基于微分平坦的板球系统反步滑模控制

为改善板球系统轨迹跟踪控制误差大,控制精度低的问题,提出了一种基于微分平坦的板球系统反步滑模控制方法。首先基于欧拉-拉格朗日方程建立板球系统的运动学模型,通过合理简化得到解耦线性状态空间模型。以X轴方向控制器设计为例,利用微分平坦技术获得系统的目标状态量以及前馈控制量,建立误差系统,进而采用反步法实现对误差系统的滑模控制,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。算法中使用双曲正切函数抑制滑模的抖动,实现了对板球系统的轨迹高精度跟踪控制。仿真实验结果表明,该方法控制精度高,具有良好的控制效果。

基于Nussbaum函数的板球系统输入受限控制研究

为了实现板球系统在控制输入约束下的高精度轨迹跟踪控制,在反步法(Backstepping)的基础上采用了基于Nussbaum函数的控制输入受限控制方法。首先建立带有伺服系统的板球系统一体化模型,设计带有约束条件的控制律,设计Nussbaum函数,结合反步法设计其自适应律,最后,利用Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,该方法在输入受限的情况下,具有一定的抗扰动能力,以及良好的轨迹跟踪控制性能。

具有预设性能的板球系统神经超扭曲滑模控制

提出了一种新的具有预设性能的自回归小波神经网络(self-recurrent wavelet neural network,SRWNN)超扭曲非奇异快速终端滑模(super-twistingnon-singularfastterminalsliding mode,STNFTSM)控制方法(SRWNN_STNFTSM),在动力学不确定性和未知扰动的情况下提高板球系统的跟踪控制性能。利用预设性能函数(prescribed performance function,PPF),将板球系统受约束的位置误差转换为无约束的误差模型。引入非奇异快速终端滑模(non-singular fast terminal sliding mode, NFTSM)面来消除常规终端滑模控制存在的奇异问题,并加入一个tanh函数的补偿项改进NFTSM滑模面,以调节轨迹跟踪的收敛速度和跟踪精度,同时结合超扭曲算法(super-twisting algorithm,STA)设计STNFTSM控制器,以削弱抖振和集总扰动的影响。针对系统存在的集总扰动,为了保证高跟踪精度,结合STNFTSM设计了自适应SRWNN补偿器来消除扰动,保证了鲁棒性。与现有常规滑模控制相比,仿真验证表明SRWNN_STNFTSM具有良好的跟踪性能和鲁棒性,能够对集总扰动下的板球系统进行准确跟踪。

Mathematical modelling of ball and plate system with experimental and correlation function-based model validation

The ball and plate system is an inherently nonlinear under actuated benchmark system used for validating the performance of various control schemes. A mathematical model depicting the dynamics close to that of the system is very much required for such a test bed. In this correspondence, the complete nonlinear model, a simplified nonlinear model, and a linearized model of the ball and plate system are developed. The system comprises a ball and plate mechanism and a rotary servo unit. The ball and plate mechanism is modelled using the Euler–Lagrange method, whereas the rotary servo subsystem is modelled from the first principles. The nonlinear model of the combined system is developed by including the dynamics of the servo motor with gear and rolling resistance between the ball and the plate. The simplified nonlinear model of the system is obtained with suitable assumptions. The model is linearized around the operating point using the Jacobian. The validity of the developed models is investigated through correlation function analysis. The open-loop response of the three models, viz., nonlinear, simplified nonlinear, and linearized models, is analyzed in the MATLAB/Simulink platform. Since the open-loop system is unstable, the experimental validation of the model is performed with a double-loop PSO (particle swarm optimization) PID control scheme.

基于输出延时观测器的板球系统滑模控制

板球系统由于传感器迟滞效应会导致小球位移和速度信号的测量延时,进而产生轨迹跟踪误差。为解决这一问题,提出了一种基于输出延时观测器的滑模控制方法。利用牛顿定律和拉格朗日方程,对板球系统进行动力学分析得出状态方程,简化后得到系统线性化模型。据此设计输出延时观测器,通过稳定性条件方程确保观测器的稳定性。设计并分析了滑模控制器,通过Lyapunov函数保证系统的收敛性,基于此设计具有固定测量延时观测器的滑模控制器。最后通过MATLAB软件中的Simulink环境进行仿真,结果表明,该控制器使得系统具有良好的轨迹跟踪性能。

改进NDO的板球系统自适应滑模抗扰控制

为解决板球系统因受到外部负载扰动、摩擦力、交叉耦合干扰等不确定性扰动而跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进的非线性干扰观测器(NDO)和非线性信息增益滑模控制策略。利用预设性能函数(PPF)对误差的变换技术,将误差限定在规定范围内,建立改进的NDO来估计不确定性扰动。运用精确的估计值来设计滑模控制器,滑模面包含一个修正项,可以降低扰动的影响,从而提高控制精度,并采用非线性信息增益设计自适应切换项增益,降低抖振的影响。最后,仿真表明改进的NDO能有效地估计扰动,改善了动态品质,所提控制方案提高了传统的NDO的控制精度和抗扰能力。

不同工艺方法制备镍球阳极的组织及电化学溶解性能比较

镍阳极的电化学溶解特性对电镀镍长期生产的工艺稳定性有着重要影响。研究表明,通过真空熔炼结合水平连铸法制成的镍球阳极相较于液压镦制法制备的镍球阳极,具有更优的组织结构,表现为晶粒更为均匀、杂质少且晶粒排列有序度更高。这一特点使得此类镍球阳极在瓦特镀镍液中展现出更好的溶解活性和均匀性,特别是在常规电流密度条件下,提升了阳极电流效率。此外,其溶解后的残渣形态紧实、颗粒大,易于过滤清除,这对于维持电镀镍生产工艺的长期稳定性具有积极意义。

既有网架受拉球节点托板加固技术试验研究

针对既有网架结构下弦受拉球节点加固问题,提出一种基于临杆焊接托板的加固方法。该方法综合考虑了受拉球节点与杆件的材质、空间结构以及尺度效应的影响,通过将球节点周围相邻杆件焊接托板进行加固,使得该方法便于施工,且能够普遍适用于各类受拉球节点的加固工程,并通过模型试验验证和仿真研究,焊接托板后的节点域承载能力大幅提升,加固效果良好,为既有网架受拉球节点加固提供了新思路。

纳米陶瓷球、橡胶磁性衬板在复杂多金属矿塔磨机中的应用研究

云南都龙矿区某选矿车间处理的矿石以锌、锡为主,共伴生铜、铁、硫、铟、银等多种元素,矿物共生关系复杂,嵌布粒度粗细不均,选厂采用阶段磨矿、阶段选别工艺流程分选,一段磨矿采用半自磨+球磨SAB流程,二段磨矿采用塔磨机对中间产品进行再磨,实现了多金属矿物的高效回收。塔磨机分别采用轴承钢球和聚氨酯衬板作为磨矿介质和筒体衬板,使用过程中存在磨机运行电耗高、钢球单耗高、空载启动困难、衬板使用寿命短及拆装困难等问题。开展纳米陶瓷球、橡胶磁性衬板在锌粗精矿塔磨中的应用研究后,锌粗精矿再磨粒度-37μm含量达到75%以上,推广应用到锡石次精矿和锡石中矿塔磨再磨系统-74μm含量达到70%以上,磨矿效果得到了明显改善,同时磨机电耗、介质单耗显著降低,橡胶磁性衬板使用寿命是聚氨酯衬板的5倍以上,经济效益可观。

铝焊盘镀钯铜丝多焊球脱焊失效的电化学评价

研究铝焊盘的镀钯铜丝(PCC)焊点的多焊球脱焊(MLB)失效过程,对提高产品的可靠性至关重要。利用电化学方法测定了在不同氯离子浓度、pH值和铜暴露面积等条件下电极的腐蚀电流,以表征铝及其金属间化合物(IMC)的腐蚀速率。结果表明,氯离子可以改变阳极极化率,从而影响腐蚀电流;pH值的变化可以改变阴极极化率,从而影响腐蚀电流。钯作为铜丝的保护层,在镀层分布不均或参数选择不当的条件下,与暴露的铜表面形成腐蚀电偶,导致铝及其IMC成为牺牲阳极并被腐蚀。

纤维板热压尾气净化用湍球塔内流场均匀性研究

为提升纤维板热压尾气净化系统中湍球塔除醛除尘的净化效率,研究支承板开孔率对塔内气体流场均匀性的影响。结果发现,支承板开孔率对塔内气体流场的速度分布和压降有显著影响。支承板开孔率为53.3%时,气体流场均匀性达到最优(CV值为0.295),压降较小(32 Pa),可有效地均匀驱动填料球进入流化状态。验证试验显示,湍球塔出风口处甲醛平均浓度比改进前降低,装置的净化效率明显提升。该结果可为纤维板生产排气净化系统湍球塔中其他结构优化设计提供研究思路与实验数据。

球磨机衬板加工工艺改进及其对设备性能的影响分析

本研究旨在改进球磨机衬板加工工艺,并深入分析其对设备性能的影响。通过对目前常见的衬板加工工艺进行综合分析,提出了一种改进的衬板加工工艺。在对球磨机性能的关键指标进行深入研究的基础上,通过实验与数据分析,探讨了改进工艺对设备性能的具体影响。实验中设计了合理的实验方案并设置了相关参数,通过数据采集与分析,系统评估了改进工艺的效果。研究结果表明,改进的衬板加工工艺显著提高了球磨机的性能。本研究为球磨机衬板加工工艺的优化提供了实质性的参考。

基于三步法的板球系统滑模控制器研究

为解决非线性板球系统滑模控制中出现的抖振现象以及轨迹跟踪过程中多扰动问题,提出了一种基于三步法的滑模控制方案。首先,建立板球系统状态空间模型,设计滑模控制律克服系统存在的不确定性扰动;其次,将三步法控制规律与滑模控制算法相结合,设计三步法滑模控制器,避免了滑模控制中存在的抖振现象;最后,通过李雅普诺夫函数证明了闭环控制系统的稳定性。对比仿真实验结果进一步验证该方法在轨迹跟踪控制中的有效性。

氧化石墨烯/陶瓷球增强聚氨酯SPS复合板抗侵彻性能

无机填料的加入,能够较大程度增强聚氨酯的性能,从而使以聚氨酯为芯层的复合结构性能得到提升。为得到具有更好抗侵彻能力的SPS(sandwich plate system)复合板,利用原位聚合法得到氧化石墨烯增强聚氨酯弹性体并对其进行单轴拉压测试,在此基础上加入陶瓷球作为新的增强相,以Q235钢作为面板制备了芯层为石墨烯增强聚氨酯以及石墨烯/陶瓷球增强聚氨酯的SPS复合结构,通过钢球弹的侵彻试验并运用LS-DYNA数值仿真得到两种复合板的弹道极限速度,分析其吸能特性及损伤机理。结果表明:当石墨烯质量分数w=0.4%时,石墨烯增强聚氨酯的压缩模量较纯聚氨酯提高了32.4%,拉伸强度提高了42.6%;在加入陶瓷球后,复合板的弹道极限速度提高了20.8%,陶瓷球的碎裂和偏移中断了径向应力的传播,子弹尺寸以外的陶瓷球较为完整。

板球系统的反步时变快速终端滑模控制

为了提升板球系统的抗干扰能力,提高轨迹跟踪控制精度,基于反步法(backstepping)研究了时变快速终端滑模控制。首先建立板球系统的运动学模型,在分析系统特性及控制要求的基础上确定了合理的控制方案,进而以X轴为例设计包含双曲正切函数的时变滑模控制规律及低通滤波器,并在李雅普诺夫(Lyapunov)框架下证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,该方法控制精度更高,抗扰能力更强,控制效果更好。

球磨法对氧化铝镀银材料导电性能的影响

使用球磨法对氧化铝镀银材料进行改性,最佳的工艺为:氧化铝与玛瑙球的重量比为20%,球磨频率为5.5 Hz,球磨时间为3 h,最高导电率为1887 S/cm,比未球磨的提高37倍。通过红外光谱仪、X射线衍射仪、热失重仪、偏光显微镜和悬浮测试了氧化铝镀银材料的性能,结果表明:球磨对氧化铝红外光谱没有影响,镀银后氧化铝的红外吸收振动峰消失;X射线衍射证明氧化铝镀银材料中有银的晶体峰出现,没有其它杂质峰;热失重表明镀银材料的残留变大,耐热性能提高;偏光显微镜显示球磨后氧化铝为片型结构,大小分布均匀;镀银材料悬浮溶液颜色较深,能够悬浮于乙醇溶液中,有望提高在高分子复合材料中的分散性能。最后阐述了球磨使得氧化铝大颗粒被破碎以及颗粒被磨削这两种作用,形成片,增加了表面积和包银效率,提高了颗粒之间导电网络的连接,使得导电率变大的机理。该导电材料期望在电磁屏蔽、导电胶粘剂和抗菌复合材料等诸多领域都有广泛的应用前景。

基于机械臂的沉浸式板球平衡装置实验平台

该文基于六自由度机械臂设计了一套支持虚实联动的沉浸式板球平衡装置实验平台。首先,基于六自由度机械臂的板球平衡装置可将小球稳定控制在平板中心区域;其次,基于图形化交互设计的软件可直观控制实验平台的各项功能,提高了实验平台的人机交互体验;最后,在Gazebo仿真平台中构建三维虚拟板球装置并与真实板球装置实时联动,并由VR技术提供沉浸式观测体验。该实验平台综合了机械臂、VR、自动控制等多种技术,对机械臂教学实验和相关算法验证具有积极意义。

基于新型趋近律的板球系统反步滑模最优控制

针对板球系统控制精度低、鲁棒性差和响应慢等问题,提出一种基于新型趋近律的反步滑模最优控制方案.首先,用跟踪误差与虚拟控制量设计滑模面;其次,将反步法与滑模控制相结合设计新型趋近律,由此设计控制器;然后,采用Lyapunov理论证明整个系统的稳定性;最后,通过改进粒子群算法寻找一组新型趋近律的最优参数,实现最优控制.仿真实验结果表明,提出的控制策略能消除误差提高系统控制精度,系统调节时间为0.2 s,能加快系统响应速度,增强了系统鲁棒性,较好地抑制了抖振,验证了所提控制方案的可行性.

基于新型趋近律的板球系统自适应滑模控制

板球系统是一个典型的欠驱动系统,具有强耦合性,存在响应速度慢、受外界不确定因素干扰导致跟踪精度差等问题。为改进存在的问题,提出一种基于新型趋近律的自适应滑模控制器。首先,在理想条件下对板球系统进行数学建模;其次,利用状态误差设计系统滑模面;然后,利用RBF网络设计新型趋近律,并采用Lyapunov理论证明控制策略的稳定性;最后,仿真实验表明,提出的控制器不仅提高了系统响应速度、轨迹跟踪精度以及系统鲁棒性,而且还有效地抑制系统所产生的抖振,验证了控制器的有效性。

镀银织物基SiO_(2)@FCIP涂层复合材料的制备及电磁屏蔽性能

为增强材料对电磁波的屏蔽性能,同时降低电磁波二次反射带来的危害。基于电-磁损耗协同作用机理,将机械球磨与二氧化硅(SiO_(2))包覆双重改性的磁损耗材料羰基铁粉(CIP)与镀银织物复合,制备了结合吸收层和反射层的复合型电磁屏蔽织物。利用微观成像仪、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪对改性CIP进行了物相表征,并通过同轴法和波导法对改性CIP以及复合织物的电磁参数与屏蔽效能进行了测试与分析。结果表明:双重改性后的羰基铁粉电磁波吸收损耗频带宽度增加且最佳反射损耗为-62.7dB;当涂层与基材整体厚度为3mm时,复合材料对电磁波的反射率(R)由0.96降至0.2,吸收率(A)由0.03增至0.82,实现了以吸收为主的屏蔽效果。