3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵

简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出在各柔索安装单分量力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例,验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性,为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。

基于电感特性的磁阻式球形电机无传感器位置检测

球形电机的转子姿态检测通常需要在转子轴或定子壳上安装位置传感器来实现,这些传感器所占用的空间较大,为球形电机的实际安装和应用造成了负面影响。本文根据磁阻式球形电机的结构与运行特点,提出了一种基于电感特性的磁阻式球形电机无传感器位置检测方法。通过实时检测不同转子姿态角度下的定子线圈电感数据,然后利用极限学习机(ELM)算法搭建位置预测模型。通过对比验证,证明了该方法得到的转子姿态角度精度较高,为磁阻式球形电机的控制与应用提供了可行的思路。

永磁同步电机的双口三自由度内模自适应控制器设计

在一些高性能的驱动场合,电流耦合、控制量饱和和惯量扰动的存在是造成伺服系统控制性能变差的重要原因。为改善该种情况,分别对永磁同步电机矢量控制系统的电流环、速度环进行设计。电流环采用了双口三自由度内模控制结构,一方面实现了对定子电流交叉耦合电势的完全解耦,另一方面,通过适当的设计双口控制器,可以使系统拥有更好的伺服跟踪、扰动抑制和抗积分饱和性能。速度环采用参数自校正PI控制器,设计目标是解决工程实际中电机及其负载转动惯量变化导致的系统超调和稳态抖动问题。仿真结果表明,双口三自由度内模自适应控制器可以在同一矢量控制系统中实现稳定工作,系统具备更好的控制性能。

永磁转子偏转式三自由度电机磁场解析建模与分析

永磁多自由度运动电机与常规电机相比,优点突出,有着广阔的应用前景。该文提出一种新型永磁转子偏转式三自由度电机,介绍其基本结构和工作原理,分别利用解析法和三维有限元法对电机磁场进行建模分析,得出气隙磁通密度三维模型,并对电机内部的空间谐波进行分析,得到了气隙磁密径向分量的分布数据。通过两种方法的分析对比,结果表明,解析法计算的气隙磁密径向分量与有限元法结果吻合,计算值误差在3.5%以内,验证了所建立磁场模型的正确性。

气动人工肌肉上肢仿生关节设计

气动系统以其具有结构简单、无污染、维修方便等优点,得到越来越广泛的应用。基于人体的拮抗肌对拉驱动原理,利用气动人工肌肉(PAM)驱动器,设计了三自由度(3-DOF)的仿生关节。在Adams环境下建立关节模型虚拟样机,并对其进行了运动仿真。仿真结果表明,该仿生关节结构运动曲线平滑、运动平稳、柔顺性好,满足设计要求。除此之外,对加工出的原理样机进行了可行性实验验证,绕X轴的旋转实验表明:a.当充气压力越大,前臂平台转角速度越快,b.当充气压力在0.2 MPa及以上时前臂平台转角达到所需角度。绕Z轴的转角实验表明,前臂圆盘的转角范围为可达所需角度,验证了机构的可行性。

路面等级和车速对报废弹药公路运输安全影响分析

在运输过程中,振动和冲击是影响报废弹药运输安全的主要因素。为有效解决报废弹药公路运输的安全问题,在建立三自由度车辆振动模型的基础上,利用虚拟激励法,对不同路面、不同速度下弹药箱加速度功率谱密度函数进行仿真分析,确定不同路面下报废弹药安全运输的行驶速度,可为部队组织报废弹药公路运输提供参考。

基于系统分解的三自由度直升机控制仿真研究

三自由度直升机模型是多变量、非线性、强耦合的复杂控制对象,针对对象维数较高,控制器不易设计的问题,提出了一种基于系统分解的控制方法。首先建立了直升机的数学模型,并通过输入-状态线性化方法将模型线性化;其次将模型分解为两个子系统;最后分别采用无静差跟踪方法与PD控制方法设计子系统控制器。该方法通过模型分解,可大大降低控制器设计难度。仿真结果表明直升机姿态轨迹跟踪效果良好。

基于三自由度携载机构的助航灯具光强检测系统设计

针对传统助航灯具光强检测方法比较繁琐的问题,文章设计了一种基于三自由携载机构的助航灯具光强检测系统,该设计以三自由携载机构和基于PC机的运动控制系统为核心;详细介绍了三自由携载机构的原理和基于PC机的运动控制系统的结构,给出了系统软件设计的关键,并且进行了实验;实验结果表明:该系统能够很好地检测出助航灯具光强在空间的分布;基于三自由度携载机构的助航灯具光强检测系统具有简洁、成本低的特点,具有很大的实用价值。

永磁转子偏转式三自由度电机驱动系统设计

设计开发了一种新型永磁转子偏转式三自由度电机的驱动系统。在对电机工作原理及转子磁场特性分析的基础上,推导出电机定子线圈的通电策略,设计了分别基于单片机、L298N和霍尔传感器的控制电路、功率放大电路和位置检测电路组成的驱动系统。通过仿真计算和实验验证,完成了驱动器的设计,实现了电机的三自由度运动。

速度瞬心解析法及其在平面Ⅲ级机构奇异性分析中的应用研究

机构奇异性分析是实施机构运动综合和运动控制的基础,如何快速准确地得出机构的全部奇异位形是机构学领域研究的一个热点问题。机构的速度传递函数是奇异性分析的基础,建立平面机构速度传递函数最便利的方法是速度瞬心法,文章采用瞬心位置的复数表示,建立了速度瞬心解析法,得出了四种输入-输出速度传递函数表达式;提出了一种分析平面Ⅲ级机构奇异性的新方法,即将机构奇异分为杆组内奇异及机构外奇异,并对杆组和2RR-RP杆组的内奇异进行了分析。最后以一个单自由度Ⅲ级机构为例,说明了复杂机构全部奇异位形的求解过程。文中方法克服了Jacobian代数法在分析复杂平面机构的奇异性时存在的计算复杂和漏奇异位形等缺点,为平面机构的速度瞬心求解和奇异性分析提供了简单可行的研究方法。

一种三自由度弱耦合并联机构运动学分析

提出一种PRR+2-PRRU型两平移一转动并联机构,并研究其运动学特性。根据方位特征集理论分析并联机构的POC集、自由度和耦合度等机构拓扑特性;该机构耦合度为1,其构型为弱耦合设计。运用解析法进行位置分析,并通过MATLAB验证位置求解的正确性。在位置分析的基础上,分析了机构工作空间,并求解机构运动Jacobian矩阵。基于Jacobian矩阵评价机构输入-输出控制方式的解耦特性;该机构平动输入Y与平动输出x间存在耦合,3种输入-输出控制方式解耦。通过运动Jacobian矩阵计算机构速度与加速度,并使用ADAMS分析机构动平台的输出运动规律。

单自由度刚性圆柱体绕流的不稳定性

基于Open FOAM开源软件,利用k-ωSST湍流模型与6自由度(DOF)动网格模型,对亚临界区单自由度运动刚性圆柱绕流进行了三维数值模拟,研究了在不同初始流场下圆柱的阻力系数、升力系数、运动轨迹以及流固耦合的形态,并利用C++面对对象的编程与试验结果及理论分析作对比,验证所用湍流模型与三维模型的可靠性.计算结果表明:分块化结构网格与k-ωSST湍流模型对于圆柱绕流问题的计算结果比较准确,圆柱体在垂直来流方向的运动具有不稳定性,且其稳定性的强弱、运动偏离的方向与初始流场状态相关;由于流固的耦合作用改变了圆柱体受力的频率,加快了圆柱的偏移.

一种三自由度运动平台机构的优化设计

在分析三自由度平台机构特点的基础上,以平台运动范围、平台台面尺寸要求等为约束条件,以平台可控性能和平台结构尺寸的加权综合最优为目标函数,采用加速遗传算法,对一款带防扭臂的三自由度平台的机构参数进行了优化,并将优化结果运用到平台的设计中。应用结果表明,该平台在保证良好运动性能的同时,满足了平台小型化的设计要求。

高速风洞三自由度模型送进机构设计

模型送进机构是风洞的关键部件,其作用是支撑和运送试验模型至试验指定位置,送进机构的运动精度和动态特性直接影响风洞的试验精度。建立送进机构数字样化样机,并对机构进行有限元、动力学的仿真分析。仿真结果表明送进机构满足各项技术指标。

一种新型球面三自由度串联机构

提出了一种新型的三自由度RPR球面串联机构,并对该机构的运动学与工作空间问题进行了分析。通过D-H坐标变换建立了机构的位置方程,求出了位置正反解表达式,并给出了位置反解的数值实例。运用蒙特卡洛法对机构的工作空间进行了分析,给出了二维和三维形式的机构工作空间图。

惯性串联系统的自抗扰控制

针对非线性不确定惯性串联系统的控制问题,提出了惯性串联型扩张状态观测器(Extended state observer,ESO),使其可直接对惯性串联系统的扩张状态进行估计,同时把被控对象的极点配置到期望位置,在此基础上提出了适合惯性串联系统的自抗扰控制(Active disturbance rejection control,ADRC)方法,该惯性串联型ADRC方法可以充分利用被控对象的已有知识.论文还给出了惯性串联型ADRC和基于扰动观测器(Disturbance observer,DOB)的控制方法之间的联系,指出它们具有相同的三自由度(three-degree of freedom control,3-DOF)控制系统结构和模块功能,都能实现对系统期望模型以外的总扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,所提出的方法是有效的,惯性串联型ESO能实现系统总扰动的估计,惯性串联型ADRC能使系统输出能很好地跟踪系统参考输入.

三自由度直升机逻辑控制器的研究与设计

针对三自由度直升机模型系统的位置跟踪问题,考虑到该模型系统是一个典型的高阶、不稳定、多变量、非线性系统,为了获得令人满意的控制效果,通常采用复杂的控制方法如线性二次型调节器(LQR)控制,该方法对模型的精确性要求较高,所建立系统模型的精度高低直接影响控制效果的好坏。为获得该模型系统较满意的控制方案,从实际应用的角度出发,采用逻辑控制方法设计出了逻辑控制器,它可直接根据当前偏差和偏差变化量计算出与此相适应的控制量,不需要对系统进行建模,具有较强的抗干扰性能;针对时滞问题,通过引入微分反馈,抑制了由时滞引起的超调;最后进行了半实物仿真实验。研究结果表明:该方法调节时间更短,几乎零超调,控制效果明显优于LQR控制。

基于漏磁与磁阻系数迭代的三自由度混合型磁悬浮轴承的设计

提出一种基于漏磁与磁阻系数迭代计算的参数设计方法,将软磁材料内部磁场的磁通密度非饱和作为约束条件,以满足最大悬浮力条件下的体积最小化为优化设计目标,通过循环迭代的方式计算各部分漏磁系数与磁阻系数,最后得到该三自由度混合型磁悬浮轴承各部分的结构参数.利用有限元电磁场分析软件对其进行三维电磁场建模与仿真分析,仿真结果验证了该参数设计方法及其结果的合理性与正确性.给出了静态起浮、悬浮、冲击、转速为30 000r/min时转轴位移与控制电流的波形.实验结果表明:基于该方法设计出的三自由度混合型磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性.

基于FRIT数据驱动方法的水轮机调节系统优化控制

虚拟参考迭代整定(FRIT)是一种新的无模型数据驱动方法,只需闭环系统的一次输入/输出响应数据即可直接整定控制器参数。针对水轮机发电系统,设计了三自由度控制器型水轮机调速器,并利用FRIT方法实现控制器参数的优化整定。仿真结果表明:FRIT算法简单且易于实现,能有效优化整定控制器参数;三自由度控制器可保证水轮机系统对参考模型的良好跟随特性,以及对负荷扰动的快速抑制,效果优于常规PID控制。