基于表面肌电信号的上肢康复机器人变阻抗控制技术研究

我国老龄人群肢体障碍者很多,运动康复技术是康复治疗的有效手段。但医患比例严重失调难以使得人人都能享受到康复医疗服务。康复机器人通过阻抗控制技术能够与人体进行一定的安全交互,但现有康复机器人多采用定阻抗控制,环境适应能力弱,难以应用于临床。针对上述问题,提出一种变阻抗控制方法,以采集使用者的表面肌电信号为输入条件,通过改进随机森林算法训练识别使用者上肢的运动角度。并配合末端力传感器,获得使用者的运动意图,再通过变阻抗控制器完成康复运动。搭建了实验平台,并对轨迹跟踪和康复训练能力进行验证与评估。结果表明所设计的控制器能够控制机器人完成康复运动。

基于集成概率模型的变阻抗机器人打磨力控制

工业机器人对工件柔顺打磨作业的适应性差,为此设计机器人柔顺浮动力控末端执行器,基于集成贝叶斯神经网络模型的强化学习,提出主动自适应变阻抗的机器人打磨力控制方法.所提方法根据打磨作业的接触环境信息,利用自助法获取小量数据的多次采样样本,训练集成贝叶斯神经网络模型以描述机器人打磨系统与工况环境交互作用,采用协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)求解最优阻抗参数.构建机器人打磨系统虚拟样机平台,开展叶片工件的打磨仿真实验,验证所提方法的有效性.实验结果表明,所提方法在十几次训练后,能够将打磨力的绝对跟踪误差减小至较小值,较好地实现了机器人打磨系统的主动自适应变阻抗打磨力控制,提高了机器人打磨力控制的柔顺性和鲁棒性.

机器人打磨自适应变阻抗主动柔顺恒力控制

为解决工业机器人打磨过程中存在复杂时变非线性耦合与不确定性扰动导致机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足的问题,首先给出了一种可实现沿轴向平移与旋转运动解耦的力控末端执行器,其次设计了一种自抗扰控制器和一种粒子群神经网络变阻抗控制器分别作为内环控制和外环控制,在此基础上,提出了一种机器人自适应变阻抗主动柔顺恒力控制方法,用于在线自适应优化阻抗参数,动态调节打磨力修正量,实现机器人打磨作业自适应主动柔顺恒力控制。最后采用Lyapunov稳定性理论分析证明了所提出方法的闭环稳定性。通过机器人打磨系统虚拟样机联合仿真实验和机器人平台实物实验,验证了所提出方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够较好实现静态与动态期望打磨力跟踪,减小了打磨力波动、力超调量以及打磨初期打磨工具处的冲击力,提高了打磨力控制系统抗扰动稳定性、恒力跟踪性能和动态响应能力,对复杂多变工况机器人打磨作业具有较强的适应性与鲁棒性。

基于变阻抗补偿的上肢康复机器人人机交互方法研究

针对偏瘫患者在进行康复训练过程中不能很好地主动参入并且康复任务表现能力低的问题,提出了一种基于变阻抗补偿的上肢康复机器人人机交互方法。该方法可以提高康复过程中的柔顺性和任务表现。首先介绍了上肢康复机器人的基本结构,并对其进行运动学分析;再介绍了导纳控制和阻抗补偿控制系统框架;之后通过受试者的交互力和交互力变化速率建立出受试者的运动意图,在根据运动意图来实时调整阻抗补偿参数改变系统的柔顺性;最后通过三种不同的模式进行轨迹跟踪和到达目标点的实验比较,结果表明所提出的控制算法可以适应受试者的运动意图,提高任务表现。

基于Q-Learning的变阻抗控制

针对机器人力控磨抛系统在作业时与不确定环境接触的接触力控制问题,提出了一种基于Q-Learning的变阻抗控制算法。首先,根据获取的系统输入检查Q函数的迭代评估控制策略并沿Q函数的梯度更新参数集至收敛,获得近似Q函数;然后,对近似Q函数求导得到最佳的阻尼系数;最后,通过阻抗控制调整力控打磨平台,从而对接触力进行实时准确控制。仿真实验表明,基于Q-Learning的变阻抗控制算法具有响应速度快、超调量低和稳定性好等特点,此外对于环境变化能快速调整适应并对期望接触力进行准确跟踪,可以有效提高机器人力控磨抛系统的接触力控制性能。

一体化集成变阻抗节能变压器的研究

随着电网规模的发展、电力负荷水平的持续攀升,短路电流不断增大,严重影响电力变压器的安全运行。为此,提出了一种新型的变阻抗节能变压器技术,该技术将高阻抗变压器和限流电抗器这2种常用的限制电力变压器短路电流方法的优点结合起来。首先介绍了变阻抗变压器的工作原理,然后对限流电抗器的设计、快速开关开断技术、变压器短路电流的限流效果、暂态过电压分析和变阻抗变压器的继电保护方案等实现变阻抗节能变压器的关键技术进行了详细阐述。研究结果表明,所提出的变阻抗变压器实现了快速开关型限流装置与变压器的一体化设计以及阻抗的自主调节,降低了短路电流对变压器的冲击及损耗。

快速开关型变阻抗节能变压器绕组变形状态分析

电力变压器短路故障产生的短路冲击会造成绕组变形,限制系统短路电流对降低变压器绕组动态变形意义重大。文中以110 kV电压等级的三绕组电力变压器为例,中压绕组发生出口短路故障时,基于磁—力学耦合场研究方法,对变阻抗变压器和常规变压器绕组动态变形进行数值分析。变阻抗变压器的研究包括变压器本体和限流电抗器2部分,分析了短路电流作用下,变压器绕组和限流电抗器线圈的变形、动态应力、位移。常规变压器和变阻抗变压器绕组变形的对比可得变阻抗变压器变形量较小。分析结果为变阻抗变压器绕组变形状态评估提供参考依据。

基于变阻抗方法的电力系统混合仿真验证策略

近年来提出了基于相量测量单元(PMU)数据的混合动态仿真方法,但如何将PMU信号注入存在不同的方法。文中深入研究混合动态仿真的本质,应用诺顿定理等值简化,提出了一种基于广域测量的变阻抗的电力系统混合仿真方法。并以某大区电网为例,验证了变阻抗方法的正确性,为电力系统动态混合仿真提供了一种简便的等值方法。

变阻抗相对论返波管的研究

根据相对论返波管 (RBWO)的非线性理论 ,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系 ,结果表明器件最优化效率可达到 5 0 % .设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO ,运用全电磁粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用过程 ,预见出器件功率、效率、频率等性能参量 .在电子注电流、注加速电压、互作用区长度相同的实验条件下 ,测得变阻抗器件实验效率约为均匀阻抗型器件效率的 2倍 .

变阻抗线及预脉冲开关的设计与调整

本文介绍了变阻抗线的传输特性,电场分布及预脉冲开关的工作特性。给出了在电阻负载及二极管负载下变阻抗线及预脉冲开关性能的测试结果。

变阻抗相对论返波管的粒子模拟研究

设计了一种Ｘ波段耦合阻抗单阶跃变型相对论返波管结构，运用２．５维全电磁粒子程序模拟分析了器件中注波互作用过程，仿真了器件效率与电子注参数的依赖关系，得到了器件在５００ｋＶ、５．５ｋＡ电子注驱动下，能辐射出峰值功率８００ＭＷ、频率为（９．１６±０．０３）ＧＨｚ的微波，工作模式为ＴＭ_０１，效率为３０％。在截止波导与慢波结构之间设置一段长度合适的光滑漂移段，通过改善正向波基波对电子注的初始调制效果，优化效率可达到３８％。

110kV变阻抗变压器短路电流首峰值限制方法

该文研究110kV变阻抗变压器(VIT)短路电流首峰值限制方法。发生短路时,通过人工过零回路在短路电流上升阶段开断快速开关,使短路电流流过与高压绕组串联的内置限流电抗器从而被限制。仿真计算变阻抗变压器短路电流首峰值随短路瞬间电压相位的变化关系,结果表明,仅当电压相位处于[-180°,-120°]、[-60°,60°]以及[120°,180°]3个区间时才有必要进行人工过零限流,现有快速真空开关分闸时间及短路故障识别算法时间满足限流方案要求。快速开关开断后,变阻抗变压器绕组的短路电流将继续增长。通过提前触发人工过零回路,同时减小人工过零回路电容器电容量,可将变阻抗变压器短路电流首峰值限制到与快速开关保持分闸状态相同的水平。限流方案可采用大电流试验回路进行验证,其对快速开关开断能力的考验比实际变压器出口短路更严格。

基于自适应变阻抗的工业机器人双机械臂控制

为了实现对工业机器人双机械臂位置/力的精准控制,提出了一种自适应变阻抗控制算法。首先建立了阻抗模型,并对双机械臂系统进行了受力分析,将接触力分解为外力和内力,并分别针对外力和内力设计了自适应变阻抗控制算法来实现对位置/力的协同控制;然后通过仿真验证了自适应变阻抗控制算法能够实现对工业机器人双机械臂位置/力的协同控制,运动轨迹跟踪最大误差仅为0.3 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.2 N,表现出了更优的控制效果;最后在定点控制测试平台上得到位置定位的最大误差仅为0.17 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.22 N,表现出了更优的工程实用性。

变阻抗变压器过电压分析

电力系统短路电流严重影响了变压器的安全可靠运行,为限制变压器的短路电流,提出了一种新型的变阻抗变压器,该新型变压器能实现阻抗的自主调节,保障了限流效果的同时还兼顾了经济性。文中介绍了变阻抗变压器的结构及原理,利用PSCAD仿真软件分析了变阻抗变压器过电压的特性及抑制方法。研究结果表明:变阻抗变压器阻抗调节过程中会产生高频高幅值的暂态过电压,在限流电抗器两端并联电容器能有效地抑制暂态过电压的幅值及频率,并能使电抗器绕组电压均匀分布。变阻抗变压器的投入使用有利于提高电力系统运行的安全可靠性。

变阻抗传输线能量传输效率分析

采用数值方法分析了阻抗各向同性、波速不变的变阻抗传输线(指数型、双曲型和线性型)的电压反射系数,得到了能量传输效率与归一化频率、阻抗变比之间的关系。结果表明,在低频条件下(归一化频率小于2),指数传输线的能量传输效率最高。计算了Z300装置变阻抗传输线的能量传输线效率,指数线为91.6%、双曲线为90.4%,圆锥线为91.2%。

考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动特性

目的揭示竖向动力荷载下变阻抗桩与土相互作用时的振动特性.方法从三维轴对称模型出发建立了定解问题,利用拉氏变换手段和阻抗函数的传递性,推导求解了任意段变阻抗桩纵向振动时桩顶频域响应理论解,并进行了参数影响分析.结果分析表明存在临界桩长,此桩长以内缩颈桩动刚度及阻尼相比正常桩较小,扩颈桩则较大,变截面桩动刚度及阻尼在频域有大峰夹小峰现象.桩缺陷段长度、大小对桩顶影响与位置密切相关,变模量桩有类似规律,但与正常桩相比,桩底反射时间不同.结论笔者提出的考虑桩土相互作用的变阻抗桩纵向振动理论解,与桩土众多常规参数建立了明确关系,相比W inkler和平面应变解可以考虑桩土三维波动效应,具有更高的精度和适用性,为桩基抗震、防震分析与设计提供了参考依据.

快速开关型变阻抗节能变压器状态评估方法研究

针对新型快速开关型变阻抗节能变压器与传统变压器的区别,对新型变压器的状态评估方法进行了研究,介绍了快速开关型变阻抗变压器原理和特点,设计了变阻抗变压器的状态监测方案,分别提出了快速开关状态监测方法和变压器状态评估方法,提出了一种基于气体组分比组合的放电故障与过热故障逐层分辨方法,研究结果可为新型变阻抗变压器的状态监测与评估提供借鉴与参考。

变阻抗桩非自由端竖向瞬态激振动力响应分析方法及应用

针对变阻抗桩非自由端竖向瞬态激振时反射波曲线复杂的问题,基于一维黏弹性杆件纵向振动理论和土体平面应变模型,建立简化的桩-土竖向振动数学模型。采用升余弦函数模拟瞬态激振力,通过矩阵运算和积分变换求解得到桩身任意位置动力响应的半解析解,并结合海上带长钢护筒灌注桩的低应变实测数据进行对比分析。结果表明,该方法能够反映混凝土顶面以上钢护筒端部反射信号特征,进一步结合设计、施工参数对类似工况进行模拟,有助于分析变阻抗桩非自由端激振形成的复杂反射波曲线及识别桩身缺陷。

基于等阻抗差分段法的变阻抗线电路模拟

新型Z箍缩驱动源系统采用变阻抗线结构形式的径向阻抗变换器进行能量传递和变换,为了获得最大的能量效率,需要应用电路模拟方法研究变阻抗线传递功率的特性。采用了等阻抗差分段法对变阻抗线进行了建模计算,与以往的等长度分段方法比较,在相同的分段数量下,等阻抗差分段法在阻抗变化的连续性上优于等长度分段法。给出了具有指数形式的变阻抗线的算例,分别采用两种分段法进行了计算,对计算结果的比较表明:等阻抗差分段法可以使计算更快地收敛到真实解。

变阻抗传输线技术的理论研究

主要用数值模拟的方法研究了变阻抗传输技术 ,初步探索了变阻抗结构 。