双自由度D形截面柱体流致振动的二维数值模拟

本文研究了D形截面柱体在顺流向和横流向两个自由度下的流致振动特性,迎流角为90°,质量比为2.6,雷诺数为370~3685,应用RANS方程采用SST k-ω湍流模型和Newmark-β法求解水流运动和柱体运动,入口流速采用匀加速法,检验了数值模型的网格和时间步长敏感性,并与相关文献的实验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性。基于计算结果,系统分析了D形截面柱体的振幅、振动频率、水动力系数、尾涡脱落模式,以及平均位置偏移情况。结果表明,双自由度D形截面柱体在约化速度为8~14的区间内表现为涡激振动-驰振模式,尾涡多为2S和S+2S交替脱落,双自由度振幅比单自由度有显著的增大。升力主要偏向截面的直线边一侧,且升力出现了多个倍频。横流向和顺流向平均偏移量最大都可达到一倍特征长度以上。

基于双自由度转台的全向空间单目视觉室内定位测量方法

针对传统单目视觉测量系统测量视场有限的问题,本文提出一种基于双自由度旋转平台的全向空间单目视觉测量方法。首先,对双自由度旋转平台的转轴参数进行标定,用副相机拍摄固定在双自由度转台上的棋盘格标定板,提取棋盘格角点的位置坐标,并将其转化到同一相机坐标系下。利用PCA(主成分分析)平面拟合得到初始位置转轴参数中的方向向量,使用空间最小二乘圆拟合方法得到初始位置下转轴参数中的位置参数。然后,通过转台转动的角度以及罗德里格斯公式将不同位置下相机获取的数据进行坐标系统一,实现水平和竖直方向全向空间下的目标测量。最后,通过高精度激光测距仪验证了本方法的测量精度,并通过与双目视觉测量系统、wMPS测量系统进行比对实验,验证了本方法的全向空间测量能力。实验结果表明,本方法测量精度基本达到双目视觉测量系统水平,但测量范围远大于双目视觉测量,可以满足全向空间测量要求。

基于木质异型材的两自由度工作台研究

设计了一种两自由度可旋转工作台,用于辅助普通三轴数控机床对木质异型材进行复杂曲面加工。该工作台可通过两台电机控制工作台同时或分别进行X轴和Y轴方向上的旋转,左侧电机驱动蜗轮蜗杆传动实现工作台X轴向旋转,右侧电机驱动齿轮副传动实现工作台Y轴向旋转,通过互相配合实现多平面、多角度加工。通过对工作台关键支撑结构进行静力学分析与模态分析,确定工作台整体支撑结构合理性,为两自由度工作台结构设计提供参考。

基于LMI的二自由度飞行器多变量控制

针对二自由度飞行器存在非线性特性、强耦合性以及易受外界干扰等问题,提出了基于LMI的二自由度飞行器多变量控制方法。首先,根据二自由度飞行器系统的输入和输出变量,结合空间动力学方程建立了系统的状态空间模型;其次,设计满足静态输出反馈稳定的多变量控制律;然后,通过李亚普托夫稳定性定理与极点配置法,将控制系统稳定性问题转化为优化问题,利用线性矩阵不等式(LMI)求解满足最优性能指标的多变量控制器参数;最后,通过对比仿真分析与单变量PID,表明该方法能有效提升二自由度飞行器的轨迹跟踪精度。

基于压电能量收集技术的自供电系统设计

为了降低对传统电池的依赖,同时收集和利用汽车发动机的振动能量,设计了一种二自由度压电能量收集器和基于压电能量收集技术的自供电系统。系统主要由压电能量收集器、电源管理模块和加速度传感器组成。对压电能量收集器进行了建模、仿真和测试,得到了压电能量收集器的谐振频率和输出电压,测试结果表明该压电能量收集器前两阶谐振频率分别为105.5和124.6 Hz,并且在95~128 Hz频率范围内输出电压均在2.7 V以上,频率带宽为33 Hz。测试系统的整体功能,测试结果表明电源管理模块LTC3588-1输出3.34 V的直流电压,加速度传感器ADXL335能够正常工作。实验验证了压电能量收集技术在汽车电子领域中的潜力和可行性,为汽车电子设备提供可持续的自供电解决方案。

考虑叶片影响的风力机塔筒双自由度涡激振动研究

研究叶片影响下风力机塔筒的涡激振动特性。首先,基于计算流体力学(CFD)方法、结构动力学理论以及重叠网格技术,建立塔筒结构的双自由度涡激振动仿真模型,通过与文献试验数据对比,验证模型的准确与适用性。并将该模型用于分析NREL 5 MW风力机塔筒与叶片的双自由度涡激振动。结果表明,采用重叠网格技术和CFD方法相结合,规避了由结构较大振幅所引发的网格畸变和负网格问题,获得了较高的计算精度。相比单塔筒振动工况,考虑叶片对塔筒影响后,两者的尾涡相互干扰与合并现象明显,导致塔筒的双自由运动更为复杂。在约化速度3~11范围内,塔筒横向最大振幅响应约为单塔筒工况的10倍,且振动频率出现“锁定”。

基于广义积分器二自由度PID控制的LCL逆变器

传统有源阻尼控制可抑制LCL逆变器谐振,但需要增加额外的电压或电流传感器。为此,提出了一种无需额外传感器的基于广义积分器的LCL并网逆变器单电流反馈二自由度PID控制(GI-2DoF-PID),GI-2DoF-PID比例积分环节实现并网电流无静差跟踪,而基于广义积分器的微分环节则增强LCL逆变器的阻尼特性。推导了控制系统的传递函数,分析了其稳定裕度与动态特性,提出跟踪和抗扰动优化的参数设计原则并选取了合适的控制参数。最后,构建了基于PLECS系统仿真模型,仿真结果表明:基于GI-2DoF-PID控制的LCL并网逆变器可以有效抑制谐振;电网电压严重畸变时,其满载并网电流畸变率仅为3%,远低于国家标准的要求;当系统从半载跳变到满载时,系统超调量低,响应速度快。

新型双体波浪能转换装置多自由度耦合水动力特性研究

提出一种新型双体波浪能转换装置,其主体由浮标和可调节质心的摆体构成。利用AQWA进行频域仿真,获取装置的水动力参数,建立含黏性项的多自由度耦合的时域模型,并将水动力参数代入模型,分别开展规则波、不规则波的仿真,研究质心位置、PTO(power take-off)阻尼对装置性能的影响,最终根据真实海况划分若干不规则波并分别开展仿真,研究装置在真实海况下的发电性能。结果表明,装置可通过调节配重位置在不同周期的波浪中高效发电,且装置在小波高情况下也可以有效利用波浪能量,具有持续的发电能力。

基于IMFAPC的二自由度柔性机械臂轨迹跟踪控制

针对二自由度柔性机械臂轨迹跟踪误差大、易产生抖振问题,提出了一种改进无模型自适应预测控制(Improve Model-Free Adaptive Predictive Control, IMFAPC)方法。首先在控制律中增加了对误差变化率的限制,并对误差变化率的差分也进行了限制。其次,设计时变参数的估计与预测机制,引入I/O数据信息预测未来时刻系统控制输入,从而有效解决二自由度柔性机械臂轨迹跟踪过程易振荡和发散问题,明显提高了对目标轨迹的跟踪精度且有效降低了柔性臂的弹性抖振。最后,经过仿真和实验验证了本文所提方法的有效性。

图腾柱功率因数校正器的二自由度控制分析

TPFC一般采用一自由度输出电压控制,在负载变化时输出电压动态特性较差,且启动过程存在明显超调。本文在推导TPFC双闭环控制结构基础上,引用了负载电流前馈控制和输出电压反馈补偿控制,构成两种二自由度(2DOF)控制结构。仿真分析表明,负载电流前馈型2DOF控制可以有效抑制负载变化引起的输出电压波动,但启动过程超调明显;输出电压反馈补偿型2DOF控制可以实现输出电压无超调启动,但是抑制负载变化的能力较差;综合负载电流前馈型和输出电压反馈补偿型的2DOF控制获得满意的输出电压控制效果,表现为启动过程无超调和变载过程无波动。

基于目标检测的室内自动视觉寻物系统设计

针对人们日常的寻物需求,文章设计了一款基于视觉目标检测的室内自动寻物系统。该系统主要由视觉信息采集、目标检测算法和云台运动控制组成。其中,ESP32读取OV2640摄像头拍摄的室内场景视频图像,PC服务器接收ESP32上传的图像。随后,文章采用YOLOv5目标检测算法确定目标物的空间位置,并在图像中检测红外激光发射器投射的光斑,通过增量式PID算法计算两者的位移偏差,由串口向STM32F103C8T6主控芯片发送运动指令,驱动2台舵机调整二自由度云台位姿,最终使得光斑能够对准目标物,形成寻物引导信号。实际测试结果验证了系统的有效性,该设计为室内自动视觉寻物提供了一种新的解决方案。

弹性驱动系统二自由度速度控制策略

针对二惯量弹性驱动系统,为了提高系统的稳定性,文章基于极点配置法对IP和PI速度控制系统进行参数设计,分析系统的阻尼特性。为改善系统快速性和稳定性,导入二自由度控制技术提高系统的设计自由度并增加一个前馈调节因子,分析其调节规律并给出一种设计方案。仿真分析表明,极点配置法结合二自由度控制可以保证速度控制系统快速性和稳定性的平衡,并且通过实验论证了设计的有效性。

基于PSO算法的塑料挤出机温度控制技术研究

塑料作为工业生产的一种重要原料,在工业生产中发挥了重要的作用。在塑料的生产过程中,对于生产温度有着较高的要求,生产温度直接关系到产出塑料的质量,因此必须的塑料挤出机的温度控制策略进行深入研究。本文基于迁徙策略提出了一种改进型的自适应粒子群算法,采用并行的双自由度PID取代常规的PID,并对并行的双自由度PID的控制器参数进行了优化处理。通过仿真测试,整个控制系统的性能指标和鲁棒性都有了显著的提高,本文提出的策略有效,可以进行推广应用。

车辆稳定性滑模控制器设计

汽车的质心侧偏角和横摆角速度对车辆操纵稳定性控制起着至关重要的作用,通常两者都作为控制系统的状态变量。为提高车辆的转向系统操纵性和行驶稳定性,通过简化车辆模型,分析理想二自由度汽车受力状况,将车辆线性二自由度模型作为理想控制目标,计算理想横摆角速度和理想质心侧偏角,同时在滑模控制的理论基础上,设计基于质心侧偏角和横摆角速度反馈的自适应趋近率滑模控制器。最后使用Carsim搭建整车模型和提供仿真工况,通过与Simulink中的自适应趋近率滑模控制器进行联合仿真,验证所设计的控制器使双移线工况中的车辆横摆角速度响应和质心侧偏角响应在峰值处分别优化了5.5%左右和20.0%以上,能有效改善汽车质心侧偏角和横摆角速度对理想值的跟踪效果,提高汽车的操纵稳定性。

电动汽车物理建模技术分析

该研究旨在分析电动汽车物理建模技术及其在典型领域的应用,通过对模型的技术分析,优化电动汽车的设计。文章基于电动汽车的工作原理和相关理论,提出可行的建模方法,运用基于牛顿力学的方法,建立了能够反映电动汽车实际运行状态的“二自由度动力学”公式模型。采用文献分析、数学建模手段建立了物理模型技术框架,可对电动汽车性能和安全性进行深入分析和优化,为后续的运动分析、控制策略设计以及性能优化提供了依据,该分析对于推动电动汽车的发展具有重要意义。

基于不确定与扰动估计器的直流配电网电压鲁棒控制

为保证在直流配电网母线电压鲁棒控制的同时,实现各源换流器之间电流的合理分配,基于不确定与扰动估计器(UDE)控制方法提出一种电压鲁棒控制策略,分别应用于直流配电网换流站级和换流阀级的控制。换流站级控制器设计重点在于解决负载电流参考值的给定和UDE控制的实现:将容量比引入下垂控制,提出考虑电流精确分配的负载电流参考值设定方法,该方法既充分考虑了各源换流器容量又避免了电流分配受线路参数影响的因素;以各源换流器输出电流能够渐进跟踪该参考值为控制目标,设计UDE控制律,这是实现电压鲁棒控制的关键。换流阀级控制方法应用UDE控制理论对电压源型换流器内环电流控制受到的不确定与扰动因素进行估计并补偿,设计了其UDE鲁棒控制律,证明UDE内环电流鲁棒控制器具有二自由度特性,且控制器参数解耦,简化了参数整定方法。改进后的控制器在提高电流控制抗扰性和鲁棒性的同时,解决了传统PI控制参数整定繁琐的问题。以三端直流配电网为例,对比仿真验证了所提策略的有效性。

多维强非线性振动系统的复动频率法

在机电耦合系统中,常会附加半自由度的方程。为了求解与这类方程有关的强非线性振动系统,在单自由度复动频率法的基础上引入新的平衡规则,使其可应用于一个半自由度系统,得到Duffing振子强迫振动的渐近解和幅频响应关系。为进一步拓展该方法的使用范围,通过增加新的待定频率和动态频率,使复动频率法可用于分析两自由度强非线性振动系统,据此得到两自由度Duffing‑Van der Pol振子的渐近解。通过与多尺度法、数值解结果对比,证明了使用复动频率法研究多自由度强非线性振动问题的有效性。

定子励磁型混合磁路直线旋转永磁电机磁路设计与实验研究

针对智能装备系统直线与旋转两自由度驱动需求,提出定子励磁型混合磁路直线旋转永磁(statorexcitedhybrid magnetic circuit linear and rotary permanent magnet,SEHMCLRPM)电机,采用轴向和径向双凸极齿结构,轴向直线运动与径向旋转运动磁场共用定、转子磁路。永磁体设置在定子上,动子上既无绕组也无永磁体,动子结构简单坚固,重量轻,具有转矩惯量比高、动态响应速度快、可靠性高等特点;定子同时设置有直线与旋转两套绕组,直线和旋转运动控制独立,降低两自由度驱动控制的复杂度。分析该类电机的运行原理和结构特点,探讨混合磁路特征,构建该类SEHMC-LRPM电机的解耦等效磁路模型,实现该类电机的磁路设计。在此基础上,基于3D有限元方法分析混合磁路与两自由度耦合磁场,揭示两自由度磁场与电机磁场分布、空载和负载特性的关系。最后,加工制造样机,并进行实验研究,验证该电机结构的有效性和理论分析的正确性。

二自由度云台非线性反步控制器设计

针对二自由度云台的跟踪控制问题,依据反步法控制思想,提出一种基于增广李雅普诺夫函数的反步控制器设计方法。首先建立二自由度云台的非线性数学模型,并为模型的机械子系统设计了虚拟输入,根据实际控制目标求解虚拟输入的具体表达式。其次基于增广李雅普诺夫函数,引入跟踪误差将机械子系统改写为线性微分方程,利用其特征方程根的特点,推导系统实际的控制律,以及控制器参数需满足的条件。最后数值实例采用了电动云台拍摄系统远距离跟踪拍摄风电叶片表面图像,对水平和俯仰方向追踪风机叶片上某一目标点的期望轨迹进行仿真,系统经过4.05 s可达到预期跟踪性能,验证了所提方法的有效性。

波浪能最大输出功率设计

波浪能是海洋中重要的可再生清洁能源,提高波浪能装置的能量转换效率是波浪能利用的关键问题。对浮子、振子、中轴以及能量输出系统构成的波浪能转换装置进行数学建模,并建立了双自由度的浮子、振子垂荡和纵摇运动方程。当直线阻尼系数为常数时,基于微分方程理论,得到浮子、振子垂荡运动位移解析表达式,以及浮子、振子在指定时刻的位移和速度。基于MATLAB编程,利用龙格-库塔法和穷举法求解了该模型。