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2010年 第21卷 第7期    刊出日期：2010-04-10
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机械基础工程
双层气浮平台中气浮支承动力学参数设计的研究
叶燚玺, 陈学东, 罗欣
2010, 21(7):  757-761. 
摘要 ( )   PDF (4176KB) ( )  
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针对双层气浮运动平台中气浮支承动力学参数设计问题,分析了气浮支承动力学参数的一般规律,提出了减小双层气浮平台同步误差的设计原则,并通过两种不同双层气浮平台动力学性能设计方案验证了所提出的设计原则。研究结果表明:选择和设计气足时需综合考虑多方面因素,包括气足承载力、刚度和阻尼参数的合理设计,设计时为了避免产生共振应遵循气足固有频率远离工作频率和平台结构频率的设计原则;当气浮平台对同步特性有需求时,双层气浮平台的气足固有频率应该相等,使双层平台具有相同的动力学性能,对干扰和驱动指令具有相同的响应特性,从而保证两者的同步精度。
 
超精密机械结构多目标拓扑优化设计
董立立, 朱煜, 牛小铁, 段广洪, 梁林泉
2010, 21(7):  761-765. 
摘要 ( )   PDF (3575KB) ( )  
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为满足超精密工件台结构极高的静动性能要求,提出了一种基于目标分层的多目标结构拓扑优化方法,并将其应用于超精密工件台关键件的结构优化设计中。基于ANSYS的仿真实验结果表明,多目标结构拓扑优化方法能够有效地提高结构的静动性能和设计效率,满足超精密结构极高的性能要求,为现代工程结构的多目标优化设计和改进提供了理论依据和方法。
 
基于机器视觉的酒液智能检测系统研究与开发
周博文, 王耀南, 张辉, 葛继
2010, 21(7):  766-772,821. 
摘要 ( )   PDF (5637KB) ( )  
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设计了一种基于机器视觉的酒液智能检测系统,主要用于酒液中杂质的在线检测。设计了系统的直线式检测机械结构和翻转机械手以及基于工控机和可编程控制器的控制系统,通过特定的给光方式和高速摄像机,获取酒液序列图像,采用亚像素边缘定位方法确定检测区域,提出了在检测区域里采用累积差分和基于空间最小交叉熵的阈值分割相结合的方法获取运动目标,根据运动轨迹判断目标是否为杂质,并对提取的杂质进行测量,计算是否在允许范围内。大量实验验证了检测算法的有效性和装置的可行性。
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多尺度表面形貌的功能评定与控制
胡兆稳, 刘小君, 王静, 刘焜
2010, 21(7):  773-777. 
摘要 ( )   PDF (3741KB) ( )  
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多尺度表面中,不同加工过程形成的纹理成分具有不同的粗糙度尺度和性能。多尺度表面形貌的功能评定,关键是识别不同的纹理成分,描述其功能属性。基于概率曲线和支承率曲线,提出一种多尺度表面形貌的功能评定方法,并研究了表面形貌的加工控制问题。对平台珩磨缸套表面的功能评定与控制研究表明,这种多尺度表面的功能评定方法是可行的。以ISO13565-3粗糙度参数为纽带,建立联系表面功能与加工工艺的经验模型,可以实现面向功能的表面质量控制。
面向可重用的复杂产品设计知识表达与建模
屠立, 张树有
2010, 21(7):  777-781. 
摘要 ( )   PDF (3653KB) ( )  
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建立了复杂产品设计知识的功能-行为-结构映射模型和组织模型,集成封装了功能信息和几何信息,设计了功能分解算法来获得结构方案并将方案存储于知识库中,提高了可重用设计中的知识表达与处理能力。该方法可快速响应设计需求,并已应用于叉车的大批量定制生产中。
高速磨床整机动态特性研究
崔中, 文桂林, 陈桂平, 于洪伟, 彭克立
2010, 21(7):  782-787. 
摘要 ( )   PDF (4395KB) ( )  
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建立了某高速凸轮轴磨床整机的三维有限元模型,利用反求方法确定了结合部的基础参数,对整机进行了模态分析,初步确定了整机动态性能的薄弱环节,研究了结合部刚度参数对整机低阶模态的影响,提出了结构改进方案。建立径向基函数近似模型表征床身—工作台系统结合部刚度与其固有频率之间的隐式函数关系,通过对该系统进行模态实验测试,并与优化方法相结合,确定了该高速磨床床身工作台系统的结合部刚度参数。结果表明,该方法对整机建模和动力学性能的分析简单有效,增加垫板在床身上的约束可以有效地改善该高速磨床的动态特性。
 
一种基于累积量的盲源分离新方法及其应用
雷衍斌, 李舜酩, 郝青青
2010, 21(7):  787-792. 
摘要 ( )   PDF (4187KB) ( )  
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结合二阶累积量和四阶累积量各自的优点,提出一种基于联合近似对角化二阶累积量和四阶累积量的盲源分离算法。采用稳健白化算法有效地减小了噪声对分离精度的影响。盲源分离算法与基于四阶累积量和二阶累积量的算法相比,具有收敛速度快、分离精度高的优点,两个仿真试验验证了该算法能有效分离语音信号和超高斯与亚高斯信号混合的信号。应用该算法成功实现了实测转子复杂混叠振动信号的分离。
压电作动器存在故障时柔性板的鲁棒振动控制研究
李冬伟, 何忠波, 唐伟, 张磊, 毛志俊
2010, 21(7):  793-799. 
摘要 ( )   PDF (4787KB) ( )  
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首先识别出黏贴压电作动器的柔性板振动控制系统的实验模型,接着提出了利用改变压电片对连接数量来模拟作动器驱动故障的方法。基于此,将驱动力变化带来的模型不确定性提取成正则不确定块对角阵,将剩余模态表示成高通滤波器,并引入虚拟不确定矩阵,从而构建出考虑外扰抑制和控制增益约束的μ综合控制器。实测结果表明,相对于一般的μ综合控制器,当出现压电片连接故障时,闭环系统在初始外扰下的对数衰减率增大了3倍。
压力传感器集成恒流源灵敏度温度系数补偿
郑蓓蓉, 薛伟, 周晨, 张淼
2010, 21(7):  800-803. 
摘要 ( )   PDF (2869KB) ( )  
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针对超低量程微型压力传感器和表面微机械加工的多晶硅压力传感器在高精度测试时和宽温区使用时灵敏度温度系数补偿量大的特点,提出应用“集成恒流源网络”来补偿灵敏度温度系数的方法,推导了定量补偿的公式。灵敏度温度漂移补偿实验中,通过温度周期的调节标定,补偿后灵敏度温度系数绝对值容易达到10×10-6/℃～50×10-6/℃满量程输出,从而验证了该方法的可行性和实用性,表明用集成恒流源补偿压阻式压力传感器具有补偿量大、成本低、效果好、精度高、容易集成等优点,在器件制作中有很大的应用前景。
 
数控机床主轴系统热误差温度测量点的最优化设计方法
李郝林, 应杏娟
2010, 21(7):  804-808. 
摘要 ( )   PDF (3589KB) ( )  
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基于信息论与机床热误差有限元分析方法,提出了一种对数控机床温度测量点的位置进行优化的计算方法,这些测点包含机床热变形误差互信息量最大点 。将该方法应用于一台数控螺纹磨床主轴系统的热误差温度测点位置的最优化设计选择,并通过主轴热误差测量实验验证了所提出方法的有效性。
 
基于滑模控制的机载作动器摩擦转矩补偿研究
王永宾, 林辉
2010, 21(7):  809-914. 
摘要 ( )   PDF (4119KB) ( )  
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针对机载电动静液作动器(EHA)伺服系统中非线性摩擦产生的不良影响,提出了非线性滑模控制(SMC)方法。在对EHA伺服系统以及非线性摩擦特性进行分析的基础上,建立了EHA伺服系统各部分模型。通过SMC方法与典型比例-积分-微分 (PID)控制方法的比较可知,滑模控制对抑制位置阶跃信号振荡、消除由于摩擦引起的正弦信号平顶(死区)等方面效果显著。仿真结果证明了非线性Stribeck曲线摩擦模型的合理性,也表明滑模控制器对非线性控制对象具有良好的控制效果。
 
信息技术
解决U形装配线平衡调度问题的免疫协同进化算法
刘冉, 楼佩煌, 唐敦兵, 杨雷
2010, 21(7):  815-821. 
摘要 ( )   PDF (4673KB) ( )  
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研究了混流U形装配线平衡与调度的多目标集成优化问题,提出了一种基于Pareto最优的多目标克隆免疫协同进化算法。该算法以两个单克隆抗体群对应平衡与调度两个子问题,分别编码并协同进化,以一个多克隆抗体群保存最优完整解并采取精英策略,使得子种群间既存在协作也存在竞争。提出从抗体的基因型和表现型同时评价抗体亲和度,并改进了共生伙伴选择机制以提高算法的收敛性能。仿真实例证明算法有着更快的收敛速度且比单种群进化算法更适于U形装配线平衡调度问题的求解。
 
基于小波包分析和Elman网络的切削表面粗糙度预测方法
迟军, 陈廉清, 杨超珍
2010, 21(7):  822-826. 
摘要 ( )   PDF (3513KB) ( )  
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提出了一种基于松散型小波网络的切削表面粗糙度预测方法。结合切削参数和切削振动理论,建立了预测网络结构,为避免频域混叠,采用小波包改进算法来实现振动信号去噪。根据振动加速度及切削参数,利用Elman网络的非线性映射和学习机制,实现切削表面粗糙度的实时在线预测。为减少训练时间,用遗传算法对网络权重进行预先优化。实验表明,该方法的预测误差小于3%。
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基于图像分析和野点检测的航空发动机磨损状态识别
谭真臻, 陈果, 陈立波, 李允
2010, 21(7):  827-831. 
摘要 ( )   PDF (3513KB) ( )  
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研究了基于发动机滑油滤磨屑图像的磨损状态自动识别技术。首先采用最大熵法和数学形态学方法,提取滑油滤磨屑图像中反映磨损状态的特征量;然后采集反映正常状态的航空发动机滑油滤图像,通过图像分析与特征提取,构造出仅包含正常样本的训练样本集,最后用野点检测方法对训练样本进行学习,并使用遗传算法对野点检测参数进行优化,得到了滑油滤磨屑图像的正常域,并以此来识别航空发动机磨损状态的严重程度。开发了发动机滑油滤监控系统（engine oil filter monitoring system,EOFMS）,实现了基于野点检测的磨屑图像识别功能,并利用实际航空发动机滑油滤磨屑图像进行了实验分析,结果验证了该方法的有效性。
机械基础工程
弥漫性轴索损伤实验装置的研制和应用
赵志球, 谢叻, 马延斌, 王洪财, 庄小龙
2010, 21(7):  832-835. 
摘要 ( )   PDF (2960KB) ( )  
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为研究弥漫性轴索损伤（DAI）问题,研制了一套稳定性高、重复性好且能比较真实地模拟DAI临床损伤机制的实验装置。详细阐述了实验装置的设计过程,包括驱动力的选择、联动结构设计、限位固定块的设计和传感器的选择等。最后通过大鼠实验验证了实验装置的可行性和优越性。
平面并联机构的自适应控制方法研究
敖银辉
2010, 21(7):  835-838. 
摘要 ( )   PDF (2971KB) ( )  
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针对并联机构的动力学模型有很强的非线性,模型参数不易获得,基于运动学的控制或PID闭环控制方法适应性差、精度低的不足,提出了一种以计算力矩结构为基础的改进的自适应控制方法,利用驱动铰的理想值进行逆动力学计算,在驱动空间上计算反馈力矩。在分析一个平面冗余链并联机构的动力学模型后,给出了几种算法的对比实验结果,实验结果表明,所提出方法能获得更小的跟踪误差,具有更好的适应性。
一种用于化学机械抛光的加压装置设计研究
王彩玲, 康仁科, 金洙吉
2010, 21(7):  839-842,864. 
摘要 ( )   PDF (3321KB) ( )  
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low-k材料的使用,使低下压力技术成为化学机械抛光（CMP）设备研发设计必须面临的关键技术之一,为适应该需求, 提出了弹性组合元件加压技术,即通过改变加压元件的变形量来实现压力调整的机械调压技术。对该加压模式的设计要求及加压精度进行了理论分析,并进行了加压精度及压力-变形线性关系的实验验证。实验所得的加压精度与理论分析结果比较接近,加压装置的压力与变形之间基本呈线性关系。加压元件可以实现压力从零开始的低下压力、高精度压力调整。
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有无电流条件下温度对碳/铜摩擦副摩擦磨损性能的影响
 
丁涛, 王鑫, 陈光雄, 朱旻昊
2010, 21(7):  843-847. 
摘要 ( )   PDF (3699KB) ( )  
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通过销-盘摩擦磨损试验,研究了碳/铜摩擦副在有无电流条件下的摩擦学性能。结果表明：试验过程中摩擦副温度不断地升高,且有电流时摩擦副温度比无电流时高,滑板材料的磨损量随着温度的升高而增大;当无电流通过时,摩擦因数随温度的升高先增大后减小,当有电流通过时,摩擦因数随温度的升高而减小。观察碳滑板磨损前后表面形貌发现：磨损表面随摩擦副温度的升高变得越来越光滑;当无电流通过时,磨粒磨损和黏着磨损是主要磨损类型,当有电流通过时,磨损类型以氧化磨损和电弧烧蚀为主。碳滑板材料磨损表面EDS分析发现,元素转移和氧化现象在磨损过程中时有发生。
单晶硅放电蚀除机理研究及有限元分析
李健, 刘志东, 邱明波, 田宗军, 汪炜
2010, 21(7):  847-851. 
摘要 ( )   PDF (3470KB) ( )  
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提出了单晶硅电火花加工蚀除机理假设,认为热应力在放电蚀除过程中起主要作用。建立了单晶硅电火花线切割放电模型,利用有限元法模拟了在单脉冲放电条件下单晶硅的温度场及热应力场分布。分别计算了单晶硅在温度场和热应力场作用下的蚀除量,并与实际放电切割蚀除量进行了对比,结果表明,实际蚀除量近似等于模拟得到的温度场与热应力场蚀除量之和,验证了对单晶硅电火花加工蚀除机理所作假设的正确性。
 
基于TRIZ的可拆卸连接结构设计研究
刘志峰, 杨明, 张雷
2010, 21(7):  852-859. 
摘要 ( )   PDF (5380KB) ( )  
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针对绿色设计中可拆卸设计问题,提出运用TRIZ冲突解决原理和TRIZ物质—场分析原理进行产品零部件间连接结构的可拆卸设计。通过构建连接结构可拆卸属性与新TRIZ冲突矩阵48个工程参数之间的关联表,并建立连接结构的TRIZ物质—场模型,分别给出了利用TRIZ冲突解决原理和TRIZ物质—场分析原理进行可拆卸设计的两种方法,以提高产品零部件的可拆卸性能。设计实例证明了方法的可行性。
材料工程
热连轧凸度反馈控制系统的研究与应用
刘天武, 何安瑞, 杨荃, 陈百红
2010, 21(7):  860-864. 
摘要 ( )   PDF (3450KB) ( )  
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针对凸度反馈控制策略较难选择的问题,结合鞍钢1580HSM精轧机组的配置情况, 从理论上推导出策略选择的方法,得出机架组合参与控制的策略,并推导出凸度偏差分配计算公式。在此基础上,开发了热连轧凸度反馈控制模型,完成了在线编程和调试,并投入了实际应用。生产数据统计表明,凸度反馈控制系统投入使用以后,凸度控制精度得到很大提高。
基于转矩平衡和模拟退火的级进模压力中心优化研究
陈炜, 周芝福, 江丙云, 孙志浩, 戴峰泽
2010, 21(7):  865-867,871. 
摘要 ( )   PDF (2900KB) ( )  
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针对级进模压力中心的求解及优化,提出应用转矩平衡原理建立带料压力中心求解模型的方法,推导出了压力中心与滑块中心偏离值、滑块中心两侧转矩偏移等量随时间变化的计算公式。在中心偏移优化法的基础上,提出了一种使滑块中心两侧转矩偏移最小的优化方法,建立了相应的目标函数与约束函数。结合有限元模拟技术,计算了各工序中凸模的冲压力随时间的变化情况,并使用模拟退火算法,迭代求解了最优带料压力中心偏移值。以壳形电子零件的级进模为例,与理论计算作比较,验证了上述方法的有效性。
新型蠕化剂加入量对柴油发动机缸体材料蠕墨铸铁的组织与性能的影响
蔡安克, 吴和保, 范随长, 张俊祥, 夏志全, 樊自田
2010, 21(7):  868-871. 
摘要 ( )   PDF (2873KB) ( )  
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通过实验研究了采用新型蠕化剂情况下蠕墨铸铁的石墨形态、化学成分和力学性能。实验结果表明,最佳的蠕墨铸铁残余镁的质量分数为0.015%～0.022%,残余稀土的质量分数为0.068%～0.098%,该条件下蠕化率能达到50%～80%。研究结果为柴油发动机缸体的稳定生产奠定了理论基础。
车辆工程
单电机式强混合动力车辆控制策略
戴一凡, 罗禹贡, 边明远, 李克强
2010, 21(7):  872-876. 
摘要 ( )   PDF (3598KB) ( )  
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提出了基于一种新型的单电机、双离合器式强混合动力结构的车辆分层控制系统方案,制定了整车能量管理策略,并研究了车辆行进中启动发动机过程的动态协调控制方法。通过自行开发的前向仿真系统对能量管理策略进行了验证,在NEDC循环工况下等效百公里油耗降低了34%。同时通过动态台架试验,对车辆行进中启动发动机的动态协调控制策略进行了验证。
基于模型参考控制的汽车试验台动态加载
莫志勇, 张为公, 吉同舟
2010, 21(7):  877-881. 
摘要 ( )   PDF (3605KB) ( )  
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动态加载是汽车测试装置中的重要环节,为了克服传统加载方法中转矩控制困难的问题,提出了直接转矩控制技术。由于不同车型的加载参数不同,因此采用模型参考控制方法解决了模型的适应性问题;采用了专家PID设计加载控制器进一步减小动态误差。建立了仿真实验模型,运行结果表明:补偿转矩能够根据动态加载的要求进行快速调整;稳态运行速度误差小于1%,动态误差远远小于传统PID控制。通过对比研究显示,电模拟动态加载满足汽车测试的要求,其综合性能优于传统的静态加载。
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