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。

大型低速风洞全模阵风试验支撑装置研制与验证

为适应日益增多的低速风洞全模阵风试验的需要,发展阵风试验技术,在航空工业气动院FL-10风洞研制了一套双自由度支撑装置,该装置放开了模型升沉和俯仰方向的较大运动自由度,实现了飞机刚体运动模态的模拟。装置主要结构为“钢梁+小滑车”,小滑车可在钢梁上自由滑动,避免了采用滑轨形式导致模型运动过程中出现卡滞现象;采用整流翼型与风洞上下壁板连接,减小了对风洞的破坏,降低了对风洞流场的影响;装置升沉运动高度为3 m,俯仰角范围可达±34°;升沉摩擦因数小,机构变形量小,具备模型防护功能。应用该装置成功开展了民机阵风载荷减缓试验,证明了装置设计合理,可以应用于低速全模阵风试验。

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。

鸭舵式修正弹弹道模型建立与仿真分析

为研究鸭舵式修正机构的修正能力,以某口径高速旋转稳定弹为模型,研究鸭舵对弹丸的作用力和力矩以及弹丸所受空气动力;并在弹箭外弹道学的理论基础上,利用外弹道学常用坐标系及它们之间的转换关系,构建出鸭舵式修正弹七自由度刚体运动方程的数学模型。基于气动分析结果,采用四阶龙格-库塔方法计算得到修正弹的外弹道参数,得出仿真弹道轨迹,并与实际弹道轨迹进行初步对比。研究结果表明,鸭舵式修正机构的仿真分析与实际弹道轨迹相符,并能够对修正能力进行预测。

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。

胸尾鳍协同推进的仿生机器鱼设计

针对一种新型仿暗绿鲀机器人,以提高其机动性与优化外形为目的进行研究,设计具有双自由度胸鳍和二关节尾鳍的机器鱼。它的胸鳍对称地排列在两侧,可以做拍翼和摇翼两个自由度的运动,用于推进或其他目的,如转弯和潜水。最后,进行三组实验,研究机器鱼在三种不同推进模式下的游动性能,重点在于对胸尾鳍协同推进的研究。实验结果表明,尾鳍推进和胸鳍推进的游动速度与模型预测基本吻合。此外,单独使用尾鳍推进时,游速可达0.14 m/s;单独使用胸鳍推进时,游速可达0.04 m/s;胸鳍和尾鳍协同推进转弯时,最大游速可达0.19 m/s,最大转弯速度可达0.4 rad/s,此时转弯半径为0.15 m。

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。

基于结露法制冷循环的空气取水净化装置

本文提出了一种利用半导体制冷片从空气中获取淡水的创新方案:潮湿的空气通过冷凝和过滤等过程,将水分子从空气中提取出来,另外通过增加吸附装置表面积、等优化策略,提高冷凝效率,以提升出水率。最后在实验室制作了样机,并进行了多次测试和优化,结果表明:本空气制水装置在适当的气候条件下具有可行性,并且可以为干旱地区和紧缺水资源地区提供一种可持续的水资源解决方案。

高弹EPE泡沫两自由度连续冲击包装动力学响应研究

目的基于产品在包装运输过程中经常遭受多次跌落冲击,探究两自由度高弹EPE泡沫包装在连续冲击载荷下的动力学响应。方法以密度为34kg/m3的EPE泡沫为研究对象,建立高弹泡沫本构方程,并通过ABAQUS构建两自由度高弹泡沫包装系统有限元模型,并进行有限元模拟。利用ABAQUS中的Hyperform模型和Mullins效应来模拟高弹泡沫产品在连续冲击载荷下的加速度响应。结果通过对比试验和仿真结果可知,两自由度高弹EPE泡沫包装系统在连续冲击下,其产品加速度变化趋势明显,且泡沫的软化效应会降低其缓冲性能。结论在两自由度包装系统中,冲击对底层产品的影响持续时间较长,并且冲击作用会导致泡沫出现软化现象。在泡沫压实阶段,应力会急剧上升。

铰接式矿用胶轮车转向机构动应力分析

以WC5J型矿用胶轮车为研究对象,介绍一种基于有限元分析的铰接式矿用胶轮车转向机构动应力分析方法。首先,对WC5J胶轮车基本情况进行了简单介绍,然后模拟分析了多路况条件下的单自由度铰接转向机构动应力特点,之后根据模拟分析结果,对铰接车二自由度结构进行改进,并以此为基础,再次进行动应力分析,最后,通过实践应用分析的方式验证改进后的铰接车二自由度是否合理。通过验证分析可以发现,铰接车改进后,相关部件出现损伤的几率更低,力学性能更佳,有利于提升铰接车的应用效果,可应用到煤矿生产领域。

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。