基于改进麻雀优化PID的波浪补偿控制方法

随着海上风电“十四五”规划的不断推动,在深远海域对兆瓦级大功率海上风机的需求量随之增加,其规模也在不断扩大。但是,在吊运、安装等海上工作过程中,复杂海浪对船舶产生的持续影响导致风机安装的精度和效率大幅下降,甚至会对人员安全以及财产造成重大损失。在深远海域复杂海况下对工程船舶进行有效的波浪补偿,可提供稳定的作业环境以保证精准高效地完成各项工作,因此,本文提出了一种基于改进麻雀优化PID的波浪补偿控制方法并将其应用于Stewart补偿平台。首先,建立波浪补偿平台动力学以及运动学反解模型,并设计正解模型迭代求解算法。随后,使用PID进行波浪补偿控制,并通过麻雀搜索算法优化参数。接着,采用Circle混沌映射对其进行初始化分布,以解决初始化不均匀的问题;并采用动态自适应加权、柯西突变以及反向学习以提升算法全局寻优能力。最后,生成4~6级海况下的某工程船运动数据作为系统输入,利用MATLAB和Simulink软件平台搭建模型进行补偿控制验证,并在Stewart硬件平台上做补偿试验。结果表明,改进麻雀搜索算法具有较快的收敛速度、较高的精度和更好的寻优能力,优化后的PID控制方法更适合用于复杂海况下波浪补偿平台的控制优化,可为大功率海上风机安装的补偿平台控制系统设计提供参考。

针对半月板损伤患者的运动学步态分析

目的:探讨应用Codamotion 2CX1三维动态关节运动捕捉系统分析不同程度半月板损伤患者运动学特征。方法:2020年12月至2022年6月收治的半月板损伤患者及招募的正常人共135例,男82例,女53例;年龄14~29岁;病程1~3个月。结合临床症状及MRI检查明确半月板损伤诊断,根据Stoller分级标准将半月板损伤分为4级:0级(正常)37例,Ⅰ级30例,Ⅱ级33例,Ⅲ级35例。采用Codamotion 2CX1三维动态关节运动捕捉系统对各组受试者进行行走测试,采集步行及运动学定量化指标,包括膝关节屈伸、内外旋、内外翻,并对其进行运动学进行分析。结果:在膝关节屈曲/伸直的分布中,4组患者膝关节最大屈曲、最小伸直及膝关节屈伸范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);在膝关节内旋/外旋的分布中,4组患者膝关节内旋及膝关节旋转范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);在膝关节内翻/外翻的分布中,4组患者膝关节外翻及膝关节翻转范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);临床分期进展与膝关节伸直、外旋、内外翻及翻转活动范围呈正相关(P<0.05);与膝关节屈曲、内旋及屈伸、旋转活动范围呈现负相关(P<0.05);膝关节内旋、外旋角度可以作为半月板损伤临床分期的独立影响因素(P=0.006,0.019<0.05)。结论:半月板损伤患者膝关节运动发生了明显变化,且不同临床分期下,变化有一定差异,步态分析为半月板损伤的运动学分析提供了一个可靠的依据,有助于更好了解关节的运动学指标,同时提供了一个较为可靠的辅助诊疗方案,为后续医学研究提供了新方向。

基于PWM+移相的双有源半桥DC-DC变换器分析及其控制

该文针对双有源半桥(DAHB)DC-DC变换器宽电压范围运行下电容电压计算不准确、单移相控制粗放等不足,提出一种基于PWM+移相的三自由度优化控制(TFC)策略。首先,基于DAHB的数学模型,推导桥臂串联电容稳态电压表达式。在此基础上,从最小化回流功率角度得到三自由度控制的最优开关模式,推导了电流、功率等关键电气量的解析表达式,并获得以电流应力最小化为目标的包含等式和不等式约束的局部最优解方程组。其次,针对最优方程组难以解析求解的问题,采用模型简化+线性近似的方法求取其局部最优解,得到DAHB全工况PWM+移相的三自由度优化控制策略。然后,分析所提出的三自由度优化控制下DAHB变换器的软开关特性。最后,通过仿真及实验验证了桥臂串联电容稳态电压表达式的正确性和三自由度优化控制策略的有效性。

基于姿态枚举算法的三自由度机械臂抗推绕姿态控制方法

由于现行方法在三自由度机械臂抗推绕姿态控制中应用效果不佳,机械臂倾角变化量较大,针对现行方法存在的不足和缺陷,提出基于姿态枚举算法的三自由度机械臂抗推绕姿态控制方法。建立三自由度机械臂运动学数学模型,通过求解确定机械臂末端位姿,采用插值法对机械臂运动轨迹离散化,确定离散点坐标差,采用位姿枚举算法对机械臂末端位姿枚举,抵抗末端位姿推绕变化,实现基于姿态枚举算法的三自由度机械臂抗推绕姿态控制。经实验证明,在设计方法应用下机械臂倾角变化量在2°以内,可以有效抵抗机械臂推绕运动,保证机械臂姿态稳定性。

汽车太阳能电池三自由度自动追光系统运动控制研究

为了让太阳能电池在电动汽车上高效应用,设计自动追光系统的三自由度机构,通过摄像头采集阴影中心点坐标用来获取太阳光的照射方向,使用几何运算并通过最小二乘法求解得到电机的旋转角度,对电机进行驱动。建立系统的仿真模型,仿真结果证明了系统较为稳定,并能使太阳能电池板法线与太阳光线保持一致,提高了能量利用效率。

面向狭长空间的三自由度并联机器人设计与建模

并联机器人因具有刚度大、结构稳定、承载能力大和运动负荷小等优点,在农业和工业等领域得到了广泛的应用。现有大部分并联机器人因支链呈空间对称分布,难以进入狭长空间工作。因此,针对狭长的工作环境,提出了一种新型三自由度并联结构,该机构整体沿一条直线导轨方向布置,减少了垂直于导轨方向的宽度,使之易于放入狭窄的空间内,同时能拥有较大工作空间,并实现3个自由度上的平动运动。通过G-K公式计算机构自由度;验证了该并联机器人设计的合理性;对平台进行了运动学和动力学分析;并根据遗传算法分析其奇异性;通过解析法对机构工作空间进行了分析。研究成果为三自由度并联机器人进入狭长空间工作提供了新的思路与构型。

新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化

为了进一步提高无线电能传输系统(WPT)的空间自由度,提出了一种新型类半球体状发射机构,从理论角度出发,利用互感叠加原理与等效电路模型分析了三维无线电能传输系统的特性;建立阵列式三维电能传输系统仿真模型,分析不同控制方式下的磁场分布规律,分别从距离特性与磁场分布研究系统传输性能,并搭建了无线电能三维传输实验系统,对该发射机构的传输性能进行验证。结果表明:新型结构最远可在400 mm处实现效率为19.2%的能量传输;在相同距离下,处于同一水平面的负载线圈在各方向接收功率最大效率偏差仅为8%,具有高均匀度磁场;该新型三维耦合机构具有空间高自由度、无方向性等良好的传输性能。

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。

末端牵引式上肢外骨骼结构设计与运动学分析

针对上肢外骨骼关节互联性较差、智能化水平低、本体尺寸较大及制造成本较高等缺点,设计了一种结构简单、价格低廉且可批量定制的新型桌面式三自由度末端牵引式上肢外骨骼。首先,根据患者的康复功能需求,结合人体上肢的尺寸进行整体的结构设计;其次,使用有限元仿真软件Ansys Workbench对关键零/部件进行静力学仿真,优化零件刚度、强度及尺寸,从而验证外骨骼材料及尺寸的合理性;然后采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法建立坐标系,推导了正运动学并对末端位姿工作空间进行求解,并绘制了工作空间点云图;最后,使用Adams软件对末端牵引式上肢外骨骼进行了运动学分析。结果表明,末端牵引式上肢外骨骼结构设计合理,能够满足上肢运动功能障碍患者的康复训练要求。

船舶坐底运动姿态监测系统研发及应用

在船舶坐底过程中需要重点关注船舶的运动姿态变化,以便及时对船舶状态做出调整,保障船舶坐底安全。针对船舶坐底过程,自主研发了运动姿态监测系统,对船舶的六自由度姿态、三轴速度、三轴加速度、船舶四个角点的垂向速度和船底距海床的距离等参数进行监测。结果表明:运动姿态监测系统在船舶坐底过程中能够实时监测船舶运动姿态关键参数变化情况并进行安全提示,实现了对船舶坐底运动姿态的全程监测功能。

基于迈克耳孙等厚干涉的三自由度位移测量

提出了基于迈克耳孙等厚干涉的多自由度位移读取方法,可实时高精度测量目标反射镜3个自由度的运动,包括1个平动自由度和2个转动自由度.本文给出了干涉的测量原理、实验设计以及测试结果,验证了测量方案的可行性.通过与高精度商用运动平台标定测试,实现了三自由度运动测量,位移和角度灵敏度分别达到了1 nm/Hz 1/2@>1 mHz和10μrad/Hz^(1/2)@>1 mHz,动态范围分别超过了10 mm和100 mrad.这种测量方法可广泛应用于大学物理实验教学、微小位移计量以及工业精密制造等领域.

一种新型六自由度FDM打印机结构方案设计

FDM技术(熔融层积成型技术)作为制造业企业运用最广泛的一项关键技术,在打印悬空、复杂几何形状试制件过程中产生大量的支撑结构,会造成打印丝材的浪费和降低打印效率,同时还会导致所打印的产品表面质量降低以及繁重的产品后处理工作。基于FDM龙门结构,通过增加打印平台2个旋转自由度和打印喷头的1个旋转自由度,提出了一种新型六自由度FDM打印机结构设计方案;并对打印平台和打印喷头的传动结构作进一步三维结构设计;对模型进行了仿真试验,验证了该装置能有效实现减少支撑结构效果,这对于FDM打印机结构设计优化提出了新的发展思路。

正交圆柱结构双气隙共磁钢三自由度电动机初探

本文提出一种新结构三自由度电动机。介绍了这种正交圆柱结构双气隙共磁钢三自由度电动机的基本构成和工作原理，并进行了初步解析分析。最后给出了实际样机的测试数据，说明该种结构三自由度电动机的可行性和实用性。

3-HSS并联机床运动学设计

提出以可实现三平动自由度并联机构作为主进给机构 ,辅以回转工作台实现多坐标数控加工的并联机床结构配置方案 ,并据此简要阐述了一种三自由度并联机床的总体设计方案和相应的运动学设计方法。

三自由度运动仿真平台设计及应用

详细介绍了船舶三自由度运动仿真平台的控制原理及硬件和软件的工程实现。硬件由运动平台和电控系统构成,电控系统是双闭环反馈控制系统,执行机构是伺服电机,输入信号由计算机中控制软件给出。编制不同的控制软件,平台可以仿真实船不同的运动历程。最后介绍了平台在船舶运动预报中的应用。

基于遗传算法的汽车平顺性和操纵稳定性优化

为改善汽车行驶的平顺性和操纵稳定性,建立了某SUV非线性三自由度操纵稳定性模型,研究了高速转弯工况侧倾载荷转移及轮胎的非线性特性对整车操纵稳定性的影响.提出了基于遗传算法的悬架刚度参数的优化匹配方法.以车身侧倾最小为优化目标,以弹簧刚度对悬架偏频及不足转向度影响为约束,以前、后悬架弹簧刚度及前、后稳定杆刚度为设计自变量.计算结果及实车对比表明:优化后的方案比原方案在平顺性和操纵稳定性方面有了较大的改善;采用该匹配方法,可以有效提高车辆的平顺性和高速车辆操纵稳定性.

全工况范围的DAB三自由度优化控制策略

为获取双有源桥(dual-active-bridge,DAB)直流变换器全工况范围内的统一优化控制,该文充分利用DAB控制自由度,实现一种基于电流应力最小的三移相(three-phaseshift,TPS)优化控制策略。分析原副边电压不匹配时的开关模式,推导潜在最优开关模式下的关键电气参数及其局部最优解,获取具有统一形式的全局优化策略。为实现电压匹配点附近的模式间平滑过渡,提出一种滞环模式切换方法。实验结果表明,相比常规单移相和双移相控制,所得出的TPS策略具有优化结果计算量小、表达统一连续的特点,能有效减小电流应力、提高变换效率,具有较好的工程可适用性。

三自由度串联行星变速箱传动方案设计的图论法

建立了三自由度串联行星变速箱传动简图的平面图数学模型 ,采用D .M .P算法来判断传动简图的可平面性 ,排除构件干涉的传动简图 ,并采用启发式深度优先搜索方法来进行连接 ,从而得到全部的可行的传动方案。按照该方法开发的行星变速箱传动方案CAD系统 ,设计速度大大加快 ,从而该系统更具有实用价值。

一种新型圆柱定子3自由度球形压电超声电机

3自由度超声电机利用圆柱定子的 3种同频共振模态 ( 2个正交的弯曲摇摆振动和 1个纵向振动 ) ,两两分别叠加、合成 ,通过摩擦驱动球转子分别绕 3个轴旋转 .根据这一原理可将该电机改装成多自由度直线电机 .通过有限元方法设计定子的结构和模态 ,利用阻抗测试方法测得的定子共振频率、模态与设计相符 ,同时测量了球转子绕 3个轴的转速特性 .为了提高 3自由度圆柱超声电机的定转子传动效率 。

一种消防六足机器人及其腿部机构运动学分析

提出了一种六足并联消防机器人,并进行了整机概念设计;经过对2UPS+UP机构进行变异,提出了一种新型三自由度易防护腿部机构;对该腿部机构进行了运动学分析,推导了位置反解方程和速度映射关系,分析了工作空间,绘制了工作空间三维图,揭示了其驱动机构几何参数对该机器人越障能力和行走速度的影响规律,设计了一组合理的几何参数。所提出的六足机器人防护性好,在消防、核电泄漏及地震等救灾场合有很好的应用前景。