关键词： 永磁内装式提升机   机电一体化   联合仿真   矢量控制  

摘要： 矿井提升系统作为深井运输的咽喉要道,其运行的安全性和稳定性尤为重要。不合理的控制策略容易导致提升系统遭受强烈的振动与冲击,会对提升系统的安全稳定运行带来不利影响,并且会严重降低钢丝绳等部件的使用寿命。永磁内装式矿井提升机作为一种全新结构的矿井提升机,有传动链短、能耗低、占地面积小、安装方便等特点,但也存在由于刚柔耦合和气隙变化等原因造成的控制困难等问题。为了使永磁内装式矿井提升机得到更广泛的应用和推广,对永磁驱动矿井提升系统的动态特性进行研究很有必要。为了使永磁驱动矿井提升系统可以安全平稳运行,以JKMDN-3×4型永磁内装多绳摩擦式矿井提升系统为研究对象,通过对永磁内装式矿井提升系统的数学模型和矢量控制理论以及制动原理的分析,建立了包含控制系统和制动系统在内的机电液联合仿真模型,并通过现场试验验证了模型的准确性。利用本研究所建立的提升系统机电液联合仿真模型对永磁驱动矿井提升系统的矢量控制参数进行仿真研究。研究结果表明:提升机运行加速度越大,提升系统振荡越剧烈,恢复稳定的时间也越长;提升容器以及钢丝绳的振动频率与钢丝绳长度有关,钢丝绳越长,振动频率越低;采用梯形加速度和正弦加速度可以有效抑制提升机的速度超调,进而减少提升系统的振荡;采用正弦加速度曲线对抑制提升容器和钢丝绳振动的效果更加明显;采用PI速度控制器无法避免负载波动引起的速度波动,而滑模速度控制器可以快速响应,使提升机产生相应的电磁转矩抵消负载的波动,保证了负载波动下提升系统的稳定运行;采用注入高频脉振电压信号的方式可以较为准确地实现提升机的转子定位,保证了提升机的启动性能。利用本研究所建立的提升系统机电液联合仿真模型对永磁驱动矿井提升系统的制动参数进行研究。研究结果表明:采用恒减速制动时,提升容器会产生明显的振荡;制动加速度越大,提升容器的速度和加速度振荡幅度越大;下放工况下提升容器的振动频率更低;在相同的制动时间下,采用正弦制动速度曲线对提升系统造成的冲击更小;提升负载质量越大,提升容器振动幅度越大,振动频率越低;负载质量越大,钢丝绳张力越大,张力波动幅度越大,系统恢复稳定的时间更长。

关键词： 中等职业学校   活页式教材   机电一体化   课程开发  

摘要： 以中等职业学校机电一体化技术与实训课程教材开发为例，以学生为中心，聚焦中职教材内容与形式建设，从课程、学情和传统教材特征入手，依据岗位工作任务和技能要求重构课程内容，并从装订形式、使用方式、资源建设等方面规划教材体系，凸显职业教育的“职业性”，保证教材能够更好地接轨岗位实践，有效支持学生的自主学习需求和教师的教学需求，从而促进职业教育人才培养质量的提升。

关键词： 政校企   多元协同   机电一体化技术   专业群   建设路径  

摘要： 顺应新时代职业人才需求，以专业群建设为抓手促进职业院校与企业对接，探索基于政校企多元协同的育人模式，提升职业院校的社会服务能力，是当前高职院校的一项重要任务。本文以高职院校机电一体化技术专业群建设为例，分析目前面临的若干问题，并提出有针对性和可操作性的改进措施。

关键词： 产教融合   机电一体化“   双元制”   人才培育  

摘要： 在新时期背景下，高职院校机电一体化专业应融合地方经济特征与产业发展形势，在校企协作、产教融合的政策引导下，和地方机电类企业深层次合作，一同探索适合地方经济发展的多样化产教融合渠道，着重提升高职教育的教学质量，提升机电专业技能型人才的培育水平，积极探索机电一体化专业产教融合的实施路径。

关键词： 盖板玻璃   缺陷检测   机电一体化   图像分割   遗传算法  

摘要： 为了解决某企业平板电脑盖板玻璃缺陷检测效率低下、误检率高、人力成本高的现状,亟需设计并制造一台自动化程度高、工作稳定性高、检测精度高的缺陷检测设备。虽然针对浮法玻璃的缺陷检测设备的研发早在上个世纪就取得了不错的成果,但是盖板玻璃缺陷检测的需求是21世纪新需求,盖板玻璃的需求随着新世纪以来手机、电脑等电子设备的风靡而出现骤增,不同于浮法玻璃,盖板玻璃常见的缺陷为划伤、透光和崩边,需要设计特殊的检测方案。经过调研,市面上现存的大部分盖板玻璃缺陷检测自动化设备都是针对手机屏幕盖板玻璃而研发,针对平板电脑盖板玻璃这类大尺寸的缺陷检测设备还鲜有研究。鉴于此,本文主要研究了以下内容:(1)通过研究现有盖板玻璃缺陷检测设备的不足,利用系统工程学中的总体设计方法,首先分析了设计的需求,高精度、自动化程度高、检测速度快和检测目标大等需求及性能指标,针对以上需求拟定总体方案并初步设计了检测方案。基于光源的特点、检测的环境、光路等要素设计了采样实验,对所需的工业相机、镜头等元器件进行计算选型,最后形成了三套针对不同缺陷的检测方案。(2)根据上述确定的总体设计方案和检测方案对缺陷检测样机的结构进行设计,确定了缺陷检测样机模型。设计过程中借助《机械设计手册》对所选关键元器件进行校核,借助Solid Works三维建模软件对样机进行建模,最后使用Ansys有限元分析模块进行结构校核,保证关键零件的安全性。(3)基于缺陷检测样机模型,进行了电气控制系统的设计。根据功能需要选用了相关元器件,确定使用西门子S7-200 SMART PLC和Arduino mega2560作为控制器,并编写相关控制程序。最后利用上述选用的元器件借助导线搭建了缺陷检测样机的电气控制系统。(4)缺陷检测系统的研究关键是针对划伤、透光和崩边缺陷设计各自的检测算法,并对算法进行创新。改进了图像分割算法,将传统的二维Otsu分割算法与遗传算法相结合,提高算法求解速度。本文主要在种群初始化方式、种群选择、种群交叉和种群变异等方面做了改进,采用了多阶段、自适应的遗传方式,在提高种群多样化的同时并不会降低收敛速度,有助于算法快速收敛到最优解。相比于传统的遗传算法,借助改进后的遗传算法,分割效果和速度有明显提升,提高缺陷检测的效果。(5)基于上述设计的缺陷检测算法、电气控制系统进行上位机系统的开发。系统包括通信模块,人机交互模块和图像处理模块。首先,借助以太网、串口通信的性质建立上位机与PLC、单片机的通信,利用相机的SDK接口建立与上位机的通信。基于Py Qt模块和Python编程语言设计图形用户界面。最后借助Open CV实现上述检测算法并与图形界面、通信模块进行封装形成上位机系统。上位机系统借助通信模块与下位机建立通信,形成了完整的缺陷检测样机的检测系统。针对某企业的平板电脑盖板玻璃缺陷检测样机的系统研究综合运用了结构设计、电气控制、上位机软件开发、图像算法等知识。使用了系统工程学的总体设计技术和机电一体化技术设计了样机结构;基于机器视觉技术融合智能优化算法对缺陷检测算法进行一定程度改进,提高检测的性能。基于上述的所有工作与研究,目前搭建了一台平板电脑盖板玻璃的缺陷检测样机和检测系统,可以进行大尺寸盖板玻璃缺陷检测的实验与研究。通过一定缺陷样本实验,该样机运行平稳,初步达到效果。

关键词： 电机控制   小型化   中空轴   机电一体化   双电机控制  

摘要： 伺服电机作为响应速度快、控制精度高、运行平稳的工业自动化执行机构,广泛应用于各类加工制造领域,以及军用领域。目前,在工业机器人的机电一体化关节方面,一般采用普通电机与减速器结合的传统驱动方案,且采用外部走线的方式,很容易造成动作干涉。随着电机制造和材料加工等方面的进步,直驱电机逐渐取代传统驱动方案用来直接驱动设备。针对以上问题,本文设计一种基于全32位高精度磁电编码器的中空轴、高精度和机电一体小型化的直驱电机伺服系统,以满足机器人机电一体化关节或转台的需求。针对伺服系统高精度的需求,从控制算法计算精度、电压实现精度和传感器精度三个方面进行控制算法的优化设计;针对关节刚性提升的需求,基于单电机伺服系统设计并验证双电机控制算法。首先,进行电机的分析与设计。针对小型化和中空轴的设计需求,进行了电机基本参数的分析与方案设计。基于参数确定后的电机方案,建立了电机的三维模型,并进行电磁场仿真分析,逐步优化电机基本结构。针对电机的机电一体化需求,对控制器的硬件电路方案进行了设计规划,调整控制器电路板与电机结构间的装配方案。搭建了机电一体化的永磁电机,对电机基本参数和控制器基本性能进行初步验证。其次,设计并调试电机控制算法。针对全32位高精度的磁电编码器,设计了电机电流环基本控制算法。针对控制周期内死区时间的影响,设计了提高电压实现精度的控制算法。基于已设计的电流环控制算法,设计了全32位整型计算的速度环和位置环控制算法。调试了电机电流环、速度环、控制环的基本控制参数,进行了电机伺服系统特性实验。最后,设计并验证双电机控制算法。基于调试完成的永磁电机,设计了无减速器下的双电机测试平台结构。基于高精度的电机控制算法,设计了双电机控制算法。基于电机控制器,设计了双电机与上位机间的通信方案。搭建了双电机测试平台,验证了双电机控制算法对电机刚性提升的有效性。

关键词： 机电一体化   自动垂直钻井工具   正交试验   敏感性分析  

摘要： 随着油气田勘探开发的不断深入,垂直钻井作业时遇到的地层构造也越来越复杂,特别是在高陡构造地层的“防斜打直”问题更是成为钻井作业的难点和重点。因此,研究一种能够自主调整井眼轨迹的闭环垂直钻井工具,使之能够钻出期望的井眼,是十分有必要的。为此,本文提出了一种机电结合的具有纠斜和打直两种功能的自动垂直钻井工具。本文分析了垂直钻井工具的工作原理,提出了一种机电一体化自动垂直钻井工具（本文以下简称:垂钻工具）,进行了垂钻工具电机驱动的方案设计和垂钻工具的结构设计;对垂钻工具稳定平台的纠斜工作进行了静力学分析,研究了偏心机构支撑轴承回转摩擦力矩以及盘阀间的摩擦力矩对偏心机构偏转角的影响,探究了稳定平台主要设计参数对偏心机构偏转角的影响,利用正交试验法对偏心机构的设计参数对偏转角的影响进行了敏感性分析,确定了偏心机构的最佳设计参数为:偏心机构的长度l=2000mm、内半径r=34mm和外半径r=62mm;利用ANSYS软件对垂钻工具偏心机构进行了有限元建模以及强度分析,对含垂钻工具的下部钻具组合（BHA）进行了模态分析;对垂钻工具稳定平台进行受力分析,建立了稳定平台动力学方程,结合Solid Works与ADAMS软件,对垂钻工具稳定平台的工作进行了仿真模拟,得到了垂钻工具在纠斜、打直工作时的偏心机构运动仿真曲线,证明了工具的纠斜及打直功能。通过以上分析工作,说明了垂钻工具的优势,为垂钻工具的研究与开发提供参考。

关键词： 军地贯通   机电一体化技术   模块化课程体系   开发  

摘要： 技术技能人才是支撑中国制造、中国创造的重要力量，也是国防科技工业的基本人才保障。培养军地通用装备技术技能人才应最大限度发挥职业教育资源和知识效益，提高通用人才培养质量和效率。机电一体化技术专业针对军队和地方人力资源需求，以专业素质和专业技术应用能力为培养核心，着力优化专业教育内容和课程体系，形成了双轨交叉并行、螺旋进阶的人才培养模式，深化了职业教育对接军民融合产业人才培养。

关键词： 机电一体化技术   机械工程   应用  

摘要： 新时代的中国正以突飞猛进的姿势迈向世界前端，推动中国社会经济和科学技术迅猛发展，为机电一体化技术得以飞速发展提供推力，并推动此技术广泛运用于各行各业之中。机电一体化的应用不仅可以推进机械工程实现自动化发展，而且还有助于提高机械工程的具体运行效果和运行能力，有效提升精准性，进而充分提高产品的质量和产量。本文对机电一体化技术在机械工程中的应用进行了深入分析，为推进我国机械工程的健康稳定发展提供保障。

关键词： 机械制造   智能化技术   机电一体化  

摘要： 机械制造的包含范围相对较广,所以要想提升生产产品的质量与效率,就要对传统的机械制造业进行创新与变革。机械制造迈进智能化发展道路早已成为大势所趋,本文先阐述智能化技术与机电一体化技术(下文简称“该技术”)融合应用优势,再从高速数据分析技术与智能决策技术,动态反馈技术与智能调节技术,结构微调与微动控制技术三方面对智能化技术与机电一体化融合应用该技术进行分析,最后再从全场景动态捕捉、微型控制、轻型加工、深入引入人工智能技术和引导机械制造绿色生产等角度分析机电一体化与机械制造融合的应用前景。