中国机器人伺服控制技术竞争力及提升路径

中国机器人核心技术竞争力与国际领先国家相比仍有很大的差距,迫切需要提升以伺服控制技术、减速机技术等为代表的机器人核心技术竞争力。文章采用专利信息数据从专利数量、专利质量、专利价值三个维度对中国机器人伺服控制领域的技术竞争力进行分析,并将其与美国、德国、韩国等领先国家进行比较,剖析中国机器人伺服控制技术发展过程中的优势与不足,最后从技术联合研发、聚焦关键技术、研发方向等方面提出了技术竞争力提升的路径。

一种微型伺服驱动器设计

针对伺服驱动器在无人机、机械手、外骨骼机器人等需求体积小、重量轻、电流能力强的应用领域,开发了一款高功率密度微型伺服驱动器。采用高密度PCB堆叠组合结构、高效率快速开关技术、先进的三环PID控制算法,在现有常规伺服基础上进行微型化、高功率密度化与易安装化的技术突破。并经实验验证,驱动器的各项指标满足要求。

交流伺服系统电源变压器故障分析及处理

伺服系统的出现实现了机械运动单元的程式化控制,提高控制效率,实现了较高的控制精度,交流伺服系统是常见的伺服系统之一,以其良好的稳定性得到广泛应用。文章围绕交流伺服系统电源变压器故障展开论述,在介绍相关故障现象的基础上,深入分析导致该现象的主要原因,并提出具有可行性的处理方案,为广大工程技术人员提供参考。

选矸机器人高速并联机构伺服驱动选型研究

为了实现煤矸的高效分选,基于选矸机器人结构及工作原理,在建立并联机构位移、速度、加速度、转矩、等效转动惯量数学模型和选矸运动轨迹规划的基础上,提出了一种用于煤矸分选的三自由度串并混联机器人的伺服电机选型方法:计算分析了选矸过程中机器人主动关节速度、转矩、等效转动惯量和功率的变化分布;针对速度、转矩、等效转动惯量随机构位形改变连续变化的问题,提出根据最大瞬时功率初步选取伺服电机,然后参考关节最大转速和电机允许最大转速选取减速器减速比,结合电机转矩特性曲线进行功能校验的伺服电机选型方法;指出在设计过程中应尽量选取大速比减速器,以减小电机负载惯量比,降低惯量波动干扰,提高系统控制响应速度和运行稳定性。测试和应用结果表明:设计开发的选矸机器人作业周期为1s,横向选矸推力达25kg。该机器人发挥并联机构可实现高速、高刚度的结构特性,结合串联机构工作空间大、结构简单的优势,适于高效煤矸分选,且已成功应用于多条选煤生产线的中、大块矸石分选,长期连续工作运行稳定。研究为机器人伺服驱动系统设计提供了有益的参考。

电气自动化技术在热收缩膜边封包装机中的应用研究

某企业的热收缩膜包装机较为落后,缺乏连续作业和自动理料功能,并且控制精度低、包装速度慢。为了解决以上问题,采用电气自动化技术改造原设备,配备7台伺服驱动器,分别用于控制进料、拉膜、封刀、出料口等装置的传动轴。在多轴联动控制中,采取位置同步、速度同步、凸轮同步3种模式。对于自动理料功能,利用光电检测装置测定产品的位置偏差,进而修正产品的间距。经测试,包装速度从每分钟40包提升至120包。

两级滑阀式电液伺服阀建模与特性研究

为了研究两级滑阀式电液伺服阀的静态、动态特性,建立了两级滑阀式伺服阀的数学模型,仿真分析了前置级和功率级结构参数对伺服阀性能的影响。结果表明:某型两级滑阀式电液伺服阀具有良好的静动态特性,其输出流量大、线性度好、动态响应快;通过所建立的数学模型,可优化两级滑阀式电液伺服阀前置级和功率级的结构参数,为提升动态响应性能提供理论参考。

基于迭代和扰动观测的间隙实时补偿控制研究

针对电动伺服加载系统中传动间隙对加载力的影响,提出了一种基于迭代学习和非线性扰动观测器的滑模控制策略(SMC-ILC&NDOB)。通过迭代算法对传动间隙进行估计,同时利用扰动观测器对间隙的估计值进行补偿,在此基础上设计滑模控制器实现间隙的在线补偿,并根据Lyapunov稳定性定理证明了整个闭环控制系统的稳定性。借助MATLAB/Simulink软件对电动伺服加载系统和控制器进行仿真实验,对PID算法和基于迭代算法和扰动观测器的滑模控制方法进行对比。结果显示基于迭代学习和扰动观测器的滑模控制方法对传动间隙有着不错的补偿效果并拥有较好的鲁棒性。

交流伺服式机械压力机及其关键技术探讨

论述了制造业是中国的治国之本、兴国之器、强国之基,而先进的装备制造业是我国当前与未来重点的发展领域。分析了机器由机械本体系统与电气控制系统组成,而机械本体系统分别由动力源、传动部件和工作机构组成,明确指出直驱与近零传动是未来机器的发展方向。对比分析了交流异步电动机与交流永磁同步伺服电动机的优缺点,指出交流永磁同步伺服电动机是机械压力机的理想动力源。第三代锻压设备的交流伺服式机械压力机及其驱动与传动的三种典型方式分别为小型压机用丝杠-带轮式、中型压机用带轮-偏载丝杠-肘杆式、大中型压机则采用带轮-多级齿轮-曲柄滑块式。分析了国内外伺服压力机的产品现状,中大吨位的伺服压力机常采用多个交流伺服同步电动机共同驱动的方式。对交流伺服式机械压力机的关键技术进行了探讨,为我国伺服压力机追赶国际先进水平奠定坚实的基础。

光电经纬仪伺服控制系统主电源设计

为满足车载光电经纬仪对伺服控制系统控制精度、稳定性以及质量体积等方面的要求,针对伺服控制系统主电源开展了相关研究。主电源作为伺服控制系统的能量供给单元,其稳定性决定了伺服控制系统的稳定性,继而影响伺服控制系统的跟踪精度以及跟踪频率等指标。文章从电源设计要求、主电路、最大脉宽限制电路、PWM控制电路、电压电流检测电路以及电压反馈控制电路6个方面进行了研究,同时依据此方法设计电源。测试结果表明,电源输出为48 V DC,输出功率为2 400 W,峰峰值为310 mV,重量为13.8 kg,体积为350 mm×200 mm×110 mm。

基于PLC控制的光学玻璃精密模压试验装置的研究

针对市面上购买的模压设备主要面向生产线且价格昂贵、获得试验数据较少等问题。设计了一种精密的模压装置,该装置利用伺服电机与丝杠一体化模块提供模压动力,能够实时的监控模压过程中的参数。对模压装置的结构和工作原理、硬件参数及软件实现进行了描述,并成功研制了样机。最后对样机进行了性能测试,试验结果表明,模压装置的技术方案可以满足对光学玻璃模压过程进行监控,具有操作简单、实用等特点。该装置的设计为光学元件的精密模压关键技术的研究创造了条件。

助力自行车综合性能测试系统研究

通过对助力自行车的受力特性分析,设计了一套全新助力自行车综合性能测试系统。该系统对助力自行车性能的测试数据进行模拟,使用磁粉测功机和伺服电机模拟骑行过程中的阻力与驱动力,来验证该实验装置的可行性。采用simulink仿真对起步性能以及坡度助力性能进行验证,并在此基础上用模拟骑行装置验证仿真结果。根据simulink仿真与模拟骑行装置实车实验结果表明:模糊控制助力方式均比传统定助力方式好。最后进行实地实车骑行实验,验证了综合性能测试系统的可行性。

一种旋翼无人机用高功率密度伺服驱动电机设计与优化

针对某旋翼无人机用高功率密度伺服驱动电机的技术要求,通过分析与有限元仿真优化,得出了内转子表贴式永磁转子结构相对更适合于平衡功率密度、效率和转矩波动等指标之间关系的结论。据此设计了一款具有高功率密度、高效率以及较低转矩波动的伺服驱动电机,通过样机进行了试验验证,其性能指标满足设计要求。

放射性环境下废物桶无损检测设备的设计

废物桶无损检测设备是核废物产生单位必须配备的重要设备。废物桶无损检测设备的设计应基于核电厂对该设备的技术要求,并可适应工程环境。针对以上要求,通过对设备运行要求的分析,从放射性环境适应性、运输功能可靠性、长距离控制可靠性和经济性角度出发,分别对编码器、伺服电机、电源、导电滑环和电抗器的设计进行了详细介绍。此外,对废物桶无损检测设备智能化设计进行了展望,创新性地利用机器学习和机器视觉的方法解决目前存在的问题。该设计对废物桶无损检测设备的工程设计工作具有一定的指导意义,同时为核电厂机电设备的工程设计提供借鉴。

电动助力转向助力控制策略的研究

电动助力转向是汽车动力转向的新技术与新结构,助力控制是电动助力转向的基本控制策略,并决定电动助力转向的助力特性。着重讨论了电动助力控制的一般过程、电动机目标电流的决策方法、电动机电流的控制策略等问题。台架试验表明,提出的控制策略是有效的,对电动助力转向的开发有指导意义。

功率电传机载作动系统方案分析

综述了目前正在验证中的各种功率电传机载作动系统的发展状况，并详尽描述其工作原理，在分析其各自的优缺点之后，针对当今技术发展现状以及新型作战飞机对作动系统的要求，提出了两种新型的功率电传作动系统———电机泵复合控制功率电传作动系统和电机泵阀复合控制功率电传作动系统，初步实验分析证明了该两种方案作为向全电作动系统的过渡是可行的，将对未来机载作动系统的研制具有实际指导意义．

汽车电动助力转向控制系统的初步研究

自行设计的电动助力转向系统(EPS)由控制器、转向盘转矩传感器、车速传感器、电流传感器(在控制器内)、助力电机及减速机构、机械式转向器、蓄电池等组成。EPS的控制系统主要由控制器、传感器及信号处理电路、助力电机及驱动电路等组成。控制算法由电机助力控制算法和电机转矩控制算法两部分构成。该方案易于实现,同时又能保证转向控制系统较高的控制精度。

用于机器人伺服电机的PWM功率接口的设计与实现

介绍一种应用于机器人伺服电机上的由微机控制的PWM功率接口的设计原理与实现.此功率接口采用了IR(International Rectifier)公司型号为IRF530的MOSFET以及相应的驱动芯片IR2101, 具有线路简单、设计思想明确、性价比高、应用广泛等特点. 本文将详细介绍此功率接口的结构、原理, 并给出实验仿真结果.

液压系统故障诊断技术的研究现状与发展趋势

从能源和伺服系统两个方面,归纳液压系统的主要故障模式;针对故障诊断的难点问题,对能源和伺服系统故障诊断的主要理论、方法及研究现状分别进行分析和总结,对各种方法的诊断效果进行定性分析,指出各种方法的技术特点、局限性和适用范围;最后,归纳液压系统故障诊断技术的最新发展方向及需要进一步研究的问题。

锗晶体放电加工特性及进电方式研究

研究N型锗晶体放电加工中体现的单向导通性、表面电化学现象以揭示其特殊放电加工特征。试验发现N型锗晶体放电加工无法持续,其主要原因是进电接触面产生电解并生成不导电、不溶解的氧化物且阻塞在进电接触面缝隙内。为避免在进电接触区产生电解,设计表面涂覆碳浆进电法;为避免进电接触区产生不导电、不溶解氧化物,设计了电极随动进电法,并对这两种进电方式进行试验比较。结果表明,前者可以在一定时间内改善N型锗晶体进电,但仍不能达到长期稳定进电的效果,而后者则可以保障极间获得稳定和较小的极间电阻及持续稳定的进电效果。通过放电切割试验初步揭示半导体材料放电加工体现的放电期间电流爬坡上升、放电蚀除以热应力蚀除为主、极性效应需要进行拓展性解释等特殊的半导体材料放电加工特性。

液氧煤油运载火箭伺服机构液动机能源系统设计与仿真

针对液氧煤油运载火箭对箭上设备高功重比的苛刻要求,提出液动机引流式伺服机构的能源系统优化设计方法,建立液压能源和伺服作动器的联合仿真模型,计算得到满足典型工作剖面性能要求的动力组件设计参数和蓄能器的最小排油容积,建立极限工作温度范围内的蓄能器工作状态转移模型,计算满足最小排油容积的充气压力和最大容积的数值解集合,通过绘制二维平面图判断得到最优解。类似地,建立包含低温和蓄能器气体泄漏在内的极限工况的油箱工作状态转移模型,计算得到满足工作要求的油箱有效容积、油箱加注油面和蓄能器充气容积的数值解集合,通过绘制三维图判断得到最优解,获取了满足各极限工况应用需求的能源系统设计参数。此方法利用数值计算方法,解决了能源系统的优化设计问题,确保了新型液氧煤油运载火箭伺服机构的高功重比设计。