基于ANFIS的挖掘机器人挖掘轨迹仿真

为提高液压挖掘机器人工作装置挖掘作业轨迹规划控制精度,将挖掘机器人工作装置简化为斗杆、铲斗两关节二维机械臂进行分析.在建立逆运动学模型时,要将铲斗末端位姿空间与工作装置关节空间和油缸空间联系起来进行轨迹规划,以便在各个空间实现对挖掘机器人的控制.为提高跟踪期望轨迹精度,采用两个自适应神经模糊推理系统(ANFIS)分别学...     

基于阻力特性的液压挖掘机复合挖掘力建模

基于挖掘过程中三缸联动的实际作业状态,提出复合挖掘力概念.根据动臂、斗杆和铲斗的各自分工确定复合挖掘力限制条件;利用阻力角和差值角的主值区间确定复合挖掘力方向角的取值范围;假设给定挖掘姿态下复合挖掘力大小随方向角渐变,建立复合挖掘力计算模型.以某36 t反铲液压挖掘机为例,验证了该假设的正确性.以真实挖掘轨迹和测试挖掘阻力为基准,对比现有理论挖掘力模型和复合挖掘力模型的计算结果,结果表明后者能够更准确地估算挖掘机的复合挖掘能力.该研究为挖掘机工作装置的优化设计和强度分析提供了评价标准和计算依据.     

液压挖掘机工作装置建模分析与仿真

针对液压挖掘机运动学和动力学建模复杂过程,以某型6 t挖掘机工作装置为研究对象,利用SimMechanics对机械结构进行快速建模,从而代替运动学模型获得挖掘机机构模型.采用Pro/E软件对液压挖掘机工作装置建立三维模型,将其导入ADAMS环境中,并对比验证作业结果.在ADAMS软件中,对挖掘机工作装置进行动力学仿真,得到液压挖掘机的工作特性曲线.仿真结果表明:理论上添加的载荷能够体现在各个驱动关节处受力变化中,相比其他阶段,在挖掘阶段关节受力矩变化影响较为复杂.     

面向智能挖掘机的最优挖掘轨迹规划

以实现挖掘机的智能化、工作装置的自动轨迹控制为目的,提出了一种基于能耗最小的挖掘轨迹规划方法.通过研究挖掘机铲斗与物料相互作用过程中的阻力特性,并综合考虑物料的重力、铲斗与物料间的摩擦力、挖掘速度以及铲斗两侧物料对挖掘阻力的影响,构建了一种适用于大型矿用挖掘机的动态挖掘阻力预测模型.运用提出的挖掘阻力预测模型,从多种不同堆角的料堆出发,以挖掘单位质量物料的能耗最小为目标函数,在综合考虑结构和性能约束的基础上建立了优化模型,并应用于WK-55挖掘机的控制参数优化,得到了挖掘不同堆角的料堆时的最优挖掘参数.结果表明:对于任意堆角的料堆都有最优挖掘参数可以在保证挖掘效率的前提下使挖掘机以最小能耗进行挖掘作业,为智能挖掘机的研发提供了理论参考.     

智能挖掘机直线挖掘作业的运动规划与控制研究

针对挖掘机在开挖沟槽与坡面平整作业时通常需要用到直线挖掘,并且具有高精度作业需求, 提出一种多关节协同的运动规划与控制策略. 建立挖掘机工作装置的运动学模型,根据铲斗齿尖直线运动轨迹进行逆运动学求解得到各关节的运动轨迹,并根据斗杆和铲斗的预测角度值,随动规划动臂目标角度. 利用递推最小二乘法对挖掘机各关节动力学模型参数在线辨识,实时预测延迟时间内关节角度的变化来补偿系统延迟特性所导致的跟踪控制误差.对现有挖掘机进行智能化改造,搭建AMESim的工作装置模型,基于实验数据修正液压系统模型参数及挖掘机模型,并在Simulink中建立控制模型与AMESim的挖掘机模型进行联合仿真测试,验证控制算法的可靠性. 仿真结果表明,与传统PID控制策略相比,基于关节协同控制的策略在直线挖掘铲斗轨迹控制中具有更好的性能.     

挖掘机器人轨迹控制系统

基于常规正铲液压挖掘机，针对特殊环境下机器人挖掘作业的需求，建立了工作装置的运动学模型，研究了基于直线插补的方式进行轨迹规划与PID控制算法以实现机器人运动轨迹规划与控制。     

液压挖掘机挖掘阻力特性研究

基于3种常用挖掘方式,研究并得到单次挖掘过程中挖掘阻力随时间和挖掘轨迹的变化规律.对比多次实验结果得到阻力系数和阻力矩系数在挖掘过程不同阶段的分布情况,基于方向角变化规律研究各构件运动对挖掘阻力方向的影响.基于统计学原理计算出阻力系数、阻力矩系数、阻力角和差值角在挖掘阻力不同取值范围内的分布特性、主值区间和概率密度,为理论挖掘力的计算、工作装置的设计和优化奠定基础.     

基于广义既约梯度算法的反铲工作装置优化设计

为了提高挖掘机反铲工作装置的作业性能,对反铲工作装置进行分析,确定影响工作装置性能的关键参数.利用ADAMS软件,通过参数化点坐标的方法建立工作装置虚拟样机模型.将反铲工作装置分解为2组:铲斗机构和动臂、斗杆机构.先优化铲斗机构,然后在铲斗机构最大传动比位置上对动臂、斗杆机构进行优化.将反铲工作装置的力学性能优化目标通过线性加权和法构造为单目标函数,工作范围优化目标转化为约束函数,并以铰点的位置坐标作为优化变量,利用广义既约梯度(GRG)算法,完成了工作装置的多目标优化设计.优化后的模型,其挖掘力、提升力及工作范围等性能均优于原设计方案.     

挖掘机器人动力学参数辨识研究

为了使挖掘机在作业速度和挖掘力上适应负载的特性,需要对挖掘机工作装置进行动力学分析.在采用拉格朗日方法确定了挖掘机器人工作装置动力学模型的情况下,动力学参数的精确辨识对实现实时控制显得尤为重要.利用遗传算法对参数辨识问题进行了探讨,给出了利用遗传算法对整个问题的求解设计思路,引入格雷码混合编码、可变精度的交叉和混合变异等思想,形成了改进的遗传算法.该算法收敛速度快,鲁棒性强,通过仿真和现场实验,验证了所提出的算法的有效性.     

基于遗传算法的挖掘机工作装置铰点位置优化

将挖掘机工作装置视为一个整体,建立了工作装置整体优化设计数学模型.以挖掘机的挖掘力为优化目标函数,以工作装置各铰点位置的几何参数为优化设计变量,基于遗传算法进行编程,并以某挖掘机工作装置为例进行优化求解.计算表明:在保证挖掘机工作区间在一个合理范围内的前提下,只需将工作装置铰点位置做少许调整,就可以使挖掘机的挖掘性能得到明显改善,铲斗和斗杆的最大挖掘力分别提高1%和5%.采用遗传算法可以快捷而有效地对挖掘机工作装置铰点位置进行优化设计,是对挖掘机性能进行优化设计的一种有效方法.     

炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法

为了分析炸药地面接触爆炸下空气冲击波引起的感生地冲击,利用数值模拟结果以及试验数据,对根据一维平面波理论和特征线解法得到的空气冲击波为突加三角形荷载的感生地冲击的理论计算公式进行修正,提出了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法,分析了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播规律以及本文建立的实用计算公式的特点。与试验数据以及数值模拟结果对比表明,提出的计算方法基本反映了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播特性。     

碳纤维布用于深埋隧道衬砌裂缝的加固效果

为评价公路隧道衬砌裂缝的碳纤维布补强效果,同时为类似隧道工程提供加固措施依据,利用有限元软件对裂缝补强效果进行了详细的计算分析。通过现场检测某深埋长大公路隧道交叉口段二次衬砌的开裂状况,从地质构造学角度分析裂缝成因表明:衬砌开裂是由于围岩地应力侧压力偏大,侧洞开挖后导致衬砌应力重分布而产生向拉应力超过混凝土抗拉极限强度而产生局部开裂。基于有限元理论对隧道开裂段加固前后衬砌结构的应力场及位移场进行了对比分析,同时分析了碳纤维布的变形状况。结果表明,当二次衬砌开裂后将碳纤维布粘贴于衬砌内表面,由于碳纤维布参与承担荷载,对混凝土衬砌受拉变形起约束作用,碳纤维作为抗拉材料能有效控制衬砌裂缝的扩展。     

算子模糊命题逻辑中公式恒真恒假水平的模型

为了在模糊推理中求得公式为真程度的下界和上界,算子模糊逻辑显示使用[0,1]区间中的实数作为算子描述模糊命题的可信程度,其公式的语义值可以在公式的恒真水平和恒假水平之间变动。基于算子模糊命题逻辑,证明了任意公式在二值解释的意义下都可以转化成与之等值的合取范式和析取范式,并根据公式的合取范式或析取范式给出了公式恒真水平和恒假水平模型的生成方法。公式的恒真水平和恒假水平在根本上决定了公式的语义性质,其模型给出了公式在何时达到其最小和最大语义值的一个解答。     

多层预制破片战斗部数值仿真方法及起爆方式影响

为研究多层预制破片的飞散规律,对某结构多层预制破片战斗部的数值仿真方法和爆轰驱动特性进行分析.通过对比流固耦合模型、单层网格模型和小角度模型的适用性,采用侵蚀单面自动接触算法,建立合理的数值计算模型.利用LS-DYNA软件,对单点、对称两点和三点起爆方式下爆轰波传播特性、多层预制破片飞散形态、破片初速和飞散角进行计算和比较.计算结果表明,数值计算模型可以考虑多层破片之间的挤压、摩擦和翻滚效应;对称两点起爆和三点起爆可有效提高预制破片的最大初速和平均初速;起爆点数量增加,密集破片区域飞散角逐渐增大.     

运河桥梁浮式防船撞设施的模拟计算

为了避免船舶与桥墩的直接碰撞,达到既保护桥墩安全又保护船舶安全的目的,根据苏南运河桥梁防撞设计的特殊要求,利用船和防撞设施碰撞中走锚、浮体移动和锚链拉伸过程来消耗船舶动能的柔性浮式防撞原理,提出了桥墩防船撞设施方案;基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了一艘1000 t级货船与防撞设施的碰撞模型,分析了撞击力、能量转换的特点和规律,并与船舶和桥墩直接碰撞的结果作比较,研究了浮式防船撞设施的工作效能.结果表明,浮式防船撞设施能够满足桥墩防撞要求,可为运河桥梁防撞设计提供参考.     

基于超结构光纤光栅的自发布里渊散射检测系统设计与实现

为解决光纤背向散射信号中自发布里渊散射信号提取困难的问题,针对自发布里渊散射信号的频谱特点,设计并制作了一种双峰、波长可调结构的超结构光纤光栅滤波器。该滤波器具有滤波抑制比高、滚降特性好、线宽窄、中心波长可调、插损低、稳定性高等特点。通过两级超结构光纤光栅的级联,对瑞利散射信号的抑制达到约30 dB,可以把自发布里渊散射信号的2个峰同时提取出来。在此基础上,搭建了基于布里渊散射技术的全分布式光纤传感实验系统,对长度约为32 km的传感光纤进行了实验测量,在对被测光纤上长度为130、150 m的两段光纤分别施加1200μ,ε温度变化20°C时,系统较清楚地显示出应力、温度对被测光纤的作用效果。测量结果表明,该系统可以实现光纤温度及应力的变化监测。     

3D城市建模方法

为了推进城市建模应用更好地普及和发展,对数量庞大的城市建模方法群和相关技术,从总体上进行了梳理。采用从输入、处理与输出3个环节考察系统的一般方法,提出一种新的描述3D城市建模技术与应用的体系结构,并建立完整的技术视图。基于图像等测量数据的真实城市建模和基于规则驱动过程的虚拟城市建模两种类型,考察现有建模方法与技术的最新进展和存在的一些问题。在此基础上,指出过程建模正逐渐成为主流的建模方法及还有待于发展的内容。特别指出了有实时性要求的植物、雨雪、风化等自然景物以及基于物理的快速建模是城市建模未来的重要应用方向。     

OFDMA用户协作系统的自适应资源分配

针对OFDMA用户协作系统,为提高频谱效率,提出基站不间断地发射信号,中继用户将基站在第一时隙发射的信号以DF方式在第二时隙转发给目标用户的协作传输方案,从而在2时隙对目标用户构成具有空间分集。以效益和最大为目标,提出根据业务特性合理设计效益函数,并采用拉格朗日对偶方法实现联合子载波、功率分配和中继选择的优化方案。仿真结果表明,相对于已有方法,该方案提高了频谱利用率且更有效地满足了用户需求。     

基于贝叶斯分类方法的雷暴预报

为了研究贝叶斯(Bayes)方法对单站雷暴预报的应用效能,利用2003年8月~2006年8月WRF模式数值预报产品和单站观测资料,采用朴素贝叶斯分类器(N-Bayes,naive Bayes classifier)和贝叶斯判别准则(D-Bayes,Bayes discriminatory criterion)两种方法,结合多种强对流天气指数场、Fisher准则和相关系数法的预报因子选取技术,分别建立了漳平、广州和湛江3个单站的雷暴预报模型;利用2007年8月资料,检验了模型预报效果,并与Fisher模型的预报效果进行了比较试验。结果表明:N-Bayes和D-Bayes两种模型有较强的雷暴预报能力,24~48 h雷暴预报CSI评分均超过0.23,准确率在72%以上,两者CSI评分接近,趋势相同;两种Bayes分类方法在预报效果上要优于Fisher判别方法。     

基于流变效应锚杆柔性支护在基坑中的应用

针对基坑工程预应力锚杆柔性支护的工程特点,依据流变力学理论,提出了一种新的粘弹塑性流变模型,建立了最小锚固锁定荷载的计算式.该模型体现了锚固体和基坑土体的流变效应以及面层、锚杆与基坑壁面的连接特性,并与有限差分程序FLAC3D结合,对锚杆、浆体的受力、安全系数和位移进行了数值计算.根据计算结果和现场监测,得出了预应力锚杆的最小锁定荷载、预应力锚杆筋材应力的不均匀分布和最大轴力位置、浆体剪应力的驼峰分布和面层的剪应变率及加固后坑体位移的分布等有用结论,其结果与现场监测基本吻合,数值计算能较好地反映实际情况,为有效的基坑支护提供了理论依据.