复杂宝石加工专用装备方案设计技术及其应用研究

论文摘要

现代化生产与科技的飞速发展,对机电装备的功能需求日趋复杂,因此对于复杂机电系统方案设计技术的研究与探索,成为学术界和工业界的研究重点。本文针对复杂宝石加工专用装备的方案设计进行了深入的研究,提出了基于语义特征的复杂宝石加工专用装备功能方案求解技术、基于可拓逻辑的复杂宝石加工专用装备结构方案变型技术、基于机电分析的复杂宝石加工专用装备传动系统控制方案耦合技术。并且,将其成功应用于装备的设计和开发过程之中。第1章,概述了机电一体化技术的发展,介绍了复杂机电系统的定义和特点,阐述了本课题的研究背景及其意义,综述了复杂机电系统设计与开发的国内外研究现状及今后的发展趋势,说明了复杂宝石加工专用装备方案设计技术的提出,并给出了论文的主要研究内容及总体结构框架。第2章,提出了基于语义特征的复杂宝石加工专用装备功能方案求解技术。从方案设计开始,就以功能语义作为设计者表达创新思维的工具,通过对设计语义及其关联信息的形式化描述,构建复杂宝石加工专用装备的功能语义结构树,并对其进行功能分析得到装备的功能元,抽象关联为语义特征,构建了复杂宝石加工专用装备的功能模型,给出了产品的功能结构映射体系,最后详细阐述了复杂宝石加工专用装备功能求解的详细流程。第3章,提出了基于可拓逻辑的复杂宝石加工专用装备结构方案变型技术。针对传统产品信息模型存在的不足,将可拓理论引入到复杂宝石加工专用装备信息建模中,构建了复杂宝石加工专用装备概念结构形式化表达的可拓复合元模型,定义了支持产品创新设计的衍生、变异、扩缩、重组等5类变型运算操作,详细介绍了复杂宝石加工专用装备概念结构变型设计的算法和过程。第4章,提出了基于机电分析的复杂宝石加工专用装备传动系统控制方案耦合技术。在分析复杂宝石加工专用装备机电耦合特点的基础上,设计了电流环、速度环和位置环三闭环高精度控制方案,通过构建各个子系统的耦合控制数学模型,并对其进行耦合关联,建立复杂精密传动系统的机电耦合数学模型,最后对复杂宝石加工专用装备精密传动系统的性能进行了仿真分析,验证了上述理论的正确性和有效性。第5章,将前面章节的技术应用于实际的复杂宝石加工专用装备的设计和开发过程中。在功能方案求解阶段,应用功能语义对装备的功能进行分解得到装备的功能语义结构树,通过语义特征的功构映射获得实现复杂宝石加工专用装备功能元的机构,进行机构重组建立了装备的设计方案并择优选取。在结构方案变型设计阶段,应用文中的5类变型操作方法,对装备中的复杂零件进行变型设计,直到满足设计的需求为止。最后,给出了复杂宝石加工专用装备精密传动控制系统的方案、原理、功能和详细结构,同时也介绍了系统的软硬件设计。第6章,总结了本课题的研究成果,并展望了今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 复杂机电系统的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 复杂机电系统的国外研究现状
• 1.2.2 复杂机电系统的国内研究现状
• 1.2.3 复杂机电系统的发展趋势
• 1.3 复杂宝石加工专用装备方案设计技术的提出
• 1.3.1 现有一般产品的方案设计技术不足
• 1.3.2 复杂宝石加工专用装备方案设计的主要思想
• 1.4 论文的主要内容及结构框架
• 1.4.1 论文研究的主要内容
• 1.4.2 论文结构框架
• 1.5 本章小结
• 第2章 基于语义特征的复杂宝石加工专用装备功能方案求解
• 2.1 引言
• 2.2 复杂机电系统功能语义形式化表达
• 2.3 复杂宝石加工专用装备功能方案模型建立
• 2.3.1 语义特征的定义与描述
• 2.3.2 分层次的复杂宝石加工专用装备功能模型
• 2.4 复杂宝石加工专用装备语义特征功构映射
• 2.5 复杂宝石加工专用装备功能方案求解流程
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于可拓逻辑的复杂宝石加工专用装备结构方案变型
• 3.1 引言
• 3.2 可拓逻辑理论基础
• 3.3 复杂宝石加工专用装备概念结构的复合元模型表达
• 3.3.1 宝石加工专用装备概念结构的物元
• 3.3.2 宝石加工专用装备概念结构间联结约束的关系元
• 3.3.3 宝石加工专用装备概念结构变型运算的事元
• 3.3.4 宝石加工专用装备概念结构变型的可拓复合元模型
• 3.4 复杂宝石加工专用装备复合元模型的可拓变型运算
• 3.4.1 宝石加工专用装备概念结构的扩缩与突变变型运算
• 3.4.2 宝石加工专用装备概念结构的衍生与删减变型运算
• 3.4.3 宝石加工专用装备概念结构的聚合与分解变型运算
• 3.4.4 宝石加工专用装备概念结构的置换与克隆变型运算
• 3.4.5 宝石加工专用装备概念结构的重组变型运算
• 3.5 复杂宝石加工专用装备概念结构的变型设计算法
• 3.6 复杂宝石加工专用装备的变型设计过程
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于机电分析的复杂宝石加工专用装备传动系统控制方案耦合
• 4.1 引言
• 4.2 复杂机电系统耦合的概念、类型及其特点
• 4.3 复杂宝石加工专用装备精密传动系统的控制方案
• 4.4 复杂宝石加工专用装备精密传动系统的机电耦合模型建立
• 4.4.1 宝石加工专用装备精密传动系统伺服电机数学模型
• 4.4.2 宝石加工专用装备精密传动系统电流环数学模型
• 4.4.3 宝石加工专用装备精密传动系统速度环数学模型
• 4.4.4 宝石加工专用装备精密传动系统机械传动数学模型
• 4.4.5 宝石加工专用装备精密传动系统位置环数学模型
• 4.4.6 宝石加工专用装备精密传动系统的机电耦合模型
• 4.5 复杂宝石加工专用装备精密传动系统的性能分析
• 4.5.1 宝石加工专用装备精密传动系统电流环的性能分析
• 4.5.2 宝石加工专用装备精密传动系统速度环的性能分析
• 4.5.3 宝石加工专用装备精密传动系统位置环的性能分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 复杂宝石加工专用装备设计开发应用
• 5.1 引言
• 5.2 复杂宝石加工专用装备功能方案表达与求解
• 5.3 复杂宝石加工专用装备零件结构方案变型
• 5.4 复杂宝石加工专用装备精密传动系统控制方案实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后的工作展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目
• 致谢