基于视觉伺服的四旋翼吊挂抗摆控制方法

四旋翼吊挂飞行时载荷的摆动会显著影响无人机的操纵性和稳定性,无人机运动会引起负载振荡,严重威胁控制系统的安全。针对无人机从起飞阶段加速跟踪远距离时变期望轨迹,尤其是弧形轨迹的过渡过程中,吊挂载荷摆动频率较高的问题,提出了一种基于视觉伺服的三闭环轨迹跟踪和载荷抗摆控制方法,通过对期望姿态角指令进行修正,减小载荷摆动对无人机的影响。对不同吊挂载荷质量以及载荷质量突变的情况进行了分析,仿真和飞行实验结果表明,该抗摆控制策略不但可以极大地降低吊挂载荷的摆动频率,还能使无人机平稳跟踪期望飞行轨迹。

全自动内窥镜清洗机的机械手抗摆控制

为满足当前大量的内镜临床手术需求,对内镜的清洗和消毒提出了更高的要求;而全自动内窥镜清洗机中受到物理结构的限制,因此将转运部件设计成特殊结构的机械手;针对其在移动过程中竖杆摆动的欠驱动问题,采用滑模控制的方法,抑制了因机械结构而引发的摆动,完成了快速定位和抗摆的目的;首先对机械手竖杆转动惯量不能忽略的特点建立了机械手系统的数学模型;根据位移和角度之间的耦合关系设计了滑模面和控制律;接着利用LaSalle不变性原理和Lyapunov方法证明系统有限时间抵达滑模面并最终渐近稳定,同时给出控制器参数的整定;最后实验结果表明机械手系统在控制器的作用下,实现了快速定位到指定位置且使竖杆的摆动幅度尽可能小的优越效果,对医疗设备的研制有应用价值。

小型汽轮机结构特点及其抗摆能力分析

汽轮机弹性板支撑结构与猫爪支撑结构相比,具有体积小、质量轻的成本优势,广泛应用于小型汽轮机中。为分析弹性板支撑结构汽轮机在外界载荷作用下的抗摆能力,以现场管道布置不合理导致机组受摆、冲转被迫中断的问题为例,建立有限元分析模型,通过ANSYS Workbench平台对现场问题进行分析。对比分析结果与现场实际测量数据,验证了有限元模型的正确性。采用对底盘两侧增加三角板支撑的方式有效改善机组受摆情况,使机尾往左偏移量由0.145 mm减少到0.005 mm。通过第三类边界条件分析汽轮机热态温度场,预测了热态条件下的机尾偏移量。根据分析结果对汽轮机后连接板相连的底盘部分进行加强,加强后机组各项指标正常并顺利冲转开机。结果表明,对弹性板支撑结构小型汽轮机而言,与后连接板相连的底盘区域是决定汽轮机抗摆能力的重要部位,对该部位两侧添加三角板支撑能明显提升汽轮机组的抗摆能力。

基于滑模方法的桥式吊车系统的抗摆控制

针对桥式吊车这类欠驱动系统,提出一种基于滑模控制的抗摆方法.该方法将系统状态分成两组,构造出一种双层滑动平面.结合桥式吊车系统数学模型的特点,求取了总的滑模控制量并进一步设计了控制器的参数.采用Lyapunov方法,从理论上证明了各级滑动平面的稳定性.仿真结果验证了该方法对于桥式吊车系统抗摆控制的有效性.

基于解耦滑模控制的桥式吊车系统的抗摆控制

针对欠驱动桥式吊车系统的抗摆控制问题,提出一种新型的解耦滑模控制算法。相比于传统解耦滑模控制算法,该控制算法采用可导的中间变量来定义系统的第二层滑动面,并利用等效控制关联增益法来调整解耦滑模控制器的切换增益;不但解决解耦滑模控制器等效控制的求取问题,而且能够有效降低解耦滑模控制器的抖振幅度。应用Lyapunov方法和Barbalat引理证明系统各层滑动面的渐近稳定性,并通过数值仿真实验验证所提出的控制算法的有效性。与已有控制算法的对比结果表明,该控制算法具有较好的控制性能和抖振抑制特性。

欠驱动桥式起重机自适应模糊滑模抗摆控制

针对不确定欠驱动桥式起重机负载抗摆控制问题,提出一种模糊滑模控制方法。首先将整个系统分成几个不同的子系统,分别设计子系统的滑模面;然后从一级滑模面构造二级滑模面。基于模糊逻辑和自适应率分别逼近未知非线性函数和估计干扰上边界,李亚普诺夫稳定理论和滑模控制确保欠驱动系统鲁棒稳定性,桥式起重机系统的仿真结果验证了该方法的有效性。

海上吊艇架系统建模及被动式抗摆系统设计及仿真

海上吊艇架设备主要负责小型舰艇的放置和回收,在海上救援等紧急作业领域有重要的作用。在某些高海况的作业环境下(如大风、海浪等),吊艇架上的小型舰艇会产生猛烈的摇晃,不仅对小型舰艇的结构和艇载设备产生损害,还会导致吊艇架的机械结构破坏,引发严重的事故。因此,研究海上吊艇架系统的抗摆原理,设计新型的吊艇架抗摆系统对提高吊艇架的可靠性、安全性具有重要的意义。本文通过对大型舰船的吊艇架结构建立动力学模型,设计了一种新型的被动式抗摆系统,并对该抗摆系统的结构原理和工作流程进行了系统的介绍。

欠驱动桥式吊车抗摆控制的匹配设计方法

目的研究欠驱动桥式吊车在水平运动过程中的负载抗摆问题.方法采用匹配设计方法,通过匹配条件,使开环系统与闭环系统的动力学方程匹配.结果通过求解由匹配条件建立的偏微分方程,通过特征方程法确定闭环系统的质量矩阵、势能函数及阻尼矢量,并得到使系统稳定的控制律.结论仿真结果表明,通过匹配设计方法得到的桥式吊车抗摆控制器,不仅在短时间内实现了负载的抗摆,同时小车也具有良好的位置跟踪性能,小车到达指定位置和负载摆角趋于零的时间基本一致,表明了此方法的有效性和可行性.

基于加速度补偿的无人机吊挂飞行抗摆控制

为了抑制四旋翼无人机(UAV)吊挂飞行中的载荷摆动,研究了一种新的基于加速度补偿的抗摆控制方法。首先,基于拉格朗日法建立了四旋翼UAV吊挂系统的非线性动态特性方程,并构建了能量函数来设计飞行控制系统,使四旋翼UAV跟踪参考轨迹;然后,利用吊挂载荷运动轨迹广义误差设计抗摆控制器,对四旋翼UAV进行加速度补偿以修正UAV的运动轨迹,进而抑制因四旋翼UAV快速运动造成的吊挂载荷摆动;最后,通过仿真对加速度补偿前后的UAV吊挂飞行控制效果进行对比分析。仿真结果表明,基于加速度补偿的飞行控制方法不仅能保证UAV吊挂飞行的平稳,而且能为飞行控制系统提供足够的稳定裕度。

悬挂负载空中机器人的抗摆控制

为了解决悬挂负载空中机器人飞行时产生的负载摆动和残余振荡问题,本文采用滑模变结构方法设计了高度控制器和抗摆控制器。首先建立悬挂负载空中机器人的动力学模型,基于此设计出一阶滑模的高度控制器和二阶滑模的抗摆控制器,并且提出了一种改进型的边界层厚度可变的边界层法来降低抖震现象。最后使用MATLAB和Adams联合仿真,验证控制器的有效性。结果表明,设计出的控制器具有良好的抗摆效果,满足系统要求。

基于沥青砂涂层设计的沥青混凝土路面抗紫外光老化性能分析

针对沥青路面光老化问题,参照含砂雾封层技术原理,基于沥青抗紫外光添加剂最优组合,制备含砂沥青涂层,开展不同级配和厚度的沥青砂涂层试验研究,通过沥青混凝土高低温性能试验和抗滑性能试验分析含砂涂层设计下沥青混凝土路面抗光老化性能,结果表明:涂层设计下沥青路面老化前后抗滑性能降低,但是相比于无涂层时老化后降低幅度变小且仍满足规范要求,在不考虑抗滑损失的情况下,可选择使用;老化后高低温路用性能试验说明增加路表面密实度可以提高抗光老化能力,但是涂层厚度不宜过厚,以基本完全填充混凝土表面空隙最好,建议理论厚度2 mm,要重点考虑细料涂层的级配设计,适当提高沥青砂中较大粒径的比例对封层设计效果会更好。

桩-土-结构相互作用下新型抗拔摩擦摆支座对单层柱面网壳结构地震响应的影响

基于设计提出的铜基面抗拔摩擦摆支座（FPB）试验研究和数值模拟,将铜基面抗拔摩擦摆支座以双线性模型简化,并结合桩-土-结构相互作用（PSSI）、黏弹性人工边界相关理论,采用整体有限元法建立桩-土-结构相互作用的隔震（PSSII）单层柱面网壳结构模型,研究桩-土-结构相互作用下铜基面抗拔摩擦摆支座对网壳结构地震响应的影响及地震波输入的空间效应问题。研究结果表明：铜基面抗拔摩擦摆支座使桩-土-结构作用下的网壳结构的节点加速度峰值衰减50%~60%,网壳杆件的内力衰减50%~80%,地震波频谱特性对抗拔摩擦摆支座的隔震效应有着不可忽略的影响;PSSII体系网壳节点加速度最大值未必在地震波垂直入射时最大,入射角度45°~60°是一重要的考虑区间;当地震波入射角度为55°~80°时,在进行抗震计算时可按国家标准规定进行地震波输入,当不在此范围时,不宜按照规范规定进行地震波输入,应考虑地震波的空间效应。

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。

抗拔型三重摩擦摆隔震支座数值模拟研究

考虑隔震技术在大跨空间结构中研究的现状,针对传统三重摩擦摆隔震支座不具备竖向抗拔能力的缺点,基于抗拔型三重摩擦摆隔震支座的专利设计,对抗拔型三重摩擦摆隔震支座进行构造设计。采用ABAQUS有限元分析软件,对抗拔型三重摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟低周反复荷载作用下,该支座的滞回特性与自回复特性。研究结果表明:(1)抗拔型三重摩擦摆隔震支座同样具有较宽的隔震范围和良好的自适应性,以及良好的耗能能力。(2)抗拔型三重摩擦摆隔震支座弹簧的设置并不会显著地影响支座的水平特性。(3)由于弹簧的设置,抗拔型三重摩擦摆隔震支座的残余位移较传统三重摩擦摆隔震支座有所减小。(4)随着竖向荷载的增大,刚度增大的同时,滞回环的面积有所增大,因此耗能也同样增大。(5)弹簧的初始张力对抗拔型三重摩擦摆隔震支座的滞回特性并没有很大的影响。

具有抓具起重机的防偏摆和防扭转的确定

具有抓具起重机的防偏摆和防扭转的确定王喜亮，李树森，刘伟，尚其纯，张伟（东北林业大学）各种装卸场和林区贮木场都越来越多地应用具有抓具的起重机。当吊运物品运行或抓具旋转时，物品都要偏摆或者绳索扭转。为了保证起重机小车运行和抓具旋转时的工作平稳性，就必须...

船用起重机防摆动技术研究

针对船载特种起重机在不同级别的海况下抗摆问题,基于起重机是在轮船摇摆状况下建立的运动学模型,提出了利用机器人学中广泛使用的D-H方法在动基座条件下进行建立模型,推广了D-H方法运用范围,并简化了运动学模型。通过运动学方程的解和船载起重机的运动特点建立数学算法,该算法是利用起重机各个关节变量的变化使起重机作业时起重机末端始终保持对参考坐标系的X轴和Y轴方向相对静止,最终达到起重机的抗摆要求。

不同纹理混凝土路面的抗滑与降噪性能研究

对不同纹理特征的混凝土路面,通过路面抗滑摆值和轮胎噪声测试,探究隧道水泥混凝土路面的抗滑特性和噪声规律。试验结果表明抗滑性能从大到小依次为:大粒径露石路面>小粒径露石路面>沥青路面>横向刻槽路面>拉毛路面。不同纹理路面的轮胎噪声值从大到小依次为:横向刻槽路面>大粒径露石路面>沥青路面>小粒径露石路面。小粒径露石混凝土路面的噪声值相对于刻槽路面降低了1.8 dB,较沥青路面降低了1.0 dB,抗滑与降噪效果最好。

欠驱动桥式吊车系统自适应控制

针对桥式吊车这类非线性欠驱动系统,提出了一种基于耗散理论的自适应控制器.它能够有效地抑制运输过程中负载的摆动,并将其快速准确地运送到指定的位置.相比其他吊车控制系统,这种控制器无需准确测量台车和负载质量以及吊绳长度,可以根据系统响应情况来对这些参数进行在线估计,这将极大地方便控制器在实际吊车系统中的推广应用.对于闭环系统的稳定性,文中通过李雅普诺夫理论及拉塞尔不变性原理进行了证明,仿真结果也证实了这种自适应控制器能够对吊车系统进行良好的控制.

无人机吊挂飞行的非线性控制方法设计

针对四旋翼无人机吊挂飞行系统,本文设计了一种新型控制策略.本文首先建立了四旋翼无人机吊挂系统的数学模型.其中负载被看作由刚性绳悬挂在四旋翼无人机重心位置的质点.之后本文通过能量分析的方法设计了针对此系统的非线性控制器.本文提出的控制方法可以在抑制吊挂负载摆动的同时将四旋翼无人机移动到目标位置.本文运用李雅普诺夫稳定性分析和拉塞尔不变性原理对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,通过数值仿真,分别将本控制器镇定控制和调节控制的控制效果与线性二次调节器(linear-quadratic regulator,LQR)控制器进行了对比.