一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼设计

针对传统的水下机器人运动效率低、水下作业时产生的噪声污染会影响鱼群生活环境、隐蔽性差容易被雷达探测识别,而大多数仿生鱼尾部摆动模式不够灵活、环境适应性差的问题,提出了一种基于多自由度鱼尾的仿生机器鱼的结构方案。该鱼尾能够产生横向和纵向两个方向的运动矢量,尾部能够进行更加灵活的摆动。对机器鱼尾部结构进行了实验,实验结果表明:在横向上驱动线变化量为50 mm时达到最大摆角116°,纵向上驱动线变化量在46 mm时达到纵向最大摆角61°。

基于H_∞方法的直线电机模型匹配控制

针对直线电机在机械加工应用中的较高控制要求 ,用模型匹配以及多自由度设计的思想把实际模型转变成理想参考模型 ,并利用H∞ 方法设计控制器 ,使控制系统具有上升快、无超调振荡、抗干扰性强以及对模型摄动具有较强的鲁棒适应性等特点。实验表明 ,该方法比普遍使用控制方法有较大的性能优势 。

飞行器控制的伪线性系统方法——第二部分:方法与展望

针对第一部分提出的六类典型飞行器控制问题的共性伪线性系统模型,介绍了二阶伪线性系统的直接参数化设计方法:通过设计伪线性状态反馈控制律,可使闭环系统化为一个具有指定特征结构的二阶线性定常系统,并提供了控制系统设计中的所有自由度。另外,还以希望的闭环向量结构要求、闭环系统的干扰抑制要求和最小闭环特征值灵敏度要求为例,展示了通过综合优化设计自由度来实现控制系统的多目标设计思想。最后展望了伪线性系统理论的发展前景。

圆柱-球体多自由度超声电机定子的优化设计

为了实现圆柱-球体多自由度超声电机的运动和提高电机的机电转换效率,电机的定子要具有合适的工作模态。该文根据该种电机对其定子工作模态的要求,以定子的结构参数为设计变量,建立了定子的优化设计数学模型,采用约束变尺度优化法编制了计算程序,并对实例进行了相应的计算。通过与原型样机的实验结果进行比较,证明该文所提出的优化设计法是有效的。

多自由度超声电机优化设计及在x-y平台的应用

为了探索和快速实现多自由度超声电机的设计及应用,提出一种锥型结构的多自由度超声电机。该电机定子采用单足驱动方式,利用四分区的叠层压电陶瓷作为激励元件,分析其产生两维直线运动的驱动机理。利用有限元软件ANSYS对电机建立参数化模型,并导入到多学科优化软件Optimus中进行全局优化求解。优化结果表明,电机多个设计目标都得以实现,最后制作实验样机并成功应用在x-y平台上。

光电伺服控制系统多回路内模控制器分析与设计

针对光电稳定平台中伺服控制系统的模型不确定性、内外部扰动和传感器误差等各项因素,提出基于多回路、双自由度内模控制的稳定环控制器设计方法,实现对各项误差因素的控制器分层设计。首先,对伺服控制系统的单回路控制结构和多回路内模控制结构进行描述,并深入分析了两者的误差扰动和模型扰动抑制性能;然后,详细讨论了多回路内模控制结构中,电流环、速度环和稳定环控制器的详细设计过程,并给出基于双DSP的伺服控制系统硬件电路设计和软件流程实现。最后,系统的时域特性实验和载体姿态扰动、摩擦力矩干扰、模型参数摄动实验表明:多回路内模控制结构具有良好的指令跟踪精度、扰动抑制性能和鲁棒特性,最终的稳定精度达到0.006°(0.1 mrad)。

一种凸极式磁阻型球形电机的结构设计

为了提高球形电机的输出转矩,降低控制系统的复杂程度,提出了一种新型磁阻型球形电机。首先,介绍了电机的基本结构和运行原理,建立了电机的数学建模,基于有限元软件使用虚位移法对电机进行建模,确立电机的电感曲线和矩角特性。然后,以输出转矩、气隙磁密及定子轭磁密为目标,针对定转子的结构进行仿真分析。最后,通过计算结果分析了球形电机主要参数对电机性能的影响,完成了磁阻型球形电机的结构设计,验证了所提出的新型结构的有效性。

几何模型自由特征设计复用技术

特征技术一直是计算机辅助设计、制造领域研究的热点。自由特征由于自身的复杂性和不确定性,使其描述及操作十分困难。从知识复用的角度,建立了基于自由特征的模型设计方法。利用信号处理技术———小波的多尺度特性把模型的空域表示变换为频域描述,通过小波滤波器组完成对模型的自由特征提取和复用。模型从空域转换到频域表示,不仅提高了自由曲面建模的效率,而且方便了模型的修改、调试。

基于遗传算法的多自由度振动陀螺仪优化设计

针对微陀螺仪灵敏度与带宽的制约问题,通过一种新型的生物进化遗传算法,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法.编写了多目标遗传算法的相关程序,该方法基于特征提取确定约束条件,以微陀螺振动系统振子质量比、结构频率比以及弹性梁刚度系数比为设计变量,灵敏度与带宽为设计目标,采用多目标遗传算法对模型进行优化.以双检测单驱动三自由度微机械陀螺仪为研究对象进行分析与优化,获得的灵敏度和带宽与二次序列规划算法(SQP)相比分别提升了18 dB和2 175 Hz.结果表明,采用该方法对微陀螺仪的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,达到提升多自由度微陀螺性能的目的,为微机械振动陀螺仪的优化设计提供了新的有效方法.

新型多自由度永磁球形电机的设计与分析

提出一种新型的多自由度永磁球形电机,可用于机器人关节、航空航天、卫星通讯等领域。该球形电机由一个表面贴有永磁体的中空转子球壳和具有旋转线圈和倾斜线圈的单定子组成,定子由铁心和两个三相绕组组成。考虑到该新型电机与现有的大多数空心线圈的球形电机结构的差异性和新颖性,很难找到较为完善的设计理论和方法。对电机的结构和工作原理进行详细阐述,并开展电机的原始设计;利用三维有限元方法分析了电磁特性,包括磁密、转矩等。仿真结果满足电机的设计指标。该设计方法球形电机的设计提供了一定的理论基础。

多相电压调理模块的矩阵化多自由度耦合磁件

应用于多相电压调理单元(VRM)集成电感的合理设计影响和决定着其稳态和暂态性能,优化电感耦合度可同步改善VRM的稳态输出纹波和动态输出响应。通过建立电路方程推演出多相VRM耦合电感的等效稳态与暂态电感,获得多相VRM集成电感耦合度的设计准则。提出一种基于模块化耦合电感概念、可多自由度组合、可变耦合度的矩阵化耦合磁件。分析电感可消除直流偏磁原理,推演出阵列化耦合磁件的单元拓扑集成原理及其耦合结构多自由度组合演化规格,并推导单元耦合电感匝比、磁阻比荷电感耦合系数的关系曲线,实现集成电感可变耦合度设计。设计四相阵列式耦合磁件并应用于VRM进行测试,实验结果验证了阵列式耦合磁件设计准则的正确性及实用性。

多自由度振动系统动力减振器优化设计及应用

本文运用文[1]的理论分析结果,建立主振系为小阻尼条件下链状系统动力减振器优化设计模型。减振器的质量、刚度和阻尼均做为设计参数,便于工程设计中应用。所给算例验证了理论的有效性,最后讨论了减振器设计的有关规律。

可调平三自由度振动筛结构设计与试验分析

针对农业领域传统振动筛筛分时易出现筛孔堵塞、筛分效率低、筛分性能不稳定等问题,设计一种可调平三自由度振动筛,包括调平装置、二自由度激振系统、单自由度激振系统、控制器和水平监测仪。二自由度激振系统为筛盘提供沿X轴往复移动和绕Y轴的转动,单自由度激振系统为筛盘提供沿Y轴往复移动,二者串联形成三自由度激振装置。运用Adams软件对振动筛进行运动学仿真,验证振动筛可进行1~3个自由度的振动;基于离散元素法对水稻颗粒在可调平三自由度振动筛筛盘上的筛分过程进行模拟分析,并在样机上进行试验。结果表明筛盘做三自由度振动时的筛分效率比二自由度和单自由度振动分别增加8.8%和33.4%,解决传统振动筛自由度少、筛分效率低、筛分性能不稳定等问题。

五自由度桌面级多功能机械臂设计

随着社会需求的发展,工业机械臂逐渐小型化和轻量化,应用领域也向工业应用以外的其他领域拓展。目前,桌面级机械臂在教育(STEAM、创客)、医疗(辅助化验、手术助手)、科研(激光雕刻、3D打印)等领域均存在潜在市场。五自由度桌面级多功能机械臂在一般四自由度桌面机械臂(肩部转动、大臂摆动、小臂摆动、腕部摆动)基础上,增加腕部转动自由度,实现执行末端的球坐标工作空间,实现多功能设计;采用连杆机构实现小臂摆动,将前三个自由度的驱动电机集中放置,优化机械臂重量分布,从而实现轻量化设计。

Long-Term Effect of TMD on Vibration Control of An MDOF Offshore Fixed Platform

A three-dimensional fixed offshore platform in deep water modeled by the finite element method is studied in this paper. Analysis of the dynamic response of the MDOF structure is realized taking the non-linearity of the wave drag force and the wave-structure interaction into account. The structural response statistics, which have Gaussian distributions, are used to evaluate the vibration effect of the structure without TMD and with TMD. And an optimal method to design TMD controlling the first mode of the multi-mode structure is proposed. Moreover, the probabilities of occurrence of sea states at the platform site are considered for prediction of the long-term effect of a TMD. Simulation results demonstrate that the long-term effect of a well-designed TMD is good and the practical use is possible due to the good stability of its optimal parameters under different sea states.

多自由度机器人机械手臂结构设计方法研究

国内对多自由度机械手臂研究起步较晚,生产的传统机械手臂不能完成精细复杂操作。针对上述问题,提出一种具有多自由度的机器人机械手臂结构,并对其操作结构、驱动结构以及控制结构的设计方法加以阐述。测试结果表明,多自由度机器手臂性能接近于同等类型德国制造的机械手臂,证明了设计方法具有一定实用性。

光刻机照明系统的多自由度均匀性校正方法

提出了一种光刻机照明系统的多自由度均匀性校正方法。当照明光瞳的部分相干因子发生变化时,该方法的校正手指只需整体在光轴方向进行微调就能使照明光场的均匀性满足要求。仿真分析了校正手指的三维空间移动对照明光场均匀性的影响,并验证了该方法的高效性。

灵巧节能的单自由度仿真机械手驱动机构设计

为解决机器人自动装配、医学康复断指再造等多接触抓取装置驱动元件多,结构复杂且笨重的问题,设计了一种灵巧节能的单自由度仿真机械手的驱动机构,推导了各指节间的运动关系方程,利用ADAMS建立了其参数化仿真模型,分析了特定构件尺寸的机构运动轨迹与人手抓取轨迹的差距,进而提出满足人手抓取轨迹、驱动力矩小、各构件尺寸小的驱动机构的优化数学模型,经NSGA-II算法获得与人手抓取轨迹相差无几的多个最优方案,并用参数化模型进行了验证。设计结果表明,所提出的驱动机构仅需一个驱动元件即能实现手指各关节的灵巧运动,且结构尺寸小,满足节能环保的要求,是仿真机械手设计的新尝试。

基于多自由度结构的DTMD参数分析及设计方法

双调谐质量阻尼器参数较多,其设计方法、有效性的研究仍不完善,鉴于此,针对地面运动作用下多自由度结构双调谐质量阻尼器的优化设计方法进行了初步研究,推导了双调谐质量阻尼器的位移动力放大系数(DDMF)。基于最优化目标函数研究了优化设计参数对振型参与系数的敏感性;在此基础上,给出了一种双调谐质量阻尼器的优化设计方法,并通过某高层钢结构的仿真分析对该优化设计方法的有效性进行了评价,结果表明,优化设计后的双调谐质量阻尼器可有效降低受控结构的位移动力响应。