永磁同步电机是一个多变量、强耦合、非线性和变参数的复杂控制对象,采用传统的PI控制很难满足现代工业的控制要求。为了获得较好的控制性能,在标准模糊PI控制的基础上,提出了一种蝗虫优化算法和变论域模糊PI相结合的控制方法。首先,介绍了蝗虫优化算法和变论域模糊PI控制的基本原理;然后,阐述了蝗虫优化算法变论域模糊PI转速控制器的设计过程,根据系统偏差在线调整模糊控制的论域;最后,搭建了基于dSPACE的永磁同步电机矢量控制系统的半实物平台,对提出的控制方法进行了实验验证。结果表明,相比于标准模糊PI控制,所提出的控制方法提高了系统的动态响应速度和鲁棒性。

多工位转盘系统是转盘式测试分选设备的关键部件,其间歇式高速转动产生的惯性激励力会引起转盘支撑臂顶端吸笔的振动,从而影响转盘系统的整定时间。通过对支撑臂在间歇式惯性激励力作用下的瞬态动力学分析,计算出支撑臂顶端吸笔的振动响应。通过有限元软件计算出以转动惯量最小化为设计目标的原转盘结构在运动停止后的振动响应过大,导致了设备后续工作流程的滞后;因此,对转盘结构进行改进,并对转盘结构改进前后的振动数据进行对比。结果表明,吸笔振动大幅减小,满足了设备高速分选的节拍要求。

针对混流装配线上不同产品作业时间差异导致的工作站瞬时负荷不均衡问题,提出了一种改进的直线型和U型混流装配线多目标平衡方法,并以装配线平衡率、平滑指数作为平衡效果的评价指标。综合考虑工序分配约束、工作站约束、优先关系约束和节拍约束等约束条件,同时兼顾工作站数最小和各工作站内不同品种产品负荷均衡2个目标函数,分别建立直线型和U型混流装配线多目标平衡优化模型。采用遗传算法作为优化算法,并在变异环节加入强制规则,使得变异过程能够朝着规定方向进行,以提高可行解的比例。最后通过对比算例分析结果,表明所提方法能够快速有效求解直线型和U型混流装配线平衡问题,可以为企业在直线型和U型混流装配线规划阶段制定平衡方案提供参考。

为求解给定装配线生产节拍、最大化装配效率的装配线平衡问题,根据装配线的特点和平衡优化需求,分析了装配作业顺序、站位数量等因素对装配线站位内作业分配的影响,综合考虑装配线平衡率和平滑系数,建立了装配线平衡问题数学模型,并设计了一种结合遗传算法（Genetic Algorithm, GA）、蚁群算法（Ant Colony Optimization algorithm, ACO）的混合优化算法进行求解。采用遗传算法进行快速随机的全局搜索,并生成信息素矩阵初始分布,利用蚁群算法进行精确求解。最后通过标准案例测试,证明了该混合优化算法具有更高的优化效率,同时验证了算法的可行性和有效性。

针对AGV（Automated Guided Vehicle）行走不平滑的问题,在研究路径对AGV行走性能影响的基础上,建立AGV几何模型,并对其进行运动学分析,结合Bezier曲线的特点和优势,运用改进的粒子群优化（improved Particle Swarm Optimization, improved PSO）算法,规划其最优理想运动路径;将模糊逻辑与PID算法结合,构建改进模糊PID控制算法,并对AGV运动偏差进行校正。利用MATLAB软件绘制其实际运动轨迹,比较角速度、偏角及路径偏差,评估误差与精度。结果表明,所规划的路径可以满足AGV运行轨迹的要求,提出的改进模糊PID控制算法可有效提升AGV偏差校正的能力,并提高响应的速度,降低系统的稳态误差,较好地满足现场工作环境对AGV实时性和稳定性的要求。

针对双臂机器人装配规划难题,提出了基于动态运动基元的双臂协调运动和装配策略。首先,分析双臂机器人运动空间,建立双臂运动约束模型,使每条手臂不仅满足自身任务要求,还满足双臂之间的相对位姿约束,然后将双臂之间的相对位姿约束与动态运动基元方法结合,使得生成的机械臂运动轨迹可以达到自避障的效果。其次,根据装配任务需求,分析双臂运动约束,设计双臂装配策略。最后,通过仿真和实验,验证了所提出方法的有效性。

工业机械臂在执行搬运任务时可能会出现初始关节加速度和速度跳变的情况,这会影响机械臂电机的使用寿命,并使搬运的物品受到较大的冲击力,从而造成物品的损坏。针对该情况,设计了一种基于伪逆的机械臂初始加速度和速度连续运动规划方案。首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,对机械臂在加速度层以及速度层上建立伪逆算法求解模型。其次,为实现关节加速度和速度从0开始连续变化,在关节加速度及速度上引入约束函数进行调整。再次,为减少机械臂末端执行器在任务执行期间出现的位置误差,采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度。最后,在MATLAB软件上针对平面三连杆机械臂以及冗余度机械臂PA10进行了运动规划仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂初始关节加速度和速度跳变,且末端执行器跟踪轨迹能达到较高的精度。

通过理论推导以及实车测试,证明电动齿条助力转向（REPS）系统相比电动管柱助力转向（CEPS）系统更有优势。在REPS的基础上进行电机助力特性曲线的设计,并对实车转向性能进行实验验证,将结果与同级别CEPS对标车性能进行对比。实验结果表明:采用该REPS方式后,实验车在静止工况和车速为10 km/h工况下的最大方向盘手力绝对值平均值分别为3.313和1.953 N?m,平均方向盘手力绝对值平均值分别为2.473和1.620 N?m,均明显小于同级别CEPS对标车,转向更加轻便;实验车在高速、中速及低速工况下的回正时间分别为0.60、0.30和0.16 s,最终残余橫摆角速度都趋近于0（°）/s,有更好的回正性能;实验车在0.5 Hz频率下的横摆角速度-方向盘转角增益为0.338 s-1,在1 Hz频率下的横摆角速度滞后时间为0.07 s,转向精准性和转向敏捷性均优于同级别CEPS对标车。

以一种新型行星混联式混合动力系统作为研究对象,通过对电机、离合器与发动机的协调控制,可方便地实现高低速状态下的纯电驱动、发动机直驱、混合驱动及制动能量回收4种工作模式的切换。为了评估其燃油经济性和动力性,参照国内某品牌混合动力客车性能参数,对发动机、ISG电机、发电机和双行星排齿轮机构的基本性能参数进行匹配。通过集成了CRUISE与MATLAB的ISIGHT的优化平台,进行行星混联式混合动力总成匹配参数的优化。优化匹配仿真结果表明:在保证整车动力性的前提下,燃油经济性较优化前提高了19.3%。

针对质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）的性能主要受到物理参数影响的问题,通过FLUENT软件建立燃料电池动力学模型,以对物理参数进行研究,得到了直行多流道单体质子交换膜燃料电池的极化曲线并对输出性能进行对比。结果表明:升高工作温度、升高运行压力以及降低质子交换膜厚度均有助于提高燃料电池输出电压,改善燃料电池的性能。研究结论将为PEMFC的设计和实际应用操作提供参考。

在批量生产中,渐开面包络环面（Toroidal Involute, TI）蜗杆修缘和倒角加工自动化程度差且依赖人工。为此,提出一种TI蜗杆齿顶倒角特征建模与数控车削自动编程方法,在通用数控车床上即可实现TI蜗杆和齿顶倒角加工:首先将蜗杆齿面与毛坯外轮廓面进行求交,得到齿顶交线,并根据左右齿面齿顶交线的位置关系,设计出两端修缘车削轨迹;其次由修缘曲面对齿顶交线进行修正,通过齿顶交线离散点位置的空间几何关系获取相邻特征曲面的切矢量并旋转投影到车削XZ平面;再次根据投影切矢量建立齿顶倒角特征模型,进而计算出倒角轨迹和刀位数据;最后将刀位极坐标化,采用锥螺纹车削指令和极坐标刀位进行TI蜗杆的车削倒角数控编程。以TI蜗杆齿顶倒角计算及仿真切削实例验证了TI蜗杆齿顶倒角车削加工方法的可行性。

为了最大化刀轨行间距,从而减少刀轨总长度,针对离散点云提出了一种等残留高度刀轨生成方法。提出以点云局部轮廓点集直接生成残留高度点的迭代计算方法,再根据残留高度点和点云局部点集迭代计算出下一行等残留高度刀位点,从而获得等残留高度刀轨。算法无需点云等距或曲面重构,为了提高算法效率,提出了算法所需数据初值的优化计算方法。最后对典型的点云模型生成刀轨,与等行距刀轨相比,提出的算法生成的等残留高度刀轨总长度大幅减少,验证了算法的可行性和有效性。

研究了面齿轮磨削加工在通用数控加工中心上的实现问题。根据面齿轮的碟形砂轮磨削加工原理,分析了3种磨削加工方案,建立了基于五轴联动加工中心的机床运动模型,推导了面齿轮磨削加工插补运动公式,并对加工过程做了数控仿真。在此基础上,在通用数控加工中心上完成了面齿轮磨削试验,研究结论对于面齿轮的推广及通用数控加工中心的功能扩展都具有重要意义。

为了保证过盈连接的可靠性,分析影响过盈连接可靠性的各因素并对最小过盈量进行修正。采用Workbench软件分析圆盘-轴和齿轮-轴相同过盈量的接触应力大小,圆盘-轴的接触应力与理论计算结果几乎一致,但齿轮-轴的接触应力与理论计算结果相差较大,得出公式法计算的接触应力仅适用于厚壁圆筒结构。分析过盈连接件在离心力和高温作用下的接触应力与等效应力,变化趋势与理论计算推测一致。基于公式法和有限元法,考虑各因素对过盈连接的影响,提出一种求实际过盈量取值范围的方法,使得过盈连接更为可靠,为过盈连接的设计提供一种新思路。

桥梁支座球冠衬板的凸球面采用包覆薄壁不锈钢板时,薄壁不锈钢板的角料在车削分离过程中,存在装夹用时长、球壳壁薄受力易变形以及夹紧力作用点不当易造成脱空等现象;这些问题不仅增加车削的难度,而且存在工件飞出、刀具损坏等安全隐患。通过分析产生这些问题的原因,提出了采用自适应弹性向下压紧装夹的工艺方法,该方法使工件与夹具贴合紧密,夹紧可靠,装夹安全快捷。

对于给定材料与工况环境,磨削效率和砂轮磨削力只与磨削深度、砂轮线速度和工具进给速度3个因素存在直接关系,而磨削效率可由单位时间磨除材料的体积表达。基于自主设计的一套工业机器人打磨系统,针对铸钢材料通过四因素多水平正交试验法,找出了最高磨削效率下各因素的参数值,并分析了磨削参数对磨削力影响的敏感性。通过实时采集机器人关节电机和磨削工具电机的工作扭矩值,计算出砂轮在不同磨削参数下的磨削力值,并利用多元线性回归分析方法,得出针对铸钢材料的磨削力经验公式。研究内容对机器人在铸钢件磨削过程中的控制参数设定,以及磨削工具结构的进一步优化设计,提供了有益的参考。

为研究微小刃径刀具切削难加工材料后刀具的磨损,针对单晶镍基高温合金材料的难加工特性,设计了单因素实验方案,采用直径为0.6 mm的硬质合金微小刃径刀具对单晶镍基高温合金DD98进行微铣削加工;通过磨损后的刀具直径和铣削槽底宽度尺寸的变化来定义微铣削刀具（微小刃径刀具）切削加工的磨损标准,建立了微铣削刀具磨损标准的数学模型;基于单因素实验方案,探讨了不同切削参数条件下,微铣削长度对刀具磨损量的影响。相关研究和实验数据对于探索难加工材料的切削机理具有理论指导意义。

针对报废汽车企业对不同型号汽车换挡面板自动分类的需求,提出了一种基于机器视觉的面板自动分类方法。该方法首先使用Blob分析对图像进行预处理,分割出图像中的换挡面板目标对象,接着提取被分割图像的11个形状特征作为特征向量,利用特征向量训练多层感知器（Multi-Layer Perceptron, MLP）,最后使用完成训练的MLP神经网络模型对不同类型的汽车换挡面板进行分类预测。实验结果表明,该方法的分类准确率达到99%,每幅图像的分类时间小于100 ms,验证了该方法的有效性与高效性,能够作为报废汽车换挡面板自动分类的一种手段。

以轴承圆柱滚子为研究对象,提出一种基于机器视觉的圆柱滚子尺寸检测方法,利用圆柱滚子的图像实现圆柱滚子直径与长度的同步检测。首先,对相机拍摄的圆柱滚子照片做预处理:使用灰度线性变换提高圆柱滚子与背景的对比度,再使用二值化阈值分割方法实现圆柱滚子图像的获取;然后采用Canny算子检测圆柱滚子边缘,为了获得圆柱滚子的直径与长度值,最后运用最小外接矩形拟合边缘。经过与人工检测结果对比,证明该检测方法检测结果准确。

焊缝在整个管网系统中是比较薄弱的部分,在温度、压力、介质腐蚀和振动的影响下容易出现裂纹缺陷,对管道的安全运行产生危害,并且有的裂纹很小,通过超声导波不容易直接识别出来。对超声导波检测管道进行了研究,在分析了超声导波对焊缝小缺陷的检测后,提出了一种运用时间反转法基于L（0,2）模态超声导波进行数值模拟的方法,选择4%作为最小焊缝裂纹缺陷,对直管道单焊缝和直管道双焊缝进行数值模拟,并通过实验验证。数值模拟和实验结果表明该方法可以实现管道中焊缝缺陷的识别和定位。

对大型起重机械金属构件中常见的裂纹缺陷进行识别是红外热成像检测应用中一个新的研究方向。介绍了主动式红外热成像检测的技术原理,设计了通过主动式红外热成像检测技术对含有裂纹缺陷的金属钢板试件进行检测的无损检测Non-Destructive Testing （NDT）系统,并根据检测系统搭建了试验平台。针对试验中采集到的原始红外热图像存在裂纹缺陷轮廓模糊、环境噪声干扰等问题,提出采用图像灰度转换、直方图均衡化、中值滤波、阈值分割和边缘检测等方法来提取裂纹缺陷的边缘轮廓特征。结合提取出的轮廓特征,并根据钢板试件的实际试件尺寸和预埋裂纹缺陷轮廓特征图像像素之间的换算关系,得到裂纹缺陷的识别精度。经过对比验证,红外热成像技术可以满足大型起重机械金属构件裂纹缺陷的检测需求。

为减少用户使用产品时出现人为差错的概率,提高产品的使用效率,建立了面向人为差错的多通道约束匹配模型。分别从认知层面与执行层面对造成人为差错的因素进行探讨,应用基于假设的真值维护系统理论得到3种差错类型,分别为认知错误、认知失效和操作失误。从视觉、听觉和触觉3个通道为产品加载设计约束,构造问题求解器,建立差错类型环境与通道类型集合的映射关系,从而得到多通道约束匹配模型,实现非单调推理。以某品牌车载导航仪为例,提取人为差错因子,基于多通道约束匹配模型架构建立导航任务过程中的面向人为差错的多通道约束子模型,并通过该子模型找到导航出错的有效约束,从而减少车载导航仪在使用过程中产生的人为差错,提升车载导航仪使用绩效。建立面向人为差错的多通道约束匹配模型,为减少用户使用产品出现人为差错提供了基础研究架构。

针对传统故障识别方法不仅过分依赖专家经验对故障特征进行提取且识别准确率不高的问题,在深度学习理论基础上,提出了一种将一维卷积神经网络与SVM分类器相结合的改进深度卷积神经网络,实现调压器"端到端"的故障识别。首先,介绍了传统卷积神经网络结构;其次,将改进后的一维卷积神经网络与SVM相结合,提出了基于1-MsCNN-SVM算法的调压器故障识别模型,并对模型的组成部分进行了介绍;然后,通过对比实验确定了模型的卷积核长度和卷积层组数;最后,为验证模型的有效性,基于燃气调压器故障数据集,开展了燃气调压器故障识别研究。研究结果表明,改进后的1-MsCNN-SVM算法故障识别准确率高达99.20%,模型具有较好的分类准确率。

在现有轨道车辆轴承温度预警研究中,因监测数据复杂度不一致导致特征难以选择,同时现有预警方法往往只能在轴承故障发生前的几分钟进行预警,为此,提出一种基于特征选择的轨道车辆轴承温度预警方法。首先采用皮尔逊系数计算特征相关性后分析引入关联轴承,然后依据线性相关性将低线性相关特征数据与关联轴承数据一起输入LightGBM模型,以对特征进行再次选择;其次,利用大量正常状态下的履历数据,基于深度学习模型双向门控循环单元构建轴承温度预测模型;最后利用某轨道车辆实测数据进行预警方法验证。结果表明:对于正常轴承,轴承温度预测模型的温度预测值和实际值的差异小于4℃且稳定;而对于异常轴承,在轴承故障发生前的数小时即可发现两者间存在大于4℃以上的持续显著差异。

针对印花圆网常规回收再利用存在成本高、效率低和污染大的问题,设计了一种基于CO2激光器的印花圆网清洗装置。设计折叠式谐振腔CO2激光器并进行了清洗测试,应用三维软件进行清洗装置总体结构设计,利用有限元软件Workbench对其进行静力分析和模态分析,获得清洗装置机架和传动机构的应力图、应变图及前三阶固有频率和振型。结果显示,机架最大应力集中在后侧横梁连接处,最大值为8.47 MPa,小于结构钢屈服强度;机架和丝杠一阶固有频率分别为27.53 Hz和82.07 Hz,大于激振频率23.7 Hz,验证了清洗装置设计的合理性。基于西门子S7-1200设计了自动控制系统,为清洗装置的生产制造提供了技术支持。

以车载雷达产品为主要应用对象,从车载雷达装配工序的分解重构开始,依次展开了车载雷达装配系统的结构主体、末端执行机构和控制系统的设计,形成了一套基于桁架结构的自动装配单元。首先进行了车载雷达装配工序的提取以及装配单元的机构设计;其次基于BECKHOFF的控制器和EtherCAT总线搭建了自动装配单元的工业控制系统,并编写了自动、工序和点动调试3种模式的程序;然后通过投产、安装和调试搭建了装配应用验证单元。实际运行结果表明,所设计的车载雷达自动装配单元具备高速、高精度特点,能够稳定地实现车载雷达产品的装配过程。在此基础上,结合车载雷达产品多品种、小批量的生产模式,提出了对下一代自动化系统的柔性制造需求,研究了基于现有单元的具备高柔性的结构改进方案,提升了单元的混线生产能力。