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[硕士论文] 郝亚如
机械工程机械电子工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:作为钢铁工业的重要产品之一,带钢已经在国防装备、汽车制造、航空航天等领域扮演着重要角色。其表面质量的好坏严重影响着最终产品的性能,因此尽可能地改善带钢表面质量,提高最终产品的性能具有重大意义。
  本文基于机器视觉研究了带钢表面缺陷识别技术,设计了带钢表面缺陷检测方法的总体方案。依据性能指标,完成了图像采集模块的硬件选型与参数计算。着重研究了软件模块的图像滤波算法、图像增强算法、特征提取算法、特征选择算法和缺陷识别算法等算法的原理与程序设计。主要研究内容如下:
  ①在图像预处理阶段,重点分析了常用的图像增强算法,并通过对比性实验确定了最佳的图像增强方案,为后续的缺陷识别奠定了重要基础。针对图像传输过程中引入的干扰以及环境中的粉尘噪声,通过对比性实验分析了常用的图像去噪方法的滤波效果,最终选择同态滤波对图像进行降噪处理。
  ②本文从缺陷图像的灰度图、梯度图、Gabor变换图三种图像表示方法出发,分别提取其纹理特征,共提取了63个图像特征来表征每个缺陷图像。针对特征空间维数高的问题,采用特征选择的方式来达到降维的目的。本文基于主成分分析、ReliefF算法、自编码器等算法的原理,设计了这些算法相应的程序。并分别运用这三种算法对原63维特征向量进行特征选择。构建合适的识别模型可以有效改善识别结果,本文基于BP神经网络、支持向量机、极限学习机、堆栈稀疏自编码器等分类器算法的原理,设计了这些原理相应的程序。
  ③分别以四种特征向量为输入,分别输入到四个识别模型中进行对比性实验分析。通过对比各识别系统的识别精度、识别时间和系统稳定性,发现采用ReliefF算法来筛选特征并采用支持向量机构建识别模型的识别系统不仅识别精度可达到98%且系统运行时间最短最稳定。
[硕士论文] 杨阳
机械工程机械电子工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来纯电动汽车技术虽然越来越成熟,但是仍然存在着许多急需解决的问题,如纯电动汽车的续航里程、电池的使用寿命以及电池的能量利用率等,而目前解决这些问题的主要方法是设计高效合理的电池管理系统(Battery Management System,BMS)。估计电池荷电状态(state of charge,SOC)是电池管理系统最基本也是最重要的功能之一,SOC估计的精度关系着整个电池管理系统性能的好坏。本文以2000mAh的三元动力锂离子电池作为研究对象,分析了扩展卡尔曼滤波(EKF)估计SOC的优缺点,并在此基础上以提高SOC估计精度为目标,对SOC估计进行了研究,主要研究内容及成果如下:
  (1)对锂离子电池的工作原理进行了分析,并通过实验对温度、充放电倍率等几个影响SOC估计的因素进行了分析。
  (2)通过对几种典型的等效电路模型的分析比较,确定以Thevenin等效电路模型作为本文锂电池的电池模型;通过试验确定了SOC与开路电压的函数关系,并研究了电池等效电路模型参数辨识,分别采用两种不同参数辨识方法辨识电池模型参数,即离线参数辨识和基于递推最小二乘算法的在线参数辨识,最后通过试验,分别对两种参数辨识方法所建立的电池模型进行了分析对比,试验结果表明,基于带遗忘因子的递推最小二乘算法在线参数辨识所建立的电池模型精度更高。
  (3)分析了Kalman滤波算法原理,并总结分析了EKF算法估计SOC的优缺点。针对EKF算法估计SOC过程中会引入线性化误差导致估计精度降低的缺点,提出采用IEKF算法来降低EKF估计过程中线性化误差带来的影响,并采用了Levenberg-Marquardt方法对IEKF算法迭代过程中的误差协方差进行修正,以保证IEKF在迭代过程中估计误差一致减小。最后通过仿真试验对LM-IEKF算法估计SOC进行了验证,将估计结果与EKF估计结果进行了比较,发现LM-IEKF算法估计SOC的精度更高。
  (4)考虑到电池模型的精度和电池系统的过程噪声和测量噪声的统计性都对EKF估计SOC有较大影响,为减小这两方面对SOC估计带来的影响,从而提高SOC估计精度,提出了采用鲁棒性更好的H∞滤波估计电池SOC,并通过仿真试验研究分析了H∞滤波估计锂电池SOC的性能,并将估计结果与EKF的估计结果进行了对比,经过分析发现H∞滤波估计锂电池SOC的结果精度优于EKF,且鲁棒性也更好。
[硕士论文] 唐萃
机械工程机械电子工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着各国公路网络的不断完善和汽车工业的不断发展,依托于这两者发展的公路运输行业也得到了迅速扩张。汽车列车运输由于其承载能力强、质量利用系数高、运输量大以及运输成本低等特点,得到广泛应用。然而,由于挂车是在牵引连接装置传递的水平方向力作用下,被动地跟随牵引车转向,导致车辆在制动或在曲率半径较小的弯道上行驶时,易产生折叠或摆尾(挂车摆动)现象,带来一系列安全隐患。因而,为更好地提高汽车列车的运输效率,使其能持续、稳定发展,提高其安全性能势在必行。
  全挂汽车列车大体上可分为牵引车和挂车以及牵引连接装置三大部分。本文基于一种液压双杆式全挂汽车列车,提出主动转向控制方法,从连接装置入手,改变以往的工作机制,化被动为主动,减轻挂车与牵引车的耦合作用,使挂车可以主动地跟随牵引车进行转向,提高挂车的转弯跟随性。
  本文建立一个液压双杆式全挂汽车列车主动转向控制系统,通过传感器采集牵引车运动参数,将采集到的参数送到ECU进行处理,ECU根据参数判断行驶状态发出控制指令,经通讯网络将指令传递到挂车控制器,再由挂车控制器控制牵引杆的伸缩变化,改变牵引装置对全挂车施加的牵引力大小和方向,使全挂车能完成主动转向,改善全挂汽车列车转向特性。
  在分析Ackerman转向原理的基础上推导出牵引车车速与液压牵引杆长度之间的比例控制关系,并进行开环仿真。对电液控制部分中的各个装置建立数学模型得到传递函数,并进行仿真分析,得到电液控制部分动态性能。
  基于液压双杆式全挂汽车列车横摆运动及侧向运动建立车辆数学模型,并进行开环仿真。将各部分数学模型整理组合成整车主动转向控制系统模型,在MATLAB/Simulink中进行仿真,得到系统在阶跃输入下稳定输出响应曲线及液压双杆式全挂汽车列车行驶轨迹图,仿真结果表明主动转向控制系统是稳定的闭环控制系统,且能提高转向跟随性。
  选用PID控制算法和遗传算法分别对主动转向系统进行优化,对比发现,经过两种算法优化的系统快速性均得到提高,但遗传算法优化作用下的系统响应稳定性能优于PID控制算法优化效果,且遗传算法作用下的车辆行驶轨迹得到明显改善。
  在ADAMS中建立液压双杆式全挂汽车列车虚拟样机模型,并为其建立MATLAB接口,进行与MATLAB控制方案的联合仿真。联合仿真得到主动转向控制系统作用下车辆在S弯道上行驶轨迹图,结果表明具有良好跟随性。
  按照比例制作液压双杆式汽车列车实物模型,设计制作硬件电路,编写控制程序以进行实物实验。通过调试运行小比例车辆模型,更加直观地观测液压双杆式主动转向全挂汽车列车运动状态及主动转向控制效果。实验结果验证了主动转向控制系统具有稳定性及可行性。
[硕士论文] 谭克银
机械工程机械电子工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:爬墙机器人作为机器人种类一个重要的分支,能够代替人工执行墙面清洁、墙面维修、墙面检测等工作。在交通运输行业,爬墙机器人可以对桥梁进行检测和维护;在抗震救灾中,爬墙机器人可以翻越危险的墙面进行信号勘测;爬墙机器人在核工业也有着十分广泛的应用,爬墙机器人主要是用于检测容器是否存在破损。本文研究的爬墙机器人是一个平台,可以朝着各个工业应用方向进行二次开发。
  本文在查阅大量的国内外爬墙机器人的资料基础上,掌握了国内外爬墙机器人的发展趋势,为本文爬墙机器人的研究打开了思路。本文接着对国内外爬墙机器人机械结构进行了研究分析,提出了爬墙机器人研究涉及的关键问题,指明了本文爬墙机器人的研究方向。
  本文从爬墙机器人的应用方向,以及应用场景特点出发,提出了基于真空吸附原理的机械结构方案,提出真空吸附系统设计方案以及系统供电方案。并利用UG三维软件进行建模,接着对提出的机械结构方案进行机械原理分析和合理性分析,对真空吸附系统进行了理论上的分析和介绍。在机械结构设计完毕后,运用机器人领域运动学分析的常用的D-H参数法对爬墙机器人进行正运动学和逆运动学分析。从判断吸盘足是否能够稳定吸附在墙面的角度,对爬墙机器人的吸附性能进行了理论上的分析和实验上的验证。在爬墙机器人的吸附安全性得到验证的情况下,对爬墙机器人的静态稳定性和动态稳定性进行分析,提出机器人稳定的站姿,然后对机器人常用的规则步态、避障步态、定点转弯步态进行了规划。在这三种步态规划中,重点对规则步态、转弯步态进行软件仿真,观察是否存在运动干涉和规划的步态是否能够实现。本文设计的控制系统硬件上除满足爬墙机器人常规的驱动控制外,还支持吸盘足负压检测、爬墙机器人倾角检测、无线指令控制等功能。控制系统软件算法上支持三种步态规划的实现、无线指令遥控控制、直线自动爬行、行走姿态纠偏、自动避障等。
  最后,从爬墙机器人三维建模导出设计图纸,进行样机机械结构制造与组装、控制板电路焊接、真空吸附系统安装等工作。地面对程序功能调试成功后,对墙面吸附安全性和步态规划理论进行实验验证。
[硕士论文] 王军
机械工程机械电子工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:角接触轴承的运行状况是机械部件能否正常运转、实现预定功能和达到预期寿命的关键环节。本文以应用于空间环境的角接触轴承为对象进行空间状态下轴承运行失效机理和状态的研究。由于空间在轨环境中无法获取轴承运行状态信息,亟需在地面模拟空间环境下开展轴承寿命评估试验,从大量候选滚动轴承中筛选出最优性能轴承安装到空间飞行器中。
  目前模拟空间环境下的固体润滑滚动轴承寿命状态监测手段有摩擦力矩测试和温度测试。由于摩擦力矩和温度测试所包含轴承特征信息单一,不能完整的反映轴承的运行特点,从而不能有效反映轴承性能的退化趋势,因此振动测试作为模拟空间环境下固体润滑滚动轴承的手段逐渐得以关注,在固体润滑滚动轴承的寿命表征和预测方面具有很好的潜力。
  论文针对空间滚动轴承精度失效,寿命状态难以评估的难题,以振动信号为落脚点,开展了地面模拟空间滚动轴承动力学模型的建立和失效机理的分析,总结了轴承精度失效振动信号的主要特点、分析了轴承振动信号随磨损状态的演变过程、并进行了建模,进而对比实测地面模拟真空环境下轴承的振动数据进行了分析验证,具体研究内容如下:
  1.角接触轴承载荷、转速的波动以及磨损的加剧造成了轴承的失效,论文通过角接触轴承的分析理论基础计算了轴承曲率半径的变化、接触力、接触力矩的变化等静态情况下分析了轴承磨损状态下振动信号的变化情况,可以对轴承基本的运行性能进行揭示。
  2.研究了稳态EHL状态下角接触球轴承的油膜厚度,详细讨论了钢球—滚道接触副的刚度特性和阻尼特性,并确定角接触球轴承系统的总刚度和总阻尼,得到了角接触球轴承的振动方程。
  3.在静力学分析理论基础上,论文建立了角接触轴承的动力学模型,针对钢球的接触角呈现瞬时变化的特点,分析钢球与滚道接触所产生的牵引力和相互作用力,并分析其将对轴承的运行特性造成的影响。
  4.为了实现对地面模拟真空环境下轴承的动力学特性分析,将固体润滑颗粒的性能进行了讨论,建立广义雷诺方程分析了固体润滑轴承椭圆接触区域的牵引力变化模型,实现了固体润滑空间滚动轴承接触形式的精确描述。
  5.通过角接触球轴承振动测试系统采集轴承振动信号,分析振动信号的时域特征和频域特征,并结合所建立的模型分析角接触球轴承的振动频谱,为下一步更细致的分析轴承频谱建立基础。
  文章最后对本文的工作进行了总结,并展望下一步的研究方向。
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