针对移动机器人在复杂环境下的路径规划与轨迹跟踪控制,提出了一种最优轨迹跟踪控制方法。首先,通过理论分析给出了移动机器人的运动学模型和对避障问题的描述,推导出了位置与姿态方程以及目标函数表达式;其次,介绍了萤火虫算法的寻优机制,并采用广义方向学习策略来改进原算法的性能;同时,引入NUBRS曲线来光滑处理局部路径,缩短总路径长度;进而,将移动机器人系统分成位置与姿态两个控制环,分别设计PD控制律来实现其稳定的轨迹跟踪控制;最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性,结果表明(1)改进后的萤火虫算法能够为移动机器人规划出一条避障且可行走的轨迹;(2)基于PD控制策略,移动机器人能够有效地实现轨迹跟踪。

混凝土预应力管现普遍应用于水利工程,为了更好更快的完成对该类型管道的起重和运输,需要设计一种新型轮胎式行车。该轮胎式管道起重运输车为仿龙门式起重机,车架主梁采用箱型梁,双小车结构负责起升工作,三角星型底架结构实现更方便灵巧的转向性能,使运输能实现更灵活的自由移动。用catia建立了新型轮胎式管道运输车的三维仿真模型。由于轮胎式起重运输车对管道的起升过程中,主梁承载了极大载荷,采用ANSYS对所设计的新型轮胎式管道起重运输车的起升过程进行动力学分析,主要包括模态分析和瞬态分析。模态分析获取其前六阶固有频率与模态振型,瞬态分析获取其起升瞬态过程中车架结构的应力应变和位移情况,结果显示,其结构稳定且满足强度和刚度要求。

原子力显微镜在轻敲模式下工作时,相位像相比于高度像能提供更多的样品信息,因此如何提供高分辨率的相位像成为理论和实验研究的重要内容。原子力显微镜其核心部件为微悬臂梁系统,在轻敲模式下将其简化为质量-弹簧-阻尼振动模型。采用经典振动力学理论分析该模型,可得到一种提高相位像分辨率的方法。结果表明,在探针-样品系统中,对于不同的品质因子,通过合理选择激振频率可使相位像分辨率达到最大。研究结果对操作者在实验中取得更高分辨率的相位图具有一定的参考意义。

变速系统的核心是传动系统,无级变速装置的传动系统高精度控制可有效提升车辆传动比、承载力以及行驶性能。为此提出并设计了一种无级变速装置的传动系统高精度控制方法。在考虑接触区自旋干扰的前提下,依据控制方法设计参数自调整模糊-PI控制器,采用三角函数作为模糊变量,设计归一化区间的隶属度函数,同时制定参数调整规则表,实现无级变速装置传动系统的高精度、参数自调整模糊-PI控制。仿真结果显示该方法控制的无级变速装置的传动系统动力性变化小,控制传动比与目标值接近,传动性能得到提高。

为解决产品族设计过程中缺乏对产品合理性进行评估的问题,引入模糊综合评价法对产品进行合理性评估,并应用设计结构矩阵(DSM)对产品进行模块划分,提出一种产品族设计新方法——DSM模糊层次法。首先,构建产品概念设计图;其次,根据概念图建立DSM模型,对模型进行模块划分,并通过不同模块的组合构建不同的产品;最后,应用模糊综合评价法对产品族成员进行合理性评估,筛选出优秀的成员构建更符合设计要求的产品族。通过设计数控铣床超声自动检测附件产品族,证明该方法能够快速完成产品族设计,且设计出的产品族更加符合设计要求。

为获得乘用车在城市主干道安全超车时的转向盘转角安全域,降低因驾驶员对转向盘操作不当而引起的交通事故发生率,将车辆动力学模型与转向系统模型相结合,并用轮胎魔术公式建立了乘用车安全超车的运动学模型,然后利用MATLAB/Simulink软件与Carsim软件对乘用车超车模型进行了联合仿真,研究超越车以不同车速进行超车时的轨迹及转向盘幅度变化情况,最后进行了实车道路试验。分析表明在许可的横向位移范围内,当乘用车分别以50km/h,55km/h,60km/h,65km/h的速度超车时,所对应的转向盘转角安全范围分别为(50~64)°,(54~68)°,(57~71)°,(62~75)°。

为满足池边检查主工作平台轻量化设计的要求,采用多目标拓扑优化理论,对池边检查主工作平台进行结构优化设计。首先,运用线性加权法,将结构柔度最小和固有频率最大的多目标拓扑优化模型转化为单目标拓扑优化模型;然后,使用HyperWorks的OptiStruct模块进行粗拓扑优化设计;进一步,在粗拓扑优化的基础进行精细拓扑优化设计;最后,对优化前后主工作平台的动静态特性进行评价分析。优化结果表明,在保持主工作平台动静态特性基本稳定的情况下,主工作平台重量减小了4.9%。

结合风力发电机实际运行环境,根据bladed强大的风况模拟效果,对风力机运行状态进行模拟,获取了稳态风、启动工况、停机(刹车)条件下风载荷。以外部风载荷为激励,建立了风电行星齿轮传动系统弯扭耦合动力学模型。通过求解模型,分析得到了系统动载荷,以及稳态风、启动工况、停机(刹车)工况条件下的系统响应特性。结果显示稳态风条件下,内部激励仍对系统起主要作用。但在风机启动时,系统转速与动载荷振动幅值均逐渐增大,变桨操作介入后,产生瞬时过载,系统振动响应幅值急剧增大至26.7%;停机工况下,刹车及变桨的双重作用,使动载荷与转速迅速减小直至停止工作。

通过理论分析建立后轮瞬态随动转向系统数学模型,分析得出摆臂旋转角度及摆臂与车身连接衬套刚度是影响随动转向的主要因素;为验证理论模型的正确性,用ADAMS软件建立包含后轮随动转向特性的FSAE整车模型,后轮随动悬架模型设计为扭力梁悬架,衬套刚度通过动静刚度试验机获取,柔性扭转梁通过ABAQUS输出模态中性文件获取;反向车轮激振仿真表明左右车轮中心可以获取随动转向位移,与理论数模模型对比,误差仅为1.7%;整车弯道仿真表明车辆入弯时为过渡转向,出弯时为不足转向,整车兼顾平顺与操稳性;扭力梁安装位置C值变动时,随着C值的增加,不足转向特性趋势减小,整车稳定性便能变差;衬套安装角度θ增加时不足转向特性趋势减小,整车稳定性能提升。

滚动轴承是机械设备中主要的故障源之一,它的失效将直接导致整台设备的运行失常。针对其典型故障模式,提出了一种基于小波阈值与CEEMDAN联合去噪的滚动轴承故障诊断方法。对信号进行小波阈值去噪,利用CEEMDAN算法对降噪后信号进行分解,基于互相关系数分析提取典型的IMF分量,并对所提取的IMF分量进行时、频域特征分析,从而进行故障诊断。首先通过对模拟信号完成CEEMDAN法与总体平均经验模态分解(EEMD)对比分析,证明该方法优于EEMD分解,继而以模拟实验为验证实例。研究结果表明了小波阈值和CEEMDAN方法在滚动轴承故障模式识别中的有效性。