Force Control Compensation Method with Variable Load Stiffness and Damping of the Hydraulic Drive Unit Force Control System

Each joint of hydraulic drive quadruped robot is driven by the hydraulic drive unit（HDU）, and the contacting between the robot foot end and the ground is complex and variable, which increases the difficulty of force control inevitably. In the recent years, although many scholars researched some control methods such as disturbance rejection control, parameter self-adaptive control, impedance control and so on, to improve the force control performance of HDU, the robustness of the force control still needs improving. Therefore, how to simulate the complex and variable load characteristics of the environment structure and how to ensure HDU having excellent force control performance with the complex and variable load characteristics are key issues to be solved in this paper. The force control system mathematic model of HDU is established by the mechanism modeling method, and the theoretical models of a novel force control compensation method and a load characteristics simulation method under different environment structures are derived, considering the dynamic characteristics of the load stiffness and the load damping under different environment structures. Then, simulation effects of the variable load stiffness and load damping under the step and sinusoidal load force are analyzed experimentally on the HDU force control performance test platform, which provides the foundation for the force control compensation experiment research. In addition, the optimized PID control parameters are designed to make the HDU have better force control performance with suitable load stiffness and load damping, under which the force control compensation method is introduced, and the robustness of the force control system with several constant load characteristics and the variable load characteristics respectively are comparatively analyzed by experiment. The research results indicate that if the load characteristics are known, the force control compensation method presented in this paper has positive compensation effects on the load characteristics variation, i.e., this method decreases the effects of the load characteristics variation on the force control performance and enhances the force control system robustness with the constant PID parameters, thereby, the online PID parameters tuning control method which is complex needs not be adopted. All the above research provides theoretical and experimental foundation for the force control method of the quadruped robot joints with high robustness.

The Response of Viscously Damped Euler-Bernoulli Beam to Uniform Partially Distributed Moving Loads

The paper investigates the response of non-initially stressed Euler-Bernoulli beam to uniform partially distributed moving loads. The governing partial differential equations were analyzed for both moving force and moving mass problem in order to determine the behaviour of the system under consideration. The analytical method in terms of series solution and numerical method were used for the governing equation. The effect of various beam observed that the response amplitude due to the moving force is greater than that due to moving mass. It was also found that the response amplitude of the moving force problem with non-initial stress increase as mass of the mass of the load M increases.

附加阻尼控制下风电机组机网耦合载荷建模及分析

针对附加阻尼控制下风电机组机械载荷问题,开展风电机组机网耦合载荷建模及载荷特性分析研究。采用FAST与Matlab/Simulink软件联合方法,建立综合考虑机组机械特性和电气特性的并网风电机组机网耦合载荷模型。采用所建模型开展附加阻尼控制对机组机械载荷影响的仿真分析,并复现附加阻尼控制下风电机组机械系统与电力系统的机网共振现象。结果表明,所建模型能够表征附加阻尼控制下风电机组机械系统与电力系统的耦合互作用,系统低频振荡会导致机组关键结构出现明显振动载荷,且系统振荡频率与机组机械结构固有振动频率接近时两者共振会急剧加大机组振动载荷。

采用可控负荷灵敏度的DFIG并网电力系统低频振荡模式抑制

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)并网加剧了低频振荡(low-frequency oscillations,LFO)。电力市场和智能用电设备,使得负荷可参与阻尼控制。此时危险模式阻尼比受负荷影响,增加特征灵敏度解析表达难度。现有恒阻抗模型,不能反映综合负荷对小扰动稳定影响;异步电机模型精确,但参数辨识难度大,很难用于小扰动稳定分析。该文为避免潮流计算和稳定分析中负荷模型差异,采用ZIP负荷模型修正系统状态方程。以潮流解对负荷灵敏度为中间变量,提出危险模式阻尼比对负荷灵敏度的解析表达。引入准比例谐振控制(quasi-proportional resonance,qPR)调节负荷,相应修正阻尼比灵敏度,以改善阻尼控制的鲁棒性。仿真结果验证了所提算法的控制效果。

橡胶砾石级配对筋土界面循环剪切特性的影响

橡胶砾石作为基础填料,具有低剪切刚度、高阻尼比的特性。为了研究土工格栅-橡胶砾石的循环剪切特性,利用室内动态直剪仪进行了一系列直剪试验,分析了4种橡胶砾石颗粒级配(级配不良GR1、GR4,级配良好GR2、GR3)、3种橡胶配比(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)下土工格栅-橡胶砾石界面的剪应力-剪切位移关系和体变特性。试验结果表明:在循环剪切过程中,各橡胶砾石级配均表现出剪切硬化的特点,但其抗剪强度与纯砾石相比均出现不同程度的降低;橡胶砾石抗剪强度随着竖向应力的增加而增大,4种级配土中GR2表现出最高的抗剪强度,但相较于纯砾石其抗剪强度约下降9%;界面最大竖向位移与竖向应力和橡胶含量成正相关,2种连续级配土GR2和GR3的界面竖向位移较小;在同一颗粒级配下,剪切频率和剪切位移幅值越大,混合土界面峰值剪应力越大;筋土界面剪切刚度随着循环次数的增加而增大,随着橡胶含量的增大而减小,而阻尼比与剪切刚度呈相反的规律。

一种LC逆变器优化采样控制策略

LC逆变器在数字控制下电流内环受到控制延时的影响,导致其有源阻尼效果减弱,提高采样控制频率可以有效减小数字控制延时的不利影响。此外,为了抑制强非线性负载带来的高次谐波扰动,电压外环需采用多个谐振控制器。为减小电压外环的程序时间复杂度,提高谐波控制数量,提出一种针对LC逆变器电压电流双闭环控制的优化采样数字控制策略,其中,电流内环为双采样控制频率而电压外环为单采样控制频率。此优化采样数字控制策略在保证电流内环的稳定域度下同时增强了对非线性负载扰动的抑制能力,降低了输出电压总谐波畸变率。最后,通过实验验证了所提优化采样数字控制策略的可行性和有效性。

基于磁流体轴承的大载荷磁流体二维导轨平台研究

在现有的精密机床中,空气静压导轨平台存在阻尼突变、载荷不高的问题,基于磁流体轴承,提出了一种大载荷磁流体二维导轨平台。首先,对基于磁流体的导轨平台关键问题进行了研究,包括空气损耗问题和磁流体尾迹问题;然后,采用磁流体压力轴承设计了一个双U形导轨平台结构,并将顶部、底部和侧部轴承垫紧密地放置在一起,从而在动子上形成了一个储液层;采用上下磁化配置的导轨平台具有6个轴承垫,每个轴承垫由多个小型磁体组成;其次,对载荷能力、刚度和涡流阻尼进行了数值模拟;最后,选用了煤油基磁液、铝材和铁素体不锈钢制备了一台平台样机,进行了平台的性能测试,对该导轨平台的有效性进行了验证。研究结果表明:该平台的平面度为±7μm,具有较高的可重复性,明显优于现有基于磁流体轴承的精密运动系统;在相同行程和尺寸条件下,与气动平台相比,该平台的最大有效载荷为140 N,提高了40%;阻尼在2 N·s/m至4 N·s/m之间相对恒定,且可预测,解决了气动平台的阻尼突变问题,有利于实现导轨平台高精度定位的目的。

A Parallel-type Load Damping Factor Controller for Frequency Regulation in Power Systems with High Penetration of Renewable Energy Sources

Renewable energy sources(RESs)are rapidly devel-oping and their substitution for traditional power generation poses significant challenges to the frequency regulation in power systems.The load damping factor D characterizes the active power of load that changes with power system frequency,which is an important factor influencing the frequency response.However,the value of D is small,resulting in the limitation in frequency regulation of the power system.This paper proposes a parallel-type load damping factor controller to enhance load damping factor by utilizing static var generators(SVGs)in substations.Additionally,it discusses the configuration method for the relevant parameters of the controller,evaluates its frequen-cy regulation capability,investigates the impact of large-scale application of the controller on static and dynamic loads,and conducts a comprehensive evaluation of the impact of the damping factor control process on the voltage stability of the main grid.The large-scale application of the proposed controller can significantly improve the frequency regulation capability,and almost have no influence on the working status of the load.It can also significantly improve the dynamic performance of system frequency.The proposed controller can provide technical support for the frequency regulation of new power systems with high proportion of RESs.

基于实测载荷的牵引车双腔油箱失效研究

针对某牵引车双腔油箱内部实心隔板结构失效且载荷不易获取、量化等问题,提出了一种基于实测载荷的油箱失效研究方法。使用扫描电镜对样件断口进行观测分析,确定失效模式为疲劳失效;基于燃油的力学特性分析,双腔油箱失效主要原因是由单阻尼挡板提供的晃动阻尼不足,导致实心隔板受到冲击力过大;增加多孔阻尼挡板,可降低行车过程中燃油晃动对实心隔板的冲击力,对油箱进行结构优化;油箱优化前、后关键位置安装了传感器,在试验场进行双腔油箱优化前、后两种状态下实心隔板应变载荷采集,对载荷数据进行幅值、雨流及统计分析,对优化前、后油箱实测载荷进行量化分析,优化后载荷最大幅值下降比例超过60%,表明增加阻尼挡板可显著减小实心隔板受到的冲击载荷;优化后试验场路试未出现油箱失效问题,表明优化后实心隔板应变载荷低于油箱的疲劳极限,提高了油箱实心隔板的疲劳寿命;油箱结构优化后满足安全需求,为产品后续优化和下一代新产品开发提供理论指导和数据依据。

舰船脉冲功率负载Buck变换器自适应阻尼比控制方法

针对脉冲功率负载的周期性功率突变造成接口变换器输出电压瞬时跌落和持续扰动的问题,提出一种Buck变换器的自适应阻尼比控制方法,使得输出电压的响应性能能够直接通过阻尼比实现精确调节,不依赖于控制参数,且对输入电压扰动具有抑制作用。该方法通过引入类电压环消除了时变的输入和占空比的非线性饱和,建立输出电压与其参考值的单输入单输出二阶系统,将不确定负载扰动的控制问题转化为二阶系统的阻尼比控制问题。此外,在不影响电压调节性能的前提下,通过附加占空比调节实现并联变换器供电结构的均流控制。仿真和硬件在环实验结果表明,在脉冲功率负载的不同暂态过程,并联变换器均能够实现快速平滑的电压调节和输出电流均衡。

某工程连廊及不规则悬挑结构振动舒适度分析与控制

针对某工程连廊及不规则悬挑结构,基于MIDAS/Gen软件建立有限元仿真分析模型,按照国内外相关规范,验算结构正常使用时各人行荷载工况下的舒适度。针对不满足要求的结构,开展基于调谐质量阻尼器(TMD)的振动控制分析,并对无控制状态及振动控制后的计算结果进行对比。结果表明:连廊及悬挑结构在人行荷载激励下部分工况下竖向加速度响应超过规范限值,最大可达0.9839m/s^(2),采用TMD系统进行减振控制后,结构加速度响应得到有效降低;对于超限工况,TMD有效减振率在69%以上,最高减振率达90.82%,平均减率为85.59%。

考虑瓦块子结构的可倾瓦轴承广义完整动特性系数研究

针对因忽略瓦块子结构动力学特性而导致常规8系数无法分析瓦块摆振特性及其稳定性的问题,提出考虑瓦块子结构的可倾瓦轴承广义完整动特性系数表征方法。以瓦间承载的四瓦可倾瓦轴承为研究对象,采用差分概念法计算了其广义完整动特性系数,利用线性和非线性方法计算得到的小扰动响应对比验证了计算模型的正确性,研究了轴承结构参数和运行工况对可倾瓦轴承动特性系数的影响规律。研究结果表明:承载瓦的稳定性高于非承载瓦;重载工况下非承载瓦易发生失稳故障;转速过高会降低转子轴承系统的减振能力;存在一个最佳支点系数可以使各瓦块的角刚度最大;增大长径比、预载荷系数和瓦包角,减小轴承间隙比可以提高轴承的刚度系数、阻尼系数以及各瓦块的角刚度系数、角阻尼系数,轴承间隙对动特性系数的影响最显著。

迫击炮同心式电涡流制退机理论建模及试验研究

为了提高机动性,现代迫击炮向车载化方向不断发展,研制紧凑型、低后坐力迫击炮制退机取代笨重座钣结构成为轻型高机动迫击炮发展的趋势。针对该问题,提出了一种迫击炮同心式电涡流制退机,建立了发射载荷下同心式电涡流制退机电磁有限元模型,分析了电涡流制退机阻尼性能、气隙磁场与涡流场特性,研究了不同结构参数下电涡流制退机阻尼性能。研制了同心式电涡流制退机发射试验装置,并进行射击试验,在60 g装药下最大后坐加速度为377 g,最大后坐速度为12.33 m/s,后坐位移为215 mm,后坐位移的仿真结果与试验值相比误差5.11%,验证了仿真模型的准确性。研究结果表明:减小复合内筒与磁钢间工作气隙有利于增大磁场强度;复合内筒厚度超过1.5 mm,电流密度增益效果不明显,并将导致阻尼性能下降。

基于实测位移的水下大直径盾构隧道外荷载反演研究

【目的】为了实现水下盾构隧道整断面结构力学状态的长久监测。【方法】依托江苏某过江大直径盾构隧道工程,利用ATS激光跟踪的盾构隧道管片变形高精度测量与数据预处理方法,基于变形实测数据,结合遗传算法和阻尼最小二乘法优化方法,对盾构隧道横断面外部荷载状况进行反演,并与监测结果进行对比分析。【结果】工程应用表明:通过遗传算法与阻尼最小二乘法所反演的外部荷载数值均介于现场实测与太沙基理论之间。与两者相比,水平荷载最小误差为1%,最大误差为13.54%,平均误差为5.98%;顶部竖向荷载最小误差为6.11%,最大误差为13.2%,平均误差为10.47%。【结论】基于现场实测位移数据,反演水下盾构隧道任意断面、任意时间段的外部荷载状况的技术路线是可行的,为隧道外荷载状态及时监测提供了一种新途径。

循环荷载下软黏土阻尼比特性及其简化计算方法

土体的阻尼比是土层动力分析和评价必不可少的重要动力性能参数,但滞回曲线具有多样性和复杂性,利用规范法计算阻尼比时数据量过多导致数据的筛选和整理困难,适当地对滞回曲线进行简化有助于快速处理和分析试验数据。为研究南京地区长江漫滩淤泥质粉质黏土在地铁列车循环荷载作用下阻尼比的变化和特性,对土体进行动三轴试验,分析土体的阻尼比在不同固结围压和动荷载幅值下的变化过程,并根据土体动应力-应变滞回曲线的几何特征和循环荷载的物理意义,采用多个循环次数作为一个代表性循环单元的思路对阻尼比进行简化计算。结果表明:土体的阻尼比随着动应变的增加呈快速增长—缓慢增长—保持平稳的3阶段发展趋势;随着固结围压的增加,土体的阻尼比逐渐减小;随着动荷载幅值的增大,土体的阻尼比增加。简化方法中,代表性循环单元内循环次数越多,计算得到的阻尼比规范法所得数值越小,在精度合适的情况下,可以作为阻尼比计算的实用方法,以减少计算时的数据处理及计算量。

材料参数对液弹阻尼器动态特性的影响

为了探究材料性能参数对液弹阻尼器动态特性的影响规律,采用电液伺服动态试验机研究了液弹阻尼器的载荷-位移曲线、弹性刚度、阻尼刚度和损耗因子随橡胶硬度和阻尼液黏度的变化。试验结果表明:液弹阻尼器91.5%以上的弹性刚度由橡胶部分提供,并且弹性刚度随橡胶硬度的增大而增大;液弹阻尼器84.8%以上的阻尼刚度由阻尼液提供,并且阻尼刚度和损耗因子随阻尼液黏度的增大而增大,随剪切振幅的增大而减小,阻尼液黏度越大阻尼刚度和损耗因子下降幅度越大;当阻尼液黏度由2000 mm^(2)/s增大到10000 mm^(2)/s时,液弹阻尼器的阻尼刚度由2420 N/mm增大到5163 N/mm;当剪切振幅由0.2 mm增大到1.5 mm时,阻尼刚度分别减小18.5%和40.1%。以上结论可为液弹阻尼器的选材提供依据。

考虑永久位移的锚索框架减震锚头弹簧组件合理刚度研究

强震作用下预应力框架锚索可能出现内锚段松脱、锚索拉断等震害,在锚头处设置弹簧是一种新型抗震措施,而弹簧刚度的合理选取对改善锚索受力至关重要。建立在锚头处设置弹簧预应力锚索框架的加固基岩-覆盖层边坡三维数值模型,研究边坡在不同峰值加速度、不同持时地震波作用下响应规律,调整锚索-弹簧串联体系等效刚度大小,分析坡体永久位移和锚索轴力减载比随弹簧刚度的非线性变化特征;以控制边坡位移及锚索减载效果为目标,提出弹簧组件的合理刚度确定方法。研究表明:随弹簧刚度降低,缓冲减震作用逐渐显著;坡顶水平加速度受刚度变化影响较小,但当弹簧刚度低于临界值后边坡位移及弹簧变形量急剧增加;以边坡永久位移实际调查经验限值为首要控制条件,结合位移、弹簧峰值行程随刚度变化拟合“直-曲分界点”曲线,以共同确定弹簧刚度下限;同理,依据减载比拟合曲线轴力削减明显区段得出刚度上限,以保证一定工程经济性。针对算例模型取永久位移10 cm、拟合曲线曲率k小于0.002 k max作为直曲分界判断依据,得0.4 g~0.6g强震下弹簧刚度区间为(2.5,3.8)kN/mm,研究方法可为边坡预应力锚固工程抗震设计提供参考。

连续采煤机液驱行走稳定性研究

基于连续采煤机液驱行走的需求,设计了液驱行走负载敏感液压系统,分析了负载敏感液压系统压力脉动作用机理,研究了负载反馈回路2种滤波方法,设计了变阻尼阀,并在连续采煤机液驱行走负载敏感液压系统进行了试验,试验结果表明,通过调节变阻尼阀可达到预期的稳定性。

测试条件对液弹阻尼器动态特性的影响

研究测试条件对液弹阻尼器动态特性的影响规律。结果表明:阻尼液耗散的能量占液弹阻尼器耗散能量的86.3%以上,随剪切振幅和剪切频率的增大,液弹阻尼器的耗能能力显著提高;液弹阻尼器的弹性刚度和阻尼刚度随剪切振幅的增大而减小,随剪切频率的增大而增大;当剪切振幅由0.2 mm增大到1.5 mm时,液弹阻尼器的阻尼刚度减小42.7%,当剪切频率由0.5 Hz增大到4 Hz时,液弹阻尼器的阻尼刚度由2 213 N·mm^(-1)增大到5 802 N·mm^(-1)。

阻尼孔对负载敏感液压系统动态特性分析

以负载敏感液压系统中的负载检测反馈控制回路为理论依据,结合实际工况,采用功率键合图建立两种不同工况下负载检测反馈控制回路的数学模型,得到液压回路的状态方程。在此基础上利用AMESim仿真软件建立系统的仿真模型,分析负载检测反馈控制回路中不同位置的阻尼孔直径对负载敏感液压系统动态特性的影响,为负载检测反馈控制回路中阻尼的设计选型提供理论支持。