摘要:在简要介绍超疏水表面相关理论的基础上,着眼于金属基超疏水表面制备中关键技术的发展态势,重点分析了不同类型制备方法在制备工艺要点、微纳米拓扑结构设计与构建、低表面能材料修饰、表面性能提升效果等方面的研究进展,系统梳理了金属基超疏水表面在自清洁、金属防腐、水下减阻等领域的应用现状及影响其机械稳定性的关键要素,探讨了金属基超疏水表面制备技术在发展过程中需要面临的核心挑战和需注重解决的问题,希望为实现大面积金属基超疏水表面的工程化应用提供参考。

摘要:为解决基于关节力矩的双足机器人参数辨识方法辨识精度不高,基于完整的足底力信息和运动捕捉数据的辨识方法对实验条件要求较高的问题,提出基于ZMP（zero moment point）数据的双足机器人惯性参数辨识方法。 将理论ZMP与实际ZMP的位置偏差作为目标函数,考虑参数范围和机器人总质量两类约束条件,建立只使用双足机器人自身传感器采样数据的惯性参数辨识优化模型。 针对所建模型无法拆分成线性形式的问题,推导目标函数关于参数矢量的梯度矢量和海塞矩阵,并给出了基于最速下降法和牛顿法的优化求解算法。 使用GoRoBoT-II机器人的双足部分,进行腿部杆件的惯性参数辨识实验,将所提出方法得到的辨识结果与传统基于关节力矩的辨识结果进行对比,发现基于ZMP的辨识方法的结果更接近于三维几何建模得到的参数标称值,且理论ZMP与实际ZMP的偏差均值为4.6 mm,小于传统基于力矩辨识方法的12.4 mm,说明所提出的基于ZMP的惯性参数辨识方法能够得到比传统方法更好的结果。

摘要:为提高医生对微创手术机器人主操作手进行操作时的一致性和灵活性,设计一种8关节串联型力反馈主操作手。从位姿解耦角度出发,通过一种双平行四边形结构实现位姿解耦,提高了主操作手在不同位姿下操作的一致性。利用改进后的D-H参数法和逆变换法,分别建立主操作手的正运动学和逆运动学模型,并从运动学角度验证了该位姿解耦策略的正确性。基于蒙特卡洛法,使用MATLAB编程,分析主操作手的最小工作空间。求解主操作手的雅可比矩阵,基于全域性能指标和全域性能波动指标定义了主操作手的综合运动性能指标,并以最小工作空间作为约束,用遗传算法对主操作手的运动性能和结构尺寸进行了分析与优化。结果表明:相比于优化前的初始设计,优化后主操作手的综合运动性能指标提高了15.32%,尤其是具备良好运动性能的工作空间体积增加到原来的3倍,已基本包含手术要求工作区域。主操作手在保证操作一致性和足够工作空间的基础上,具备了良好且稳定的运动性能。

摘要:为揭示鸭式布局非定常运动中鸭翼高度对战机纵向气动特性的影响,采用回流水槽测力实验和CFD数值模拟两种手段研究不同鸭翼高度下的鸭式布局（g/c_w分别为-0.15、-0.05、0、0.05和0.15）进行低频与高频（k分别为0.037 5和0.600 0）俯仰振荡的过程。结果表明:与主翼升力系数相比,鸭翼高度的变化对鸭翼升力产生的影响更为明显。在低频上仰阶段,低置布局的鸭翼涡更易受到下游主翼的干扰作用发生双螺旋破裂,导致鸭翼升力系数明显减小；在低频下俯阶段,低置布局的鸭翼涡也更难重新恢复。在高频上仰阶段,由于鸭翼前缘有效迎角的明显减小,低置与高置布局的鸭翼涡均优先生成于下翼面；在高频下俯阶段,与高置布局相比,低置布局鸭翼涡残留的对流速度更快,导致同等迎角下后者鸭翼的升力系数更低。对主翼而言,高置布局在低频上仰时拥有更高的最大主翼升力系数,但在高频下俯阶段,受到主翼前缘涡破裂与鸭翼高度的影响,高置布局丧失了主翼前缘涡对鸭翼涡尾流的干扰效应,导致主翼升力有所降低。研究结果为进一步深入研究不同鸭翼高度对鸭式布局气动特性的影响提供了参考。

摘要:为深入研究某型燃气轮高温旋转动叶片内部先进的复合冷却结构,采用三维气热耦合数值计算方法,模拟该叶片外部高温流场、内部前后冷却腔内蛇形折流通道复合冷却结构的流动性能与换热特性,研究前腔蛇形折流冷却通道在采用局部通气孔改进设计的条件下对整个旋转叶片外表面冷却效果与内部冷却通道流阻系数的改善程度。计算结果表明:在给定的冷气流量条件下,无通气孔设计时,叶片内部蛇形折流通道采用的气膜/冲击/扰流复合冷却结构能够对叶片整体带来较好的换热效果,并且叶片内、外表面温度分布都处于合理范围,但由于整个内部折流冷却通道流动阻力较高,导致对冷却气源供应压力要求过大,且前后冷却腔室进口设计压力差别较大；在内冷前腔局部位置设计冷气通孔结构,可有效降低前腔折流通道的流动阻力,在保证叶片换热效果没有受到明显影响的前提下,实现了所需冷气供应压力和冷气量同时显著下降,多腔冷却气体用量得到更好匹配。该改型设计提高了原型叶片的工程应用价值。

摘要:为研究由密度差引起的分层流对浅航艇兴波尾迹特性的影响。 基于RANS方程,采用Realizable k -ε湍流模型,结合用户自定义函数（UDF）方法建立了用于密度分层流中潜艇兴波尾迹特性分析的多相流CFD模型。 采用此模型针对SUBOFF全附体潜艇在密度分层流中不同位置处以不同航速（低速、中速、高速）浅层航行时的水动力性能开展了模拟,分析了航速、航行位置、密度分层等参数对潜艇在各交界面处兴波尾迹以及水质点速度分布特性的影响。 研究结果表明:潜艇航速越高,并且距交界面越近,在各交界面上的兴波将越剧烈,尾迹越明显,尤其在中速阶段,潜艇将激起较大的兴波；自由液面与内波面兴波波形区别较大,主要表现为自由液面处兴波前端为波峰而内波面处兴波前端为波谷；内交界面处兴波对各参数的敏感度较自由液面的要低。 本数值模型具有较高精度,可为密度分层流中航行潜艇兴波尾迹特征分析提供一种有效的手段；模型给出了潜航艇在不同工况下的航行特征,可为密度分层流中潜艇规避策略的选取提供参考依据。

摘要:针对机床主轴热误差经验建模法缺乏物理意义,建模精度和鲁棒性受热变形伪滞后效应影响较大的问题,从理论角度推导出一种具有明确物理意义且不受伪滞后效应影响的主轴热误差建模方法。 将主轴简化为一维杆件,考虑主轴圆柱面与空气的对流散热,利用传热学得到一维杆在单端热源条件下温度场和热变形的解析表达式；对热变形表达式进行形式变换,推导得到一维杆在单端固定热源条件下热变形的一阶自回归表述形式；推导验证在变化热源条件下,一维杆热变形一阶自回归模型的有效性,并指出自回归模型系数与主轴物理特性、自回归时间间隔、热源条件的关系；进行有限元仿真,并在海德曼T65车床上进行实验验证。 仿真结果表明,一阶自回归模型可有效估计一维杆在变化热源条件下的热变形,不受伪滞后效应影响。 在T65车床上的实验结果表明,与多元线性回归模型相比,一阶自回归模型的鲁棒性更高且具有明确的物理意义。

摘要:为解决滚动轴承故障时产生的信号具有强背景噪声而导致弱周期冲击特征难提取,以及在对轴承故障模式进行智能诊断时一般的诊断模型对故障振动信号的时序特征识别效果不强这两大问题,提出一种基于最大相关峭度解卷积（MCKD）、Teager能量算子和长短期记忆网络（LSTM）的故障诊断方法。 使用MCKD算法对滚动轴承振动信号进行降噪处理,提取出信号中被噪声掩盖的周期冲击特征,并利用Teager能量算子检测信号的瞬态冲击,得到Teager能量序列；将结果分为训练集和测试集,将训练集输入到建立的LSTM故障诊断模型中进行学习,不断更新网络参数并提取出时间维度的特征信息；将训练好参数的LSTM模型应用于测试集,输出故障诊断结果。 实验结果表明,提出的方法以端到端模式可以一次性诊断多种类型、尺寸的故障,具有很高的识别精度,是一种可以有效利用强背景噪声信号中时序特征的故障诊断方法。

摘要:为有效提升燃料电池汽车整车经济性,仿真分析了不同构型因素对整车经济性的影响,基于提出的理论氢耗模型确定氢耗影响因素,并依次对各影响因素进行微观经济性分析。采用遍历权重系数动态规划方法确定所研究车型的氢耗极限,以探究控制策略因素对整车能耗的影响。研究终端约束动态规划中成本函数的确定方法,并基于此方法实现深度全局寻优。研究结果表明:有无超级电容对整车经济性影响不大,但FC+B构型相较于FC+B+C构型具有更好的经济性；从微观经济性角度定量分析出燃料电池效率、电机效率、滚动阻力系数、整车质量及再生制动策略对整车经济性影响的重要程度；功率跟随控制策略能较好地发挥整车经济性。对燃料电池汽车进行深度节能分析,揭示了提高整车经济性的有效途径,可为构型和部件的选择及控制策略的制定提供有效的理论依据。

摘要:为解决控制器功率器件过温失效问题,需要对IGBT的PN结温度进行实时精确估计。 设计全阶状态观测器对IGBT的结温进行实时估计,并综合考虑电、热参数的相互影响,采用闭环控制实现结温的估计修正；根据双脉冲测试原理搭建IGBT动态特性离线测试平台,研究导通电流、母线电压、结温对IGBT损耗的影响,采用线性插值法推导IGBT损耗的数学模型；根据热-电比拟理论建立热网络模型,搭建热阻测试平台获得温度与瞬态热阻变化曲线；基于IGBT热网络模型推导各温度节点的状态方程,针对开环估计方法估计精度差的问题,设计全阶状态观测器,利用观测器输出壳温和实测的壳温之间的误差对结温估计值进行实时修正。 搭建基于Matlab\\Simulink的仿真平台,验证了IGBT结温估计的有效性和准确性；搭建结温预测实验平台,采用热敏参数法对结温状态观测器进行验证。 仿真和实验结果表明,估计的结温能够很好地跟踪实际值,验证了提出方法的准确性。

摘要:为更精确预估电动汽车动力源的荷电状态,优化戴维南等效电路模型,用自适应扩展卡尔曼滤波进行荷电状态估算。对实验电池进行外特性数据获取实验,分别得到在充放电状态下的开路电压曲线,在开路电压-荷电状态对应曲线中考虑充放电状态变化的因素。对离线参数辨识进行优化处理,在固定参数离线辨识的基础上考虑充放电状态和荷电状态,并与在线辨识进行端电压估算对比。基于优化后电池模型,通过自适应扩展卡尔曼滤波及其对比算法估算荷电状态,在复杂脉冲电流工况下对比端电压和荷电状态的估算精度。结果表明:采用优化后电池模型离线辨识的端电压估算精度达到0.01 V以内,高于在线辨识的端电压估算精度。在优化模型及离线辨识基础上构建自适应扩展卡尔曼、扩展卡尔曼和交互多模型的算法模型,估算电池荷电状态。经动态工况实验验证,基于优化模型自适应算法的荷电状态估算精度达到0.05,高于交互多模型-扩展卡尔曼滤波算法及扩展卡尔曼滤波算法。

摘要:针对空间机器人抓捕目标的轨迹跟踪过程,提出了一种基于可变增益的滑模控制算法,并利用MATLAB/Simscape对空间机器人的理论动力学模型和控制算法进行了仿真校验。首先,基于拉格朗日法构建了空间机器人的动力学模型,并给出了系统参数不确定时的动力学方程。设计了一种滑模控制器,在控制器中引入了可变增益,该增益可根据系统的不确定性和系统的运动状态进行调整,从而使控制器具有很强的鲁棒性。基于Simscape Multibody软件模块,对空间机器人的理论动力学模型进行了验证。在此基础上,针对多关节运动和系统模型不确定两种情形,利用可变增益滑模控制算法进行了空间机器人的轨迹跟踪仿真实验。实验结果表明,与传统的计算力矩法相比,本文提出的控制算法呈现出更高的运动控制精度和误差收敛速度。

摘要:针对动态流量平衡阀流量控制精度较低问题,依据孔板流量和同心环状缝隙流方程,初步设计阀芯开孔型线,提出压差补偿系数因子修正法对现有的型线公式进行了优化修正,基于大涡模拟(LES)湍流模型,数值模拟研究了优化前后动态流量平衡阀的流量控制精度和流量精度误差,对比分析阀芯开孔型线对阀内压力脉动强度的影响规律,并搭建流量测试试验台对所提优化方法进行验证。结果表明,压差补偿因子修正法优化阀芯开孔型线能有效降低阀芯端面压力脉动强度,提高动态流量平衡阀流量控制精度至3.7 %,流场模拟计算和实验结果趋势上基本吻合。

摘要:为了提高工程运输车辆的燃油经济性,降低煤炭企业开采成本,以矿用卡车货箱为研究对象,提出一种矿卡货箱的二工况综合轻量化设计方法。首先,建立矿车货箱的有限元模型,分析了满载匀速行驶和举升卸货两种典型工况下货箱的强度性能。以两种典型工况建立参数优化模型,定义5个设计变量,采用最优拉丁超立方抽样法得到样本点,在建立的二工况综合分析模型中得到对应响应值。通过对不同近似模型比较验证,选定径向基函数(RBF)模型拟合变量与响应的关系。使用非支配排序遗传算法(NSGA-II)在近似模型的基础上进行多目标优化,得到Pareto解集,并选取目标方案进行静强度和疲劳强度验证。结果表明:该方法能够获得轻量化设计参数值,优化后的矿车货箱满足二工况下的强度要求,质量降低7.47%。

摘要:为了避免车用燃料电池由于启停变化、功率波动等状态而导致的性能衰退,在能量管理控制策略的开发过程中需要在保证经济性的同时兼顾燃料电池的耐久性。针对该目标,建立了基于改进动态规划算法的增程式燃料电池车经济性与耐久性优化控制策略,将燃料电池的启停状态设为状态变量,在燃料电池的启动和关闭状态之间增加怠速过渡阶段,实现了燃料电池的自适应启停间隔控制；并使用燃料电池性能衰退指数为耐久性代价,整车能耗为经济性代价,构建了经济性与耐久性联合代价函数。进行仿真并与经典动态规划策略对比,结果表明所建立策略的整车能耗比经典动态规划策略升高5.3%,燃料电池的输出功率稳定,启停变化较少,性能衰退程度比经典动态规划策略改善65.5%,有效保证了整车经济性与燃料电池的耐久性。

摘要:设计了一种简单、经济的单根肌肉关节驱动上肢外骨骼助力机器人。为解决单根肌肉关节轨迹跟踪控制精度差、抗干扰能力差及颤振严重等问题,基于反步法设计单根肌肉关节伺服系统的自适应鲁棒控制器。该控制器呈两层级联结构,每层均包含一个鲁棒反馈、参数自适应及快速动态补偿项,基于递归最小二乘法和梯度法分别设计参数自适应及快速动态补偿项。通过Lyapunov函数证明所设计控制器的稳定性,并结合实验分析参数自适应及快速动态补偿项的作用。实验结果表明,设计的控制器具有良好的暂态及稳态性能,跟踪不同行程的轨迹时,系统运行平稳,颤振很小,特别是跟踪幅值为15 mm正弦信号时,其暂态最大绝对跟踪误差为0.94 mm,稳态跟踪误差均方差为0.21 mm,几乎没有颤振现象。干扰测试实验进一步证明所设计的自适应鲁棒控制器继承了传统鲁棒控制器的抗干扰能力。

摘要:为了量化和识别出零部件制造和装配过程中制约机床精度的关键几何误差项,基于雅克比旋量模型对卧式加工中心的双驱Z轴的装配几何误差建模进行研究,合并平行度和直线度的公差带区域,确定尺寸和几何公差约束下的几何要素的变动和约束方程,建立含有约束条件的误差模型,将模型仿真数据与相似条件下的实测机床误差数据进行对比验证,最后采用Sobol方法进行几何误差敏感性分析。结果表明:雅可比旋量模型可以有效地定量分析机床几何误差分析,丝杠导程误差、床身平面度、导轨Y向的直线度和运行平行度是影响双驱Z轴运动精度的关键误差项,部分误差项间的耦合作用明显。研究结果有助于辨识影响机床精度的关键误差项,为卧式加工中心双驱Z轴的几何误差分配和补偿调整提供理论依据,建模方法适用于多种装配过程。

摘要:为了有效减小开球壳的振动,对球壳设置局部主动约束阻尼 (ACLD),根据一阶剪切变形理论和Donnell壳体理论得出应变位移关系,用Jacobian多项式和Fourier级数组合表征球壳经度和纬度方向变形关系,基于能量法和Lagrange方程建立了系统的动力学模型,研究了主动约束阻尼结构参数、阻尼层占空比和压电层激励电压对模态频率和阻尼比的影响,对不同固定幅值激励电压下球壳中点的频域响应进行了比较。结果表明:合理设置粘弹性厚度和占空比可有效耗散球壳振动能量；压电层经纬度方向尺寸增大可有效增大系统阻尼比,但会使系统引入质量和模态频率大幅增加,影响球壳的使用性能；施加激励电压能够在几乎不改变模态频率的情况下增加系统的振动能耗,但一定幅值的激励电压仅对特定方向的模态幅值能够实现有效缩减。

摘要:针对DCT (dual clutch transmission, 双离合自动变速器)车辆换挡品质客观评价,首先建立了DCT车辆换挡动力学模型,从体现车辆换挡品质平顺性和动力性两个评价维度,初步选取10个参数作为换挡品质评价指标；为了解决随着指标数量增长带来的指标之间存在冗余,以及现有换挡品质评价指标权重确定方法缺乏合理性的问题,在初选的评价指标基础之上,利用遗传算法优化的粗糙集知识约简方法对评价指标进行约简,并利用支持向量机分类模型对约简有效性进行验证；接着基于属性重要度的概念对约简后评价指标进行赋权。试验结果表明,该方法可以有效地删除冗余指标,同时对评价指标进行合理赋权,为DCT车辆换挡品质客观评价提供了基础。