特征数据提取,输入LSTM神经网络模型进行故障诊断。通过云模型和能量法进行特征提取,分别输入支持向量机和LSTM神经网络模型进行诊断结果对比。结果表明:云模型与LSTM算法的故障诊断准确率最高,达到98.75%,证明该方法能够有效应用在旋转机械故障诊断中。
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