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2017年 第28卷 第22期    刊出日期：2017-11-25
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2017, 28(22):  0. 
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机械基础工程
基于移动窗比功率的主动式头枕控制算法
颜凌波1;祝志鹏1;王凯2;曹立波1
2017, 28(22):  2647-2654. 
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为减小追尾碰撞中乘员损伤，开发了一款基于加速度信号控制的主动式头枕。针对其控制系统，提出了移动窗比功率算法。通过与移动窗积分算法和比功率算法进行运算数据对比，分析了其抗干扰性和触发及时性，并开展了头枕台架试验和后碰撞台车试验。结果表明，该算法抗干扰性更强，触发更及时，其触发时刻误差在1ms以内，能有效避免误触发；头枕可在碰撞发生后52ms内完全展开，控制系统可在15ms内发出触发信号。
圆形出液口悬浮阴极平面电化学加工间隙建模及实验研究
庞桂兵1;辛开开1;蔡晓1;季田1;张利萍1;刘吉宇2;韩冀皖3
2017, 28(22):  2655-2661. 
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提出利用极间电解液液膜支撑阴极悬浮形成加工间隙，通过调节流量和电流实现极间间隙的调节和控制的新方法。以圆形出液口悬浮阴极平面电化学加工为例，基于流体力学和电极过程动力学理论建立加工间隙的数学模型，得到间隙与流量、压差及电流之间的关系。利用Fluent软件对间隙模型流场特性进行分析，得到间隙中电解液的压力场和速度场的分布情况，进而得到进出口压差和出口流速；实验获得不同流量、电流条件下的加工间隙。理论模型计算结果和实验数据结果相近，变化规律基本一致。
基于灰色系统的过热器管壁温度预测模型
徐鸿1;邓博1;蒋东方2;郭鹏1;倪永中1
2017, 28(22):  2662-2668. 
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以炉外测点温度数据为基础，建立了锅炉过热器管进出口温度的灰色预测模型，并结合有限容积法实现了单管各段管壁温度分布计算。利用某电厂末级过热器管壁进出口实测数据，分析了三种工况下的预测精度。结果表明：运行工况下的预测精度高于99%，根据预测结果进行各管段的管壁温度计算误差小于2.9℃。该模型能够较为精确地预测和计算管壁温度的变化趋势，对火电机组的安全运行有指导意义。
喷射装置导管对大缸径气体燃料发动机缸内混合效果的影响
王天波;常思勤;刘梁
2017, 28(22):  2668-2674. 
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在喷射装置出口加装导管，将燃气分别导向大缸径多点电喷气体燃料发动机的螺旋进气道和切向进气道，建立了联合喷射装置内部流动区域的发动机瞬态CFD计算模型，分析了导管位置对缸内掺混过程的影响。研究结果表明：对于该切向气道、螺旋气道的组合进气道，进气冲程在缸内靠近缸盖截面上产生了干涉涡流，对于螺旋气道喷射方案，燃气向气缸中心靠近，压缩末了时刻燃气集中在缸盖附近；而对于切向气道喷射方案，燃气冲向活塞顶，压缩末了时刻燃气集中在活塞顶附近。点火时刻的混合效果从优到劣依次为螺旋气道喷射方案、无导管喷射方案、切向气道喷射方案。
基于灵敏度权重的双摆角铣头传动精度定量分配
吴凤和;李永欣;李树枝;李少辉
2017, 28(22):  2675-2680,2688. 
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针对基于行星减速机构的双摆角铣头传动部分结构复杂，传动误差影响因素众多，导致传动精度分配困难的问题，提出了一种灵敏度计算与加权分配相结合的传动精度定量分配方法。首先建立双摆角铣头传动链的误差模型，根据其定位精度要求和传动误差分析结果确定总传动误差允许值；然后根据各传动误差项对总传动误差影响的灵敏度值，筛选出对传动精度影响较大的误差项，并对其灵敏度值进行归一化处理；最后对较大误差项进行加权分配，得到符合精度设计要求的16种精度分配方案，进而选出满足经济性要求的方案。该方法推导过程物理意义明确，操作性强，可避免低灵敏度误差项对精度分配的干扰，提高了精度分配效率，对多误差复杂系统的精度优化分配具有指导意义。
基于定向距离理论的五轴加工刀具轨迹规划算法
尹业熙1,2;秦衡峰1;周后明1
2017, 28(22):  2681-2688. 
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针对环形刀五轴加工自由曲面的残留误差问题，在传统等残留高度算法的基础上，提出了一种基于定向距离理论的等最大残留高度刀具轨迹规划算法。首先根据微分几何理论计算已知刀触点的初始侧向行距，并在侧向行距方向进行偏置得到相邻刀触点；然后以基于定向距离理论的残高误差计算模型对相邻刀触点间的实际残高值进行计算；最后通过迭代计算规划出等最大残留高度的相邻刀具轨迹。如此循环，从而获得整个曲面的刀具轨迹。实验结果表明，相对于商用软件MasterCAM9.0，该算法在充分保证曲面加工质量的同时最大限度地减小了刀具轨迹的总长度，从而提高了加工效率。
无人车的线控转向系统故障诊断
熊璐1,2;付志强2;李增良2;章仁燮1
2017, 28(22):  2689-2694,2700. 
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针对无人车线控转向系统的安全性及可靠性问题，分析了它的结构组成、工作原理以及故障类型，并且利用线控转向系统离散动力学模型和车辆二自由度模型，借助横摆角速度、侧向加速度和转向执行电机电流信号，设计了基于卡尔曼滤波方法的对转向管柱转角传感器进行实时故障诊断的算法，针对电机的突变故障，通过对电机参数的实时估计来进行故障诊断。实车试验验证表明，所设计的故障诊断算法能够准确、及时诊断出无人车线控转向系统所出现的故障。
基于工况识别与多元非线性回归优化的能量管理策略
孙蕾1;林歆悠2;林国发3
2017, 28(22):  2695-2700. 
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为给混合动力汽车智能管理策略提供基础，开展了基于学习向量化(LVQ)神经网络的工况模式识别算法研究。选取4种典型微观道路类型工况和3类标准循环工况，提取11个参数为训练特征数据，建立了LVQ神经网络工况模式识别算法；在此基础上，以某款混联式动力系统为例，结合多元非线性回归分析制定相应控制策略；最后，基于Simulink仿真平台建立LVQ神经网络工况模式识别及整车仿真模型，分别采用中国城市典型循环工况以及构建UDDS+NYCC+UDDS的标准行驶工况进行道路工况识别验证。结果表明，所建立的LVQ神经网络工况识别算法可以准确识别工况模式并能有效提高能量管理策略的控制效果。
汽车主动防侧倾系统建模与试验分析
黄康;潘毅;赵萍
2017, 28(22):  2701-2706,2731. 
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为提高汽车行驶稳定性，建立了汽车主动防侧倾系统的动力学模型，通过在MATLAB/Simulink环境中建立汽车主动防侧倾稳定杆模型,设计了PID侧倾稳定控制器。在CarSim软件中建立了汽车动力学模型，实现了该汽车主动防侧倾系统的MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真。仿真结果表明：与传统横向稳定杆相比，汽车主动防侧倾系统能够明显减小车辆车身的倾角。最后通过实车试验对仿真结果进行了验证，试验结果表明了仿真结果的正确性，证明了汽车主动防侧倾系统能有效提高车辆行驶稳定性和安全性，改善乘坐舒适性。
智能制造
一种改进的SCARA机器人动力学参数辨识方法
严浩1;白瑞林1;吉峰2
2017, 28(22):  2707-2713. 
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针对SCARA机器人动力学参数辨识问题，提出了一种基于优化改进傅里叶级数的辨识方法。根据SCARA机器人完整动力学方程，推导得到动力学模型的线性形式。采用改进傅里叶级数作为机器人关节的激励轨迹，使得关节角度满足连续周期性，并且关节角速度和角加速度在轨迹起始和停止时刻为零。为进一步提高辨识精度，以SCARA机器人观测矩阵的条件数为目标函数，采用基于排挤机制的小生境遗传算法对激励轨迹的系数进行优化。考虑到测量噪声的影响，采用加权最小二乘法（WLS）作为参数估计方法。实验结果表明，采用所提方法能准确辨识出SCARA机器人的动力学参数，两关节力矩测量值和预测值的残差均方根分别减小了11.50%和26.35%。
产品评论文本中特征词提取及其关联模型构建与应用
余琦玮1;肖颖1;林静1;徐新胜1;王庆林1;张飞2
2017, 28(22):  2714-2721. 
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网络上产品评论文本是用户对产品的评价与反馈，及时、有效挖掘其中有价值的信息是制造企业、销售商获取竞争优势迫切需要解决的问题。综合词形、词性、依存关系、控制词及其情感描述等，设计了特征词提取规则单元以及规则模板，基于条件随机场实现了产品特征词的有效提取，并对特征词进行分类；构建了特征词频次、情感评分的计算模型；结合产品特征词的内容与分类，构建了产品特征词关联模型。在此基础上，提出了基于贝叶斯网络的产品特征词关键影响因素推理方法，并以某手机产品为对象进行应用与验证。研究结果可以为制造企业、销售商的精细化管理提供实施依据。
基于改进分散搜索算法的多资源跨单元调度问题研究
范佳静1;曹玉华1;曹敏2
2017, 28(22):  2722-2731. 
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针对单元制造系统中不同设备、操作人员和自动导引小车的特点以及对制造系统的作用，提出了多资源约束下的跨单元调度问题。以零件延期交货、员工工作人数及跨单元移动次数、自动导引小车数量最少为目标，构建目标规划模型。针对模型的特殊性，提出了改进分散搜索算法，算法中应用遗传算法获得新解，应用模式搜索法改进新解，进一步提高了算法的收敛速度。最后将此模型及算法应用于不同规模的8个算例，证明了模型和算法的有效性，针对算例进行详细分析，说明设备、人员和自动导引小车在调度过程中的相互作用。
柔性欠驱动机械臂动力学耦合分析
刘建英;王效岳;宫金良
2017, 28(22):  2732-2737,2746. 
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为建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学方程，采用Euler-Bernoulli梁模型并添加经迭代计算的边界条件，对柔性机械臂进行了动力学耦合与仿真分析。在对柔性机械臂进行模态分析的基础上，将柔性机械臂视为包含边界条件的悬臂梁和简支-自由梁模型，采用假设模态法建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学模型。仿真结果证明：添加经迭代计算的边界条件的柔性梁模型能更好地反映自由关节的加速度耦合情况。最后对柔性欠驱动机械臂与刚性欠驱动机械臂进行关节耦合指标分析，结果表明柔性欠驱动机械臂的自由关节包含更复杂的耦合情况，对柔性机械臂弹性振动的控制是对柔性欠驱动机械臂控制的关键。
基于三维几何特征的产品报价方法
董玉德1;米登斌1;陈明龙1;苏芳1;时晓蕾2;杨善文2;陶高周2
2017, 28(22):  2738-2746. 
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针对当前主流报价系统对产品实例库的多样性和时效性要求高且报价响应效率低的问题,在研究自动特征识别技术和CAD二次开发方法的基础上提出了基于三维几何特征的产品报价方法。首先，对常用设计特征进行分类并建立设计特征标识号、设计特征和加工特征间的映像关系，利用特征标识号和设计特征间的一一映像关系完成设计特征的识别，结合设计特征与加工特征的映像关系实现加工特征的识别；其次，通过零件的材料费用和特征加工费用进行零件的报价研究，综合产品、部件及零件的报价层次关系建立产品报价模型；再次，为快速响应用户个性化需求，建立了从用户需求到产品配置再到快速响应报价的服务模型；最后，开发了基于Creo的三维几何特征的报价系统，并将该报价系统应用于某企业大功率逆变器报价中，提高了产品报价效率，验证了基于三维几何特征的产品报价方法的可行性。
基于菱形搜索块匹配技术的微机电系统微运动测量研究
龚立雄1;程双胜2;刘永3
2017, 28(22):  2747-2752. 
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首先，分析了块匹配运动模型和测量原理，采用最小总绝对差值设置块匹配准则，确立了菱形搜索算法的块匹配搜索路径。该算法通过大小模板块匹配进行粗定位和精定位，求解微运动最佳运动矢量。然后，设计了基于计算机微视觉的微机电系统图像获取方案，并以微机电系统谐振器为研究对象，获取24幅不同相位图像，用所提出的微运动测量方法进行分析和验证，结果表明：基于最小总绝对差值和菱形搜索算法的块匹配技术能较好地估计和测量微机电系统器件的微运动矢量。
基于二元分布估计算法的置换流水车间调度方法
裴小兵;赵衡
2017, 28(22):  2752-2759. 
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针对最大完工时间最小的置换流水车间调度问题，提出了一种结合二元分布估计算法与生物地理学算法的混合优化算法（HB-EDA）。算法以分布估计算法为架构，以二元概率模型为进化依据，针对优秀染色体和劣势染色体分别通过概率模型挖掘出具有优势信息和劣势信息的链接基因区块组成区块库1和区块库2，借鉴生物地理学算法中的群体迁移思想，用两个区块库分别对优势和劣势染色体以指定比例进行更新操作产生子群体，并对染色体进行切段与重组，以进一步筛选高适应度的解。最后通过对Reeves和Taillard标准测试集的仿真结果和算法比较验证了所提出算法的有效性。
先进材料加工工程
渐进成形锥形件壁厚的正弦定理预测精度研究
陈继平;钱健清;王会廷
2017, 28(22):  2760-2766. 
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采用不同加工参数渐进成形铝板锥形件，分析渐进成形过程中锥形件的壁厚变化规律，通过比较不同加工条件下实测板料厚度的变化和差异，并与正弦定理的预测值进行对比，研究了正弦定理对渐进成形锥形件壁厚预测的适用范围和精确度。结果表明：渐进成形锥形件过程中板料壁厚的变化经历了壁厚减薄、壁厚回升和壁厚稳定三个阶段，板料在壁厚减薄区和壁厚回升区之间的“最小值点”最易破裂。通过对比实测壁厚与正弦定理理论预测的壁厚发现，在壁厚稳定区的壁厚值最接近正弦定理的理论预测值，正弦定理适用范围在板料的壁厚稳定区。一次加工产生加工硬化，导致二次加工时在接合处的板料难以变形，平均误差率较高。大部分渐进成形锥形件壁厚稳定区实测的板料壁厚比正弦定理的理论预测值略低1%~2%，且进给量对正弦定理精确度的影响较大。此外，采用列文伯格-麦夸特算法和通用全局优化法建立了锥形件壁厚稳定区以及壁厚减薄区和壁厚回升区的壁厚模型经验公式。
金属熔覆件侧面激光铣削整形工艺的研究
施克明;杨桂林;王明娣;杜秋
2017, 28(22):  2766-2771. 
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为提高激光熔覆件的成形质量，采用激光铣削的处理方式来保证熔覆件侧面的光滑平整。为此，对熔覆件侧面铣削进行整形工艺试验研究，选择点间距、激光功率、脉宽和离焦量作为变量，通过正交试验来探究各工艺参数的权重并进行参数优化。用优化后的参数对熔覆件侧面进行铣削加工，得到铣削宽度为0.075mm，面粗糙度为2.319μm。相比原熔覆件，侧面成形质量得到明显改善，证明用激光铣削的方式提高熔覆件成形时侧面的光滑性和平整度是可行的。
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2017, 28(22):  2772. 
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