摘要:为了解决机械手抓取不同质量重物及伸缩连杆干扰其跟踪运动问题，提出一种新颖的定常和时变增益相结合的机械手干扰观测器设计方法，并分析观测误差系统的稳定性，目的是获得机械手工作过程中的扰动并设计控制器进行补偿；同时，为了提高机械手运动状态的安全性，提出融入模型预测控制Tp(t)的非线性鲁棒控制方法，通过同时约束机械手的运动位置跟踪误差和运动速度跟踪误差，获得系统安全的运动状态，进而保证机械手实现安全稳定的跟踪运动。通过仿真结果对比分析，表明文中提出扰动观测方法的有效性和抑制干扰实现机械手状态约束安全运动的优越性。

摘要:针对FANUC机器人控制系统开放性差问题，设计一种基于KAREL语言的机器人开源控制系统。基于Coppeli-aSim远程API接口文件，联合MATLAB、CoppeliaSim平台，设计离线仿真系统；通过开发上位机控制软件与KAREL程序，建立机器人控制器与上位机间基于TCP/IP协议的通信，实现了上位机对机器人的在线控制；并结合数字孪生技术，实现了虚拟样机与物理样机的同步运行。最后，基于FANUC M-20iA机器人实验平台验证了该机器人开源控制系统的可行性。

摘要:因城市地下管线综合管廊内环境恶劣，巡检距离长，固定式监测设备无法实现全覆盖监控，需要用智能巡检机器人代替传统管廊巡检方式，但是智能巡检机器人能够稳定、有序地运行，关键问题是实现智能巡检机器人的精准定位，即获得巡检机器人在管廊内的精确坐标。目前智能巡检机器人所采用的射频、WiFi、惯性里程计等定位技术易受管廊内环境干扰、累计误差干扰等，定位精度为5~50 m，难以满足管廊智能巡检机器人定位系统1 m以内的定位精度要求。为此，提出一种基于UWB的智能巡检机器人定位系统。采用分析UWB信号在管廊内的传输特性、构建巡检机器人在管廊内的运动模型、通过MATLAB建立巡检机器人定位跟踪仿真实验的手段，设计一种基于UWB管廊修正S-V信道模型的巡检机器人LS-PSO定位算法、一种基于巡检机器人运动模型的EKF跟踪算法，建立了巡检机器人LS-PSO/EKF融合定位跟踪模型。通过与KF算法进行MATLAB定位跟踪仿真对比验证，提出的巡检机器人LS-PSO/EKF融合定位跟踪模型在管廊复杂环境下能够有效去除管廊噪声干扰，定位精度相比KF算法明显提升。

摘要:为了准确辨识出六自由度工业机器人的动力学参数，提出一种基于改进遗传算法的参数辨识方法。构建牛顿-欧拉机器人动力学模型，明确反映各关节力矩与动力学参数的函数关系；通过改进遗传算法获取优化激励轨迹，并对机器人进行动力学参数的整体辨识，减少关节间耦合作用影响，避免多次识别实验环境不一致而产生的误差。最后采用最小二乘法计算机器人的动力学参数，解决因初始值选择不合理而导致辨识精度受限的问题。实验结果表明：此方法得到的最优激励轨迹能够满足约束条件，缩短优化时间，有效提高动态参数辨识的准确性和有效性。

摘要:针对大型焊接件生产中存在的大范围复杂焊缝以及狭窄空间内部焊接条件恶劣的情况，设计一种新型移动焊接机器人。采用3个独立驱动的OMNI全向轮作为机器人的移动机构，同时在移动机构底盘安装支撑轮及可调节磁吸附装置，并设计五自由度机械臂作为焊接执行机构；对机器人移动平台与机械臂分别进行运动学分析以及整体运动学分析，推导出机器人末端执行器与驱动轮、机械臂关节角位移之间的函数关系；针对曲率变化较大的焊缝难以焊接的问题，提出基于改进粒子群优化算法的多段直线逼近曲线的移动平台路径规划算法，并用MATLAB仿真验证了该路径规划算法可以完成任意曲率曲线的焊缝离散化，在满足焊接精度的前提下，能够减少焊缝离散点数目，提高了移动平台路径规划的效率。

摘要:为解决AGV在复杂环境下控制精度低下、响应速度慢和鲁棒性差等问题，提出一种基于改进粒子群优化模糊PID控制方法。在粒子群算法（PSO）引入Logistic混沌映射对种群进行初始化，其次对惯性权重和学习因子进行非线性控制更新，提升种群寻优能力和避免陷入局部最优；选取9个测试函数验证改进PSO算法效果。仿真结果表明改进PSO在寻优精度和收敛速度都优于其他3种算法，而且不易陷入局部最优。最后对被控系统进行效果验证，结果表明改进PSO优化模糊PID控制器在常规和外部干扰两种环境下控制性能都优于传统PID和模糊PID，具有高可靠性、高控制精度，满足系统要求。

摘要:多机器人系统可使用多个功能相对简单的机器人执行较为复杂的任务。相比单一机器人运输，多机器人系统在超大、超重部件的转运上展现出更高的灵活性、可扩展性、多产品适应性等优势。提出一种多移动机器人协作转运系统，可实现多台移动机器人负载同一工件在无轨迹约束、无负载框架约束下的稳定运行。基于协作定位及领航-跟随编队控制方法，将有限的轮系驱动能力与纠偏需求相结合输出跟随单元控制量，可充分发挥全舵轮驱动移动机器人全向移动优势，保证速度指令有效并使位姿偏差减小并趋于稳定。考虑实际应用场景，在各机器人顶部设置全向力浮动机构以减小车组间相对位姿偏差对工件产生的外力影响。搭建由4台移动机器人组成的协作转运平台并进行试验，试验结果表明：在该控制方法下整个编队系统可稳定运行，直线、弧线轨迹下各从车相对位置偏差不大于40 mm，姿态偏差不大于6°。

摘要:针对航空航天飞机蒙皮壁板等大尺度构件自动钻铆加工中工业机器人刚度较低、加工精度差的问题，以KUKA KR600 R2830型工业机器人为例，通过调整工业机器人加工位姿的方式进行刚度优化。建立所选型号工业机器人运动学模型，在此基础上建立刚度模型并通过刚度辨识实验求解工业机器人各关节刚度；采用蒙特卡洛法绘制工业机器人作业空间并结合刚度性能评价指标在工作空间基础上绘制刚度云图，表征机器人刚度性能分布；结合参数优化后的模拟退火算法求解机械臂刚度最优位姿及当前位姿下的关节角；最后利用仿真及实验进行验证，证明刚度最大位姿的有效性。此方法可为高精重载工业机器人的加工稳定性研究提供思路和指导，提升6R工业机器人钻铆质量。

摘要:针对船体壁面爬行机器人在复杂环境中的操作需求，设计并验证一种四履带式全位置爬壁机器人，旨在提高其自适应能力和操作效率。通过建立三维模型并使用ADAMS软件进行仿真，对机器人在曲面变化、壁面折角以及障碍翻越这3种主要工况下的动力学行为进行了深入的仿真分析。结果显示：在曲面变化和壁面折角工况下，机器人通过调整履带倾角和速度，成功实现了稳定过渡；在障碍翻越工况下，尽管后履带出现翘起现象，但通过对履带速度的精确反馈控制，有效解决了可能的内部挤压和滑动问题。此外，样机测试结果进一步验证了机器人的性能，其最大运动速度大于5 m/min，负载极限为20 N，越障高度达到14 mm，均达到或超出设计预期。仿真与样机测试均展现了机器人在关键工况下的出色适应性，成功地实现了稳定过渡和障碍翻越。

摘要:针对燃料电池空压机目前存在的驱动和支承问题，提出一种箔片动压轴承和动力磁轴承一体化的气磁悬浮型空压机。基于空压机的结构组成，建立空压机磁悬浮支承力、气悬浮支承力以及空压机转子动力学数学模型；基于燃料电池空压机转子系统动力学模型的状态空间方程，设计抗干扰强的协同控制器，并对它进行了转速、驱动转矩、转子悬浮位移以及电磁调节力等关键物理量的仿真分析。结果表明：协同控制在响应、抗干扰以及鲁棒性方面的控制优于PID控制。基于协同控制和PID控制建立了控制实验平台，并对空压机转子的气磁悬浮进行分析，进一步验证了协同控制具有优良的控制效果和良好的控制性能。

摘要:以平行圆盘间隙中一维可压缩理想流动分析结果为基础，在考虑平行圆盘间隙内面积变化和壁面摩擦时，通过理论推导及程序编制，利用预估-校正方法得到了平行气膜区气膜对称线上一维模型的马赫数及摩擦因数的分布规律。结果表明：对于一维模型而言，气膜对称线上的马赫数始终呈现下降的趋势，摩擦因数始终呈现上升的趋势，但摩擦因数在整个平行圆盘间隙中变化很小；对于不同材料的轴承圆盘，由于精加工工艺的不同会导致壁面相对粗糙度发生变化，进而使壁面摩擦因数发生显著变化，即摩擦因数受到相对粗糙度的影响很大；在计算过程中采用平均摩擦因数可得到相似的计算结果，并满足计算精度要求。

摘要:机电伺服系统存在未建模动态及不可避免的未知扰动，会严重影响系统的伺服性能。针对未知扰动下机电伺服系统惯性负载的角位移跟踪控制问题，考虑未建模动态对系统的影响，提出一种基于有限时间的模糊自适应指令滤波反步控制方法，能有效补偿系统中的未知扰动和未建模动态，具有良好的惯性负载角位移跟踪控制效果。针对系统中存在的未知外部扰动及未建模动态，结合滤波反步法和模糊控制理论，使用模糊逻辑系统逼近未知非线性动态同时构造自适应控制器。考虑到微分计算带来的计算爆炸问题，构建有限时间指令滤波器，降低了系统的计算复杂度，并通过设计滤波误差补偿机制，对滤波误差项进行补偿，保证滤波信号的逼近能力，提升系统跟踪控制性能。通过稳定性分析，证明所设计的控制器能够保证系统的跟踪误差在有限时间内收敛。最后通过仿真实验，验证了所提控制方法的有效性。

摘要:针对水下抛石基床整平需求，设计一套基于挖掘机三自由度液压机械臂的自动整平系统。对臂架机械结构进行适应性改造，通过试验计算其作业负载，结合有限元法验证改造结构的可靠性。基于D-H法和几何法搭建臂架正、逆运动学模型，将铲尖轨迹运动转换为臂架各构件的协同控制。设计基于PID控制的臂架电液比例位置控制系统，通过AMESim验证了臂架驱动控制系统方案的可行性。结合北斗定位技术，搭建臂架自动整平系统架构，提出适用于工程应用场景的定位、整平作业流程。最后，通过工程试验和应用对自动整平系统进行了验证。试验和应用结果表明：采用三自由度液压机械臂的基床整平效率更高、成本更低，整平精度也满足施工要求。

摘要:钠硫电池中含有大量的高纯度钠，在自动化拆解过程中存在燃烧、爆炸等安全风险。针对钠硫电池在车削拆解时存在的安全性问题，提出一种改进SSA-BP神经网络算法来预测刀具加工的最高温度。利用ABAQUS软件计算出刀具加工的实时温度，通过电池拆解实验验证仿真数据的可靠性；然后以仿真温度数据建立样本，利用Tent混沌映射对SSA-BP神经网络算法进行优化，建立刀具温度仿真预测模型。实验结果表明：该仿真预测模型收敛速度快，鲁棒性强，模型误差小。

摘要:针对我国挖掘机用液压缸可靠性水平较低，缺少对挖掘机液压缸可靠性试验及评价方法的研究等问题，以市场保有量较大的2.1×105N挖掘机斗杆油缸为试验对象，开展了往复试验、脉冲试验、超载试验等多种可靠性试验。收集了试验过程的性能指标数据和关键零部件的拆解分析数据，通过将试验数据与实际使用样件测试数据进行对比分析，验证试验方法合理性及试验数据准确性,验证挖掘机液压缸可靠性试验方法、试验时间与实际使用样件工作时间存在对应关系。通过试验得出脉冲试验1万次、2万次，往复试验30万次、50万次可以对应实际工作时间1 000、2 000 h的对应关系，为后续挖掘机液压缸可靠性试验评价方法研究提供了参考。

摘要:针对传统大马力拖拉机电液提升系统控制精度不足的问题，提出利用多个反馈参数进行综合调节的控制方案，通过对不同的反馈控制方式进行权重划分，可综合各反馈控制的优势以实现多性能平衡的目的。另外，考虑到常规控制的权重因子固定不可变的问题，提出权重因子基于反馈信号的自适应变化控制方案，利用3种反馈信号与设定值的偏差进行权重因子的增量调节，使得权重因子能更好地满足性能参数的变动，分别设计了3个权重因子的自适应控制规则和对应控制器的输入输出参数。选用犁耕深度、牵引力、滑转率作为控制性能的评价指标对无反馈控制、力位综合控制以及所提自适应控制进行对比,结果表明：所提控制方法的犁耕深度均匀性较高，牵引力和滑转率数值较小，且变化范围明显小于其他2种控制方式；在提高犁耕均匀性的同时也提高了燃油经济性，并降低了悬挂系统的冲击效应。

摘要:通过对往复式液压增压装置液压控制原理的分析，构建增压装置数学模型，根据数学模型对增压装置的工作特性进行初步判断。同时，通过实验监测不同压力等级下增压器的动态响应，对比得出响应特性结论。发现往复式增压器工作中存在“锯齿状”压力波动，其输出压力略大于理想值，输出误差在10%以内，最大换向时间随压力等级增加呈现先增加后减小趋势，换向次数随压力等级增加而增加。对于低于30 MPa的工况和控制精度比较高的工况，往复式增压器效率较低，并不适用，需引入闭环控制并考虑其波动特性。

摘要:四连杆作为液压支架的支撑部件，在冲击载荷下易发生失稳导致破坏。基于顶梁的承载特性，通过分析液压支架与围岩在不同情况下的耦合状态，进一步研究了液压支架四连杆的力学响应特性。基于Denavit-Hartenberg(D-H)理论，利用MATLAB软件，建立液压支架全姿态的动力学模型，分析液压支架的平衡缸和立柱的不同铰接位置对四连杆负载的影响。结果表明：立柱和平衡杠的安装位置越靠近顶梁前端，支架四连杆的负载越大，其对应的负载最大值也越大；前连杆最大值发生位置逐渐向煤壁方向移动，而后连杆则向采空区移动；立柱和平衡缸安装位置的前移增大了四连杆的负载，因此，合理的支架结构设计能在一定程度上优化支架的负载。

摘要:针对三维海洋环境水下自主航行器(AUV)路径规划问题，传统的路径规划算法在三维空间中搜索时间长，对环境的依赖性强，且环境发生改变时，需要重新规划路径，不满足实时性要求。为了使AUV能够自主学习场景并做出决策，提出一种改进的Dueling DQN算法，更改了传统的网络结构以适应AUV路径规划场景。此外，针对路径规划在三维空间中搜寻目标点困难的问题，在原有的优先经验回放池基础上提出了经验蒸馏回放池，使智能体学习失败经验从而提高模型前期的收敛速度和稳定性。仿真实验结果表明：所提出的算法比传统路径规划算法具有更高的实时性，规划路径更短，在收敛速度和稳定性方面都优于标准的DQN算法。

摘要:随着装备朝着复杂化、集成化、智能化方向发展，如何快速准确构建高保真数字孪生模型是复杂装备智能运维的基础性工作与最大技术障碍。提出依靠设计结构矩阵(DSM矩阵)进行任务耦合度优化与智能分发的策略，实现复杂装备数字孪生多点建模全方位动态监管；基于DSM矩阵特点提出一种改进遗传算法，改进优化流程并提高任务处理速度；最后，开发基于Web的分布式协同建模平台，实现了丝杠试验台数字孪生实体模型的协同构建。试验结果表明：该试验台协同建模效率得到了显著提升，为复杂装备数字孪生模型快速构建提供了工程案例，为复杂装备智能运维提供了技术支撑。

摘要:为降低高速轴向柱塞的空化程度，以某型号轴向柱塞泵为例，利用Pumplinx软件搭建CFD仿真模型，探究不同转速与不同吸油口压力对泵空化程度的影响，并结合MATLAB软件对离散的仿真结果进行拟合，得到转速、吸油口压力与吸油效率的变化规律曲线。研究结果表明：当柱塞腔内气体体积达到12% 以上，柱塞泵吸油效率下降甚至无法吸油；通过提高吸油口压力可以有效降低柱塞腔的空化程度，提高柱塞泵吸油效率；为了保证泵在5 000~6 000 r/min下能够正常吸油且有较高的吸油效率，可以使吸油口压力值介于0.25~0.30 MPa之间，此时柱塞腔空化程度和吸油效率均达到相对稳定。

摘要:压裂液连续混配常规采用阀前负载敏感液压系统作为其液压动力系统，由于混配施工工艺不断改良细化，在大扭矩工况下多马达复合动作，液压系统流量饱和情况下流量优先向轻载分配。为解决这一问题，优选阀后负载敏感液压系统，在流量供给不足情况下，同比减少各负载流量供给，实现马达同步动作。基于AMESim仿真软件，分别搭建连续混配设备阀前及阀后负载敏感液压系统仿真模型，得到泵与马达压力、流量及功率变化曲线。仿真结果表明:阀后负载敏感系统中，负载敏感泵输出功率始终与负载所需功率相匹配；系统流量充足时，泵输出流量始终随着系统所需流量的变化而变化;系统流量不足时，阀后负载敏感阀可以实现流量共享，各马达负载同步动作。实验结果表明：仿真与实验数据差距小于3%，阀后负载敏感系统可以按照阀口开度比例分配各路负载流量，实现各负载平稳动作。

摘要:为适应不同负载的需要，轴向柱塞马达在工作时需不断进行高、低速之间的转换，在高、低速转换过程中产生的冲击力可能会造成滑靴脱落、柱塞卡死和压盘断裂等一系列问题，因此需要对马达的变速特性进行分析。以某公司5.0×105 N挖掘机用轴向柱塞马达为例，利用AMESim软件搭建了柱塞马达的液压控制模型，通过阶跃信号模拟变速过程，研究斜盘角度变化过程中柱塞腔中的压力变化规律。从改变斜盘转换的频率和柱塞滑靴组件不同响应时间两个方面分析柱塞腔压力变化情况，并分析了不同压力下柱塞的应力应变。通过分析可知：柱塞滑靴组件最优响应时间为0.17 s，当响应时间大于0.17 s时斜盘转换频率对柱塞腔压力影响不大；高低速转换时响应时间过快是导致柱塞卡滞在缸孔内的主要原因之一。

摘要:为明确某直驱式伺服阀用四余度线性力马达的磁力特性，在采用解析法建立线性力马达磁路模型的基础上，基于Maxwell对其在静磁场下的磁路分布、衔铁受力、正常/故障下的衔铁位移-力特性进行分析。正常/故障下衔铁位移-力特性的对比表明：正常工作时两种结构具有一致的静态特性，故障模式下径向布局结构各线圈故障对力马达静态特性的影响相同，而轴向布局结构对力马达静态特性的影响则与故障线圈的位置有关。此外还对其在瞬态场下的频率特性和线圈间的感生电动势进行分析，结果表明：轴向布局结构比径向布局结构的四余度线性力马达幅频特性更高。对四余度线性力马达的磁力特性进行了详细分析，为其进一步的设计改进提供了参考。

摘要:电液伺服泵控系统具备功重比高、响应快等优点，在多领域得到广泛应用，但如何针对该系统开展更有效健康评估，进一步保障系统的安全性和可靠性成为必须面对的问题。按照明确原理、建立数学模型、建立仿真模型、仿真分析的思路针对健康评估方法开展研究，提出油液体积含气量、气隙磁密、泄漏系数3个健康评估指标并确定阈值，构建了LGA（LSTM-GRNN-ANN）深度神经网络健康评估方法并进行仿真分析，结果显示该方法准确率约为97.48%，比LSTM、GRNN健康评估方法具有更高的准确率，为继续深入开展电液伺服泵控系统健康评估的研究提供了理论支持。

摘要:针对一种应用于航天领域的能源冗余电液伺服系统，建立了从溢流阀、限流阀、能源选择阀等关键阀门元件到伺服系统的AMESim仿真模型并进行仿真分析，仿真结果与理论设计结果相符。建立双机互联冗余伺服系统仿真模型，对一路溢流阀失效无法建压的典型故障模式进行模拟仿真。结果表明:在该情况下能源选择阀发生了切换，引入另一路能源为伺服机构供油，保证整个系统正常工作，验证了伺服系统能源冗余切换功能原理的正确性。建立的仿真模型具有实际参考价值，也能用于其他故障失效模式下的仿真分析。

摘要:微电机是一种重要的动力驱动元件，其诊断过程并不复杂，但人工听音比较低效且诊断结果片面，投入大量的人工对其进行分类是不合理的。为了提高微电机的诊断效率和实用性，提出一种诊断方法。使用自适应局部迭代滤波方法来降低噪声，然后用格拉姆角场将特征提取后的声音信号转换为图像，将转换后的图像应用深度卷积神经网络模型进行分类研究。基于微电机声音信号实验采集装置，对采集的数据应用所提出的方法进行故障诊断分类，并与其他方法进行比较。结果表明，该方法比其他方法具有更高的分类精度，准确率达到94.1%。

摘要:针对时域信号冗余度大及滚动轴承故障诊断效果和强噪声环境下诊断正确率低和泛化能力差的问题，提出一种新的基于多联合注意力机制和多残差卷积块的多尺度进化故障诊断方法。采用宽、窄核卷积的跃迁块和多联合注意机制对深层卷积进行特征补充，减少特征流失，保证特征图的质量。通过通道和空间注意力权重的分配，为卷积层提供不同的权重参数，进行自适应特征细化。将提出的方法分别在凯斯西储大学轴承数据集和东南大学轴承数据集进行试验验证及分析。结果显示：所提方法的分类正确率超过99.75%，即使在强噪声环境下，分类正确率也超过98.5%；在变工况下，平均分类正确率超过了90%。因此，所提方法具有良好的故障诊断效果、泛化能力和抗噪声性能。

摘要:航空保障特种装置的可靠性评估面临失效样本数据偏少的问题。为更加准确评估小样本情况下的可靠性，采用改进的平均秩次法计算样本的经验分布函数，在此基础上提出一种基于GM-SVR的三参数威布尔分布估计方法。该方法利用灰色模型(GM)在位置参数上的优势和支持向量回归(SVR)在小样本下的良好效果，对威布尔分布的3个参量进行精确估计。采用MATLAB工具箱对模型进行仿真实验，结果表明：GM-SVR方法在故障数据样本较少情况下，参数估计精度高于传统的概率统计方法。以喷气偏流板为例，计算了威布尔分布的形状参数、尺度参数和位置参数，得到相关系数为0.995 3，均方根误差为0.038，证明了在小样本情况下GM-SVR方法的拟合精度良好，可对航空保障特种装置的可靠性进行准确评估。

摘要:为提高轴承端面缺陷检测的速度以及检测精度，提出一种基于改进YOLO v3的轴承端面缺陷检测算法。首先，对图像数据集进行数据增强处理以防止产生过拟合现象；其次，通过改进K-means聚类算法重新聚类出目标检测的Anchor Boxes，并引入SKNet注意力机制模块对原网络结构以及输出层结构进行改进；最后对改进的YOLO v3算法进行实验验证，并与原YOLO v3算法进行对比分析。结果表明，改进后的YOLO v3算法相比原YOLO v3算法对轴承端面缺陷检测的mAP值提升了7.03%，检测速度提升了34.7 帧/s，验证了改进算法的有效性。

摘要:齿轮箱作为风电机组关键部件，由于运行环境以及工况的复杂性，易出现故障，严重威胁机组安全稳定运行。因此，对齿轮箱进行故障诊断对确保风电机组稳定运行具有重要意义。在介绍齿轮箱结构特点、故障模式、振动监测的基础上，结合齿轮箱结构特点，给出齿轮与轴承故障特征频率的计算方法。同时采用希尔伯特变换与倒谱分析相结合的方法对齿轮箱振动数据进行分析，提取故障特征频率。经实例验证，该方法能够准确得到齿轮箱故障频率的同时定位齿轮箱故障，实现风电机组齿轮箱的故障诊断。