位置闭环黏滑特性实验方法

提出了一种基于直线电机位置闭环伺服系统的黏滑特性实验方法.该方法采用弹簧质量块的模型,与传统黏滑实验设备中的参数被等效至位置闭环伺服系统控制程序中的变量不同,可以在不改变硬件装置的条件下任意改变弹簧刚度、输入端速度等参数,方便地实现不同刚度和运动速度时摩擦副黏滑特性的测试.与传统黏滑实验方法相比,此方法具有适应性好、测量精度高、成本低等优点.利用直线电机位置闭环伺服系统,通过仿真与实验验证分析了工作台质量、弹簧刚度、动静摩擦系数差及弹簧自由端拉伸速度等因素对黏滑现象的影响,得到减小质量、增大弹簧刚度、减小动静摩擦系数差及增大拉伸速度等都可以抑制黏滑现象的结论,同时也证明了此方法的可行性.     

在线图像可视铁谱LED阵列反射光源设计与实现

针对在线图像可视铁谱(on-line visual ferrograph,OLVF)反射光源亮度低、照明不均匀影响铁谱成像质量的问题,提出了一种用于OLVF探头的LED阵列反射光源。该反射光源为圆环形LED阵列结构,由8颗0.1W小功率LED组成。基于照明均匀性理论与仿真分析,确定了反射光源结构参数、安装高度及均匀照明区域大小;利用TracePro仿真计算了光源在磨粒沉积区域的照度均匀性。实验结果表明:圆环形LED阵列反射光源的照明均匀性较好,磨粒沉积区域的辐照度分布为130~150W/m2,其光通量为56.64lm,显色指数为82.6,色温为6 376K,功率为0.336 1W,符合OLVF的低功耗、高亮度、均匀性照明等要求,铁谱成像质量得到了提高,有利于磨粒形貌观测与视觉特征信息提取。     

含氢类金刚石膜沉积过程的分子动力学模拟

含氢类金刚石膜(diamond-like carbon, DLC)的超低摩擦特性与其沉积制备过程密切相关. 采用分子动力学模拟的方法, 计算了以CH₃基团为沉积物, 在多种不同入射能下制备含氢DLC膜的动力学过程. 通过沉积原子数统计分析、薄膜密度和sp杂化分析考察了含氢DLC膜的结构特性. 通过比较模拟结果, 发现随着入射轰击能量的增加, 含氢类金刚石膜中碳的含量总体上呈现增加的趋势; 在含氢DLC膜中所沉积的氢原子数存在峰值, 峰值前后变化趋势相反, 大于80 eV以后趋于饱和与稳定, 薄膜相对密度也随之增加, 达到50 eV时趋于稳定值; 膜中碳原子比氢原子具有更强的成键能力, 易与基底发生化学吸附; 沉积源基团的氢含量决定生长成膜以后的薄膜氢含量, 沉积源基团中的氢含量高, 则所生长薄膜的氢含量高.     

一种永磁直线电机的永磁体阵列设计

针对一种无铁心单边永磁直线电机的结构形式，推导了工作气隙磁场的二维解析解，用于电机阵列类型、永磁体厚度和永磁体占空比等结构参数的设计．解析计算表明，在该直线电机结构形式下，永磁体阵列采用常规阵列就可以得到与分段Halbach阵列接近的磁场，使电机的加工与装配得以简化，这与ANSYS有限元计算结果一致．该分析直线电机磁场的方法仅需修改边界条件，就可用于铁心直线电机的设计．基于文中的分析，实现了一个直线电机驱动的单自由度工作台，其行程为27mm，移动件的质量为1．4k，最大加速度为11．5m／s^2．     

曲面几何参数的实时识别与智能仿形系统

在曲面几何参数实时识别和密切曲率法的理论基础上提出了一种新的仿形系统，该系统的核心技术是曲面几何参数实时识别系统，由在端面上布有传感器点阵的盘形智能仿形头、曲面几何参数识别软件、仿形头姿态控制软件和姿态控制系统构成，仿形头姿态控制的原理是密切曲率法，由于几何参数识别系统可同时确定曲面上一点的坐标、法线向量、主曲率和主曲率的偏导数，故该技术既可用于高效率的实时五轴联动仿形加工，也可用于对三维实体模型进行高效率的数据采集，生成简捷的数学样条。该技术与ＣＡＤ／ＣＡＭ技术相结合，可以很方便地对实体模型进行修改，具有很好的柔性。     

用于控制器参数整定的遗传算法

提出了一种适用于控制器参数整定的遗传算法（ＧＡＣ）,给出了ＧＡＣ的编码方法和遗传算法,并以一个算例显示了ＧＡＣ的有效性,ＧＡＣ的主要特征是逍点数编码、改进排序选择和乘法变异,在其排序选择中既保留最佳个体又使其参与后续的过程,提高了搜索效率,保证了收剑性。最主要的是,针对控制器参数整定问题的特殊性,ＧＡＣ的乘法变异使问题的约束条件能够自然地由遗传算子予以满足,同时又消除了控制器参数的数量级差异所带来     

性能可调的自润滑叠层复合材料的摩擦学行为研究

以硅钢叠片为强性层,以含MoS2、石墨和环氧树脂构成的复合自润滑材料为塑性层,采用叠装-粘接工艺制备了强性层-塑性层相间的叠层复合材料.通过控制叠片数量,得到了塑性层含量可调的叠层复合材料.采用球-盘摩擦实验机对叠层复合材料的干摩擦性能进行了评价,结果表明:与无塑性层的叠层复合材料相比,含塑性层的叠层复合材料的摩擦学性能得到了明显改善.在载荷为6N、往复频率为4Hz的条件下,塑性层的面积比为40%的叠层复合材料的摩擦系数为0.15,磨损率为3.8×10-7 mm3/(N.m),比无塑性层的叠层复合材料分别降低了76.7%和96%.由磨痕表面的能谱分析发现,叠层复合材料的强性层表面含有C、S、Mo等元素,而在塑性层表面含有Fe、Si等元素,表明在摩擦热作用下塑性层的润滑剂渗出,并转移到摩擦表面形成转移膜,同时塑性层具有嵌藏金属磨屑的能力.在强性层与塑性层的协同作用下,叠层复合材料具有优异的耐磨减摩性能.     

电磁驱动器与矩形静压空气止推轴承混合支承工作台的设计与实现

研究了电磁驱动器与矩形静压空气止推轴承混合支承工作台的设计与实现. 由于工作台的单一平面静压空气止推轴承同时采用电磁驱动器构成闭环主动控制, 具有结构简单精度高的特点. 工作台机械结构对称, 只有一个移动部件, 静压空气止推轴承气浮块与移动台刚性连接, 直接加工在移动台轴承面上的铁心和 4 个独立线圈构成电磁驱动器. 设计实现了工作台实验原型, 推导了工作台止推轴承3个自由度解耦的模型. 在DOS下用C语言实现了工作台的闭环控制算法, 控制器设计采用任意极点配置, 被控对象的模型忽略了静压空气轴承特性. 工作台在垂直方向上能实现精密微定位, 并能作为移动台平面 3 个自由度运动的支承, 对平面内运动的行程没有限制. 工作台定位精度不再取决于空气轴承的设计和加工精度, 无需被动预载.     

位置伺服系统PID控制器参数在线整定算法

为了使ＰＩＤ控制器参数能够在线自动调整,获得最优或次优的控制器参数,提出了基于浮点数编遗传算法的位置伺服系统ＰＩＤ控制器参数在线整定算法,设计了相应的改进遗传操作,同时提出了通过运动学习保证控制器稳定鲁棒性的适合度函数设计方法。     

位置伺服系统PID控制器参数在线整定算法

为了使ＰＩＤ控制器参数能够在线自动调整,获得最优或次优的控制器参数,提出了基于浮点数编码遗传算法（ＧＡ）的位置伺服系统ＰＩＤ控制器参数在线整定算法（ＧＡＣＰＴ）,设计了相应的改进遗传操作,同时提出了通过运动学习保证控制器稳定鲁棒性的适合度函数设计方法．完成一次ＰＩＤ控制器参数在线整定只需１０ｍｉｎ,效率较人工整定有很大提高．对一个实际机电位置伺服系统的仿真研究表明,ＧＡＣＰＴ算法能够在对象参数未知时,使系统阶跃响应趋于期望曲线,高效地完成ＰＩＤ控制器参数在线整定．该方法可用于数控机床位置伺服控制、过程控制等一般工业控制系统,以及机器人高精度轨迹控制系统．