机电一体化工程论文范文参考关于机电一体化工程的优秀论文范文【10篇】

机电一体化工程论文范文参考关于机电一体化工程的优秀论文范文【10篇】 机电液一体化系统是一个多学科交叉、技术密度高的复杂系统,主要包括机械、液压、控制等子系统,其子系统间存在着相互作用、相互影响的耦合关系.机电液一体化系统涵盖多个学科内容,不仅包括传统的结构力学、流体力学、控制理论、人工智能等,也包括现代的人机工程学等.对于机电液一体化系统,如采用传统设计方法,运用各子系统或学科顺序设计方法进行设计,忽略了各子系统或学科之间的相互影响和耦合作用,使设计结果常常不是最优解,而且设计效率低、周期长,设计成本高.机电液一体化系统的设计具有明显的“多学科”特点,属于典型的多学科设计问题.随着现代结构力学、流体力学和控制学等理论的不断完善和计算机科学技术的迅速发展,人们能够采用更高精度的模型进行子系统或学科分析与设计,各子系统或学科设计均取得了长足的进步.因此,如何综合协调各个子系统进行多学科设计已成为机电液一体化系统设计的关键问题. 多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization, MDO)是在复杂系统的设计过程中集成了不同学科的知识、分析与建模理论以及计算方法,采用有效的优化策略,充分体现了学科间的相互作用而产生的协同效应,获得整个系统的最优解.多学科设计优化是一种充分利用和考虑系统所涉及的多学科间的相互影响和耦合作用、使整个系统的综合性能达到最优的设计优化方法.多学科设计优化技术是利用合适的优化策略去组织和管理优化设计过程的基本思想,通过分解、协调等方法将整个系统分解为若干与当前工程设计组织形式相一致的子系统,以达到可以充分利用现有的各学科分析设计工具手段,在分布式计算机网络上利用各学科或子系统现有的知识与经验,对系统进行整体设计的目的,从而缩短系统设计周期,降低产品开发成本,有效提高产品竞争力. 由于多学科设计优化问题常常具有设计变量和约束条件的类型复杂,数量巨大,各部分、各子系统之间存在着互相耦合等特点,导致很难建立优化模型并且难以找到有效的优化算法.多学科设计优化存在两类耦合因素：一是多个领域都需要对其进行优化设计的变量,即系统变量或交叉变量；二是某个领域计算的结果作为另一个领域的输入,即相关变量或耦合变量.机电液一体化系统的设计涉及到机械、液压和控制等学科,包括了整体方案与结构参数的优化、系统性能的综合优化,难以解决设计全局和全过程的问题.机电液一体化系统的优化能否得到圆满解决,主要取决于能否建立合理的优化模型和选择适合于优化模型的有效优化算法. 因此,本文引入在航空领域迅速发展起来的解决复杂系统设计与优化的多学科设计优化方法,对机电液一体系统的优化设计方法进行了较全面的研究,探讨多学科优化方法在机电液一体化系统设计中应用的可行性和适用性.论文以机电液一体化系统设计优化模型与优化算法为核心,包括机电液一体化系统设计优化方法的分析、优化模型的建立与简化、寻优策略、联合仿真技术应用研究、集成优化平台的搭建、并联机器人系统优化等.论文的主要工作包括以下几个方面： 1、机电液一体化系统设计优化模型构建与简化 针对机电液一体化系统总体设计的特点,将机电液一体化系统划分为机械、液压和控制等3个相对独立的子系统.在子系统分析的基础上,建立了各子系统的数学分析模型,提取了设计参数,明确了各子系统的输入和输出参数以及它们之间的相互耦合关系,构建了机电液一体化系统的优化模型.对近似模型技术进行了研究,将二次响应面和kriging近似模型应用于机电液一体化系统的优化设计中.研究表明,在机电液一体化系统优化设计中,采用近似模型替代原有复杂的、高精度分析模型进行优化迭代计算,大大减少了优化计算量,有效提高了计算效率,解决了机电液一体化系统优化中的计算瓶颈问题,具有较强的工程实用性. 2、机电液一体化系统设计优化模型寻优策略与算法研究 对现有的优化方法和优化算法进行了分析研究,并应用不同优化方法、单优化算法以及不同优化算法组合对建立的机电液一体化系统优化模型进行优化分析.研究表明,传统优化算法优化时间短,对于单峰问题优化效果较好；对于多峰问题,智能优化算法优化效果较好,但优化时间较长.因此,选择全局探索+局部寻优的混合优化策略对机电液一体化系统优化模型进行优化,首先采用全局智能优化算法搜索确定最优值范围,再用局部传统优化算法获得最优解.通过实例验证,采用混合优化算法,快速高效,精度高,而且获得的是全局最优解. 3、基于联合仿真的机电液一体化系统集成优化平台的构建 提出了机电液一体化系统仿真优化一体化思想与实现方法,研究了CATIA、 ADAMS、ANSYS、MATLAB软件之间的接口,基于优化软件ISIGHT软件平台,集成了CATIA、ADAMS、ANSYS、MATLAB软件,搭建了机电液一体系统的仿真优化平台,有效地利用了CATIA软件的虚拟样机建模、AMESim软件的液压系统建模、ADAMS软件动力学仿真、ANSYS软件静力学分析和MATLAB软件控制仿真的功能以及ISIGHT软件的集成优化功能,实现了基于联合仿真的机电液一体化系统集成优化.通过实例验证,表明采用搭建的基于联合仿真的机电液一体化系统设计优化平台进行优化是可行的,结果是可靠的. 4、并联机器人系统的仿真优化 在搭建的仿真优化平台上对并联机器人进行联合仿真和集成优化研究.通过仿真优化验证了机电液一体化系统近似模型和优化算法的有效性,显著降低了整个系统设计优化模型优化的计算时间,大大提高了系统设计效率. 机械工程与电子计算机、自动控制的协同集成,组成了种类多样的机电一体化(Mechatronics)产品或系统.这类产品在开发过程中常常会涉及到多个学科领域专家的协作,虚拟样机技术正是解决多专家协同设计的有效途径,同时,基于虚拟样机的设计思路也是解决机电一体化产品前期概念设计需求的有效方法. 随着光学系统的应用领域不断扩展,凝集大量研究成果的装备走出实验室进入实际应用环境.处于恶劣振动环境下的高精度激光加工设备、测量设备和车、机、弹等运载激光系统,不可回避机械振动对成像质量、测量精度和目标跟踪瞄准精度的影响.本文以激光通信和高能激光武器的ATP技术需求为应用背景,研究了振动环境下光学系统的光束稳定与振动控制技术.论文完成的主要工作有： 1、基于几何光学及矩阵光学理论,针对近轴光学系统的振动失调量的预估分析,推导了光学透镜和平面反射镜的振动失调光束传输变换矩阵,给出了光学透镜和平面反射镜在三维位移失调状态下的光线传输追迹方程,建立了光学系统的三维振动失调光束传输的递推模型,为光路系统的振动失调量的预估分析提供了理论方法,并为光束稳定自适应控制的仿真分析奠定良好基础.以某聚焦扩束望远镜系统的振动失调光束传输预估问题为例,用C+语言编制了分析计算程序,得到了合理的预估分析结果. 车辆ISD悬架是一种由,Inerter(惯容器)-Spring(弹簧)-Damper(阻尼器)”组成的新型悬架的简称,该悬架以惯容器代替质量元件,改变了基于经典隔振理论的“质量-弹簧-阻尼器”传统悬架结构,解决了运用机电模拟理论研究传统悬架时,质量元件等效为电路元件必须作“接地”处理,从而造成机电元件对应关系不对称的问题.ISD悬架的出现为研究车辆悬架振动控制和隔振技术提供了新的思路和空间,同时也提出了一系列新的课题.因此,研究ISD悬架的动力学特性、拓扑结构设计方法及其应用于车辆的关键技术,具有重要的学术价值和工程指导意义. 本文主要研究新型机械元件惯容器以及基于动力吸振原理的ISD悬架设计的若干理论问题和关键技术.从惯容器的动力学特性、ISD悬架的机电模拟理论和机械阻抗分析方法、基于动力吸振理论的ISD悬架建模与参数优化、ISD悬架的动力学特性及其隔振机理、ISD悬架的拓扑结构设计方法与实现方案、ISD悬架中的惯容器研制与性能测试、车辆ISD悬架系统台架试验等方面,开展了深入而系统的研究,主要工作如下： 建立了惯容器的动力学模型,分析了惯容器中的非线性因素,对可变惯质系数的惯容器、惯容器与阻尼器一体化等新技术进行了剖析.针对ISD悬架的新特点,对研究中涉及的相关基础理论,包括机电模拟理论、机械阻抗分析方法和机械网络综合理论等进行了较系统的论述. 提出了基于动力吸振原理的ISD悬架结构设计理论和方法,并创新设计了ISD悬架结构.分析了传统动力吸振器的结构形式、动力学特性及工作机理,剖析了传统动力吸振器在车辆中应用的效果和问题.通过对含惯容器的动力吸振器与传统动力吸振器的机械阻抗特性的比较研究,证明了两者的机械阻抗特性具有等效性,揭示了惯容器弥补传统动力吸振器缺陷的机理.在此基础上,设计了基于动力吸振原理的ISD悬架结构,分别研究了单质量和双质量ISD悬架模型,并推导了基于1/4车辆的双质量ISD悬架的状态方程和传递函数.针对ISD悬架设计的多参数、多目标特点,提出了基于多目标遗传算法ISD悬架参数优化设计方法,并结合实例进行了优化设计. 构建了基于“惯容器-弹簧-阻尼器”的广义机械网络的元件理想匹配关系,揭示了新型机械网络中元件连接方式的振动控制固有属性.通过研究ISD悬架的振动传递特性,揭示了该新型悬架由于惯容器质量阻抗的引入而产生的多元振动传递本质,及其具有的衰减和抑制低频振动的性能特点.分析了ISD悬架中主弹簧刚度、副弹簧刚度、惯质系数和阻尼系数等四个元件参数对振动传递特性的影响,推导了悬架无阻尼自由振动的频率特性,获得了元件参数对ISD悬架性能的影响规律和作用机理.研究了基于“惯容器-弹簧-阻尼器”的广义机械网络的隔振机理和力传递特性,构建了具有较好隔振效果的元件理想匹配关系,即：惯容器与弹簧宜串联,惯容器与阻尼器宜串联,弹簧与阻尼器串并联皆可. 提出了ISD悬架的机械网络拓扑结构分析和设计方法,并对改进三元件拓扑结构进行了关键技术设计.定义了最具代表性的简单三元件拓扑结构,分析了车用机械网络的拓扑属性和结构特点,设计了一类最适宜ISD悬架应用的改进三元件拓扑结构.提出了ISD悬架相对于惯质系数的性能敛散性分类方法,可用于快速筛选有效的ISD结构.在综合比较5种有效的改进三元件ISD悬架性能基础上,证明了L4结构的ISD悬架在该类结构中性能最为理想.基于动力吸振原理的ISD悬架就是L4结构的ISD悬架,且符合广义机械网络的元件理想匹配关系,证明了设计和研究方法的科学性、有效性. 最后,开发惯容器和基于动力吸振原理的ISD悬架系统,并进行试验研究.论述了ISD悬架中的惯容器选型方法,对螺母旋转式滚珠丝杠惯容器的设计流程进行分析,研制了惯容器样件并进行性能测试,得出研制的惯容器基本符合理论模型,能够满足试验要求.在此基础上,设计了基于动力吸振原理的ISD悬架系统样机,将ISD悬架装配为一体式压杆结构,采用正弦输入和随机输入两种模式,进行台架性能试验.试验结果表明：与等刚度的传统被动悬架相比,在正弦输入条件下,基于动力吸振原理的ISD悬架低频段的性能指标均方根值明显降低；在随机输入条件下,ISD悬架的性能指标均方根值均低于传统被动悬架.车速为40km/h时,ISD悬架的悬架动行程均方根值下降了16.24%,车身加速度和轮胎动载荷均方根值也得到明显改善.试验结果和理论研究相符,进一步证明基于动力吸振原理的ISD悬架能够有效改善低频段工作性能,明显降低悬架动行程均方根值,兼顾改善车身加速度和轮胎动载荷均方根值,较好协调了悬架平顺性与安全性之间的要求. 本文的研究工作,揭示了ISD悬架的工作机理、本质特性以及优于传统被动悬架的显著特点,将惯容器理论和动力吸振原理相结合所设计的ISD悬架,可以解决传统动力吸振器在车辆应用中遇到的诸多问题,丰富和拓展了悬架设计理论,为改善悬架性能和技术创新提供了新的方向. 论文结合小鸭集团产品-滚筒洗衣机实际工程需求,在建立系统动力学模型的基础上,系统研究了关键零部件参数的动态优化设计方法,最后通过商用CAE软件和实验验证了该方法的有效性.论文取得了以下结论与成果: (1)根据滚筒洗衣机结构,并考虑实际工况,利用矢量法建立了洗衣机的六自由度动力学模型.在此基础上,分析了洗衣机中各关键零部件参数对外筒振幅的影响规律,研究了系统运动过程中的两种平衡方式(液压平衡与固体平衡器),并最终遴选出最佳平衡方案. (2)根据虚拟样机设计过程流程,在商用软件平台Pro/E与MSC. ADAMS上运用多体动力学理论进行滚筒洗衣机整机建模,分析了系统的动态特性与振动机理. (3)在对各关键零部件参数灵敏度分析的基础上,揭示出各部件参数对外筒振幅的影响规律.利用虚拟样机技术,以滚筒洗衣机外筒径向振动幅值均方根值为目标,采用线性规划方法对参数化样机模型进行优化设计. (4)基于Simulin