Mecanum轮全向AGV轨迹跟踪级联控制器设计

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作者 文生平 苏毅龙 瞿弘毅 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期49-61,共13页

针对四Mecanum轮驱动的自动导引车(AGV)的轨迹跟踪控制问题,设计了一种模型预测控制(MPC)和自适应滑模控制(SMC)级联的控制器,来改善控制精度和稳定性,提高控制过程的层次性、针对性和有效性。在运动学层面,建立了AGV轨迹跟踪误差模型,... 针对四Mecanum轮驱动的自动导引车(AGV)的轨迹跟踪控制问题,设计了一种模型预测控制(MPC)和自适应滑模控制(SMC)级联的控制器,来改善控制精度和稳定性,提高控制过程的层次性、针对性和有效性。在运动学层面,建立了AGV轨迹跟踪误差模型,将其转化为二次规划问题,并加入约束条件,配合模型预测控制的滚动优化来在线求解二次规划的最优解,将AGV位姿误差转化为轮子转速的期望输出;在动力学层面,采用滑模控制得到轮子的输出力矩,实现轮子对期望转速的跟踪,引入具有快速准确逼近能力的极限学习机(ELM)神经网络对模型不确定性和未知干扰进行在线观测,并与滑模控制相结合自适应抵消干扰,进一步提高控制器的鲁棒性。在余弦扰动和脉冲干扰下对控制器进行仿真验证,并将结果与PID控制结果进行对比,发现MPC+SMC级联控制器的跟踪效果具有明显优势;与采用径向基函数(RBF)神经网络观测的级联控制器的对比表明,采用ELM观测器的控制器对干扰的鲁棒性更强,在各转速条件下与干扰曲线的拟合度均超过95%,其跟踪误差在多项指标上相比其他方法小1个数量级,最大位置偏差仅为毫米级。轨迹跟踪样机实验结果验证了该控制器的实用性和可行性。 展开更多

关键词 MECANUM轮 轨迹跟踪 模型预测控制 滑模控制 极限学习机

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基于多源数据融合与卷积长短期记忆神经网络的聚合物挤出过程熔体密度监测方法 被引量：1

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作者 张彬彬 陈祝云 +1 位作者 张飞 晋刚 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期54-62,共9页

聚合物挤出过程中熔体密度是影响产品质量的关键因素。由于挤出加工过程的高温、高压复杂工况,寻求能准确、在线监测聚合物挤出过程中熔体密度的方法是一个具有挑战性的问题。尽管基于机器学习的质量监测方法提供了一种解决方案,但在聚... 聚合物挤出过程中熔体密度是影响产品质量的关键因素。由于挤出加工过程的高温、高压复杂工况,寻求能准确、在线监测聚合物挤出过程中熔体密度的方法是一个具有挑战性的问题。尽管基于机器学习的质量监测方法提供了一种解决方案,但在聚合物挤出加工过程中,由于数据类型、工艺参数、操作环境等多变性因素的影响,传统的机器学习方法可能难以捕捉聚合物加工中不同输入参数和输出质量参数之间的复杂关系,使得监测任务难以获得理想的准确性。本文提出了一种基于多源数据融合与卷积长短期记忆神经网络(CNN–LSTM)的熔体密度监测方法,用于在线监测聚碳酸酯–丙烯腈–丁二烯–苯乙烯共聚物(PC/ABS)共混体系的熔体密度。首先,通过实时采集安装在挤出机模头处的近红外、拉曼及超声3种传感器数据,对3种传感数据进行预处理并融合后作为输入;然后,通过合理设计的网络结构,构建CNN–LSTM监测模型,利用CNN的特征提取能力与LSTM的预测能力,最终实现对聚合物共混过程中的熔体密度的实时监测。基于独立开发的多源传感数据实时采集装置获取的数据,利用所提方法对PC/ABS共混挤出过程的熔体密度进行实时监测,结果表明:本文方法能够准确监测聚合物熔体密度,其在测试集上的均方根误差和决定系数分别为0.975 5、0.006 3 g/cm3,比传统的卷积神经网络方法、长短期记忆网络方法、岭回归方法、偏最小二乘回归方法、多层感知机方法和支持向量机回归方法具有更高的预测精度;本文方法的10次输入平均预测时间为1.523 5 s,能够满足实际生产过程的实时监测。综上所述,所提出的基于多源数据融合与CNN–LSTM的熔体密度监测方法显著提高了聚合物挤出过程中熔体密度的实时监测精度,为挤出过程中聚合物的质量提供了可靠的技术支持。 展开更多

关键词 聚合物挤出加工 熔体密度 多传感器数据融合 卷积长短期记忆神经网络 在线监测

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基于计算机视觉的轴承滚子表面缺陷在线检测系统 被引量：13

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作者 文生平 周正军 +1 位作者 张啸言 陈志鸿 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期76-87,共12页

通过分析轴承滚子中最常见的几种表面缺陷类型,设计了针对性的缺陷检测算法,将传统计算机视觉方法与深度学习相结合,并采用改进的RetinaNet模型,实现了轴承滚子的表面缺陷检测。实验结果表明:文中方法的准确率达95%以上;相较于传统的缺... 通过分析轴承滚子中最常见的几种表面缺陷类型,设计了针对性的缺陷检测算法,将传统计算机视觉方法与深度学习相结合,并采用改进的RetinaNet模型,实现了轴承滚子的表面缺陷检测。实验结果表明:文中方法的准确率达95%以上;相较于传统的缺陷检测方法,文中方法在准确率、召回率与F1-score上均有一定提升。 展开更多

关键词 轴承 表面缺陷 在线检测 深度学习 卷积神经网络

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基于参数化水平集方法的微结构拓扑优化设计 被引量：6

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作者 魏鹏 范海坚 +1 位作者 李雪平 苏成 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期471-478,共8页

相比于单一材料,复合材料具有轻质高强等优点,拓扑优化方法是设计复合材料的方法之一。本文采用改进的参数化水平集方法,更新了水平集迭代格式,并应用水平集带方法在优化过程中引入中间密度,使水平集方法与变密度法无缝结合以改善水平... 相比于单一材料,复合材料具有轻质高强等优点,拓扑优化方法是设计复合材料的方法之一。本文采用改进的参数化水平集方法,更新了水平集迭代格式,并应用水平集带方法在优化过程中引入中间密度,使水平集方法与变密度法无缝结合以改善水平集方法的拓扑寻优能力,降低其初始设计依赖性。本文以最大化体积模量、剪切模量和负泊松比作为材料设计目标,结合均匀化方法预测材料的宏观等效性能,研究了不同体积分数、多种初始设计及水平集带方法的引入对优化结果的影响,并得到了多种满足不同目标函数的微结构拓扑形式。数值算例验证了本文方法在复合材料微结构设计问题中的有效性。 展开更多

关键词 拓扑优化 材料设计 水平集方法 均匀化方法

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基于Stacking集成学习的注塑件尺寸预测方法 被引量：9

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作者 宋建 王文龙 +1 位作者 李东 梁家睿 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期19-26,共8页

机器学习算法能够处理高维和多变量数据,并在复杂和动态环境中提取数据中的隐藏关系,在注塑件尺寸预测中具有很好的应用前景。注塑件尺寸预测系统的性能取决于机器学习算法的选择,然而,传统的机器学习算法在实际应用中不能达到很好的预... 机器学习算法能够处理高维和多变量数据,并在复杂和动态环境中提取数据中的隐藏关系,在注塑件尺寸预测中具有很好的应用前景。注塑件尺寸预测系统的性能取决于机器学习算法的选择,然而,传统的机器学习算法在实际应用中不能达到很好的预测效果。为此,文中提出了一种基于Stacking集成学习的融合模型,首先采用优化的特征选择方法获得最佳的特征数量,然后通过对比分析单一模型的关联度和预测效果、不同Stacking学习器组合方式下模型的预测效果,得到预测性能最佳的模型,该模型的基学习器为极端梯度提升树(XGB)、轻量级梯度提升树(LGB)、核岭回归,元学习器为弹性网络回归。测试结果表明:该模型在注塑件尺寸预测方面的均方根误差和平均绝对误差较XGB和LGB模型分别降低了16%和20%左右,较传统支持向量机模型分别降低了45.22%和46.48%,同时模型预测结果可根据特征解释回溯到实际生产中,为制造工艺和工序的优化提供决策指导。 展开更多

关键词 注塑成型 预测 机器学习 集成学习 STACKING

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四元共聚热塑性聚酰亚胺的合成与表征 被引量：3

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作者 曹贤武 韦创 +1 位作者 何光建 文江维 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期73-79,共7页

为了提高聚酰亚胺的热塑性,制备兼具优异热塑性与耐热性的聚酰亚胺材料,以均苯四甲酸二酐(PMDA)与3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐(s-BPDA)为二酐、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)与2,2′-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)为二胺,通过两步法成... 为了提高聚酰亚胺的热塑性,制备兼具优异热塑性与耐热性的聚酰亚胺材料,以均苯四甲酸二酐(PMDA)与3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐(s-BPDA)为二酐、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)与2,2′-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)为二胺,通过两步法成功制备了一系列四元共聚热塑性聚酰亚胺,并研究了刚性联苯基团与柔性单体、侧甲基的协同作用对聚酰亚胺材料性能的影响。利用FTIR、XRD、DMA和TGA等测试手段对材料的分子结构、热塑性和耐热性等进行了表征。结果表明:该系列四元共聚聚酰亚胺具有良好的热塑性与耐热性,其中当二酐与二胺的摩尔分数比(PMDA∶s-BPDA∶ODA∶BAPP)为70∶30∶70∶30时,该材料表现出优异的热塑性和耐热性,同时在非质子极性溶剂中表现出较好的溶解性,极大地提高了聚酰亚胺在溶剂或熔融状态下的加工性能。 展开更多

关键词 热塑性聚酰亚胺 四元共聚 BAPP 热稳定性

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脉振频率对脉振模压成型UHMWPE结构与性能的影响 被引量：1

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作者 胡松喜 冯彦洪 +1 位作者 殷小春 邹新良 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期144-154,共11页

现有超高分子量聚乙烯(UHMWPE)静态成型方法普遍存在成型周期长、能耗高、极易出现热分解等问题,其制品的初生相特征结构被彻底消除使其难以同时具有良好的力学性能和耐磨性能。为此,文中采用脉振模压(PVM)成型技术,在低温下高效地制备... 现有超高分子量聚乙烯(UHMWPE)静态成型方法普遍存在成型周期长、能耗高、极易出现热分解等问题,其制品的初生相特征结构被彻底消除使其难以同时具有良好的力学性能和耐磨性能。为此,文中采用脉振模压(PVM)成型技术,在低温下高效地制备了UHMWPE样品(PVM-UHMWPE),并研究了熔融热压阶段不同脉振频率对PVM-UHMWPE样品微观结构与宏观性能的影响规律。结果表明:脉振模压作用引起UHMWPE颗粒相互摩擦,能促进UHMWPE颗粒界面熔合,实现低温成型,这能保留UHMWPE初生相高规整度、高结晶度的特征结构,从而提高样品的整体结晶度和晶片厚度;随着熔融热压阶段脉振频率的增大,脉振作用增强,UHMWPE颗粒界面固结质量提高,PVM-UHMWPE的屈服强度、拉伸模量、断裂强度和断裂功均得到改善,但当脉振频率超过3.0 Hz后,脉振作用对UHMWPE初生相高规整度、高结晶度特征结构的破坏程度加剧,使PVM-UHMWPE的整体结晶度和熔点均降低,在未能进一步增强断裂韧性的同时,致使样品的拉伸模量下降;相对于成型周期长一倍、成型温度高40℃的普通模压样品(CM-210℃-60min),成型温度为170℃、熔融热压阶段脉振频率为3.0Hz的PVM-UHMWPE样品(PVM-170℃-3.0 Hz)的屈服强度、拉伸模量分别提升了大约9%和23%,磨损率和磨损指数分别下降了大约24%和22%,即相对于CM-210℃-60 min样品,PVM-170℃-3.0Hz样品具有更高的机械强度和更好的耐磨性能。 展开更多

关键词 超高分子量聚乙烯 低温高效成型 脉振模压 脉振频率 结晶度 力学性能 耐磨性能

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脉振模压成型对UHMWPE中空制件结构与性能的影响

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作者 冯彦洪 王瑞松 +2 位作者 殷小春 邹新良 林城 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期142-148,共7页

为了提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中空制件的机械性能和耐磨性能,采用自主研制的中空制件成型模具,在模压成型过程中引入脉冲振动,使物料在脉冲压力下实现成型,并通过拉伸测试、砂浆磨耗测试、热分析测试、密度测试和2D-WAXD(二维广角... 为了提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中空制件的机械性能和耐磨性能,采用自主研制的中空制件成型模具,在模压成型过程中引入脉冲振动,使物料在脉冲压力下实现成型,并通过拉伸测试、砂浆磨耗测试、热分析测试、密度测试和2D-WAXD(二维广角X衍射仪)测试,研究脉冲振动对制件微观结构及宏观性能的影响,同时与静态成型条件下的中空制件对比。结果表明:在致密化阶段施加脉冲振动可有效提高制品的致密化程度;在冷却结晶阶段施加脉冲振动时,制品的取向度与结晶度均得到提高。脉振条件下成型制件的拉伸性能和耐磨性能均优于静态条件下成型的制件。 展开更多

关键词 超高分子量聚乙烯 脉冲振动 中空制件 模压成型

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复合材料柔软性对倒金字塔微结构阵列传感器性能的影响 被引量：5

9

作者 赵凌云 黄汉雄 +1 位作者 罗杜宇 苏逢春 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2953-2960,共8页

采用模压成型方法制备了2种柔软性不同的热塑性聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管(TPU/SCF-CNT)复合材料复制物,其表面上具有倒金字塔微结构阵列,内部有SCF与CNT共同构成的导电通路.将复合材料复制物和相应的复合材料平整片封装成柔性传感器.... 采用模压成型方法制备了2种柔软性不同的热塑性聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管(TPU/SCF-CNT)复合材料复制物,其表面上具有倒金字塔微结构阵列,内部有SCF与CNT共同构成的导电通路.将复合材料复制物和相应的复合材料平整片封装成柔性传感器.结果表明,压力作用下传感器内复制物和平整片之间的接触电阻因倒金字塔底棱的形变而显著降低.对使用柔软性较高的复合材料封装的传感器,虽然其相对迟滞稍大,但压力作用下倒金字塔底棱形变量较大,且复制物和平整片内导电通路增加量较大,因此其在0~2.5 kPa的线性区内具有较高的灵敏度(0.32 kPa^(‒1)).制备的2种传感器均具有快速响应特性,且能在500 s(约1580次)的循环压缩/释放测试(峰值压力约3 kPa)中保持较稳定的电阻响应.研究表明,利用模压成型的表面倒金字塔结构复合材料复制物封装成的柔性压力传感器具有良好的传感性能. 展开更多

关键词 聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管复合材料 模压成型 倒金字塔微结构阵列 柔性传感器 灵敏度

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注压成型仿生纳米结构聚丙烯表面的冷凝微水滴动态行为 被引量：2

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作者 安越 黄汉雄 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1888-1895,共8页

选择2种锥形纳米孔结构参数不同的阳极氧化铝(AAO)作为模板,利用注射压缩成型(ICM)技术将AAO模板中的纳米孔结构复制到聚丙烯(PP)表面上,在复制的PP表面上形成了致密且规则排列的锥形纳米柱阵列结构.该结构是一种仿生蝉翼纳米结构.在纳... 选择2种锥形纳米孔结构参数不同的阳极氧化铝(AAO)作为模板,利用注射压缩成型(ICM)技术将AAO模板中的纳米孔结构复制到聚丙烯(PP)表面上,在复制的PP表面上形成了致密且规则排列的锥形纳米柱阵列结构.该结构是一种仿生蝉翼纳米结构.在纳米柱结构的润湿状态能量比和顶部直径与中心间距之比(分别约为0.46和0.26)均明显较小的PP复制物表面,冷凝微水滴呈明亮的球状;在没有外力作用下,冷凝微水滴可通过频繁地合并、跳跃从该表面上移除,表面不断更新,即该表面具有明显的冷凝微水滴自移除(CMDSR)功能,使表面上覆盖的冷凝微水滴维持明显较低的量,而且冷凝微水滴维持较小的直径(不超过40μm).该CMDSR功能是在未经低表面能修饰的情况下获得的.研究结果表明,利用ICM技术可快速、批量制备具有CMDSR功能的超疏水高分子材料. 展开更多

关键词 仿生纳米结构表面 冷凝微水滴动态行为 自移除 超疏水 注射压缩成型 聚丙烯

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注压成型纳米结构PP/POE共混物表面的液滴低温冲击行为

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作者 黄辉龙 黄汉雄 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3195-3202,共8页

以制备的阳极氧化不锈钢模板为模具嵌件,采用注射压缩成型(ICM)工艺快速成型表面具有纳米丝结构的柔性聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物(PP/POE,PP与POE质量比为3:1)共混物复制物和准刚性PP复制物,研究常温液滴冲击-10℃复制物表面的动态行为.结... 以制备的阳极氧化不锈钢模板为模具嵌件,采用注射压缩成型(ICM)工艺快速成型表面具有纳米丝结构的柔性聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物(PP/POE,PP与POE质量比为3:1)共混物复制物和准刚性PP复制物,研究常温液滴冲击-10℃复制物表面的动态行为.结果表明,致密的纳米丝使复制物表面呈现超疏水、极低黏附的润湿状态.在低冲击速度范围内,共混物复制物表面上液滴的接触时间比PP复制物上的短,可归因于液滴铺展阶段柔性纳米丝储存的弹性势能在回缩阶段转换为液滴的动能;在高冲击速度范围内,共混物复制物基板和纳米丝储存的弹性势能被转换为液滴的动能,进一步缩短了液滴的接触时间.此结果表明,共混物复制物的柔性和表面超疏水性使其具有优异的防冻黏性能.共混物复制物表面上水滴(50μL)的结冰时间得到明显延长、冰黏附强度明显降低.研究结果表明,可采用ICM快速成型具有优异防冻黏和防冰性能的柔性超疏水高分子材料表面. 展开更多

关键词 液滴冲击 接触时间 柔性 防冻黏/防冰 聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物共混物 注射压缩成型

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