GKD-l RRC 机器人控制器与力反馈顺应控制研究

GKD-1 RRC是为开展机器人力反馈顺应控制的研究而设计的新型机器人实时控制器。本文介绍了它的主要性能、特点,并对用它在PUMA 562机械手上完成的几个典型的力/位置混合控制实验及其控制策略、实验结果进行了说明。实验表明,以GKD-1 RRC为核心的机器人力控制系统,控制周期仅为4.88ms,力控制稳态误差平均小于100g,位置控制精度不低于机械手原有水平,证明GKD-1 RRC控制器性能优越。     

三关节机器人的神经网络补偿自适应控制器设计

三关节机器人广泛用于工业生产、轮式或履带式排爆机器人,为了补偿由于机器人结构参数、作业环境干扰等不确定性因素造成的机器人动力学模型的不确定性,将机器人动力学模型分解为名义模型和误差模型两部分,其误差模型采用RBF神经网络进行补偿,得到其估计信息,神经网络的输出权值根据Lyapunov稳定性理论采用自适应算法进行调整。所设计的神经网络补偿自适应控制器解决了不确定性机器人动力学系统控制器设计的不确定性问题,同时,通过定义Lyapunov函数,证明了控制器能渐近、稳定地跟踪期望轨迹。机器人的3个关节在控制器的作用下,约在5 s时达到期望轨迹,神经网络约在5 s时逼近机器人动力学模型的误差模型,实验结果表明了机器人关节对期望轨迹具有良好的轨迹跟踪性能。     

机器人操作空间加速度信号应用研究

机器人力控制存在着动力学不稳定性问题，即系统响应速度和稳定性之间的矛盾。在操作空间一级引人加速度正反馈，既能使系统的响应频带变宽，又能提高系统阻尼。这种方法能有效地提高机器人对高刚度环境的适应性，使力控制的动力学不稳定性问题得到明显地缓和；另外本文研究了用加速度积分信号代替位置差分速度信号来消除差分噪声，提高力控制精度方法的应用前景。     

炮塔运动对瞄准线的扰动

本文对自行高炮瞄准线扰动的问题进行了分析,在讨论位置补偿和速度补偿的基础上指出了两种方案所存在的缺点,提出了一种混合补偿法方案。     

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。     

某新型武装侦察机器人武器站机电联合仿真

介绍某新型地面武装侦察机器人遥控武器站系统的组成,设计其PID三环位置伺服控制系统,并运用动力学软件ADAMS与控制仿真软件MATLAB/Simu Link,建立机器人遥控武器站的机电联合仿真系统,通过两款软件的交互运算,更为准确、全面地实现了系统仿真过程。仿真结果表明:控制系统的动态特性符合设计要求,可为同类无人化武器平台的设计提供一定的理论与工程借鉴。     

一种用于机器人力反馈依从控制的计算机体系结构

本文提出了一种用于机器人力反馈依从(Compliance)控制的计算机体系结构—MIMD 型的多微机并行处理系统,并从硬件系统结构和系统软件两方面予以了说明。该系统是为完成一项实际科研任务而设计的,它能有效地实现机器人力/位置混合控制中多任务的并行处理,它的实现将使伺服控制周期缩短到5ms 以下,能满足各种机器人控制任务的需要。     

螺旋轮式管道检测机器人越障性能研究

建立了一种螺旋轮式管道检测机器人驱动系统的三维模型，对驱动系统通过凸台和三通的能力进行了动力学分析。研究了预紧弹簧刚度和预紧力对螺旋轮过凸台能力的影响，讨论了过三通时的几何约束和动力学约束条件，并通过算例分析，验证了模型的正确性。     

永磁无刷直流直线电机齿槽力补偿控制研究

永磁无刷直流直线电机的齿槽定位力对其低速性能影响很大,而单纯的设计方法不可能完全消除齿槽力的影响,为此,必须在控制系统中对齿槽力进行补偿。针对包含齿槽力模型的理想电机控制系统进行了理论分析,指出通过引入位置反馈环节可以消除齿槽力的不良影响。利用有限元分析方法计算了电机的推力和齿槽力波形,验证了低速条件下推力波动主要由齿槽力引起,并说明可以通过位置反馈来补偿推力波动。最后,提出将一个齿槽力周期分为多个区间,然后分段进行线性补偿的简易控制方法。该方法无需高精度的定位装置和复杂的控制算法即可实现对电机齿槽力的补偿,实验结果表明,所提方法能够有效抑制电机的推力波动。     

自由漂浮空间机器人关节故障锁定位置辨识

针对自由漂浮空间机器人在关节故障情况下关节锁定位置的辨识问题,根据其线动量守恒和角动量守恒特性,建立了关节故障锁定位置辨识的误差模型,提出了利用混沌粒子群优化(CPSO)搜索关节故障位置的辨识算法。最后采用虚拟样机技术,建立了空间机器人系统的虚拟样机,对空间机器人系统进行动力学仿真,获取了运动数据,采用此数据对提出的关节故障位置辨识算法进行了有效性验证。     

强迫振动法大跨度桥梁节段模型气动导数辨识

研制了桥梁节段模型颤振导数测定的二维强迫振动实验装置,采用变频调速技术实现对振动频率的控制,模型惯性力、气动力的测量采用了特殊设计的测力元件,模型运动用压电式加速度计进行测量。实验时,模型分别作单自由度的竖弯或扭转的简谐运动,通过测量模型所受到的气动力及模型位移,应用谱分析方法和非线性曲线拟合算法实现了对八个颤振气动导数的辨识,并通过平板模型实验数据与Theodorsen理想平板数据及国外文献数据对比对实验装置及辨识算法进行了检验。     

混合EMS型磁浮列车的悬浮磁铁设计与分析

研究适用于EMS型磁浮列车的全尺寸电磁永磁混合悬浮磁铁的设计问题。通过比较永久磁铁的不同安装位置的影响,给出混合磁铁的结构方案。根据混合磁铁吸力公式,得出只有在永久磁铁矫顽力大于一定值时利用混合磁铁才能减小悬浮能耗。分析了混合磁铁的设计要求,研究满载起浮、稳态悬浮、空载吸死三种典型情况下对电磁线圈窗口高度的约束,得出混合磁铁的优化设计参数。最后利用Ansoft有限元磁场分析软件对钕铁硼永磁材料的拼装影响进行分析,给出校正后的悬浮磁铁设计结果。     

反电动势对无扰载荷航天器精确定向的影响

无扰载荷航天器中非接触式作动器反电动势会引起有效载荷模块与支持模块之间的耦合，影响有效载荷模块的精确定向性能。通过建立无扰载荷航天器的耦合动力学模型，分析非接触式作动器反电动势对有效载荷模块精确定向性能的影响。考虑六支杆立方构型无扰载荷接口，结合拉格朗日方程和牛顿欧拉方法建立有效载荷模块平台动力学模型。推导非接触式作动器的输出力模型，并引入有效载荷模块平台动力学模型，给出考虑非接触式作动器反电动势的耦合动力学模型。将支持模块上飞轮动静不平衡引起的谐振作为干扰力矩，建立了无扰载荷航天器在轨定向状态的Simulink仿真模型。仿真结果表明，反电动势系数越大，干扰力矩对有效载荷模块的影响越大，有效载荷模块精确定向精度越低。     

Theoretical analysis of the general linear model for lanchester - type combat between two homogeneous forces

This paper studies Lanchester-type combat between two homogeneous forces modeled by the so-called general linear model with continuous replacements/withdrawals. It demonstrates that this model can be transformed into a simpler canonical form, which is also shown to arise from fixed-force-level-breakpoint battles modeled by Lanchester-type equations for modern warfare. Analytical expressions for the force levels for the general variable coefficient linear model with continuous replacements/withdrawals are constructed out of so-called general Lanchester functions for the model without replacements/withdrawals, for which all solutions are shown to be nonoscillatory in the strict sense. These force-level results are unfortunately so complicated and opaque that the constant-coefficient version of the model must be studied before any insights into the dynamics of combat may be analytically obtained. Thus, fairly complete results are given for the general linear model with constant attrition-rate coefficients and constant rates of replacement/withdrawal. However, the expressions for the force levels are still so complicated that we have not been able to develop battle-outcome prediction conditions directly from them alone but have had to establish general results on the qualitative behavior of solutions. A significant result (and one that greatly complicates the prediction of battle outcome) is that all solutions to the model with replacements/withdrawals are no longer necessarily nonoscillatory in the strict sense, i.e., both sides force levels can take on negative values if the force-on-force attrition equations are not “turned off” at the right time. Thus, this paper shows that the addition of continuous replacements/withdrawals to a Lanchester-type model may significantly change the qualitative behavior of the force-level trajectories. Battle-outcome prediction conditions are nevertheless given, and important insights into the dynamics of combat are briefly indicated.     

机械结构动力学模型修正技术的现状与发展

在回顾结构动力学模型修正基本问题及关键技术的同时,论述模型修正在工程领域的结构动力修改、混合建模、模型确认、载荷识别、结构状态监测及损伤评估等方面的典型应用状况。针对模型修正技术在工程应用方面遇到的困难,还探讨了当前结构模型修正的研究热点以及模型修正技术的发展趋势。     

考虑预紧力与阀杆力的电动截止阀体应力分析

建立了有预紧力的截止阀有限元计算模型,阐述了预紧力单元的原理及分析方法,利用ANSYS程序对截止阀在考虑和不考虑螺栓预紧力及阀杆闭合力作用下的应力进行了计算。结果表明,法兰螺栓预紧力及阀杆闭合力对阀体应力的影响不可忽略。     

机载无源干扰诱饵的运动特性研究

考虑机载无源干扰诱饵自身的属性和其所处的大气环境,对其进行受力分析,发现无源干扰诱饵受空气动力和自身重力的影响较大。据此建立了无源干扰诱饵的动力学模型和运动学模型,仿真得出无源干扰诱饵的运动情况。在对箔条云受力和单根箔条受力分析的基础上,给出等效球的概念,在仿真中直观地得到了箔条云的散开过程。     

Investigation of the mechanical and ballistic properties of hybrid carbon/ aramid woven laminates

High-performance ballistic fibers, such as aramid fiber and ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), are commonly used in anti-ballistic structures due to their low density, high tensile strength and high specific modulus. However, their low modulus in the thickness direction and insufficient shear strength limits their application in certain ballistic structure. In contrast, carbon fiber reinforced epoxy resin matrix composites (CFRP) have the characteristics of high modulus in the thickness direction and high shear resistance. However, carbon fibers are rarely used and applied for protection purposes. A hybridization with aramid fiber reinforced epoxy resin matrix composites (AFRP) and CFRP has the potential to improve the stiffness and the ballistic property of the typical ballistic fiber composites. The hybrid effects on the flexural property and ballistic performance of the hybrid CFRP/AFRP laminates were investigated. Through conducting mechanical property tests and ballistic tests, two sets of reliable simulation parameters for AFRP and CFRP were established using LS-DYNA software, respectively. The experimental results suggested that by increasing the content of CFRP that the flexural properties of hybrid CFRP/AFRP laminates were enhanced. The ballistic tests’ results and the simulation illustrated that the specific energy absorption by the perforation method of CFRP achieved 77.7% of AFRP. When CFRP was on the striking face, the shear resistance of the laminates and the resistance force to the projectiles was promoted at the initial penetration stage. The proportion of fiber tensile failures in the AFRP layers was also enhanced with the addition of CFRP during the penetration process. These improvements resulted in the ballistic performance of hybrid CFRP/AFRP laminates was better than AFRP when the CFRP content was 20 wt% and 30 wt%.     

考虑高低机碟簧缓冲作用的火炮动力学分析

根据高低机中存在碟簧缓冲装置的实际问题,将其引入到齿轮齿弧接触/碰撞的火炮动力学模型中,以某牵引火炮为研究对象,建立其12自由度多体动力学模型,研究在碟簧作用下炮口的扰动问题,研究结果表明：引入缓冲装置后,炮口的扰动情况加剧,扰动频率下降,齿轮齿弧的接触力下降,为高低机、齿轮和齿弧的设计提供依据。