《机械工程学报》论文模板
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Received September 8, 2008; revised January 18, 2009; accepted February 23, 2009; published electronically March 6, 2009
Abstract: A particular emphasis is put on a novel wearable exoskeleton arm, ZJUESA, with 6 degrees of freedom, 字号 8 磅,段后回车换行 1 次 which is used for the robot teleoperation with the force-feedback in the unknown environment. In this external structure mechanism, the 3-revolution-prismatic-spherical (3RPS) parallel mechanism is devised from the concept of the human upper-limb anatomy and applied for the shoulder 3-DOF joint. Meanwhile, the orthogonal experiment design method is introduced for its optimal design. Aiming at enhancing the performance of teleoperation, the force feedback is employed by the pneumatic system on ZJUESA to produce the vivid feeling in addition to the soft control interface. Due to the compressibility and nonlinearity of the pneumatic force feedbacy controller for the precise force control is proposed and realized based on the Mega8 microcontroller units as the units 字号 9 磅,段后回车换行 1 次 feedback, the of the distributed control system on ZJUESA. With the results of several experiments for master-slave control with force feasibility of ZJUESA system and the effect of its hybrid fuzzy controller are verified. Key words: exoskeleton arm, teleoperation, pneumatic force-feedback, hybrid fuzzy control 一级标题字号 12 磅, 段前空 1 行,段后回车换行 1 次 字号 9 磅,段后
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机械工程类论文4100字_机械工程类毕业论文范文模板
机械工程类论文4100字_机械工程类毕业论文范文模板机械工程类论文4100字(一):机械工程类职业学院管理信息化解决方案论文【摘要】管理信息化是信息化背景下管理工作发展的一个重要方向,随着现代信息技术的日益成熟,信息化技术也被广泛应用于各个行业生产、管理、研发等多个方面,并且在其中发挥着非常积极的作用。
但是就现阶段机械工程类职业学院管理相关工作而言,在实际的发展过程中,信息化水平并不是特别高,这样必然会对机械工程类专业长效发展产生巨大的影响。
论文重点针对机械工程类职业学院管理信息化中的实训教学管理信息化的解決方案进行了探究。
【关键词】管理;信息化;机械工程类职业学院;解决方案1引言机械工程类职业学院是现阶段我国培养机械工程类高等职业人才的主要场所,其管理水平的高低直接对职业人才培养质量产生较大影响。
随着现代社会发展,对于高素质、高水平机械工程职业人才需求数量及质量的提升,机械工程类职业学院对于学院管理工作重视程度也越来越高。
在信息时代背景下,如何做好机械工程类职业学院管理信息化相关工作,也成为现阶段学院发展的一项重点。
2机械工程类职业学院管理信息化现状分析2.1管理信息化系统相关技术相对落后经过多年的实践与探索,高等职业学院也开始了信息化建设,并且取得了较为优异的成绩。
但是对于机械工程类职业学院管理信息化而言,其在实际的工作过程中,由于受其专业特点、技术应用等诸多因素的制约,导致机械工程类职业学院的信息化建设水平并不是特别高,有的学院尽管已经完成了信息化建设,但是在其技术应用方面,依然相对落后,尤其是学院管理信息化方面[1]。
在这种技术相对落后的管理信息化背景下,也必然会对管理工作产生严重的影响。
2.2学院领导对于管理信息化重视程度不足对于机械工程类职业学院而言,其属于一类实践能力以及专业技能要求较高的专业,因此,在进行人才培养以及学院建设方面,其工作重点也大多数放在专业技术培养以及重点学科建设方面,并未对管理工作引起足够的重视,尽管现阶段已经将现代先进的管理理念以及方法应用其中,但在实施过程中,也多数的流于形式[2],这样就很难真正发挥出管理工作在学院发展中的积极作用。
机械论文:机械工程论文范文10篇
机械论文:机械工程论文范文10篇本文是一篇机械工程论文,机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础,结合生产实践中的技术经验,研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和维修各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。
机械工程是工学研究生教育一级学科,工程研究生教育一个领域。
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机械工程论文范文篇一第一章绪论1.1 微型纯电动汽车的研究背景就在中美两国政府投巨资搞电动汽车项目的同时,中国的微型纯电动汽车却在没有任何政府资助,甚至在各地方限制政策压力下,顽强地发展起来。
微型纯电动汽车发展速度远快于其它类型的电动汽车,已成为一个成长和发展中的产业,这与社会的需求和其自身的特点是密切相关的。
城市的公共交通系统需要微型纯电动汽车。
未来的大都市普遍以快速公共交通系统为主,如公共汽车系统、轨道交通系统等。
从人们的住所到公共汽车站或者是地铁站或者是轻轨车站的短距离出行通常是步行,或是以自行车、两轮或三轮摩托车等作为交通代步工具。
然而,随着生活节奏的加快和人们生活水平的提高,时间观念更加深入人心,使用自行车已经不能满足通勤者时间上的需求,需要寻找一种新型的交通工具。
微型纯电动汽车是最好的选择。
微型纯电动汽车具有无污染、低噪声、小体积、低速度和易驾驶等优点,使得它可以穿梭于城市的各种道路,能够直接到达出租车都不能到达的深居小巷,这更是其它大型交通工具所不能企及的。
微型纯电动汽车的最高时速一般为60km/h,虽然比一般小汽车的速度慢,但比步行或骑自行车要快得多,完全能够满足通勤者上下班时节约时间的要求。
因此纯微型电动汽车作为代步工具是相当合适的。
另外,微型纯电动汽车的低速度也提高了它在居住区行驶时的安全性。
驾驶微型纯电动汽车,比驾驶小汽车简单得多,即使老人或者下肢残疾的人,也能操纵自如。
因此,微型纯电动汽车不仅适合于通勤者的快速交通需要,也能为非通勤者的短距离慢速交通提供方便。
机械工程毕业论文范文(通用3篇)
机械工程毕业论文范文(通用3篇)1目前机械专业教学中存在的问题教学内容创新性不足,理论与实践相脱节机械专业的课程包括机械制造、机械绘图、机械设计、电工与电子、模具制造、数控车床、PLC编程等,这些课程都需要在实践中学习和掌握,如果单纯采用传统的课堂教学方式,学生只能盲目地学习书本中的理论,而不能融入先进的案例,就会使学生的创新与实践应用能力逐步下降。
而目前很多机械专业教师依然采用这种以教为主的教学模式,未能够结合项目教学法、实践教学方法、实验教学法等多种教学方式,通过增加教学内容的创新性来培养学生的实践创新能力,出现严重的理论教学与学生实践操作间的脱节情况,导致学生学习兴趣下降,教学效果不理想。
教学方法落后,缺乏实践性目前很多高校依然采用传统的教学模式,单纯注重理论知识的传授,而忽视了学生实践操作能力的培养,造成学生在学习过程中盲目追求理论分数高低,最终不能用其所学理论去指导实践的情况,更无从谈及实践中的创新能力培养。
因此,作为一项以培养学生实践操作能力为主的课程,应当加大课程教学中的实践环节比重,改变传统以课堂理论知识传授为主的教学方式,发展创新教育,为学生在实践中培养创新能力提供有力条件。
“工学结合”教学策略与模式有待进一步完善目前,部分高校依然墨守成规,忽视教学在校园教育发展中的重要作用。
尤其是在人才培养的过程中,未能够与企业及社会发展需求相适应,对机械专业“工学结合”的教学模式与实习实训的重视程度较低,让学生不能够在实践实习中进一步巩固所学理论知识,从而激发起创新灵感。
2机械专业创新教育相关意见培养适合当今企业及社会需要的机械专业应用型、创新型人才,一方面要求高校教育能够充分重视学生专业知识的掌握情况,另一方面也要求高校教育能够与人才实际需求紧密结合,培养一批具有扎实基础知识与较强实践创新能力的机械专业人才。
针对于此,笔者对机械专业教育创新提出几点意见。
创新实践教学体系机械专业以培养技能型人才为主,实践是其人才培养过程的关键环节,要求高校教育能够加强学生理论知识学习与实践应用的结合。
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ZHANG Jiafan1, 3, *, FU Hailun2, DONG Yiming1, ZHANG Yu1, YANG Canjun112 Zhejiang Province Instituteof Metrology,Hangzhou 310027, China3Abstract:and high head have been developed overseas. However, low efficiency and large size are the common disadvantages for the magnetic drive pump. In order to study the performance of high-speed magnetic drive pump, FLUENT is used to simulate the inner flow field of magnetic drive pumps with different rotate speeds, and get velocity and pressure distributions of inner flow field. According to analysis the changes of velocity and pressure to ensure the stable operation of pump and avoid cavitation. Based on the analysis of velocity and pressure, this paper presents the pump efficiency of magnetic drive pumps with different rotated speeds by calculating the power loss in impeller and volute, hydraulic loss, volumetric loss, mechanical loss and discussing the different reasons of power loss between theKey words:1At first look at modern society, more and more robotsand automated devices are coming into our life and servemechatronic devices replacelower levels, essentiallylevels just as the term humanwhich is coined byGOERTZ,et al[2]widely developed in the fields of robothaptic interface to enhance theoperator, also in the excitingplanning, personnel training, and50305035), National Hi-tech Research andChina(863 Program, Grant No. ##), BeijingFoundation of China((Grant No. ##), and ZhejiangScience Foundation of China((Grant No. ##)DUBEY, et al[3], to incorporatesensor and model into humancontrolled teleoperation systems. In their approach, thehuman operator was retained at all phases of the operation,and was assisted by adjusting system parameters whichredundant robotic arms[4]. In recent work[5–6],signal has been used to control thearm and many new concepts were applied in–10]. Several researchers from Koreaand Technology(KIST) introduced[11–12].new exoskeleton-type master arm, inbrakes with the torque sensor beamsreflection[14]. Likewise, the authorsout a 2-port network model to describe the bilateral[15–17].this research, a wearable exoskeleton arm, ZJUESA,system is designed and ateleoperation control system isY ZHANG Jiafan, et al: Novel 6-DOF Wearable Exoskeleton Arm with Pneumatic Force-Feedback for Bilateral Teleoperation·2·explained. This system includes three main levels: ① supervisor giving the command through the exoskeleton arm in safe zone with the operator interface; ② slave-robot working in hazardous zone; ③ data transmission between supervisor-master and master-slave through the Internet or Ethernet. In section 2, by using the orthogonal experiment design method, the design foundation of ZJUESA and its optimal design are presented. Then in section 3, we describe a novel hybrid fuzzy control system for the force feedback on ZJUESA. Consequently, the force feedback control simulations and experiment results analysis are presented in section 4, followed by discussions and conclusions.2 Configuration of the Exoskeleton ArmSystemThe master-slave control is widely employed in the robotmanipulation. In most cases, the joystick or the keyboard isthe routine input device for the robot master-slave controlsystem. The system presented in this paper is shown in Fig. 1.In the system the exoskeleton arm —ZJUESA replaces the joystick as the command generator. It is an externalstructure mechanism, which can be worn by the operator, and can transfer the motions of human upper arm to slave manipulator position-control-commands through the Internet or Ethernet between the master and slave computers. With this information, the slave manipulator mimics the motion of the operator. At the same time, the force-feedback signals, detected by the 6-axis force/torque sensor on the slave robot arm end effector, are sent back to indicate the pneumatic actuators for the force-feedback on ZJUESA to realize the bilateral teleoperation.Since ZJUESA is designed by following the physiological parameters of the human upper-limb, with such a device the human operator can control the manipulator more comfortably and intuitively than the system with the joystick or the keyboard input.3 Design of the Exoskeleton ArmWhat we desire is an arm exoskeleton which is capable of following motions of the human upper-limb accurately and supplying the human upper-limb with proper force feedback if needed. In order to achieve an ideal controlling performance, we have to examine the structure of the human upper-limb.3.1 Anatomy of human upper-limb3.1.1 Upper-limbRecently, various models of the human upper-limbanatomy have been derived. The biomechanical models of the arm that stand for precise anatomical models including muscles, tendons and bones are too complex to be utilized in mechanical design of an anthropomorphic robot arm. From the view of the mechanism, we should set up a morepracticable model for easy and effective realization.Fig. 2 introduces the configuration of human upper-limband its equivalent mechanical model, which is a 7-DOFstructure, including 3 degrees of freedom for shoulder(flexion/extension, abduction/adduction and rotation), 1 degree of freedom for elbow (flexion/extension) and 3 degrees of freedom for wrist (flexion/ extension, abduction/adduction and rotation)[18]. The details about the motion characteristics of these skeletal can be obtained in Refs. [18-20]. Compared to the mechanical model, the shoulder and wrist can be considered as spherical joints and the elbow as a revolution joint. It is a good approximate model for the human arm, and the base for the design and construction of exoskeleton arm-ZJUESA.Fig. 2. Configuration of human upper limband its equivalent mechanical model3.2 Mechanism of the exoskeleton armBecause the goal of this device is to follow motions of the human arm accurately for teleoperation, ZJUESA ought to make the best of motion scope of the human upper-limb and limit it as little as possible. A flexible structure with the same or similar configuration of human upper-limb is an ideal choice. Based on the anatomy of human upper-limb, the joint motion originates from extension or flexion of the图题字号9磅,行距固定值11磅,段前0.3行,段后回车换行1次;图中字号8磅 图题后遇标题时,段后回车换行2次 图前段落,段后回车换行1次双码页面页眉字号8磅,单倍行距,段后1.2磅三级标题字号10磅,斜体,段前0.5行 二级标题字号10磅图片及表格要求: 图表类型 分辨率 灰度 < 150 | > 225 彩色 < 150 | > 225位图 < 600 | > 900CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING·3·muscle and ligament with each other to generate torque around the bones. Compared with the serial mechanism, the movements of the parallel mechanism are driven by the prismatics, which act analogically to the human muscles and ligament. Besides, using the parallel mechanism not only realizes the multi-DOF joint for a compact structure and ligament. Besides, using the parallel mechanism not only realizes the multi-DOF joint for a compact structure of human upper-limb. The 3RPS parallel mechanism is one of the simplest mechanisms. Fig. 3 explains the principle of the 3RPS parallel mechanism. KIM, et al [11], introduced it into the KIST design. Here we follow this concept. The two revolution degrees of freedom embodied in the 3RPS are for flexion/extension, abduction/adduction at shoulder. Its third translation degree of freedom along z axis can be used for the dimension adjustment of ZJUESA for different operators. The prismatic joints are embodied by pneumatic actuators, which are deployed to supply force reflective capability. Also displacement sensors are located along with the pneumatic actuators and the ring-shaped joints to measure their linear and angular displacements. At elbow, a crank-slide mechanism composed of a cylinder and links is utilized for flexion/extension. At wrist, since the abduction/ adduction movement is so limited and can be indirectly reached by combination of the other joints, we simplify the configuration by ignoring the effect of this movement. As shown in Fig. 4, the additional ring the same as that at shoulder for the elbow rotation. Thus our exoskeletonarm-ZJUESA has 6 degrees of freedom totally.Fig. 3. 3RPS parallel mechanismFig. 4. Prototype of the exoskeleton arm-ZJUESA 3.3 Optimization design of ZJUESAAs nentioned above, the best design is to makethe workspace of ZJUESA as fully cover the scope of the human upper-limb motion as possible. We employ the 3RPS parallel mechanism for the shoulder, whose workspace mainly influences the workspace of ZJUESA. The optimal design of 3RPS parallel mechanism for the shoulder is the key point of ZJUESA optimal design. However, it is a designing problem with multi-factors, saying the displacement of the prismatics (factor A ), circumradius ratio of the upper and lower platforms (factor B ), initial length of the prismatics (factor C ), and their coupling parameters (factor A *B , A *C and B *C ) (Table 1) and multi-targets, namely, its workspace, weight, size. So,we use the orthogonal experiment design method with foregoing 6 key factors and Eq. (1) gives the expressionof the optimal target function of this problem: 0, , x r Q F L R θθ⎛⎫=- ⎪⎝⎭, (1)where L 0 is the initial length of the prismatics, R is the circumradius of the lower base in 3RPS mechanism, r is thecircumradius of the upper base in 3RPS mechanism, θ is the expected reachable angle around axis, and xθ is thereachable angle around axis.Table 1. Factors and their levels mm Level rank A B C A *B A *C B *C1 60 0.5 150 - - -2 80 0.438 160 - - -3100 0.389 170 - - - 4 --180---The orthogonal experiment design is outlined because of the ease with which levels can be allocated and its efficiency. The concept of orthogonal experiment design is discussed in Ref. [21] to obtain parameters optimization, finding the setting for each of a number of input parameters that optimizes the output(s) of the design. Orthogonal experiment design allows a decrease in the number of experiments performed with only slightly less accuracy than full factor testing. The orthogonal experiment design concept can be used for any complicated system being investigated, regardless of the nature of the system. During the optimization, all variables, even continuous ones, are thought of discrete “levels ”. In an orthogonal experiment design, the levels of each factors are allocated by using an orthogonal array [22]. By discretizing variables in this way, a design of experiments is advantageous in that it can reduce the number of combinations and is resistant to noise and conclusions valid over the entire region spanned by the control factors and their setting.Table 2 describes an orthogonal experiment design array for 6 key factors [23]. In this array the first column implies the number of the experiments and factors A , B , C , A *B ,表题字号9磅,字体加粗,段后0.3行表中字号8磅,行距固定值11磅,段后回车换行1次数学式前段落,段后回车换行1次表前段落,段后回车换行1次 单码页面页眉字号10.5磅,单倍行距,段后1.2磅 图序与图题间空两格Table 后空一格,表序与表题间空两格缩写点后空一格页码文字周围的图文框宽 1.1 cm ,高0.4 cm ,相对于“页面”水平距离18 cm ,相对于“段落”垂直距离0.4 cm另行排的数学式必须居中,单倍行距,段后回车换行1次Y ZHANG Jiafan, et al: Novel 6-DOF Wearable Exoskeleton Arm with Pneumatic Force-Feedback for Bilateral Teleoperation·4·A *B and B *C are arbitrarily assigned to columnsrespectively. From Table 2, 36 trials of experiments are needed, with the level of each factor for each trial-runindicated in the array. The elements represent the levels of each factors. The vertical columns represent the experimental factors to be studied using that array. Each of the columns contains several assignments at each level for the corresponding factors. The levels of the latter three factors are dependent on those of the former three factors. The elements of the column IV , namely factor A *B , are determined by the elements in the columns I, II, and elements of column V , factor A *C , has the relationship with the elements of columns I, III, and the column VI, factor B *C , lies on the columns II, III.Table 2. Orthogonal experiment design array L36for 6 key factorsExperiment No.A B C A *B A *C B *C Result Q 1 1 1 1 1 1 1 Y 1 2 1 1 2 1 2 2 Y 2 3 1 1 3 1 3 3 Y 3 4 1 1 4 1 4 4 Y 4 5 1 2 1 2 1 5 Y 5 6 1 2 2 2 2 6 Y 6 33 3 3 1 9 9 9 Y 33 34 3 3 2 9 10 10 Y 34 35 3 3 3 9 11 11 Y 35 3633491212Y 36The relation between column IV and columns I, II is that: if level of A is n and level of B is m , the level of A *B is 3(n –1)+m , where n=1, 2, 3 and m=1, 2, 3. All the cases can be expressed as follows:(1, 1)→1 (1, 2)→2 (1, 3)→3; (2, 1)→4 (2, 2)→5 (2, 3)→6; (3, 1)→7 (3, 2)→8 (3, 3)→9.The first element in the bracket represents the corresponding level of factor A in Table 1 and the latter means the corresponding level of the factor B . Factor A *B has totally 9 levels, as factor A and factor B have 3 levels, respectively.Likewise, the relation between column V and columns I, III is(1, 1)→1 (1, 2)→2 (1, 3)→3 (1, 4)→4; (2, 1)→5 (2, 2)→6 (2, 3)→7 (2, 4)→8; (3, 1)→9 (3, 2)→10 (3, 3)→11 (3, 4)→12.Also the relation between column VI and columns II, III is(1, 1)→1 (1, 2)→2 (1, 3)→3 (1, 4)→4; (2, 1)→5 (2, 2)→6 (2, 3)→7 (2, 4)→8;(3, 1)→9 (3, 2)→10 (3, 3)→11 (3, 4)→12.The optimal design is carried out according to the first three columns:1211121235*36*1/91/91/90000000000000,0000001/3000000001/3A A B C B C I Y I Y I Y I Y ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (2)max{}min{}i ij ij K I I =-, (3) where i = A , B , C , A *B , A *C , B *C ; j is the number of i rank. By calculation of the 3RPS parallel mechanism [24–35], the relationship between the target Q and each factor can be obtained, as shown inFig. 5.Fig. 5. Relation between levels of factors and QAccording to the plots in Fig. 5, we can get the superiority and the degree of the influence (sensitivity) of each design factor. The factor with bigger extreme difference K i , as expressed in Eq. (3) has more influence on Q . In this case, it can be concluded that the sensitivity of the factors A *B and A *C are high and factors B *C and C have weak influence, since K A *B and K A *C are much bigger than K B *C and K C . And the set A 3B 1, A 2C 1, A 2, B 1, C 1, B 1C 1 are the best combination of each factor levels. But there is a conflict with former 3 items in such a set. As their K i have little differences between each other, the middle course is chosen. After compromising, we take the level 2 of factor A , the level 1 of factor B and the level 1 of factor C , namely d =80 mm, r /R =0.5, L 0=150 mm [32].It is interesting to know how good the results derived from the above 36 trials are, when compared with all other possible combinations. Because of its mutual balance of orthogonal arrays, this performance ratio can be guaranteed by the theorem in non-parametric statistics [13]. It predicts双数页码周围的图文框,相对于“页面”水平距离1.8 cm量名称与量符号间空一格缩写点与后续文字间空一格CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING·5·that this optimization is better than 97.29% of alternatives. Combined with the kinematics and dynamics simulation of the 3RPS parallel mechanism and ZJUESA with chosen design parameters by ADAMS, we perform the optimal design. Table 3 indicates the joint range and joint torque of each joint on ZJUESA. It is apparent that ZJUESA can almost cover the workspace of human upper-limb well so that it can follow the motion of human operation upper-limb with little constrain, as shown in Fig. 6.Table 3. Joint ranges and joint torques for each jointon ZJUESAJoint on ZJUESA Joint range θ/(°) Joint torque T /(N ·m) Joint density ρm / (kg ·m –3)Flexion/extension(shoulder) -60-60 36 - Abduction/adduction -50-60 36 - Rotation(shoulder) -20-90 18 - Flexion/extension(elbow) 0-90 28 - Rotation(wrist) -20-90 13 - Flexion/extension(wrist) 0-6028 - Abduction/ adduction(wrist)-Fig. 6. Motion of exoskeleton arm following the operator4 Hybrid Fuzzy-Controller for the ForceFeedback On ZjuesaIn master-slave manipulation, besides the visual feedback and man-machine soft interface, the force feedback is another good choice to enhance the control performance. If the slave faithfully reproduces the master motions and the master accurately feels the slave forces, the operator can experience the same interaction with the teleoperated tasks, as would the slave. In this way the teleoperation becomes more intuitive.In our bilateral teleoperation system with ZJUESA, a 6 axis force/torque sensor is mounted on the end effector of the slave manipulator and detects the force and torque acting on the end effector during performing the work. This information is transferred to the master site in real time.With dynamic calculation, the references of the generatingforce on actuators of ZJUESA are obtained. Hereafter, the feeling can be reproduced by means of the pneumatic system.Eq. (4) expresses the relation between the force and torque on the end effector and the torques generating on the joints: T =τJ F ,(4)where F —Force and torque on the end effector,⎛⎫= ⎪⎝⎭f F n ,τ —Torque on each joint, T 126()τττ=τ,J —Jacobian matrix of ZJUESA.By dividing the force arm, it is easy to get to the generating force on the joints, such as shoulder ring, elbow, wrist ring and wrist, as explained by Eq. (5):()TT345645673456f f f f a a a a ττττ⎛⎫== ⎪⎝⎭f , (5)where a i (i =3, 4, 5, 6) is the force arm of the shoulder ring, elbow, elbow ring and wrist joints, respectively.As for the generating force of the prismatics on the 3RPS parallel mechanism, it can be calculated as follows [35]:13RPS 23RPS 3 f F f f f ⎛⎫⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭τG f , (6)where f F G —Jacobian matrix of 3RPS parallel mechanism,3RPS τ—Torques on 3RPS parallel mechanism,()T3RPS 12ττ=τ,f 3RPS —Force on 3RPS parallel mechanism.Therefore, with Eqs. (5), (6), the total seven force references are obtained for the pneumatic system on ZJUESA. Fig. 7 explains the scheme of the pneumatic cylinder-valve system for the force feedback.Therefore, with Eqs. (5), (6), the total seven force references are obtained for the pneumatic system on ZJUESA. Fig. 7 explains the scheme of the pneumatic cylinder-valve system for the force feedback. Therefore, with Eqs. (5), (6), the total seven force references are obtained for the pneumatic system on ZJUESA. Fig. 7 explains the scheme of the pneumatic cylinder-valve system for the force feedback. Therefore, with Eqs. (5), (6), the total seven force references are obtained for the pneumatic system on ZJUESA. Fig. 7 explains the scheme of the pneumatic cylinder-valve system for the force feedback. Therefore, with Eqs. (5), (6), the total seven force references are obtained for the pneumatic system on ZJUESA. Fig. 7 explains the scheme of the pneumatic数学式下方的解释语及其他数学式,各行间单倍行距Y ZHANG Jiafan, et al: Novel 6-DOF Wearable Exoskeleton Arm with Pneumatic Force-Feedback for Bilateral Teleoperation ·6·cylinder-valve system for the force feedback. Therefore, with Eqs. (5), (6), the total seven force references are obtained for the pneumatic system on ZJUESA.Fig. 7. Scheme of the pneumatic cylinder-valve systemp1, v1, a1—Pressure, volume and section area of cylinder chamber 1p2, v2, a2—Pressure, volume and section area of cylinder chamber 2 m p—Mass of the pistona r—Section area of rodm L —Mass of loadThe high-speed on-off valves, working as the command components in the system, are controlled by the pulse width modification(PWM) signals from the control units, respectively. Rather than the proportional or servo valve, this is an inexpensive and widely used method in the application of position and force control in the pneumatic system [23–28]. To simplify the control algorithm, there is just one valve on work at any moment. For instance, when a leftward force is wanted, the valve V1 works and valve V2 is out of work. Under this case, we can control the pressure p1 in chamber 1 by modifying the PWM signals. Chamber 2 connects to the atmosphere at that time and the pressure p2 inside the chamber 2 of cylinder is absolutely ambient pressure, and vice versa. At each port of the cylinder, there is a pressure sensor to detect the pressure value inside the chamber for the close-loop control. And the throttle valves are equipped for limiting the flow out of the chamber to reduce piston vibrations. In our previous work, we gave out the specific mathematic models of the system, including pneumatic cylinder, high-speed on-off valve and connecting tube[33].However, the pneumatic system is not usually a well linear control system, because of the air compressibility and its effect on the flow line. Also the highly nonlinear flow brings troubles into the control. The conventional controllers are often developed via simple models of the plant behavior that satisfy the necessary assumptions, via the specially tuning of relatively simple linear or nonlinear controllers. As a result, for pressure or force control in such a nonlinear system, especially in which the chamber pressure vibrates rapidly, the conventional control method can hardly have a good performance.Fortunately, the introduction of the hybrid control method mentioned, gives out a solution to this problem. But the traditional design of the hybrid controller is always complicated and only available to the proportion or servo valve system. In our system, we figured out a kind of novel hybrid fuzzy control strategy for the high-speed on-off valves, which is much simpler and can be realized by micro control units(MCUs) in the contributed architecture. This strategy is composed of two main parts: a fuzzy controller and a bang-bang controller. The fuzzy controller provides a formal methodology for representing, manipulating, and implementing a person’s heuristic knowledge about how to control a system. It can be regarded as an artificial decision maker that operates in a closed-loop system in real time and can help the system to get the control information either from a human decision maker who performs the control task or by self-study, while the bang-bang controller is added to drive the response of the system much more quickly.Fig. 8 shows the concept of the proposed hybrid fuzzy controller. The concept of multimode switching is applied to activate either the bang-bang controller or the fuzzy controller mode.Fig. 8. Concept of the hybrid fuzzy controllerBang-bang control is applied when the actual output is far away from reference value. In this mode, fast tracking of the output is implemented. The fuzzy controller is activated when the output is near the set point, which needs accuracy control.In the fuzzy-control mode, we use pressure error ref actual()()()e t P t P t=-and its change ()e t as the input variables on which to make decisions. On the other hand, the width of the high voltage in one PWM period is denoted as the output of the controller.As mentioned above, the PC on master site works as the supervisor for real-time displaying, kinematics calculation and exchanges the control data with the slave computer and so on. For the sake of reducing the burden of the master PC, the distributed control system is introduced. Each control unit contains a Mega8 MCU of A TMEL Inc., working as a hybrid fuzzy-controller for each cylinder respectively, and forms a pressure closed-loop control. The controller samples the pressure in chamber with 20 kHz sampling rate当图题后面有注释时,图题前、后各0.3行注释文字字号8磅,单倍行距,最后一行段后回车换行1次CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING·7·by the in-built analog- digital converters. These controllers keep in contact or get the differential pressure signals from the master PC through RS232, as depicted in Fig. 9. In this mode, fast tracking of the output is implemented.Fig. 9. Distributed control system of the master arm5 Force Feedback ExperimentsFig. 10 gives out the set up of the force feedback experiments. The system includes the soft interface, data acquisition, Mega8 MCU experiment board, on-off valves, sensors of displacement and pressure, and the oscilloscope. We chose the cylinder DSNU-10-40-P produced by FESTO Inc. The soft signal generator and data acquisition are both designed in the LabVIEW, with which users may take advantage of its powerful graphical programming capability. Compared with other conventional programming environments, the most obvious difference is that LabVIEW is a graphical compiler that uses icons instead of lines of text. Additionally, LabVIEW has a large set of built-in mathematical functions and graphical data visualization and data input objects typically found in data acquisition and analysis applications.Fig. 10. Set-up of force feedback experimentThe plots in Fig. 11 give out experimental results of the chamber pressure outputs with step input signals on one joint. While at frequencies higher than 80 Hz, force is sensed through the operator’s joint, muscle and tendon receptors, and the operator is unable to respond to, and low amplitude disturbances at these frequencies. We remove reflected force signals above 80Hz band by fast Fourier transfer (FFT) and get the smoothed curve in the plots. One is obtained by using hybrid control strategy and another is obtained by using traditional fuzzy controller without bang-bang controller. Although these two curves both track the reference well with very good amplitude match (less than 5% error) and a few milliseconds misalignment in the time profile, by comparing these two curves, it can be found that the adjust time of the curve with hybrid control strategy is less than 0.03 s, which is much less than 0.05 s of other with traditional fuzzy controller. It proves effect of the hybrid control strategy.Fig. 11. Experimental results with a step signalFig. 12 shows the results of tracking a sinusoidal commander. This experiment…up to 5 Hz frequency sinusoidal command well.Fig. 12. Experiment results for sinusoidal pressure commandsY ZHANG Jiafan, et al: Novel 6-DOF Wearable Exoskeleton Arm with Pneumatic Force-Feedback for Bilateral Teleoperation ·8·After then, another two experiments are carried out torealize the bilateral teleoperation with simple motion, inwhich the slave manipulator is controlled for the shoulderabduction/ adduction(the movement of a bone away/toward the midline in the frontal plane) and extension/flexion of elbow(the movement in the sagittal plane) by theteleoperation with ZJUESA.In the first experiment, the operator performs theshoulder abduction/adduction movement with ZJUESA,when the slave robot follows and holds up the load. Withthe force feedback on ZJUESA, the operator has feeling asif he holds the load directly without the mechanicalstructure, as shown in Fig. 13. Plots in Figs. 14, 15 showthe torque and force on each joint on ZJUESA during theshoulder abduction/adduction movement from 45° to 90°(in the frontal plane) with 5 kg load. There are some remarks. In plots of Fig. 14 shoulder 3RPS-x means the torque around x-axis of 3RPS mechanism at shoulder and the same to shoulder 3RPS-y. Shoulder ring, elbow, wrist ring and wrist represent the torques on these joints, respectively. The characters shoulder 3RPS-1, shoulder 3RPS-2 and shoulder 3RPS-3 in Fig. 15 represent corresponding force on the cylinders on 3RPS parallel mechanism (referring to Fig. 3) with length L1, L2 and L3, respectively.Fig. 13. Shoulder abduction/adduction teleoperation Fig. 14. Torques on the joints of the shoulderabduction/adduction for 5 kg load liftingFig. 15. Force feedback on the cylinders of the shoulder abduction/adduction for 5 kg load liftingThe operator teleoperates the slave manipulator with force feedback as if he performs for lifting a dumbbell or raising package in daily life(Fig. 16). Fig. 17 shows the moment on each joint during the process for producing the feeling of lifting a 10 kg dumbbell. Fig. 18 depicts the force output of every pneumatic cylinder on ZJUESA.Fig. 16. Extension/flexion for elbow teleoperationFig. 17. Torques on the joints of the elbowextension/flexion for 10 kg load liftingAll these results of experiments demonstrate the effect of ZJUESA system. ZJUESA performs well by following the motions of human upper-limb with little constrain and the pneumatic force feedback system supplies a proper force feedback tracking the reference well.。
机械工程学报的latex模板
机械工程学报的latex模板《机械工程学报》是一本著名的、以机械工程学为主题的学术期刊。
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工程机械专业毕业论文范本
工程机械专业毕业论文范本进入21世纪,工程机械行业已成为机械行业的重要组成部分,各种工程机械在工程施工过程中被广泛地应用。
下文是店铺为大家搜集整理的关于工程机械专业毕业论文范本的内容,欢迎大家阅读参考!工程机械专业毕业论文范本篇1浅谈工程机械空调系统【摘要】随着工程机械制造工艺的发展和人们生活水平的提高,人们对工程机械驾驶室内环境的追求也越来越高。
因此,可以提高用户舒适度的空调系统也越来越显示出了它的重要地位。
总体来看,工程机械空调系统今后将会朝集成化和控制自动化方向发展。
【关键词】工程机械空调系统质量衡量前言目前就我国的工程机械空调系统而言,其与国外产品还有明显差距。
主要表现在系统的匹配、功率的换算以及元件的稳定性等方面均不如发达国家的同类产品。
出现上述问题的原因在于我国工程机械事业起步较晚,对工程机械配套的空调系统设计、匹配计算、元件认识还不够深刻,实验不够全面及充分。
因此,国内企业需要进行完善的工程机械空调系统设计和试验,准确计算驾驶室制冷或制热的功率消耗,通过试验来进行分析和验证初始设计匹配的正确性。
一.工程机械空调系统广义上的空气调节是指在一年中的任何环境条件下,将室内或者某空间内的温度、湿度、空气流速以及清洁度等始终能够维持在人体感觉较为舒适范围内。
这种技术统称为空气调节技术,用于调节空气的设备叫做空气调节装置,简称空调。
空调是对室内或某个空间内的空气进行制冷、制热、加湿、除湿、净化或过滤,并将处理后的空气通过鼓风机或其他方式送回室内,使返回室内的空气符合人们舒适度的要求工程机械空调是空气调节工程的一个分支,空调装置在工程机械上的应用,改善了工程机械的操作环境,提高了驾驶员的操作舒适度。
二.工程机械空调的作用通常,工程机械工作环境比较差,操作人员的冷的作业地区,空调的应用就显得尤为重要工程机械空调的最主要的功能是对驾驶室内空气的湿度、温度、气流流速和清洁度等影响因数进行调节,使操作人员感到舒适,并去除挡风玻璃上的雾、霜、雪,保证操作人员身体健康和行车安全。
《机械工程学报》论文模板
《机械工程学报》论文模板
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《机械工程学报》投稿格式
《机械工程学报》和《中国机械工程学报》(原《机械工程学报(英文版)》)是由中国科学技术协会主管、中国机械工程学会主办的学术期刊。
作为中国机械工程技术领域的权威学术期刊,两刊紧密把握机械工程学科的发展方向,着重报道具有综合、基础、开发和边缘性质的科技成果和先进经验,发表具有国内、国际先进水平的学术论文。
刊登论文的主要类型包括机械工程及其相关领域的前沿性综述研究、高水平基础理论研究和高应用价值工程技术应用研究,多数属于国家或省部级资助项目。
《机械工程学报》为月刊(创刊于1953年),《中国机械工程学报》为双月刊(创刊于1988年),内容不重复。
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机械工程论文范文
机械工程论文范文实践出真知,在生产实习实践中培养学生的动手能力,用理论指导实践,在实践中深化理论。
下面是店铺为大家推荐的机械工程论文,供大家参考。
机械工程论文范文一:农业机械产品DNA的构成研究企业研发的产品也应该像生物体那样,产品的遗传信息也是储存在产品DNA当中,具备家族式的特征,每一代产品较之上一代产品能以半保留的复制方式延续,具有相似性和继承性的同时也具有诸多创新。
产品DNA是企业不断发展变化中半保留式发展的核心,企业在不同时期,面对不同群体的产品特征会有或多或少的变化,但是体现产品形象的核心不会变,风格特征、形象内涵也不会变。
其是通过诸多元素的继承、变化、发扬而逐渐树立的。
而这些元素就是产品DNA,由此可见,产品DNA是企业参与国际竞争的有利武器,对于企业形成自己的风格、树立与延续品牌及企业形象、创造消费文化、培养消费者对品牌的忠诚度有着关键意义。
产品DNA的构成研究产品DNA的构成,业内一般习惯从显性因素、隐性因素两个方面进行深入研究。
产品DNA的显性因素也就是产品的外在形象,是直接表现在外的诸多因素。
它包括外部识别特征和内部识别特征两部分。
产品外部的识别特征一般认为是由造型、色彩、线条、材质、肌理、结构等方面构成;产品的内部识别特征一般认为是由操作界面、操作方式、操作模式、使用品质等等方面构成。
产品DNA的是产品间接表现的意象的内容,体现出产品的气质、性格特征。
产品DNA的隐性因素一般认为是由企业的发展历史、企业文化、品牌形象、品牌内涵、制造工艺、核心技术特征等一些独特的、明显区别于其他企业的因素构成。
在新产品开发设计中产品DNA的显性因素与隐性因素需要有意识的、恰当、和谐的融合。
具体的说就是将产品的外在特征与企业文化内涵和谐的融合,通过工业设计的若干手段转化成独特、鲜明的产品识别特征[2]。
新产品开发中产品DNA的提取新产品开发设计中研究产品DNA的提取是产品DNA 设计的首要内容之一,一般习惯从宏观和微观两个方面出发进行设计。
机械工程专业优秀毕业论文范本基于仿生设计思想的新型机械结构优化研究
机械工程专业优秀毕业论文范本基于仿生设计思想的新型机械结构优化研究为了满足题目要求,本文将按照毕业论文的格式来展开讨论。
不过在论文正文开始前,还是先给出一个简要的摘要,以方便读者了解论文的主要内容。
摘要:本文基于仿生设计思想,对机械工程中的机械结构进行了优化研究。
首先,我们介绍了仿生设计思想的基本概念和应用价值。
接着,我们详细分析了现有机械结构的不足之处,并提出了一种新型的机械结构优化方法。
通过对比实验验证,我们证明了该优化方法的有效性。
最后,我们对未来机械工程中基于仿生设计思想的发展进行了展望。
1. 引言1.1 课题背景1.2 研究目的和意义2. 仿生设计思想的基本概念和应用价值3. 现有机械结构优化方法的不足4. 基于仿生设计思想的新型机械结构优化方法4.1 仿生设计思想在机械工程中的应用4.2 新型机械结构优化方法的原理和步骤5. 实验验证与结果分析5.1 实验设计5.2 实验结果5.3 结果分析和讨论6. 发展前景6.1 仿生设计思想在机械工程中的潜在应用6.2 研究的局限性和未来的改进方向1. 引言1.1 课题背景在机械工程领域,结构优化是提高机械性能和效率的重要方法。
传统的机械结构设计多为基于经验和人工优化的结果,这在一定程度上限制了机械设备的发展和创新。
为了克服这一问题,本研究采用了仿生设计思想,探索新型机械结构的优化方法。
1.2 研究目的和意义本研究的目的是基于仿生设计思想,通过优化机械结构的形态和材料,提高机械设备的性能和可靠性。
通过对不同材料和形态的结构进行比对,可以得到更加合理和高效的机械结构设计方法,为机械工程的发展提供参考和指导。
2. 仿生设计思想的基本概念和应用价值2.1 仿生设计思想的基本概念仿生设计是通过模仿自然界的生物结构和生物过程,将其应用于工程设计中的一种方法。
仿生设计在许多领域中得到了广泛应用,如飞行器设计、材料科学和机器人技术等。
该设计思想的核心目标是在不同层面上解决复杂的工程问题。
《机械工程学报》论文的写作要求
《机械工程学报》论文的写作要求1 论文结构和格式论文结构和格式请参考网站“下载中心”的“论文投稿模板论文投稿模板论文投稿模板”,页面设置参数页面设置参数页面设置参数如下:2 摘要论文的中、英文摘要是国内外数据库收录的主要内容,作者应给予高度重视。
作者在写作时应注意:(1) 摘要应具有独立性和自明性,拥有与文章同等量的主要信息,达到即使不阅读全文也能获得主要的信息。
(2) 摘要应包括下列内容:研究的目的目的目的;采用的方法方法方法;试验的结果结果结果;得出的结论结论结论。
(3) 摘要的长度:中文以中文以300~500字为宜字为宜,中英文的意义意义意义要要保持一致保持一致。
(4) 在语言表达方式上注意下列问题:排除在本学科领域已经成为常识的内容,不要简单重复篇名中已经表述过的信息; 如实地反映所做的研究工作,提供尽可能多的定量的信息,不可进行自我评论,不应有如:“…… 属于首创”;“…… 尚未见报道”等;采用第三人称第三人称第三人称的写法,不用“本文“、“”“作者作者作者””和“笔者笔者””等;缩略语和简称首次出现用全称首次出现用全称首次出现用全称,并给出简称。
关键词不用缩略语和简称,已通用的除外;摘要中不要使用图、表和参考文献,一般不分段落; 英文摘要采用被动语态被动语态被动语态、现在时,不要出现“Author”,“this paper ”等 。
3 前言前言简要说明研究的目的、范围、相关领域的前人工作与现状(也称文献综述,尤其近年的发展现尤其近年的发展现状和文献状和文献),理论依据、试验基础和研究方法,作者的意图、预期的结果及其作用和意义。
应言简意赅,不要与摘要雷同,不要成为摘要的注释。
一般教科书中已有的基本理论、试验方法和基本方程的推导,在前言中不必赘述。
如实评述,防止吹嘘自己和贬低别人,避免宣传性的用语。
对出现的比较专业化的术语或缩写词进行定义和说明,后文中出现时不必再解释,前言中尽量不要出现图。
《机械工程学报》论文模板
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本文旨在……(简述研究的背景、目的、方法和结果)。
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(具体描述实验或模拟结果,并对结果进行分析和讨论)
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接受日期:年月日
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机械工程学报论文
机械工程学报论文在现今的社会之中,我们在机械工程这门科学上已经有了跨越式的进步,在我国机械工程的进程中,自动化技术的应用使其达到跨越式的发展。
下文是店铺为大家搜集整理的机械工程学报论文的内容,欢迎大家阅读参考!机械工程学报论文篇1浅析自动化技术在机械工程中的应用科学技术是第一生产力,在当前科学技术不断发展进步的推动下,机械工程与自动化技术的结合越来越紧密,在实际的生产应用中,自动化技术已经广泛的深入到机械工程中去了。
自动化技术分为很多种,当前,在中国,应用最广泛的主要有集成自动化技术、柔性自动化技术和智能自动化技术,我们可以从这点入手,对自动化技术在机械工程中的实际应用进行深入的分析和介绍。
我们当前的经济发展模式越来越提倡可持续性发展,为了满足这一要求,越来越多的企业开始广泛应用自动化技术,这也在一定程度上促进了自动化技术的普及。
1、自动化技术的相关定义和发展现状自动化技术的广泛推广是有其现实依据的,将这项技术应用到机械工程中去,可以在提高生产效率的同时不断的促进经济的稳步发展。
随着自动化技术在企业和相关行业中的普及应用,我们对于自动化技术的要求越来越严格,对于这项技术的研究也越来越复杂。
我国正处于科学技术飞速发展的时期,尽管我们的相关技术的发展水平有了一定程度的提高,但是,我国机械自动化水平仍然有待提高,现状依然十分严峻。
1.1 机械自动化的定义我们通常所说的机械自动化就是指运用机器装置将操作和控制的过程实现自动化。
我们主要通过事前对相关机械进行预设,然后运用相关程序达到自动操作或者自动控制的目的。
这种技术的广泛应用符合我国经济可持续发展和科技强国的发展理念,它的广泛运用有利于为我国的机械生产行业开拓新的发展前景和发展方向。
这也是市场经济发展的必然趋势,毫不夸张的说,自动化技术在机械生产中的应用决定着相关企业的成败。
1.2 我国机械工程中应用自动化技术的现状在传统的机械化生产应用中,我们的机械工程制造只能实现单一的、片面的系统应用,这使得企业的生产效率和生产效益都受到很大的影响。
关于工程机械毕业论文范文
关于工程机械毕业论文范文工程机械智能化发展趋势不仅意味着工程机械需改变传统的运营模式,还需改变机械的运转操作流程,将其以集成化与智能化形式融入工程机械工作流程中,从而提高工程机械的工作效率,降低资源损耗,使工程机械能够高效率完成施工项目要求。
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关于工程机械毕业论文范文一:工程机械产业国际竞争力影响因素分析一、国际竞争力国际竞争力并不是一个抽象的概念,国际竞争的强盛与否,与地区、政策、产业规模、核心技术等因素息息相关。
对于国际竞争力的分析,需要我们从这几方面入手,立足于相关因素的客观事实,合理分析,理性判断从而得出结论。
(一)地区因素包含了自然环境因素和人文社会因素两大部分资源的丰富程度、位置的方便程度是我们分析自然环境因素的出发点。
社会人文因素主要包括基础设施的建设、人口潜力、人们的文化水平。
就我国而言,主要工程机械产业分布在华中、华东地区,这一地区蕴含丰富煤炭、铁矿、水能资源等自然资源,为工程机械产业的发展提供了良好的物质基础。
而且,这一地区地理位置较为优越,生产成本大大降低,我们不难看出,我国的工程机械产业有着先天性的自然优势。
华中、华东地区作为我国经济增长点,国家不断投入资金,进行基础设施的改造与升级,其完善程度与发达国家相差无几,该地区人口密集,为工程机械产业提供了大量的劳动力,巨大的人口潜力,使得这一地区的消费消费能力极强,成为工程机械产业主要的国内市场,务实、勤劳的传统精神,开拓进取的现代思想,使得这一地区充满了生机与活力。
这样的地区因素使之我国的工程机械产业有着巨大的潜力与勃勃生机,在国际上的竞争优势变得十分明显。
(二)政策因素主要包含国家政策、地区政策、企业自身的管理政策等方面改革开放以来,我国将经济建设放在首位,成为压倒一切的核心任务。
国家大力支持工程机械产业的发展,给予税收等诸多方面的优惠,在国家层面上促进其发展,地区政府为了保证本地区经济发展的速度与水平,也是不遗余力的帮助、扶持相关产业的发展,在地区层面给予诸多优惠政策,企业自身也在不断地提高自身的管理水平,不断地借鉴国外优秀的管理经验,使得管理体制与国际接轨,在企业管理层面为自身的发展扫清障碍。
中国机械工程学报2篇
中国机械工程学报
中国机械工程学报是由机械工程学会主办的学术期刊,
旨在推动机械工程学科的研究与发展。
本期刊囊括了机械工程领域的各个方面,包括设计与制造、材料与加工、控制系统与自动化等。
下面将分别介绍两篇文章的主题及其内容。
第一篇文章的主题是“先进制造技术在机械工程中的应用”。
该篇文章围绕着先进制造技术在机械工程领域中的应用进行了详尽的探讨。
首先,文章介绍了先进制造技术的概念和发展历程。
随后,文章详细介绍了先进制造技术在机械设计和制造过程中的应用案例,并分析了其带来的效益与挑战。
最后,文章总结了先进制造技术对于机械工程领域的意义和影响,并提出了未来的发展方向和研究重点。
第二篇文章的主题是“自动化控制系统在机械工程中的
应用与优化”。
该篇文章探讨了自动化控制系统在机械工程领域中的广泛应用和优化方法。
文章首先介绍了自动化控制系统的基本原理和分类,进而详细介绍了在机械工程中常见的自动化控制系统及其应用案例。
随后,文章分析了自动化控制系统的局限性和存在的问题,并提出了优化方法和策略。
最后,文章总结了自动化控制系统在机械工程中的作用和前景,并展望了未来的发展趋势和挑战。
通过这两篇文章的阅读可以了解到先进制造技术和自动
化控制系统在机械工程中的重要性和应用前景。
这些领域的研究将推动机械工程的发展,提高制造业的效率和质量。
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基于神经网络的双层辉光离子渗金属工艺预测模型(二号黑体)*董宏林1闫颖鑫2王科俊2段广仁2(四号仿宋)(1. 南京理工大学计算机科学与技术学院南京210094;(五号宋体)2. 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001)摘要(小五黑体):将人工神经网络理论和算法应用于双层辉光离子渗金属工艺的研究,在对网络进行训练的基础上,建立了双层辉光离子渗金属工艺与渗层表面成分和元素总质量分数、渗层厚度和吸收率之间的数学模型,试验结果与计算结果十分吻合。
(小五宋体)关键词(小五黑体):双层辉光人工神经网络预测模型(小五宋体)中图分类号(小五黑体):TG156(小五Times New Roman)Research on ANN-based Prediction Model Used to Double Glow PlasmaSurface Alloying Processing(小三)XXX(姓大写) Xxxxxx XXX Xxxxxx(小四)(1.College of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100081;2.School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030 )(五号)Abstract(小五黑体):The theory and the algorithm of the artificial neural network are applied in the research of the technique and the composition, the gross mass fraction of element, the thickness of surface alloying layer as well as the absorption rate is built. The calculation results are in good agreement with the experimental results.(小五)Key words(小五黑体):Double glow Artificial neural network Prediction model0 前言(四号宋体)(五号宋体)双层辉光离子渗金属技术是我国在国内外都获得专利的一项等离子表面冶金新技术[1-4],它可以在普通材料表面形成具有特殊物理、化学性质的表面合金层。
双层辉光离子多元共渗是一个非常复杂的问题,各种合金元素在源极表面溅射的特性、工件表面的沉积扩散,等离子体空间传输存在较大的差异。
而且宏观工艺参数较多,它们之间相互作用关系复杂,以往人们都是借助于经验,很难找到反映其内在规律的数学模型。
人工神经网络理论的提出与发展为研究非线性系统提供了一种强有力的工具,它已成功的应用于许多研究领域,在材料热处理学科的应用越来越受国家自然科学基金资助项目(7150080050)。
xxxxxxxx收到初稿,xxxxxxxx收到修改稿(六号宋体,此处为角注,和正文分开)到重视[5-6]。
首次以美国HAYEN公司生产的Hastelloy C—2000镍基耐蚀合金为源极,进行Ni-Cr-Mo-Cu多元共渗工艺研究。
利用人工神经网络技术,建立了双层辉光离子渗金属工艺与渗层合金成分及合金元素总质量分数、渗层厚度和吸收率之间的预测模型。
1 试验方法和试验方案(四号宋体)1.1 试验方法渗金属试验在自制双层辉光离子渗金属炉中进行,源极材料为Hastelloy C—2000合金,尺寸为130 mm×50 mm×4 mm,工件材料为20钢,尺寸为80 mm×25 mm×3 mm。
采用脉冲放电模式:源极采用直流电源,工件采用脉冲电源。
源极材料Hastelloy C—2000的质量分数:w Ni=59%,w Mo=16%,w Cr=23%,w Cu=1.6%,w C<0.01%。
671.2 试验方案(五号黑体)为了选定正交试验各个工艺参数的取值范围,先结合以往试验研究的经验,然后又进行了20余炉的摸索性试验,确定了正交工艺参数。
正交试验按照L16(45)正交表进行试验。
指标项目为渗层表面合金元素成分及总质量分数、渗层厚度和吸收率。
因素水平表如表1所示。
表1因素水平表(小五黑体)因素(六号宋体)水平1 2 3 4源极电压U/V 1 050 1 000 950 900工件电压U/V 275 250 350 300气压p/Pa 35 30 45 40极间距d/mm 15 20 25 22.52 数学模型在网络学习部分,采用三层BP神经网络来完成函数的映射。
误差逆传播神经网络是一种具有三层或三层以上的阶层型神经网络,如图所示为一个三层前馈神经网络:它包括输入层、隐含层(中间层)、输出层;输入层有i个节点,隐含层有j 个节点,输出层有t个节点。
上、下层之间各神经元实现全连接,即下层的每一单元与上层的每一单元都实现权连接,而每层各神经元之间无连接。
网络按有教师示教的方式进行学习,当一对学习模式提供给网络后,神经元激活值从输入层经各中间层向输出层传播,在输出层的各神经元获得网络的输入响应。
这以后,按减小希望输出与实际输出之间误差的方向,从输出层经各中间层逐层修正各连接权值,最后回到输入层。
图1 典型BP网络示意图(小五宋体)算法步骤:(1) 设置初始权系w(0)为较小的随机非零值。
(2) 给定输入/输出样本对,计算网络的输出:设第p组样本输入、输出分别为u p=(u1p,u2p,…,u np)d p=(d1p,d2p,…,d np) p=1,2,…,L节点i在第p组样本输入时,输出为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡==∑jjpijipipΙtwftxfy)()]([(1)式中I jP——在第p组样本输入时,节点i的第j个输入f是激励函数,采用Sigmoid型,即xexf+=11)((2) 可由输入层经隐层至输出层,求得网络输出层节点的输入。
(3) 计算网络的目标函数J。
设E p为在第p组样本输入时网络的目标函数,取L2范数,则[])(21)(21)(21)(2223tetydtydtEkkpkkpkpppp∑∑=-=-=(3) 式中y kp(t)——在第p组样本输入时,经t次权值调整网络的输出,k是输出层第k个节点网络的总目标函数为)()(tEtJpP∑=(4)作为对网络学习状况的评价。
判别:若J ≤ε(5) 式中ε——预先确定的,ε≥0则算法结束,否则,至步骤(4)。
(4) 反向传播计算。
由输出层,依据J按“梯度下降法”反向计算,逐层调整权值。
-=∂∂-=+)()()()()1(twtwtJηtwtwijijijij)()()()(twtwtwtEηijijp ijpΛ+=∂∂∑(6)式中η——步长或称为学习率,本文中n取1 000 000,η取0.93 计算结果与比较为检验程序的可靠性与实用性,对双层辉光离子多元共渗工艺参数:源极电压、工件电压、极间距、气压对渗层表面的合金元素总质量分数、渗层厚度、各合金元素质量分数、吸收率(工件增重/源网络训练准确可靠,同时又具有一定的推广能力,在正交试验16组数据中选择13组作为训练样本,余下的3组以及正交优化工艺作为检测样本。
经过1000 000次训练的试验数据与计算结果的比较见表2、表683。
表2预测渗层表面的成分编号质量分数w/%Ni Cr Mo Cu5 49.881 14.695 11.365 1.605 预测值51.734 16.962 11.211 1.661 12 50.514 16.691 14.071 0.912 预测值51.171 17.509 13.048 0.415 16 50.290 19.164 6.480 1.308预测值50.826 18.104 7.8130 1.33317 57.168 19.655 14.732 1.353预测值59.891 20.107 12.163 1.403从表2、表3可以看出训练样本和检测样本的网络实际输出值与期望值都很接近,说明应用神经网络描述双层辉光离子渗金属工艺参数与渗层的表面合金成分和合金总质量分数、渗层厚度、吸收率之间的映射模型是十分有效的。
表3人工神经网络训练与预测值试验编号源极电压U∕V工件电压U∕V极间距d∕mm气压p∕Pa吸收率s∕% 渗层厚度δ∕μm 元素总质量分数w∕%试验值预测值试验值预测值试验值预测值1 1 1 1 1 70.900 70.587 34.5 34.579 87.496 87.4372 1 2 2 2 61.200 60.871 36.5 36.380 89.796 89.2373 1 3 3 3 33.330 32.847 19.0 19.245 84.895 84.5084 1 4 4 4 44.650 44.401 21.0 20.871 77.579 77.3215* 2 1 2 3 48.100 47.753 25.5 24.950 77.546 76.796 17* 1 2 1 1 79.340 80.920 38.0 38.459 92.908 92.210注:*为检测样本值,试验编号17为正交优化工艺(六号宋体)4 结论(1) 。
(2) 。
(3) 。
(4) 。
参考文献(五号黑体)[1]IMLACH J, BLAIR B J, ALLAIRE P. Measured andpredicted force and stiffness characteristic of industrial magnetic bearings[J]. Trans. ASME J. Tribol., 1991, 113:784-788.[2]ANTILA M, LANTTO E, ARKKIO A. Determination offorce and linearized parameters of radial active magnetic bearings by finite element technique[J]. IEEE Trans. on Magn. 1998, 34(3):684-694.[3]MIZUNO T, ARAKI K, BLEULER H. Stability analysis ofself-sensing magnetic bearing controllers[J]. IEEE Trans.Contr. Syst. Technol., 1996, 4:572-579.[4]DA VID C, MEEKER E H, MYOUNGYU D N. Anaugmentanaugmented currents model for magnetic bearings force and linearized parameters of radial active magnetic including eddy currents, fringing, and leakage[J]. IEEE Trans. on Magn. , 1996, 32(4):3 219-3 227.[5]CHAN T H, CHEN S L. Exact linearization of avoltage-controlled 3-pole active magnetic bearing system[J].IEEE Trans. Contr. Syst. Technol., 2002, 10(4):618-625.[6] 朱祖超. 超低比转速高速离心泵的理论研究及工程实现[J].机械工程学报,2000,36(4):30-33.ZHU Zuchao. Theoretical study and engineering implementation of super-low-specific-speed highspeed centrifugal pumps[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2000,36(4):30-33.非英文的参考文献采用非英文、英文双语形式作者简介(六号黑体):徐江(通信作者),男,1973年出生,博士研究生,主要研究方向为表面改性方面的研究。