考虑参数失配的永磁同步电机电流预测控制研究

在高性能永磁同步电机伺服控制领域,采用电流预测控制策略相较于传统PI控制使得永磁同步电机系统电流环具有更快的输出响应与更小的电流纹波。针对电流预测控制周期内存在的数字系统延迟问题进行分析,采用电流两步预测控制策略,针对电流预测模型参数失配导致的电流预测误差问题,建立了永磁同步电机的电流预测控制模型,提出了基于模型参考自适应的参数辨识策略,并完成了电流预测控制器设计,避免了传统控制器参数整定的繁琐过程,克服了控制电流滞后一拍的数字延时,优化了电流稳态控制性能,实现了电机电感与磁链参数的准确、快速辨识,对提升系统鲁棒性具有重要意义,最后通过仿真验证了所述方法的可行性与有效性。

基于FPGA的阵列雷达矩阵算法研究

针阵列雷达矩阵运算中的两种最具有代表性的矩阵求逆与线性方程组求解进行详细分析与方法实现。针对复杂的大数据量的矩阵运算,采用传统中央处理器(CPU)串行计算方式会大量引起的消耗大量CPU资源与时间的问题,提出了一种采用CPU+现场可编程门阵列(FPGA)硬件加速实现异构计算的方法。该方法为算法移植到FPGA芯片实现,针对循环迭代的串行计算,利用FPGA丰富的逻辑资源实现并行执行,利用FPGA内置的寄存器与随机存取存储器(RAM)资源实现大量的中间变量的缓存,利用FPGA内置的硬核数字信号处理器(DSP)资源实现数学计算加速,从而达到节约计算时间,节省CPU资源消耗的目的。开展基于FPGA硬件实现的高性能矩阵并行计算技术的研究,以满足高性能矩阵计算的高维、实时性和高精度等技术指标。实验结果表明采用基于CPU+FPGA硬件芯片的异构计算的时间小于原本单纯采用CPU计算的时间,且随着矩阵维度的增加即计算的复杂性与计算量的增加差异越明显。

数控加工运动的平滑处理

为了满足高速加工的要求,提出假设圆弧过渡法来处理两相邻运动矢量拐角处的速度,过渡小圆弧的半径能随加工精度的变化而自动地调整,通过限制加工小圆弧的最大速度来限制拐角处的速度,利用超前分析的方法,根据减速所需的最大距离提出了一种多程序段运动平滑算法,实现进给速度提前减速,从而防止刀具在拐角处发生过载,并有效地减少了工件形状在拐角处,或小半径圆弧的加工误差;用等效的梯形加减速方法实现了S型曲线加减速的分析,导出了S型曲线加减速实时精确的插补算法,从而克服了用查表法来近似计算速度的缺点。这些算法简单、有效,已在最新开发的高速铣床上得到应用。在高速加工时获得了高的加工精度。

基于进给速度自适应控制的NURB曲线的智能插补(英文)

To satisfy the need for high-speed and high-accuracy machining of NURBS curve. Firstly the form of NURBS curve is analyzed and Talor＇s expansion of the parameter u with respect to time t is used to obtain the algorithm of the first order approximation interpolation. Secondly, based on the algorithm of the controlled chord error interpolator, an intelligent interpolation algorithm of the adaptive feedrate control is proposed. According to the actual machining capacity of machine tools, this algorithm uses look-ahead method, which dispenses with the complicated computation of the end point estimation of NURBS curve, to analyze the curve segment required by the maximum deceleration distance. Thus, the feedrate could decrease in advance and vary with the curvature and the variation ratio of curvature, which makes machining motion quite smooth. Not only could high accuracy and fine surface quality be achieved during high-speed machining, but also the overload of cutter tools is avoided on comers. Finally, in order to facilitate the calculation of interpolation, the dynamic matrix representation and efficient algorithm of curvature computation of the NURBS curve are presented,

高速数控加工速度的自适应控制

为了满足高速加工的要求,提出了一种基于最小冲击的多程序段运动速度控制自适应算法。该算法根据两相邻的运动矢量之夹角和两程序段运动的速度,计算出拐角处冲击的大小,并根据对机床产生最小冲击原理,计算出拐角处的速度值,实现进给速度提前自适应地减速,从而防止刀具在拐角处发生过载,并有效地减少了工件形状在拐角处,或小半径圆弧处的伺服跟踪误差;在高速加工时获得了高的加工精度与良好的表面光洁度。该算法简单、有效,已在最新开发的高速铣床上得到应用。

飞机氧气附件装配气密性的技术研究

介绍飞机氧气附件的组成、功能、装机前试验方法,针对氧气附件气密性故障件进行技术分析和试验验证,找出影响氧气附件气密性的因素。提出氧气附件装配气密性的控制规范要求,对氧气附件装配形成有效控制,避免装配后的壳体断裂和漏气现象发生,保证氧气附件的气密性。

旋转锉四轴联动磨削运动建模和成型理论研究

在实验的基础上 ,研究了旋转锉刀刃曲线的成型原理 ,建立了旋转锉刀刃曲线的数学模型 ,分析了旋转锉四轴联动CNC磨削运动的特点 ,用静态的方法建立了柱形、锥形、弧形、椭圆形、球形等基本外形旋转锉简单而实用的加工模型 ;最后给出了由基本外形组合而成的复杂外形旋转锉加工实例 .实验证明该模型是正确的 。

三轴数控铣床系统图形的实时显示

在三角网格模型的基础上,提出一种数控铣床系统中刀具扫描体的快速求法,充分利用计算机图形学中直线和圆弧域的求交方法———中点求交法和四向圆弧填充法,变浮点乘除运算为有利于计算机硬件实现的整数加减运算;并提出了操作方便的三角网格简化LOD方法,在图形显示时,该方法根据图形显示比例系数,把在一个像素范围内的小三角片合并成大三角片;对用LOD方法简化后的非特征区法矢相同的大三角片面进行进一步合并.实验结果表明,上述方法减少了图形显示时的运算时间,提高了图形显示速度及效率.

飞机制孔爬行机器人的位姿调节研究

飞机制孔8足并联爬行机器人是由多个构件组成的一个复杂的多维运动系统,末端执行器姿态的调整不是通过设置独立的运动轴来实现,而是通过所有腿的复合运动(升/降)来实现。当进行制孔运动时,需要实时计算各腿的空间位置和调节量,实现刀具沿着加工点处法矢方向进行制孔。通过分析各构件的空间几何位置关系建立调姿计算局部坐标系,根据机器人的动作特点,建立末端执行器空间运动坐标系;利用机构在调姿过程中,各腿一直与动平台保持垂直这一特点,建立空间变换矩阵;根据测量系统给定的制孔处法矢,计算各腿的伸缩量和空间位置补偿量;把末端执行器看作一只虚拟的腿,可用同样的方法求得其X、Y、Z向的调整量。从而不需要设置独立的旋转轴就能实现机器人的位姿调节。

伺服压力机加工运动的控制

分析了S曲线加减速的动力学特性并提出其快速计算方法。根据电动伺服压力机的加工运动特点,控制系统应用S曲线加减速;提出了运动段速度的前向和后向的提前预分析处理方法和一种离散化速度衔接方法。这些方法使加工运动能满足系统的加速和减速的要求,实现段间高速的速度过渡。这些算法简单、有效,已在最新开发的伺服压力机上得到应用。在高速加工时机床运行平稳、噪声低。

永磁同步电机转子相位检测与编码器校正方法

基于复合增量式编码器的永磁同步电机伺服控制,提出一种转子相位检测和编码器校正方法。根据复合增量式编码器的工作原理,给出基于霍尔信号边沿实现初始定位误差快速修正的转子相位检测方法。通过对编码器参考信号标定及参考信号相位对齐实现编码器的自动校正。该方法在FPGA硬件平台进行验证,实验表明,提出的方法可以保证永磁同步电机的正常启动和稳定运行。

可灵活配置的四站式拉线编码器机器人测量系统

针对结构复杂的机器人,在其末端不安装位置传感器情况下分析其动力学性能的问题,研制出了一种可灵活配置的四站式拉线编码器机器人测量系统。提出了一种简单的四站拉线编码器初始位置校准方法,该方法通过现场简单操作即可使用其粒子群算法迭代解算出4个站点之间的初始位置关系,实现了测量前基站位置的任意安放,提高了系统测量的效率;设计了一种灵活、轻巧的拉线导向结构,实现了拉线编码器的任意方向运动,从而实现了测量系统与机器人运动的随动,在不改变机器人原有结构和动力学特性的情况下,方便地获得了机器人的末端位置信息。研究结果表明:四站拉线编码器初始位置校准方法计算精度高、速度快;测量系统配置灵活、轻便,测量效率高,测量精度能够满足工程的需要。

位置随动系统轨迹规划算法研究

位置随动若完全依靠伺服系统对目标信号的响应,则会产生加速度过大而超过系统的响应能力,出现系统的振动和抖动等现象,控制难度大。若系统能根据随动目标动态实时地进行运动轨迹规划,则系统运行会更加平滑,控制难度大大降低。把随动系统分为移动定目标随动和移动不定目标随动两类,提出用5次样条曲线规划移动定目标随动轨迹的通用算法,实现整个随动过程速度、加速度和加加速度的连续,从而使得随动跟踪运动非常地平滑;提出移动不定目标随动轨迹实时S曲线规划算法,实现随动目标轨迹实时地计算,使得系统在多段随动轨迹间切换时速度、加速度的连续,保证随动跟踪运动的平滑性。

基于OpenGL ES的伺服压力机加工运动的三维仿真

研究了嵌入式图形标准接口技术OpenGL ES。介绍了利用该技术在基于WinCE操作系统平台上构建曲柄连杆伺服压力机三维实体模型的方法。对伺服压力机加工运动轨迹进行计算,并利用建立的实体模型对伺服压力机加工运动轨迹进行了三维动态仿真。这有利于用户在加工前对加工运动轨迹和曲柄的运动模式设置进行验证。

NURBS曲线插补过程中运动平滑处理

由于不能通过积分方法在短时间内精确计算NURBS曲线的长度,使得在数控加工过程中实时计算减速距离、判断最终减速段开始点变得非常困难。基于插补的实际情况,给出一种实时计算减速距离的方法,在此基础上,实现了基于梯形速度曲线的速度平滑处理以及基于S形速度曲线的加速度平滑处理。模拟结果表明,该方法在NURBS曲线实时插补过程中,在保证误差的基础上,满足了插补周期和加减速的要求,且实现了速度以及加速度的平滑过渡。

飞机轻型自动化制孔系统及关键技术

飞机装配技术面临着自动化、数字化和柔性化的发展趋势,面对日益激烈的竞争,在研制飞机自动化装配系统时需要综合考虑装配效率、系统柔性、设备成本等因素。与壁板自动化装配常用自动钻铆系统不同,自动化制孔系统更常用于部段总装和部件对接,这些位置由于开敞性问题往往只适合采用自动化制孔的方法。轻型自动化制孔系统是在装配效率、系统柔性和设备成本之间折衷的一种方案,受到国内外业界的普遍重视。

基于混合层次包围盒的水下训练机械臂碰撞检测方法研究

针对航天员水下训练超大作业空间中的人机安全问题,提出了一种快速、精准的机械臂碰撞检测方法。首先,基于最小包络和二分法寻找模型最小包络球体及胶囊体,实现模型的最优球体及胶囊体包围盒的自动生成;然后,基于二叉树的思想,采用轴对齐包围盒(AABB)和球体及胶囊体包围盒2层结构,按照自顶向下的顺序对机械臂及舱体模型建立混合层次包围盒树,遵循同层优先的原则对层次包围盒树节点进行遍历,利用上层AABB层实现碰撞部位的快速定位,利用下层球体及胶囊体包围盒层保证碰撞检测的精度;最后,将该方法集成于自主研发的水下训练机械臂操控系统,进行了试验验证。结果表明:该方法减少了包围盒的多余体积,提高了碰撞检测的精度,计算效率提升了45%以上,满足超大作业空间碰撞检测准确性及实时性要求。

基于N叉树的PLC功能块向指令表的转换算法研究

针对软PLC多重输出的问题,提出了基于N叉树的PLC功能块图向指令表的转换算法。该算法首先将功能块图映射为N叉树型数据结构,在此基础上通过对N叉树结构进行了分解重组,将生成的复杂树结构分解成多个有序子树结构的集合,再对分解后的树型结构依次进行了后序遍历方式访问,根据不同的节点类型转化编译成相应的指令表语言,实现了PLC功能块图形语言向指令表的转换。文中给出了一个转换实例,阐明了该算法的思想及其实现步骤。并在基于IEC61131-3准则的软PLC上位机系统进行了实验验证,实验结果表明该算法具有通用性,能够将具有多重输出的复杂控制逻辑功能块图转换成指令表语句,在编译转换过程中,该算法很好地简化了程序,节省更多的内存空间,提高了PLC功能块图编译转换的效率。

基于遗传算法的机器人加工位姿优化研究

针对工业机器人的加工效果具有位姿依赖性这一特点,基于机器人性能评价指标和遗传算法提出一种优化机器人加工位姿的方法。建立机器人正运动学模型和静刚度模型并选取机器人运动性能评价指标和刚度性能评价指标;通过蒙特卡罗法得到机器人运动性能、刚度性能在关节空间和笛卡儿空间的分布图,通过分布图研究机器人各关节对机器人运动性能、刚度性能的影响;基于机器人运动性能评价指标和刚度性能评价指标设计适应度函数,使用遗传算法对机器人加工位姿进行优化,优化后机器人性能得到了提升。

基于FPGA的步进电机伺服控制系统研究

针对目前步进电机控制中存在的步距角大、低频震荡以及控制精度不高的问题,采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)作为主控芯片,实现对1台两相混合式步进电机的电流和速度双闭环控制。利用FPGA本身运算速度快、实时性好和编程灵活的优点,通过数字比较器同步产生多路PWM控制信号,以此来减小步进电机步距角,提高伺服系统的性能和电机运行的平稳性。最终测试结果表明,该闭环驱动技术有助于解决步进电机控制中的相关问题,具有良好的实用价值。