挠性航天器姿态机动的主动振动控制

研究了挠性航天器姿态机动过程中挠性附件的主动振动控制问题.针对刚性主体上带有挠性梁的航天器,在建立挠性系统动力学模型的基础上,采用滑模变结构控制策略进行挠性航天器的大角度机动控制,为了快速抑制由于刚体运动而激发的弹性振动,在挠性梁上配置压电致动器,并通过速度反馈设计压电致动器的控制律.仿真结果表明,此方法在实现了旋转机动的同时,有效抑制了弹性振动.     

磁致伸缩作动器的位置跟踪补偿控制

为提高磁致伸缩作动器控制精度,以 Jiles-Atherton 磁滞和动力学模型为基础,通过优化偏执磁场和预紧力来提高作动器线性度,并基于前馈控制、PID 反馈控制及柔性神经网络理论,提出了前馈补偿 PID 及柔性神经网络前馈补偿 PID 控制策略。同时,以偏置正弦和阶跃为指令信号,研究作动器的位置跟踪和补偿控制。仿真表明：相比常规 PID 控制和前馈补偿 PID 控制,柔性神经网络前馈补偿 PID 控制具有更好的位置跟踪效果和抗干扰能力,具有无振荡、无超调、响应速度快的特点。     

轴向移动内压力梁动力学的动网格法

面向轴向移动内压力梁结构动力学特性研究,采用Lagrangian方法建立了轴向移动内压力梁的运动控制方程,基于有限元动网格法对轴向移动梁运动控制方程进行离散。将内压力作为边界条件,采用Newmark-β时间积分方法计算轴向移动梁动力学响应,并开展动力学特性研究。结果表明,建立的有限元动网格模型能够有效地实现轴向移动内压力梁动力学响应计算。轴向移动内压力梁在收缩运动过程中,自由端振动频率将逐渐增加。悬臂长度对梁自由端振动频率具有显著影响。同时,结构振动频率随内压力的增加而增加。本文中建立的有限元动网格模型能够为轴向移动内压力梁动力学研究提供新方法。     

车辆悬挂复合式电磁作动器设计及试验

为缓解电磁悬挂系统振动控制与能量回收之间的矛盾,提高工作可靠性,提出了一种基于电磁减振技术和磁流变阻尼技术的复合式电磁悬挂系统结构方案,并设计了基于无刷电机和磁流变阻尼器,集主动、半主动控制和馈能功能于一体的复合式电磁作动器,同时对复合式电磁作动器的主动出力、变阻尼以及馈能特性进行了试验研究,结果表明:该作动器主动出力范围大,阻尼调节范围宽且馈能效率较高,满足车辆悬挂应用要求。     

液压驱动型四足机器人对角小跑步态本体水平位置控制方法

为了对对角小跑中四足机器人本体的水平位置进行控制,建立基于沿支撑线方向运动分解的机器人近似动力学模型,将本体和对角支撑腿简化为一个七连杆结构和一个线性倒立摆,并且基于线性倒立摆解析模型提出摆动腿落足点位置计算方法,进而实现对本体水平位置的控制。针对液压作动器伸缩速度受限的问题,利用单腿冗余关节将关节角速度优化问题转化为标准二次型规划问题,通过设计二次型规划问题解法,降低对摆动腿关节角速度的需求,并且避免了传统伪逆方法可能产生的腿部奇异位型。仿真和实验结果表明:该方法能够实现在关节角速度受限的情况下,有效跟踪本体水平位置的期望轨迹。     

非线性支撑下悬臂输流管道的Hopf分叉特性

研究了外激励作用下非线性支撑悬臂输流管道系统的Hopf分叉特性,建立了外激励作用下非线性支撑悬臂输流管道系统的动力学方程,并采用Galerkin方法离散动力学方程,由增量谐波平衡(IHB)法推导了方程的近似解析解,由Floquet理论判定了解的稳定性,同时给出了系统的Hopf分叉点。利用数值算法和IHB法研究了支撑位置、支撑结构刚度和阻尼对系统Hopf分叉特性的影响规律。研究表明:系统的幅频特性在Hopf分叉前后发生了改变,响应频率由外激励频率变为系统的自激振动频率,且系统Hopf分叉后,幅值显著增大。该研究结果可为悬臂管道的振动控制提供理论基础。     

磁致伸缩作动器的设计与性能分析

在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了一种微位移作动器.通过有限元分析,对作动器的结构进行优化,得到均匀的偏置磁场和激励磁场;设计了预压力加载结构和强制冷却结构.对该作动器的动、静态性能进行了测试,结果表明:作动器基本上工作在线性区域内,其位移伸缩量大,低频动态性能较好,高频谐波分量影响较小,相位延迟较小,同时也证明了对作动器的磁场分析和结构优化是正确的.     

遗传算法整定PID参数的超磁致伸缩作动器控制策略研究

为提高超磁致伸缩作动器的控制精度和效率,在分析超磁致伸缩作动器基本原理的基础上,首先建立了作动器的控制系统数学模型;然后,利用遗传算法整定PID参数的方式对作动器进行了控制,并利用Simulink搭建作动器控制框图进行了仿真分析;最后,与传统PID控制效果进行的对比分析。结果表明:所提出的基于遗传算法整定PID参数的方法可以有效提高系统控制效果。     

空间结构的动应变控制

针对一类航天器外伸结构的结构振动问题 ,提出了一种动应变控制方法。并以一梁式外伸结构为例 ,建立了结构振动的应变动力学方程 ,以及以动应变为状态变量的闭环反馈应变控制状态方程。进行了应变控制的数值仿真。结果表明 ,方法是有效的 ,对于解决大型外伸结构的振动控制问题具有十分重要的实际意义和应用价值。     

磁致伸缩材料及其作动器设计

对磁致伸缩材料的伸缩性能进行了测试．用磁致伸缩材料设计主动振动控制作动器,解决了作动器的发热问题,设计了偏磁场和可控的交变磁场及相应的电场．校验证明,所研制的作动器具有频响范围广、作用力大等优点．     

异步雷达组网协同跟踪动态传感器分配算法

针对异步雷达组网下的协同跟踪问题提出了一种基于异步顺序融合的动态传感器分配算法。该算法对异步雷达的量测值按采样时刻顺序滤波,根据滤波协方差和目标期望协方差的接近程度动态选择下一时刻跟踪的最优传感器集合。仿真分析表明该算法和基于伪量测的异步雷达组网协同跟踪传感器分配算法相比具有较少的计算量和较高的目标跟踪精度。     

混合隔振系统中电磁作动器的优化设计

由于混合隔振系统中的电磁作动器对电磁力、体积重量、损耗等指标有着严格的限制,因此电磁作动器的优化设计显得十分重要。为此,提出了电磁作动器系统参数(包括几何尺寸参数和电参数)的优化设计方法,推导了电磁作动器总损耗与系统参数间的关系。通过有限元分析软件ANSYS中的优化设计模块,使用ANSYS参数化设计语言建立了在保证电磁力及体积限制条件下,以总损耗最小为目标函数的三维参数化分析模型,多次循环迭代求解后得到了较为优化的系统参数。仿真及实验结果表明:按照该方法设计的电磁作动器能够满足各项设计指标要求,且性能比其他参数下更为优化。     

基于Riccati方程的动态传感器分配算法

针对组网跟踪系统传感器分配算法计算量过大的问题,提出了一种基于Riccati方程的动态传感器分配算法。该算法通过Riccati方程离线计算各传感器组合跟踪下的稳态滤波协方差,根据稳态滤波协方差与期望协方差的接近程度动态分配传感器资源。仿真结果显示,与传统协方差控制和贪婪算法相比,基于Riccati方程的动态传感器分配算法在大大减少计算量的同时能够保持较好的跟踪性能。该方法能够更好地应用于大规模传感器组网目标协同跟踪系统。     

基于Rényi信息增量的机动目标协同跟踪算法

针对基于多传感器组网进行机动目标跟踪的传感器管理问题,提出了一种基于Rényi信息增量的机动目标协同跟踪算法。首先结合"当前"统计模型和交互式多模型不敏卡尔曼滤波算法设计了一种变结构多模型算法,来进行机动目标的状态估计;然后以Rényi信息增量为评价准则,选择使Rényi信息增量最大的单个传感器进行目标跟踪;最后利用得到的最优加速度估计进行网格划分,更新变结构多模型中的模型集合。在一般机动及强机动场景下进行了算法性能分析,仿真结果表明,该算法能够合理地选择传感器,提高了对机动目标的跟踪精度。     

基于杂草算法的超磁致伸缩作动器耦合模型识别

考虑磁滞损耗、动态应力等因素的超磁致伸缩作动器磁滞模型可有效揭示电-磁-机-热多场耦合效应,但准确识别其非线性模型往往存在较大困难。智能杂草算法具有激烈的竞争机制和较强的搜索能力,可用于解决作动器多目标物理参数辨识问题。传统算法的种子数量以线性方式产生且分布方差与适应度缺乏联系,极大地影响了算法收敛速度和模型识别精度。为此,提出一种非线性繁殖和分布的混合改进杂草算法,并将其应用于超磁致伸缩作动器模型识别。实验表明:改进算法具有较强的噪声抑制能力,能精确辨识含有噪声扰动的作动器磁滞非线性模型物理参数;模型预测值和实验数据误差较小,所识别参数可使磁滞非线性模型较为全面地描述作动器多场耦合机理和动态特性。     

动态逆和变结构控制理论的BTT无人机控制系统设计

基于动态逆和变结构控制理论设计了BTT无人机控制系统,首先应用时间尺度理论将控制系统分为快变量和慢变量两个子系统.在快变量子系统中以[p,q,r]为子系统输出、以计算力矩[l,m,n]为控制输入,再根据子系统输入解算出舵面偏转角,在控制律的设计中,应用动态逆理论进行输入输出线性化,再以计算力矩偏差为子系统摄动设计变结构控制律.在慢变量子系统中以[α,β,μ]为子系统输出、以[p,q,r]为控制输入,在控制律设计中,应用动态逆理论进行输入输出线性化,再以计算气动力偏差为子系统摄动设计变结构控制律.整个系统的设计中需要确定气动导数的上下界,控制律设计简单,易于工程实现.最后仿真分析得出,这种方法有较好的控制效果.     

基于逐步后退法的车辆半侧液压主动悬挂最优控制设计与仿真

建立了充分考虑液压装置动力学特性的车辆半侧非线性主动悬挂模型,并提出了线性二次型最优控制与非线性逐步后退法相结合的内外环控制方案。首先根据目标需求在外环设计二次型指标下的最优控制器;然后在内环利用逐步后退法处理因液压装置引入的非线性项。仿真结果表明,使用该设计方案的主动悬挂可以获得比被动悬挂优越的车辆性能。     

基于虚拟力驱动的传感器网络节点定位

为了解决传感器网络节点三边测量定位的全局优化问题,提出了一种基于虚拟力驱动的节点最优相对定位方法。该方法建立了满足节点位置最优最小二乘估计需要的虚拟势能场模型,给出了一种基于虚拟势能场梯度的虚拟力定义新方法,证明了利用该虚拟力驱动节点定位的收敛性,提供了保证节点定位结果全局最优的方法。仿真分析表明,基于虚拟力驱动的节点相对定位方法能够解决节点相对位置的最优估计问题。     

一种用于机电产品测试性设计的传感器优选MINLP模型

在单故障假设条件下,考虑了传感器的失效概率和设备的故障率,提出一种以故障检测率和故障隔离率为约束条件的降低传感器费用和失效概率的混合整数非线性规划(MINLP)模型,从而为机电产品测试性设计中传感器选择问题提供了一种可行和有效的解决方法,并进行了案例验证,说明了该方法的有效性。     

Actuator characterization of a man-portable precision maneuver concept

The US Army Research Laboratory is conducting research to explore technologies that may be suitable for maneuvering man-portable munitions. Current research is focused on the use of rotary actuators with spin-stabilized munitions. A rotary actuator holds the potential of providing a low-power solution for guidance of a spinning projectile. This is in contrast to a linear (reciprocating) actuator which would need to constantly change direction, resulting in large accelerations which in turn would require large forces, thereby driving up the actuator power. A rotational actuator would be operating at a fairly constant rotation rate once it is up to speed, resulting in much lower power requirements. Actuator experiments conducted over a variety of conditions validate the dynamic models of the actuator and supply the data necessary for model parameter estimation. Actuator performance metrics of spin rate response, friction, and power requirements were derived from the data. This study indicates that this class of maneuver concepts can be driven with these actuators. These results enable actuator design and multi-disciplinary simulation of refined maneuver concepts for a specific application.