《机床与液压》2026年第11期导读展会快讯

目次与摘要

2026-11

工业机器人专栏

基于知识图谱与工作模态分析的机器人全工作空间动力学特征智能表征方法

谭波，王照宇，毛新勇，刘红奇，李娟

华中科技大学机械科学与工程学院

【摘要】针对工业机器人在大范围工作空间内结构动力学特征难以高效表征与自动获取的难题，提出一种融合领域知识图谱与工作模态分析的智能表征框架。构建面向机器人结构动力学特征的领域知识图谱模式层，实现高维、多源动力学概念与关系的结构化语义表征；将工作模态分析方法嵌入知识图谱构建流程，提出OMA-KG数据层自动构建方法，以实现海量位姿下模态参数的在线辨识与知识化存储；以ABB IRB6660机器人为实验对象，在全工作空间47组典型位姿上验证了所提框架的有效性。结果表明：成功构建了包含2 434个节点、5 684条关系的知识图谱，节点数较融合前减少42.5%，有效消除了冗余。平行坐标系图显示，机器人的1-5阶固有频率与各关节转角呈现显著相关性，验证了位姿对动力学特性的主导作用。该方法能够显著提升动力学特征的获取效率与知识重用能力，为机器人铣削振动分析与工艺优化提供了新的理论工具与数据基础。

一种索杆复合驱动四自由度并联机器人
赵子龙¹，邵华²，温明瑶³

1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室

2.武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室

3.武汉科技大学精密制造研究院

【摘要】针对汽车轮胎研发中表面花纹激光雕刻的加工需求，设计一种索杆复合驱动的四自由度并联机器人。该机构采用索杆混合驱动方案，具有成本低、易解耦、可用工作空间大的优点。提出一种基于柔索张力特性与多类工作空间特性的主动力参数优化方法，开展静力学分析，并建立相应的静力学模型。在不同主动力参数下，分析柔索在预设轨迹运动中拉力极值的变化规律，并根据柔索张力特性初步优化主动力参数的范围。根据力封闭可行工作空间、力螺旋可行工作空间与姿态工作空间的要求，分析不同主动力参数条件下机构工作空间利用率的分布情况。最后，通过对比上述工作空间的性能指标，确定该构型下机器人系统的最佳主动力参数组合为：t_set=55.0 N,K=350.0 N/m。该研究为复杂曲面工件的高效激光加工提供了新型刚柔复合驱动解决方案，在汽车智能制造领域具有应用潜力。

随机海况下运动补偿平台的响应研究

丁宁，武文浩，唐文静，刘宇

中国民航大学航空工程学院

【摘要】针对随机海况下船舶纵摇、横摇、垂荡运动影响海上作业安全，而现有波浪补偿平台研究多采用简化正余弦函数模拟船舶运动、忽略随机海况动态特性的问题，提出一种基于势流理论与傅里叶变换的运动补偿平台响应研究方法，旨在分析随机海况下并联补偿平台的驱动力、功率消耗及补偿性能。基于势流理论，对随机海况下船舶的纵摇、横摇、垂荡等主要运动进行时域模拟仿真，获取浮体运动的时域信号数据；运用傅里叶变换，将模拟得到的船舶运动时域信号转换为频域信号；借助ADAMS仿真软件，构建波浪补偿平台的仿真模型，将上述处理后的船舶运动数据作为输入，模拟补偿平台在随机海况下的动态响应过程。联合分析与仿真验证结果表明：所设计的并联补偿平台具有一定的补偿能力，可消除90%以上的纵摇、横摇和垂荡运动量，有效抵消随机海况的干扰，保证了上平台具有一定的平稳性，证明了方法的有效性；仿真过程同步获取了补偿平台各作动器在工作时的具体功率消耗数据，明确了在随机海况下平台正常运行时所需的驱动力。研究结果为船用波浪补偿液压平台的初期设计提供了作动器功率与驱动力等关键参数参考。

基于数字孪生机器人的作业环境感知与虚实碰撞检测技术研究

陈俊，孙文磊，李品文，常文轩，刘国良新疆大学机械工程学院

【摘要】为提升数字孪生机器人系统在线示教过程的安全性和对于机器人作业环境的感知力，设计一种基于数字孪生的机器人环境感知与碰撞检测框架。结合增强现实技术所提供的交互方式与应用接口，以Unity3D平台为基础，建立机器人虚拟模型孪生场景并同时与增强现实设备建立三端通信，实现物理实体到孪生可视化映射；通过AR设备改变机器人示教交互方式，支持操作者通过手势规划机器人运动路径，提升人机交互的自然性与操作效率；利用传感器数据流获取的深度信息进行三维重建，构建机器人末端执行器与工作环境的八叉树模型，结合混合现实设备手势识别功能，实现对虚拟机器人进行手势示教的同时进行碰撞干涉并产生负反馈，系统通过混合现实设备直观映射给操作者，提升数字孪生作业环境下的感知力与人机协作交互感。结果表明：体素下采样有效降低了点云密度，提升了八叉树构建与碰撞检测效率；手势示教实验中，虚拟机器人能跟随手部运动规划路径，直线段轨迹平稳，弧线段存在轻微数据丢包但仍满足抓取路径需求；碰撞检测试验中，当虚拟机器人末端与重建场景点云发生干涉时，系统能及时报警并停止跟随，验证了碰撞检测的有效性。该研究为工业机器人在非结构化环境下的智能运维与人机协作提供了新的技术路径。

绳驱动外肢体机器人运动学建模及性能分析
齐飞，郑宏儒，孙露，葛奕玮，刘先军
常州大学机械与轨道交通学院

【摘要】针对绳驱动外肢体机器人运动控制过程中存在的控制精度问题，提出一种刚柔耦合绳驱动外肢体机器人运动学建模方法，以实现对外肢体机器人的精确控制。基于D-H参数法和欧拉变换原理，构建绳驱动外肢体机器人的正运动学模型，精确描述外肢体机器人各关节的位置与姿态。通过解析法推导出绳驱动外肢体机器人的逆运动学模型，以分析机器人关节参数与驱动绳长之间的关系。最后，搭建外肢体机器人样机，并通过理论仿真和运动控制实验对所建模型的准确性进行验证。结果表明：绳驱动外肢体机器人具有较好的柔顺性和灵活性，其末端位置的最大偏差为6.9 mm，最小偏差为1.8 mm，总体位置偏差的平均值为4.5 mm，在理想误差范围内，证明了所建运动学模型能够有效描述外肢体机器人的运动状态和变形特性。

基于时间-冲击最优的焊接机械臂轨迹优化

张鑫¹，周志敏¹，葛红恩¹，张智超¹，赵兴海²

1.山东科技大学机械电子工程学院

2.新汶矿业集团有限责任公司

【摘要】针对液压缸内壁焊接修复过程中焊接机械臂的焊接效率与轨迹平稳性难以兼顾的问题，提出一种焊接机械臂时间-冲击协同优化轨迹规划方法。采用五次B样条曲线对关节空间运动轨迹进行插值，实现关节位移、速度、加速度及加加速度的高阶连续约束；构建以运动时间和关节冲击为目标的多目标优化模型，并通过双非线性动态调节的惯性权重和学习因子对粒子群算法进行改进。最后，利用MATLAB软件进行仿真及实验验证。结果表明：所构建的五次B样条曲线能够实现多路径点的平滑轨迹规划，其关节位移、速度、加速度、加加速度运动曲线平滑、无突变现象，运动时间保持在理想区间内，实现了关节空间中运动时间和关节冲击的优化；所提改进粒子群算法相较标准粒子群算法的最优时间由12.80 s减小至10.52 s，运行效率提高了17.81%，最佳适应度由2.76减小至2.33，最优解质量提升了15.58%，验证了所提算法在焊接机械臂修复液压缸的轨迹规划中的可行性。

基于粒子群算法的六轴机械臂时间最优轨迹规划库设计与应用

李纪松，陈为

青岛科技大学自动化与电子工程学院

【摘要】针对六轴机械臂时间最优轨迹规划中粒子群算法复杂、计算量大的问题，提出一种改进的粒子群时间最优轨迹规划方法。基于3-5-3分段多项式，设计改进的粒子群算法（PSO），在学习因子中引入可调变化率参数h，调节粒子从“个体探索”转向“群体学习”的速率，并分别与传统PSO、混合PSO及三角函数PSO 3种算法的精度与运行速度进行对比。结合目前广泛应用的PLC控制软件CODESYS，设计并封装轨迹规划算法功能库，通过ARB1410机械臂的D-H参数配置轴组模型，模拟机械臂运动控制。仿真结果表明：改进粒子群算法优化后，机械臂经全部路径点的总运动时间从9 s缩短至5.83 s，各关节位置曲线平滑无突变，速度与加速度均在约束范围内；在优化性能相近的前提下，较混合PSO，改进PSO的运行时间从1.25 s缩短至0.97 s。最后，使用伟创AD70系列伺服电机和驱动器进行伺服实验，利用Trace工具得出的电机运动曲线符合仿真实验数据，验证了轨迹的平滑性与算法的有效性。

基于点云信息的建筑钻孔机器人自主作业规划方法研究

费菲，张振山，崔国华，卢声耀，王雅兰上海工程技术大学机械与汽车工程学院

【摘要】针对复杂建筑施工环境中人工钻孔效率低、作业平面存在倾斜或遮挡等问题，提出一种集平面拟合-路径规划-法向找正于一体的建筑机器人钻孔作业规划方法及流程。基于目标点驱动的双约束判据，对RANSAC算法进行改进，实现作业平面的精准筛选并有效滤除障碍物点云。通过提取目标钻孔平面的法向量，引导机械臂末端工具调整作业姿态，完成法向找正功能。同时，采用自适应目标偏置采样和动态步长控制策略优化RRT^*-Connect算法，在不同避障环境中实现寻路时间最短与路径最优。搭建“感知-规划”一体化的现场和仿真实验平台，结果显示：机械臂法向找正的平均精度为1.35°，路径避障成功率达96%，验证了钻孔平面拟合与机械臂路径规划方法的可靠性，为建筑高危作业的自动化提供了可行的解决方案。

基于改进速度势场法的人机协作避障方法研究

李传寰，刘潇晗，武庆松，王宪伦

青岛科技大学机电工程学院

【摘要】针对人机协作（HRC）场景中人体运动的随机性与动态环境变化导致传统避障算法路径不平滑、易产生局部振荡及安全距离冗余等问题，提出一种融合动态协作避障指数（DCAI）的改进速度势场法。通过人体运动预测数据构建动态协作避障指数，建立主动式避碰安全策略，实时调整最小安全距离阈值，力求将人机交互风险降至最低；在此基础上，为提高机械臂路径规划算法的平滑性和避障能力，引入该指数来改进速度势场法，重构吸引与排斥速度模型，实现动态膨胀排斥势场边界；最后结合虚拟目标点策略，解决速度势场法中存在的局部振荡问题。仿真结果表明：无障碍物时机械臂关节角度、角速度和角加速度曲线全程连续平滑，无速度突变；有障碍物且启用虚拟目标点策略后，机械臂角速度波动显著减小，成功避免了局部振荡。人机协作实验中，机械臂运动分为初始直线、避障触发和抵达目标3个阶段，各关节角度及角速度曲线连续无突变，35~60采样步的避障触发阶段出现可控波动，但虚拟目标点策略有效抑制了振荡，启停阶段无速度冲击，最终所有关节速度趋近于0，验证了所提方法在动态人机环境下的鲁棒性与实用性。研究结果可为后续多协作人员和多障碍物情况下的机械臂实时避障提供参考。

采摘机器人抓取器拓扑设计及自适应控制研究

何丹，马晓晓，褚新建，贾钰峰

新疆科技学院信息科学与工程学院

【摘要】针对当前采摘机器人柔性抓取器在控制复杂性和稳定性方面存在的问题，提出一种考虑接触特性的柔性手指设计方法。结合接触目标的拓扑设计，并引入接触应力约束，以直接获得具有低接触应力和良好适应性的柔性手指结构。探讨虚拟弹簧刚度、体积分数、设计域大小等设计参数对柔性手指拓扑优化结果的影响；选择两种柔性手指结构进行比较分析，实验结果验证了该设计方法的有效性，开发一种自适应双手指抓取器，使其能够在不增加额外传感器和控制系统的情况下实现无损抓取，并分析了不同驱动模式下抓取器的自适应和接触性能。结果表明：手指1、2的接触应力和合力响应数据吻合，最大标准偏差分别为1.8%和0.6%；采摘机器人抓取器1、2的最大有效负载分别为34、37 N，有效负载与重力比分别为39.08∶1和44.05∶1；样机测试成功抓取橙子、苹果等不同形状水果，验证了形状适应性和尺寸适应性。

面向工业机器人抓取的视觉测量控制策略研究

崔燕平¹，尹章轩²，丁攀³

1.郑州经贸学院智慧制造学院

2.郑州工商学院工学院

3.河南农业大学机电工程学院

【摘要】针对单一视觉系统在工业机器人抓取任务中测量精度、视野范围及抗干扰能力有限的问题，提出一种面向机器人抓取的组合视觉传感器系统。该系统结合了大视场的全局视觉系统和高局部分辨率的局部视觉系统，重点关注组合传感器系统的校准和支架姿态测量。介绍组合视觉系统的系统配置和工作策略，提出组合视觉坐标系的校准方法，其中全局视觉系统作为外部测量设备，用于精确校准局部视觉；提出一种基于局部视觉系统的姿态估计方法，包括基于形态学的图像增强和基于主成分分析的拐角点识别方法。为了验证所提组合视觉测量策略的有效性和准确性，进行组合校准及夹具姿态测量等验证实验。结果表明：组合校准后，局部视觉系统坐标系下孔中心距离的平均误差最小为0.08 mm，转换为机器人工具中心点后的孔中心距平均误差为0.204 mm，全局视觉系统跟踪下的平均误差为0.14 mm；支架拐角距离实测值与真实值的平均误差为0.07 mm，接近局部视觉系统坐标系自身测量精度；所提拐角检测方法在不同形状、尺寸和放置姿态的支架上均能准确提取目标拐角。所提机器人传感器校准方法提高了校准精度，所提拐角点检测方法对于不同的支架检测应用有效且准确。

基于风偏控制的封网机器人设计及应用

梁俊君

广东电网有限责任公司中山供电局输电管理所

【摘要】为提高输电线路封网作业的自动化水平和安全性，降低人工封网作业风险，保障电网建设和运维的稳定性，研制一种集行走、牵引及在线能源管理于一体的封网机器人系统。基于功能分析，完成行走机构、挂拆防坠机构、控制系统及能源在线补给系统的设计，重点研究机器人牵引力、风速与风向角对跨越网风偏响应的影响规律。结果表明：随着风向角增大，跨越网最大风偏水平位移逐渐增大，垂直位移逐渐减小；跨越网最大风偏位移与风速成正比，与机器人牵引力成反比；当基本风速为10 m/s，风向角为90°，机器人牵引力为600 N时，跨越网水平最大风偏位移为2.412 m，垂直最大风偏位移为0.440 m，均符合封网安全防护要求。基于风偏控制分析，提出基于实时风速的自适应牵引控制策略，并研制质量15 kg、最大牵引力1 200 N的封网机器人样机，开展封网作业。结果表明：该机器人显著提升了封网作业的效率与安全性，具有良好的工程推广前景。

智能制造与控制技术

面向多区块喷涂交界区域的异向错位轨迹优化

王国磊¹，刘兴杰¹，王明阳²，

姚艳彬²，刘世超³，李智勇⁴

1.清华大学机械工程系

2.中国航空制造技术研究院

3.中航西安飞机工业集团股份有限公司

4.中航工业昌河飞机工业(集团)有限责任公司

【摘要】针对喷涂飞机等大尺寸对象时多区块交界区域涂层均匀性差的问题，提出一种多区块间异向错位喷涂轨迹的整体优化方法。建立自由曲面上任意走向轨迹搭接的描述方法及涂层厚度均匀性优化模型；设计一种基于椭圆双β模型和参数预计算的涂层厚度高效仿真计算方法，能够显著减少高分辨率曲面涂层厚度的计算时间，为喷涂轨迹的大规模迭代优化奠定基础；提出一种先基于改进广度优先策略对交界区域冗余喷涂路径进行剪枝，再利用差分进化算法对喷枪速度与喷涂距离进行优化的组合优化算法。最后，采用自由曲面样件与某型机翼下表面开展轨迹优化实验。结果表明：涂层厚度仿真计算用时减少了80.6%，优化后的涂层厚度均方差不大于7 μm²，最大偏差不大于10%。该方法可有效提升交界区域的涂层厚度均匀性，为飞机整机及大部件喷涂中常见的交界涂层质量优化问题提供了一种可行的解决方案。

基于双通道信息选择网络与SCSO-SVM的刀具磨损状态识别

曹琦¹，陈保家¹，徐超²，徐罗军²，徐义²

1.三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室

2.湖北特种设备检验检测研究院宜昌分院

【摘要】针对单一传感器数据训练刀具磨损状态识别模型时易受训练数据有限的影响，导致过拟合、泛化能力差、预测精度低等问题，提出一种双通道信息选择网络与沙猫群优化（SCSO）支持向量机（SVM）的多传感器信息融合刀具磨损状态识别模型。采用滑动窗口变化点检测（WSD）对刀具磨损进行阶段划分，并利用小提琴图验证其合理性；基于改进的选择性内核网络（SKNet）构建双通道信息选择网络作为特征提取器，结合SVM实现对刀具磨损状态的分类识别；最后，利用SCSO算法优化SVM的参数，进一步提升模型的准确率。实验结果表明：WSD方法成功将刀具磨损划分为4个阶段，小提琴图显示各阶段数据分布存在显著差异，验证了分阶段的合理性；双通道输入（时域+频域）的平均识别准确率达95.45%，较单通道时域（87.40%）和频域（91.29%）分别提高8.05%和4.16%；增加传感器数量可提升准确率，使用全部7个传感器时准确率为95.45%，而仅使用1个传感器时为78.12%。该方法能够有效融合多传感器信息，准确识别刀具的磨损状态，并缓解单一传感器数据不足导致的识别准确率低等问题。

融合强化学习与NSGA-III的高维多目标柔性作业车间调度低碳优化方法研究

覃兵兵¹, 宋俊^1,2，王宸^1,2，陈纪初¹，陈锐¹

1.湖北汽车工业学院汽车智能制造学院

2.电池关键材料绿色智能制造技术湖北省重点实验室

【摘要】针对高维多目标柔性作业车间低碳调度问题（MaOFJLCSP），提出一种基于双Q-learning的NSGA-III算法——Q-NSGA-III，构建以完工时间、机器能耗、机器负荷、碳排放量为优化目标的MaOFJLCSP。针对模型特点，设计一种佳点集混合随机初始化方法生成初始种群，提高种群初始覆盖率和早期搜索效率；设计双Q-learning的状态空间、动作选择和奖励函数，引入Boltzmann探索策略以动态调整交叉、变异概率，提升算法的动态学习与适应能力，实现搜索强度与多样性的有效平衡；对工序变异算子进行滑动插入变异；最后进行变领域搜索，以避免在迭代后期种群陷入局部最优，并且采用熵权TOPSIS法选出具有较强的客观性与适应性的最优解。最后，将Q-NSGA-III应用于测试算例和实际算例进行对比仿真。结果表明：在测试算例中，完工时间降低了25.9%，机器能耗降低了18.7%，机器负载降低了12.6%，碳排放降低了13.8%。验证了该算法在求解时能够获得更优的Pareto前沿解集，综合性能表现良好，为实际生产中的低碳车间调度决策提供了有效的方法支持。

基于新型滑模趋近律的PMSM自抗扰转速控制器设计

王晓，毛帅，于圣仟，丁丽，刘剑

山东理工大学电气与电子工程学院

【摘要】针对永磁同步电机(PMSM)应用传统滑模控制(SMC)控制转速时存在抗扰能力弱的问题，提出一种融合新型滑模趋近律与线性扩张状态观测器(LESO)的复合转速控制策略。通过引入与系统状态相关的可变增益，提出一种新型滑模趋近律，并在此基础上设计新型滑模控制器(NSMC)。考虑到电机运行时易受各种未知扰动的影响，导致转速控制精度下降，结合自抗扰控制思想，在转速环中引入线性扩张状态观测器，以实时估计并补偿由外部负载扰动和电机参数摄动构成的集总扰动，从而增强系统在滑模趋近段的抗干扰能力，提高系统的整体鲁棒性。最后，通过仿真与实验对比传统SMC与改进的NSMC。结果表明：在方波指令下，所提复合控制策略的转速调节时间由传统SMC的34 ms缩短至26 ms；突加突减负载时，转速恢复时间分别由34 ms减至28 ms以及由30 ms减至12 ms；参数摄动时，改进的NSMC转速跟踪误差范围显著小于传统SMC，验证了NSMC的有效性与优越性。

超磁致伸缩换能器的分数阶滑模控制策略研究

闫洪波，谢凯，黄建，郭德刚，唐程

内蒙古科技大学机械工程学院

【摘要】针对超磁致伸缩换能器磁滞非线性及材料本构关系的分数阶特性导致传统整数阶控制策略存在跟踪误差大、抗干扰能力弱等问题，提出一种基于分数阶微积分的滑模控制策略。通过建立非线性动力学模型，引入Caputo分数阶微积分算子以更准确描述系统特性；在此基础上，设计分数阶滑模面与控制率，结合饱和函数抑制抖振，并利用Lyapunov稳定性理论证明控制策略的稳定性。实验结果表明：阶跃控制实验中，系统稳定时间约为0.5 ms，超调量小，响应速度明显优于整数阶滑模控制；50、100 Hz正弦控制实验中，系统最大误差分别约为0.36、0.43 μm，相对误差分别约为6%和7.2%；频响曲线显示分数阶滑模控制在低频段具有更高增益、更宽带宽和更大相位裕度，动态响应与稳定性更优；抗干扰实验中，分数阶滑模控制能够更快地使系统从扰动中恢复稳定，表现出更强的鲁棒性，证明了控制策略的有效性。所提出的分数阶滑模控制策略能够有效描述GMA的分数阶动力学特性，显著提升系统的跟踪精度、动态响应能力和抗干扰性能，相较于传统整数阶滑模控制具有明显优势。

面向未知参数变量泵的最优跟踪控制算法

陆星宇¹，贾炳一^2，3，梁俊炜²，王志文^1，3

1.山东科技大学交通学院

2.山东科技大学机械电子工程学院

3.山东省矿山智能装备协同开采技术重点实验室

【摘要】针对参数未知的变排量液压泵系统存在的强非线性、参数不确定、难以精确建模等问题，提出一种基于自适应动态规划的最优跟踪控制方法。首先，建立涵盖斜盘机构、负载腔与先导腔的四维非线性连续时间模型；在此基础上，设计一种无需先验参数知识的自适应最优控制策略。该方法基于贝尔曼最优性原理，构建近似的Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) 方程，并利用在线Q学习技术，通过神经网络和基函数逼近的方式学习Q函数及最优控制律。控制器在系统运行过程中动态更新控制策略，实现最优能耗与精确压力跟踪的协同控制。仿真结果表明：与传统PID控制算法相比，该方法不依赖系统精确建模，能够在未知参数或扰动存在的情况下，持续学习并逼近最优控制律；其流量跟踪均方根误差为0.021 L/min，较PID（0.087 L/min）降低75.9%；仿真1累计控制输入能量较PID降低约51.3%，收敛时间缩短56.9%，验证了所提算法在控制精度、能耗性能与抗扰能力方面均优于传统PID控制方法，表现出更强的适应性和稳定性；引入高频负载扰动后，系统流量误差仍维持在3 L/min以内（波动小于3%），约5 s收敛，验证了该方法的强鲁棒性。综上所述，该方法在斜盘调节、压力跟踪及能耗控制方面具有优越性，表现出较强的鲁棒性与适应性。

基于模糊自适应预测时域的履带机器人井下路径跟踪控制系统设计

李永明¹，朱东方¹，张坤²，张全旗²，王烁²

1.山东能源集团有限公司

2.山东科技大学山东省机器人与智能技术重点实验室

【摘要】针对煤矿井下狭窄巷道内履带式地坪机器人转弯半径小、路径曲率变化大导致路径跟踪精度与鲁棒性不足的问题，提出一种模糊自适应变预测时域模型预测控制方法。基于泰勒线性化建立离散误差模型，以横向偏差和参考轨迹曲率为输入，设计一种预测时域在10~50内自适应调节的模糊控制器，并构建控制时域为10、采样时间为0.2 s、松弛因子为5的模型预测控制（MPC）；以固定预测时域（N_p=25）MPC和PID控制器作为对比，开展双移线及不同车速条件下的轨迹跟踪仿真。结果表明：在双移线工况下，与固定预测时域MPC相比，所提方法的平均绝对误差和均方根误差分别由0.025、0.034 m降至0.009、0.011 m；与PID相比，均方根误差、最大绝对误差和平均绝对误差分别由0.159、0.352、0.132 m降至0.034、0.098、0.021 m，分别提升78.7%、72.2%和84.4%。在速度鲁棒性测试中，x=60 m处4、8 km/h工况下的误差分别为0.08、0.10 m，均低于固定预测时域MPC的0.12、0.18 m。因此，所提方法能够显著提升复杂路径下的跟踪精度、动态响应能力与鲁棒性。

基于PLC与物联网的多通道PID温度控制系统设计

刘丽芳¹，孟志刚¹，焦续军²

1.开封大学智能制造学院

2.开封一通电炉有限公司

【摘要】针对以可编程逻辑控制器(PLC)为核心的温度控制系统存在无法实现无线通信、远程下载、温度稳定性差及抗干扰能力差等问题，设计一种基于PLC和物联网(IOT)的多通道比例-积分-微分(PID)温度控制系统。该系统不仅可以实时调节温度，而且通过消息队列遥测传输(MQTT)协议，利用第三方云平台实现无线数据监控、远程控制及 PLC程序的远程下载。在开发温控系统的基础上，开展多通道温度稳定性和抗干扰性测试。结果表明：系统实际温度可通过PID控制算法跟随设定值变化，在稳态下温度稳定性可达到±0.1 ℃。此外，通过云平台监控界面可实时获取温度、电压和电流等数据，触发报警后，移动设备（如手机）能够实时接收报警消息。

钛合金薄壁大齿圈加工工艺试验研究

高永亮，张孝辉，李金宝，刘通，王琨

北京卫星制造厂有限公司

【摘要】大型构架式可展开支撑臂传动系统中的钛合金薄壁齿圈具有径向尺寸大、精度要求高、结构刚性弱等特点，其精密加工难度极大。针对该类零件在加工过程中存在的变形控制难、表面质量差等问题，提出 “端面定位+内孔支撑” 的复合装夹策略，设计专用内支撑夹具，成功将装夹变形引起的端面跳动控制在0.01 mm 以内，解决了薄壁零件精密磨削的变形控制难题；采用绿碳化硅磨料砂轮开展精密磨削工艺试验，系统探究工具材料、砂轮转速、进给量和进给速度对加工表面质量的影响规律。结果表明：绿碳化硅砂轮凭借优异的化学稳定性和磨削性能，可有效解决钛合金磨削过程中出现的黏刀与堵塞难题；当砂轮转速为1 500 r/min、进给量为0.006 mm、进给速度为0.1 m/min 时，精密磨削效果最佳，最终获得表面粗糙度为0.13 μm 的加工表面，显著提升了齿形表面质量。

液压基础件

低噪声比例方向阀流固耦合振动特性研究

周成¹，谢敬宇²，刘宏玥²，陈英龙²

1.武汉第二船舶设计研究所

2.大连海事大学船舶与海洋工程学院

【摘要】比例方向阀通过移动阀芯位置来控制流体的流向及流量，其阀口节流引发的流动状态可能引起剧烈的流场噪声及阀体振动，最终影响设备稳定性、工作环境安全性及系统高效性。准确识别和预报比例方向阀的流致振动特性及噪声规律，是采取针对性吸隔声手段和降噪措施的前提条件。面向某型低噪声比例方向阀的实际应用场景，基于模态分析及单向流固耦合方法，通过数值仿真手段，分别研究比例方向阀自身结构的动力学响应特性及流致振动特性，探明了其振动响应特性及不同阶段的振动能级变化规律。试验结果表明：在考虑流体存在的情况下，减振降噪型比例方向阀的前6阶模态固有频率均保持在500 Hz以内，阀组结构的主要共振峰分别出现在240、410 Hz等频率处；压力振荡阶段的振动能级较稳定阶段高出约30 dB，但各阶段下的振动能级变化趋势基本一致，峰值基本出现在250 Hz处，最低点位于5 000 Hz处。该研究为后续减振降噪措施的应用奠定了基础。

数字控制对称缸电静液作动器位置伺服控制研究

陈晓明，秦成，杨忠义，方园

中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所

【摘要】为改善数字控制对称缸电静液作动器位置控制精度，提出一种九模式切换内嵌PWM的数字流量控制策略。构建由4个高速电磁阀组成的数字控制四象限电静液作动器液压回路，定义9种有效切换模式，明确各模式下液压缸两腔压力与活塞杆运动的关系；提出双层模式切换内嵌PWM控制策略：第一层基于位置误差与液压缸两腔压差判断主控制模式；第二层通过内嵌PWM调节单一高速电磁阀的占空比，实现流量分辨率优化；最后，通过对称缸电静液作动器双向正弦位移跟踪实验验证该策略的有效性。结果表明：所提九模式切换内嵌PWM控制策略在定量液压泵转速恒定条件下位移跟踪误差优于变转速模式；幅值10 mm、频率0.5 Hz的正弦跟踪中，内嵌控制策略的位移误差在±0.1 mm以内，优于滑模控制（位移误差±0.3 mm）；阻抗工况下，嵌套控制的跟踪误差为0.05 mm，较滑模控制（0.5 mm）提高90%；超越工况下，嵌套控制绝对跟踪误差为0.2 mm，较滑模控制（0.7 mm）提高71%。研究为数字控制电静液作动器的高精度位置伺服控制提供了有效方案。

低温安全阀冷态性能试验和流场特性分析

沈轶麟¹，刘宇航²，滕媛媛²

1.上海沪东造船阀门有限公司

2.上海海事大学物流工程学院

【摘要】为探究低温安全阀的动作性能及排放特性，对DN25低温安全阀以压缩空气为介质开展冷态性能试验，包括动作性能试验和排量试验。利用Fluent流场仿真对该安全阀进行流场特性分析，深入研究阀门内部的力学行为。最后，以液化天然气（LNG）为介质，对安全阀在低温环境下进行流场仿真，预测其升力及排放能力。试验结果表明：该安全阀能达到设计的开启高度，整定压力偏差不超过设计值的±3%，排量系数达到0.91，动作性能和排放性能均满足设计要求。流场仿真结果显示：无论介质为压缩空气还是LNG，阀芯所受升力均始终大于弹簧力，因此阀门能够开启至最大高度；其中，在LNG介质下，安全阀的开启过程更为平稳。空气排量仿真计算结果与理论排量吻合良好。在不同入口压力下对LNG流量进行仿真计算，结果表明：该安全阀对LNG具有良好的可预测泄放性能，且相同入口压力下的LNG流量显著高于空气排量。

一种负载敏感分流阀结构设计及分流特性研究

陈艳伟^1,2，贾耀曾^1,2，陶小培^1,2，马利平^1,2

1.河南工业大学漯河工学院
2.漯河职业技术学院

【摘要】针对传统分流阀在液压同步驱动中易受负载偏差与流量变化影响，导致分流精度下降的问题，提出一种能够抵抗大负载偏差和流量变化的高精度负载感应分流策略，以提升液压同步系统的控制精度与稳定性。基于负载感应理论，设计一种集负载感应、流量分配与速度调节功能于一体的负载感应分流阀（LFDV），并建立其数学模型与仿真模型，分析该阀的静、动态特性，通过实验研究负载感应分流阀在时变负载与流量波动条件下的分流性能。结果表明：该阀能够在大范围负载偏差及流量变化下保持稳定分流，分流精度最高可达0.05%~0.1%，相比传统分流器约提高10倍，且系统响应平稳、抗干扰能力强。该研究验证了负载感应分流原理的可行性，为实现高精度、高可靠性、低成本的液压同步驱动提供了新的技术途径与理论基础。

面向汽车减震器溢流阀的动态特性与优化研究

刘灵¹，庄继晖²，朱厚友¹，辛康¹

1.海南科技职业大学机电工程学院

2.海南大学机电工程学院

【摘要】为优化阀门系统的动态性能并提升驾驶体验，建立双向溢流阀的数学模型，分析汽车减震器双向溢流阀的动态特性。采用CFD软件对阀芯的流体特性进行分析并获得公式系数，构建更精确的动态模型，结合实验数据验证模型的有效性。基于验证的模型，系统探讨阀门系统在不同工况下的动态响应特性，并运用索博尔灵敏度分析法筛选出对动态特性影响显著的关键参数。主阀锥角、流道环内锥角和先导阀座直径相较其他参数具有更大的灵敏度值，表明这3个参数对阀门动态性能的影响显著。采用遗传算法对这些关键参数进行优化，最终确定优化后的参数值。通过对优化前、后阀门动态响应特性进行对比分析，验证优化方法的有效性与可行性。结果表明：安全阀的压力调节范围和动态响应时间均得到显著优化。在复位行程工况下，优化后的最大调节压力较优化前得到了有效提升，响应时间缩短了45%，显著增强了阀门的动态响应性能。该研究为提升汽车悬架系统电液控制元件的动态性能提供了理论参考。

平衡阀负载压力补偿特性研究

李侃，司国雷，陈君辉，李腾，谢金华，邓熠

四川航天烽火伺服控制技术有限公司

【摘要】良好的负载压力特性可使平衡阀阀芯在负载压力过大时适当减小阀口开度，从而阻止流量过度增加，防止系统失速并避免事故发生。为了深入分析板式流量型平衡阀的负载压力补偿特性，明确其关键影响因素及相互作用机制，针对某板式流量型平衡阀的结构设计与工作原理进行分析，重点围绕影响其负载压力特性的多种因素开展多维度研究，系统阐释各因素之间的逻辑关系。结果表明：先导控制压力、负载压力及阀芯结构尺寸均与负载压力补偿特性显著相关，且彼此之间相互影响。补偿阻尼孔直径与负载补偿力负相关，先导阀芯大端直径与负载补偿力正相关。当补偿阻尼孔直径大于1.4 mm或先导阀芯大端直径大于11 mm时，进一步增大补偿阻尼孔直径或先导阀芯大端直径无法继续提升平衡阀的负载补偿能力。因此，补偿阻尼孔直径在适宜范围内取小值、先导阀芯大端直径在适宜范围内取大值，可使平衡阀的动态负载补偿性能更优。当先导控制压力为1.6~2.8 MPa时，随负载压力增大，主阀流量呈现先增后减的趋势，相应地先导阀芯和主阀芯位移均随负载压力增大呈现先增后减的趋势，体现了负载压力补偿作用。该研究成果为平衡阀的后续优化与型谱化提供了重要的理论依据，并对同类阀种的设计具有参考价值。

系统与应用

基于数据关联感知的电机异常状态检测

安彦鹏¹，袁逸萍¹，肖鹿²，陈国磊²，周煦然³^{1.新疆大学机械工程学院
2.新疆天池能源有限责任公司
3.外交学院国际经济学院
【摘要】为应对复杂工况下电机设备异常状态检测中的多源数据融合不足与异常样本稀缺等问题，提出一种基于数据关联感知的双路自编码器模型。该方法通过余弦相似度构建时空图结构，引入图注意力网络（GAT）提取设备之间的结构化关联特征；同时，利用多层感知机提取数据原始特征，实现特征的融合与重构。以重构误差作为异常检测指标，并依据3σ原则实现早期异常预警。以某露天煤矿两台驱动电机的运行数据为基础，开展案例分析与对比实验。结果表明：所提模型在重构精度、异常检测准确性及预警提前性方面均优于传统自编码器与图自编码器模型，具有更优的鲁棒性与泛化能力。从异常检测结果来看，在案例1和案例2中，所提模型分别较现场报警时间提前13个样本点和17个样本点，且未出现误报警。该研究为电机设备运行状态监测与智能维护提供了有效的技术支撑，对保障电机工作连续性和安全性具有重要意义。

电驱液压旋挖机前进补偿与动作匹配控制方法研究}

许煜晨¹，冀宏^1，2，陈乾鹏^1，2，刘欢¹

1.兰州理工大学能源与动力工程学院

2.兰州理工大学特种泵阀及流控系统教育部重点实验室

【摘要】针对初代电驱液压旋挖机在旋挖作业中液压缸与钻头马达速度不匹配导致车尾翘起、钻头入土不垂直影响坑洞成形质量和工作效率的问题，设计一种新型电控系统，以提高整机动作协调性、旋挖效率与坑洞成形质量。提出包括硬件系统搭建、控制程序编写及上位机控制界面设计在内的新电控系统方案；以STM32单片机为核心，集成蓝牙模块、降压稳压电源模块、光耦隔离MOS管和继电器模块，实现对电机、电磁阀等执行元件的精确控制；最后，对初代样机电控系统与新电控系统（手动/自动模式）进行旋挖试验，记录旋挖时间、坑洞深度及成形效果。试验结果表明：整机在有坡度场地作业时最大安全角为28°，垂直钻孔前进补偿指令的速度达到约0.1 m/s，点动控制该指令前进的位移量小于0.12 m，即可满足旋挖全过程坑洞垂直度补偿要求；新电控系统以最小速度0.023 3 m/s作为液压缸的伸出速度控制动臂下压，该钻头进给速度增强了整机的可控性，旋挖过程中通过不断交替执行动臂下压和钻头正转指令，可有效解决整机机身翘起问题；与初代样机电控系统相比，新电控系统的手动控制模式下平均旋挖时间缩短9.56 s（效率提高11.37%），自动控制模式下平均旋挖时间缩短22.6 s（效率提高26.88%）；手动控制的平均旋挖有效深度增大7.8 mm（有效深度提高1.64%），自动控制的平均旋挖有效深度增大8.7 mm（有效深度提高1.82%）。新电控系统有效解决了初代样机液压缸速度不匹配和旋挖坑洞垂直度问题，显著改善了坑洞的圆柱度，减少了坑内残留土壤，进一步提升了旋挖作业的整体质量。

面向小样本空压机转子系统的故障诊断

郗涛¹，刘笛¹，王莉静²

1.天津工业大学机械工程学院

2.天津城建大学控制与机械工程学院

【摘要】针对空压机现场转子系统故障诊断中样本稀缺导致诊断精度不足的问题，提出一种基于小样本增强与迁移优化的故障诊断模型。以武汉大学转子数据集为预训练数据源，采用短时分数傅立叶变换(STFrFT)提取振动信号的时频特征；引入梯度惩罚深度卷积生成对抗网络(GP-DCGAN)扩充小样本数据，生成多类型辅助故障样本以丰富训练集；构建双阶段迁移学习框架（预训练阶段和微调阶段），利用空压机现场振动数据进行目标域微调；最后，通过哈里斯鹰优化算法(HHO)优化长短期记忆网络(LSTM)的超参数，构建空压机转子系统故障诊断模型。结果表明：GP-DCGAN生成的增强数据集在HHO-LSTM上测试准确率达97.48%，优于GAN（85.13%）、GP-GAN（89.70%）和DCGAN（96.11%）；在武汉大学数据集上，HHO-LSTM的平均准确率为98.5%，高于PSO-LSTM（94.8%）和HHO-ELM（90.4%）；消融实验表明，完整模型（含GP-DCGAN增强、双阶段迁移、HHO优化）平均准确率为97.5%，而仅使用原始小样本（无增强）为80.9%，无迁移学习为86.4%，无HHO优化为90.0%。该方法有效解决了工业现场空压机转子数据匮乏导致的诊断精度低的问题，为小样本场景下的空压机转子系统故障诊断提供了可靠方案。

三轴电液转向负载模拟系统设计及运行特性分析

李顺¹，李涛²，李怀洋³，王洋³，臧其亮¹，吴波¹

1.江苏建筑职业技术大学交通工程学院

2.南通开放大学机电工程学院

3.徐州重型机械有限公司

【摘要】为了验证三轴车辆转向系统的响应速度和控制精度，满足电液转向系统元件性能匹配研究，设计一款三轴电液转向负载模拟系统。介绍负载模拟器液压原理及三轴转向动力学原理，简述基于LabVIEW的测控系统硬件组成和上位机系统总体设计方案；通过分析转向系统的阻力臂及阻力矩计算加载油缸压力，进而控制电比例溢流阀电压，实现负载动态模拟。最后，在蟹行、小转弯、公路行驶3种模式下，分别测试轴荷为0、12 000、18 000 N时的响应速度与控制精度。结果表明：轴荷从0增至18 000 N时，蟹行、小转弯、公路行驶模式下，随轴荷增加，二、三轴响应滞后延长、控制精度降低；实际转角均存在滞后，整车具有不足转向特性且存在轮胎磨损风险；提高控制精度会导致转向油缸明显颤动，影响安全性与可靠性。该系统满足工程机械转向元件、转向系统的性能试验及可靠性测试需求。