基于D-H矩阵的球面5R并联机构误差建模及灵敏度分析

以D-H变换矩阵为建模工具,采用环路增量法,建立了包含杆件D-H参数的球面5R并联机构的误差模型,该模型不仅考虑了机构的结构参数误差,还考虑了由于加工和装配等原因出现的各转动副轴线和球心之间的偏差,使得误差模型更接近于工程实际;根据误差模型进一步计算得到了各从动件运动参数误差以及轴向间隙量的显式函数关系;最后对该机构进行灵敏度分析,研究了各几何误差源对该机构末端执行器位姿误差的影响程度。研究结果为该机构样机的标定、运动学补偿及应用提供了理论基础。

基于D-H矩阵的Stewart型并联机床位姿误差计算模型

针对6自由度Stewart型并联机床,以D-H变换矩阵为建模工具,建立起包含铰座位姿参数、杆件D-H参数的机床动平台位姿方程。采用矩阵微分方法推导出一个机床位姿误差线性化计算模型。该模型不仅使铰座位姿参数误差、杆件D-H参数误差等几何误差全部进入机床位姿误差计算方程,而且将机床位姿误差与几何误差之间的非线性隐式函数关系简化为线性显式函数关系。基于支链杆长方程建立起一个能描述机床位姿误差与几何误差之间实际映射关系的非线性计算模型,以其作为参考模型对线性化计算模型的有效性进行检验。仿真表明:在小误差条件下,线性化模型可以很好地逼近非线性模型,由于具有形式简洁、分析与计算方便等特点,基于D-H变换矩阵的位姿误差线性化计算模型可用于Stewart型并联机床的精度分析、精度综合及运动学标定。仿真结果还表明:当对机床位姿精度要求较高时,需要考虑杆件的全部D-H参数误差对机床位姿的影响。

基于D-H变换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计

为满足水稻插秧机宽窄行插秧的需要,以高速插秧机的行星系分插机构为研究基础,根据宽窄行空间插秧轨迹的要求,提出了一种斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的行星轮系分插机构。确定了分插机构空间插秧轨迹的关键参数,利用D-H变换矩阵建立了机构的轨迹模型,分析了关键参数对插秧轨迹的影响,并进行了机构的运动特性研究。利用编写的机构优化程序,通过人机交互的方式优化出一组满足空间插秧要求的机构参数,并根据参数完成了机构的设计。最后,通过虚拟仿真验证斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求。

相容性指标下的鲁棒H_∞容错控制器设计

该文基于线性矩阵不等式 (LMI) ,研究时变不确定系统在线性分式变换模型下的鲁棒H∞ 容错控制问题。通过引入H∞ 性能指标 ,考虑系统的被控输出对外干扰信号的抑制能力。利用LMI方法 ,分析了相容指标的取值范围 ,鲁棒H∞ 容错控制器存在的充分条件 ,并给出了控制器的构造性设计方法。

具有离散和分布时滞的中立系统的时滞相关H_∞滤波

研究关于具有离散和分布时滞的中立微分系统的时滞相关鲁棒H∞滤波问题。求得的滤波器是Luenberger观测器类型的,它能保证滤波系统的渐进稳定并能满足一个给定的H∞性能指标。用Lyapunov稳定性理论和广义模型转换来分析系统,欲使得该设计方法比已存在的设计方法有更小的保守性。给出的例子说明了此设计方法的有效性。

转化生长因子β亚家族调控骨关节炎中的作用

背景:骨关节炎作为中国最常见的老年慢性退行性疾病之一,因其复杂的发病机制及细胞分子交流途径,目前尚未有行之有效的方法去延缓骨关节炎的进展。而转化生长因子β在早期关节的形成、骨和软骨的发育以及关节重塑各阶段发挥重要作用,是维持与调节关节稳态的关键因子之一。目的:综述近年来国内外关于转化生长因子β亚家族在骨关节炎的发生发展中所起到的调控作用,分析其在骨关节炎不同阶段所产生的影响,探究转化生长因子β在临床治疗骨关节炎上的应用前景,以期能为临床治疗方案提供参考。方法:应用计算机检索中国知网和PubMed数据库收录的相关文献,中文检索词为“骨关节炎,转化生长因子,信号通路,骨重塑,软骨退变,血管生成,治疗”,英文检索词为“Osteoarthritis,Transforming Growth Factor,Signaling Pathway,Bone Remodeling,Cartilage Degeneration,Angiogenesis,Treatment”,最终纳入57篇文献进行综述分析。结果与结论:(1)目前,关于骨关节炎复杂的发病机制尚未有统一定论,大量研究表明骨关节炎与细胞因子和信号通路关系密切,以转化生长因子β超家族作为其发病机制和治疗突破口的相关研究也是当前的热点。(2)转化生长因子β在早期关节软骨形成与稳态维持上起到关键作用,并对于软骨损伤修复有促进作用;而在关节成型后,转化生长因子β的保护作用会减弱甚至造成破坏效应,其双重调节作用也是目前转化为临床治疗手段的重点,需后续研究明确适用范围以制定标准。(3)高水平活性转化生长因子β在机械应力的介导下参与骨细胞、成骨细胞与破骨细胞的调控,并干预随后骨微观结构的重塑,特异性抑制剂可作为治疗疾病的靶向药物,但其作用的安全性与有效性仍需临床进一步完善。(4)血管增生可能在转化生长因子β介导软骨退变及软骨下骨重塑中提供潜在的串扰途径,异常的交流途径会进一步破坏骨软骨单元微环境的稳态从而加速骨关节炎中关键的病理学进展。(5)关于转化生长因子β在骨关节炎中的研究已经较为全面,临床应用前景广泛,目前已有相关药物处于临床试验阶段,但如何控制对其他组织的潜在影响和精准控制靶向递送等关键问题亟需解决,随着研究的深入,未来有望在延缓骨关节炎治疗方式上作出新的突破。

基于D-H变换矩阵的Stewart型并联机床位姿方程及运动学反解

以D-H变换矩阵为建模工具,建立了包含铰链结构、支链类型、铰座安装位姿、杆件结构尺寸和运动参数等各类几何特征信息的6自由度并联机床的通用位姿方程,并进行了运动学反解。得到了以显式表达的主、从动关节运动参量计算公式。

基于D-H矩阵的3-URS并联机构位姿误差建模与分析

针对3-URS并联机构进行了运动学分析,利用D-H变换矩阵对其进行位姿分析,推导得到其运动学正解模型,在此基础上利用矩阵微分理论结合D-H矩阵得到了单条支链的位姿误差模型,最终得到全面考虑各关节处的误差来源(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型。应用该数学模型进行计算,并对3-URS并联机构的误差进行分析,给出了动平台末端误差随驱动角α_1,β_1的变化规律,通过该规律可得到误差敏感点,在工作过程中应注意避免。该误差模型的建立对3-URS并联机构的制造,及位姿控制的精度补偿有参考价值。

VTOL直升机的鲁棒非脆弱H_∞控制

针对含有飞行时滞的垂直起飞着陆(VTOL)直升机系统,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,设计了考虑加性控制器增益摄动的时滞相关鲁棒非脆弱H∞控制器。利用描述系统变换,得到了状态反馈鲁棒非脆弱H∞控制器存在的充分条件。在无控制增益摄动的情形下,该控制器能够允许更大的飞行时滞。引入凸优化算法,求解使闭环系统渐近稳定且干扰抑制水平最小的最优控制器参数。仿真结果表明所设计的控制器具有良好鲁棒性和非脆弱性。

基于复合开关级联H桥结构的有载调压配电变压器

为实现配电变压器灵活可靠调压,采用复合开关级联H桥模块作为一种新型的有载分接开关,稳定状态时,复合开关中机械开关流过负载电流实现低的导通损耗,分接开关切换过程中,复合开关中电力电子开关辅助机械开关实现无弧开断,并利用电力电子开关的时序控制方法限制环流的产生。H桥连接结构中控制开关的通断改变调压绕组接入主电路状态,结合提出的调压绕组编码策略,实现最少的调压绕组组合出最多的调压状态,大幅节省复合开关数量和调压绕组的数量。结果表明,采用所提出的新型有载调压分接开关及其控制方法的配电变压器可以实现跨级快速宽幅无弧调压。

基于H_2/H_∞控制的液压伺服系统鲁棒性设计

针对液压伺服系统中参数时变和外界干扰的特点,通过运用线性分式变换(LFT)得出系统的传递函数,运用线性矩阵不等式(LMI)处理方法,设计出基于H_2/H_∞控制的控制器。利用该控制器不仅可有效地抑制参数时变,而且对外界干扰的影响也有较好的抑制作用。仿真结果表明该控制器是有效的。

一种新的机械手运动方程求解方法

本文在分析了多关节机械手臂运动关节与手腕姿态关系的基础上，提出了一种新的机械手运动方程求解方法．这种方法与传统的Ｄ－Ｈ算法相比大大减少计算运动方程正逆解的计算量，这对提高通用多关节机器人的控制速度是有用的．本文还给出了采用新算法对Ｍｏｖｅｍａｓｔｅｒ－ＥＸ机器人运动方程的正逆解与传统Ｄ－Ｈ算法的比较．

混合电动汽车多电平车载变换器的研究

以车载电源为动力的混合动力汽车已受到越来越多的关注。针对现有车载功率变换器存在的问题:电池单体动态均压、功率密度、使用寿命与安全性等,本文提出一种由级联H桥单元、矩阵变换器与中频变压器组合的交直流混合多电平变换器。该拓扑可实现交、直流两种输入模式的独立控制,兼顾电池供电和发电机供电,兼容Plug-in模式。采用中频变压器和矩阵变换器减小了系统的体积与重量,实现高功率密度运行,并使系统具备四象限运行能力。由于拓扑中不存在大规模电池组并联,可有效地提高电池组的使用寿命、可靠性和电能利用率。仿真和实验均验证了所提出方法的正确性和有效性。

高强钢拼焊板V形模压弯曲回弹数值预测

基于ABAQUS有限元软件的UMAT和VUMAT接口,利用径向回退映射算法开发变模量的各向同性强化、线性随动强化和非线性随动强化的本构模型,耦合Aitken算法提高了非线性随动强化模型的收敛速度。利用耦合变模量的三种强化准则的模型,基于显式计算成形隐式计算回弹算法,在不同模压力和不同凸模圆角半径下对高强钢拼焊板V形模具弯曲的回弹进行预测,通过试验验证耦合应力相关变模量的非线性随动强化模型的回弹预测精度较高,最大预测误差为2.2%。应用此模型在不同凸模圆角半径和不同模压力下对高强钢拼焊板V形模具弯曲回弹后模量场和卸载后弯曲角进行预测与分析,拼焊板厚侧母板模量变化区较薄侧母板变化区域大,并在凸模圆角与直边过渡段上方出现反弯区。卸载后弯曲角随凸模圆角半径增大而增大,随着模压力的增大而减小。验证通过施加不同模压力可提高高强钢拼焊板V形模具弯曲工艺柔性的正确性,为进一步研究高强钢拼焊板V形模具弯曲自适应成形奠定基础。

PUMA机器人逆运动学求解新方法

本文分析了PUMA机器人位置结构和姿态结构的特点 ,根据末端执行器位置矢量和姿态转换矩阵 ,在考虑臂形标志的基础上建立逆运动学算法 ,在MATLAB5 3上建立仿真实验系统 ,验证该算法的有效性。

球面2-DOF冗余驱动并联机器人机构误差分析

将环路增量法应用于多环路并联机构的误差分析中,并提出环路选取原则。基于D-H参数,结合冗余驱动机构特点,采用环路增量法,建立兼顾位置和姿态两类误差的球面2-DOF冗余驱动并联机器人机构误差模型。该误差模型除包含机构的结构参数误差外,同时还将由于加工和装配等原因出现的各转动副轴线和球心之间的偏差考虑进来,更全面地反映了机构的工程实际情况。基于该误差模型进一步分析球面机构出现卡死现象的原因,预估了机构误差,为该机构样机的运动学标定研究奠定了理论基础。

基于三坐标测量机的球面5R并联机构运动学标定研究

基于D-H参数建立了包含球面5R并联机构全部结构参数的标定用位置反解模型。建立了该机构位置和姿态运动学标定模型,结合实际样机进一步得到了标定简化模型,简化了参数辨识与补偿计算过程。通过三坐标测量机确定了球面机构的近似球心,并以此为原点建立了测量坐标系,从而实现了测量参考系与运动参考系的统一,便于末端执行器位姿的测量。通过标定实验,验证了该方法能够提高球面并联机构的绝对精度。

混合电动汽车功率变换器的研究

针对现有混合电动汽车能量管理系统所存在的功率密度低、可靠性差等问题,提出了一种基于级联H桥和矩阵变换器结构的高功率密度变换器拓扑。电池储能单元和车载内燃机发电单元提供整车驱动所需要的电功率,二者分别通过级联H桥电路和矩阵变换器与中频多绕组变压器输入侧绕组相连,中频多绕组变压器完成整车功率在电源和负载间的高效传输。其中,级联H桥电路作为储能单元控制电路的重要组成部分,在电池充放电过程中,负责均衡电池模块的动态电压。所提出的车载变换器降低了电池的串联规模和电容的使用量,显著提高了能量管理系统的功率密度和可靠性。在Matlab/Simulink环境中建立了相应的仿真模型,仿真结果验证了所提拓扑结构和相应控制策略的正确性。

双PSD工业机器人标定系统多目标位置控制研究

为了快速、精确、低成本的实现工业机器人的标定,设计了基于双PSD(位置传感装置)的工业机器人标定系统,激光束校准是该标定系统的关键问题,需要控制固定在工业机器人末端执行器上的激光指针,使得激光束照射在一个PSD中心,并反射到另一个PSD中心,针对此多目标位置控制问题,在建立激光束校准模型的基础上,运用H∞控制理论设计了H∞控制器,通过在线预估工业计机器人坐标系与PSD坐标系之间的变换矩阵,快速实现激光束校准,并通过实验验证了该H∞控制方法的可行性和有效性。

实时无隙钢球精密传动空间速度矢模型

针对实时无隙钢球精密传动机构中钢球的空间运动问题,根据微分几何理论,推导出了修正D-H变换矩阵,得到了传动机构钢球上任意一点相对于中心盘和组合行星盘的位置。利用转换机构法和空间几何建模理论,建立了钢球相对于中心盘和组合行星盘的空间相对速度矢模型。分析了传动机构摆线盘槽形角和钢球数对速度矢模型的影响。仿真结果与数值模拟结果的对比分析验证了空间速度矢模型的可靠性。