针对机械通气精确控制难题,构建正负压统一框架,提出自适应增益-负压协同控制方法。该策略依据流量与肺弹性自适应调整增益,并将负压作为负载进行前馈补偿。仿真数据表明,相比固定PI控制导致的8~9 L/min尖峰流量振荡,该方法能将吸气流量峰值稳定在6～8 L/min,且波形平滑。结果证实,该方法在不同工况下可显著降低压力误差,在保证潮气量前提下减小驱动压,为航空及医疗呼吸支持提供了智能控制路径。

为深入了解剪切阀泥浆正脉冲发生器在工作过程中的阀头冲蚀原因、压力信号、转子扭矩与定转子间隙及流量的关系,以完整的某型号脉冲发生器结构为仿真对象,考虑了泥浆流体的非牛顿性质及其对流场的影响,通过数值模拟方法,对不同工况下的流场进行求解。研究结果表明:定转子附近的湍流与回流现象是转子及其附近部件被冲蚀的主要原因;流量增加,压力与转子扭矩增大,定转子之间的间隙增加,压力与转子扭矩减小。此研究为提升泥浆正脉冲发生器的工作效率及性能提供了有效的仿真分析手段,为泥浆脉冲发生器在不同工况下的设计与优化提供参考。

液压驱动高压水泵调压系统的动态性能直接影响高压供水系统的调压精度与系统安全。基于功率键合图理论构建了先导式溢流阀调压系统的数字仿真模型,并通过试验验证其有效性。重点研究了系统在压力阶跃工况下的动态响应特性。通过数值仿真,分析了先导式溢流阀的阀芯结构、弹簧刚度、液压阻尼等参数对系统超调量、压力稳定性及响应速度的影响。从优化先导式溢流阀主阀口搭合量和先导阀座上的阻尼孔直径的角度,使系统进口压力超调量由3.5 MPa降至2.4 MPa左右,同时改善了先导阀位移的动态过程及系统的整体稳定性。

针对大型桥梁、高层建筑、钢结构中钢筋绑扎和焊接连接时接头稳定性较差,质量难以保证且连接费时的不足,设计出一种高对中性的液压式钢筋套筒挤压连接设备。通过理论计算以及结合工程经验确定了各关键零件的尺寸;基于Workbench软件对整个设备在挤压开始和挤压结束两种位置进行了静力学分析,仿真结果表明结构强度和刚度满足设计要求;进而加工该设备样机,并对挤压连接后的32号钢筋进行了拉断测试,结果显示套筒处连接良好;最后将其在某工地进行了初步应用。设计的液压式钢筋套筒挤压连接设备可快速高效地完成钢筋连接且接头质量良好,为其他类型钢筋挤压连接设备的研制提供了参考。

针对一种离散线圈式磁致伸缩直驱阀,为实现其高频驱动,基于SPWM调制原理设计了一款八通道开关式恒流功率驱动器,并建立其数学模型,利用数学模型分析了功率驱动器在驱动单个线圈时的输出特性。加工样机并搭建试验系统进行试验研究,试验测得功率驱动器在进行单线圈驱动时频响可达2072 Hz,多线圈驱动时受线圈间感应电流影响导致输出能力下降,但驱动频响仍超过550 Hz,使用该功率驱动器驱动离散线圈磁致伸缩直驱阀进行压力调节时,在供油压力2 MPa,平均流量2 L/min下可以实现200 Hz,0.66 MPa的振荡压力调节。

为了更有效地利用海上风能资源,本研究基于中尺度风电场参数化模型(WRF-WFP)和中尺度大气波浪耦合模型(WRF-WFP-SWAN),以渤海湾地区某8 MW机组构成的6×10阵列风电场为研究对象,通过对比不同耦合模型下的数值模拟结果,系统分析了波浪耦合对风电场大气边界层结构、尾流特性及功率输出的影响机制。研究表明,SWAN波浪耦合增加了模拟区域的地表粗糙度,从而影响了风载荷的分布和强度。耦合后的风电场在不同高度处均表现出风速亏损的减少和尾流长度的缩短。风速亏损降低了11%~21.7%,尾流长度缩短了39.1%~48.9%。此外,耦合波浪后风电场的功率输出呈现负面影响,总功率降低了8.8%,风场效率下降了7.1%,说明单一模型高估了风电场的功率输出。

pVTt法气体流量原级标准装置因其结构简单、精度等级高等优点得到广泛应用,但传统的二通进气阀在启闭过程会导致临界流的中断,显著降低装置不确定度。提出一种液压驱动快速切换三通阀,配合负压缓冲罐一起工作,可以实现喷嘴连续临界流的动态启停;为分析切换过程的流动特性,建立了三通阀的流场仿真模型;采用动网格方法进行流场计算,得到了不同切换速度的气体流动特征。结果表明,所提出的快速切换三通阀可以实现预期的动态启停效果。

在五轴联动数控加工中心中,由于液压托架升降系统受到多种因素的共同影响,多因素耦合导致控制系统无法选出关键因素进行补偿操作,控制过程过于复杂,动态响应能力差,提出轴联动数控加工中心液压托架升降伺服控制方法。通过随机森林算法(Random Forest, RF)对影响液压托架升降性能的多种因素进行智能识别与约减,从众多因素中筛选出对升降系统性能有显著影响的关键因素,简化了控制因素的输入,减少了多因素的相互耦合作用。采用基于内模控制(Internal Model Control, IMC)与比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation, PID)控制相结合的复合控制策略,利用IMC的预测能力和PID的快速响应特性分析控制因素,有效提升了升降系统对动态变化的适应能力和抗干扰能力。为了进一步优化PID控制器的参数,引入蒲公英算法(Dandelion Algorithm, DA)进行全局优化,通过智能搜索算法找到最优的PID参数组合,提高了控制的稳定性和精度。试验结果表明,所提方法有效提高了液压托架升降伺服系统的控制效率、稳定性以及准确度。

由于液压驱动六轴机器人系统中机械系统与液压系统的强耦合特性,以及液压执行机构的流量-压力关系呈现显著非线性,导致基于解耦假设的传统动力学建模方法难以准确描述系统动态特性,这种建模误差会通过关节驱动传递至末端执行器,增加超调量,造成位置控制精度下降。因此,提出基于增量式非线性逆控制的液压驱动六轴机器人高精度位置控制方法。通过拉格朗日方程构建包含机械系统与液压系统耦合特性的机器人关节动力学方程,结合液压执行机构的流量、压力等物理关系,建立完整的液压驱动动力学模型;采用增量式非线性逆控制方法,通过动态逆模型精确补偿系统的非线性特性,结合增量迭代策略解决机械-液压强耦合问题,最终实现末端执行器位置的高精度控制。通过试验可知,该方法控制下液压系统活塞位移量和机器人速度与期望数值差距较小。无干扰时,上升时间为0.8 s,调节时间为2.5 s,超调量为5%,响应快速平稳;有干扰时,上升时间为1.2 s,调节时间为3.0 s,超调量为8%。在有无干扰情况下,该方法均能快速稳定控制输出,动态稳定性优异,控制精度高。

起落架收放控制电磁阀是影响起落架收放时间的关键元件,为了分析双余度电磁阀关键参数对起落架收放时间的影响,提出有限元法及AMESim结合的方法,来建立更加精确的电磁阀模型,并通过试验验证了所建模型的精确性。根据所建立的双余度电磁阀模型,分析电磁力、主控阀节流孔尺寸及油液黏度对起落架收放时间的影响,为收放控制电磁阀的研制提供理论基础。

通过非等温热失重分析法研究了柔性石墨在不同升温速率下的热分解行为。运用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法和Coats-Redfern法等计算柔性石墨热分解动力学参数,得到热分解反应活化能E为189.78 kJ/mol,指前因子lgA为6.75 min^-1。利用Malek法确定柔性石墨热分解的最概然机理函数为二级化学反应,并推导获得对应的动力学微分方程。通过对泄漏率的监测,将1%热失重作为柔性石墨使用失效判定的阈值,结合热分解动力学方程,建立柔性石墨使用寿命的预测模型。

针对轴流式止回阀止回过程中存在的水锤问题,利用Fluent动网格技术对轴流式止回阀的关阀过程进行研究,通过改进轴流式止回阀阀芯型线,阀体内流道的结构参数来提升阀门的抗水锤能力。选取轴流式止回阀不同的结构参数,利用正交试验并通过多元线性回归找到影响轴流式止回阀抗水锤能力的主要结构参数,以其作为优化对象。利用高斯过程回归构建代理模型,再通过非支配排序算法II对主要结构参数进行多目标优化,得到Pareto前沿解,最终确定了抗水锤能力最强的结构参数:阀瓣丰满系数α₁为0.69613,通孔半径R为6.9 mm。相比未优化前轴流式止回阀的抗水锤能力提高了14.37%,且止回过程中止回阀的反应速度仅下降了1.13%。

长跨度、大负载的桥梁顶升工况下极易产生偏载,而顶升系统由于多缸相互作用进一步降低同步顶升精度,因此设计了相邻交叉耦合同步方案与抗偏载的滑模控制策略,分别通过仿真程序与四缸顶升试验台架对策略进行验证,试验结果表明,滑模控制下的最大跟踪误差均值为0.789 mm,结合相邻交叉耦合同步方案后的多缸同步精度均能保持在0.2 mm以内,为多缸桥梁顶升系统的同步控制策略提供了一种可行的方案。

煤矿斜井钢模台车液压驱动受到负载频繁变化及摩擦阻力等参数无法确定的干扰,当前控制过程容忍了这种干扰,导致存在控制精度不佳、稳定性不足等问题。为解决这一问题,开展基于干扰观测器的煤矿斜井钢模台车液压驱动控制方法研究。首先分析煤矿斜井钢模台车的整体结构,描述钢模台车液压系统运行状态;然后,以此为基础,设计一种融合干扰观测器与反步控制策略的液压驱动控制方法,通过干扰观测器实时观测液压系统受到的各种未知干扰;最后,将观测到的结果输入到反步控制器中,通过反步控制器的补偿,实现煤矿斜井钢模台车液压驱动控制。仿真试验分析可知:应用干扰观测器可有效观测液压系统中不同类型的干扰信号,当液压系统输入信号为正弦信号、跃阶信号与斜坡信号时,该方法均能实现精准地控制输出,从而有效保障液压系统的稳定性。

变排量变速控制的液压动力源具有效率高、动态性能好等优点,然而,这种架构对控制提出了很大的挑战。创新地提出了基于变排量和自适应速度控制的泵控系统。该控制策略包括基于最优摆角控制的自适应速度控制器和考虑变速影响的并行结构压力、流量控制器。系统压力和流量采用并行闭环动态控制;同时,驱动系统的输出特性实时调整,以达到在各种负载条件下的高效率。通过试验验证了系统的控制性能和能源效率。结果表明,自适应速度控制策略能有效地按照最优匹配原则工作,0~250 L/min的动态流量阶跃响应为108 ms。与单变排量和单变转速控制策略相比,在保压和部分负载条件下的能耗都能显著降低;与单变排量策略相比,保压模式节能率为54%~80%,部分载荷工况下能效提升最大值为23.1%;与单变转速策略相比,保压模式下的最大节能率为39%,部分载荷条件下的最大能效提升为15.2%。

近年来,随着石油化工产品需求量的不断增长,石油化工企业蓬勃发展,相关机械设备技术也飞速进步。往复式压缩机作为石油化工企业必不可少的重要设备,其稳定运行事关企业安全及经济效益。在装置运行维护过程中,往复式压缩机故障率相对较高,尤其是曲轴机械密封失效最为常见,其一直困扰设备的长周期运行,是急需解决的难点之一。基于这一现状,对往复式压缩机曲轴机械密封失效的原因进行了深入分析,发现曲轴磨损、O形圈老化和断裂是造成本设备老化的原因。基于此,将O形圈传动改为顶丝传动,并更换O形圈材质,经运行验证,这些措施有效降低了曲轴机械密封的故障率,保证了往复式压缩机的长周期平稳运行。

针对高空APU无法起动的问题,研究APU起动控制系统原理,对可能影响起动过程的起动点火系统、起动供油系统、起动燃油控制系统进行分析、排查,将故障定位至起动燃油控制系统。对照空中低温起动成功的数据,认为APU高空低温起动不成功的原因为起动燃油控制系统输出的供油流量过低。通过提高ECB控制算法中起动时给油缩放系数、APU高转速后的减油系数以及增加防悬挂自主增油、增加排温过高过快自主减油等改进措施提高APU高空起动时的供油流量。根据高空台试验结果,改进后APU可突破高空6000 m成功起动,且空中同等高度起动成功时的供油流量大于未起动成功时的供油流量。

通过对XG720冷拔管的材料特性分析,结合液压缸对管材性能的要求,系统地研究了不同热处理工艺参数对冷拔管屈服强度、冲击韧性及残余应力的影响。试验表明:退火温度是影响XG720冷拔管力学性能最主要因素,其次是保温时间,而升温时间的影响最小。通过正交试验,建立了XG720冷拔管热处理工艺规律曲线,并确定综合性能最优退火工艺为450 ℃保温2~3 h(升温时间2 h),此时屈服强度、冲击韧性及残余应力达到最佳平衡。单项性能热处理工艺,屈服强度最优工艺420 ℃保温2 h;-20 ℃冲击功最优工艺500 ℃保温2 h;断后伸长率和残余应力最优工艺550 ℃保温2 h。