基于转速转矩双闭环的液黏调速控制方法研究

液黏风扇调速系统存在滞环、死区、饱和区等多种非线性特性,在调速过程中,其输入输出关系曲线存在最大可达44%的滞环和大约为43%的死区,非线性度最大可达30%。设计了转速-转矩双闭环模糊控制策略:结合Stribeck摩擦理论,按照稳态曲线的分段线性规律将控制过程分段,获得模糊控制表;基于扩展卡尔曼滤波环节修正转矩测量值,从主动轴与从动轴之间的转矩传递关系分析输出转速变化规律,并进行试验验证。结果表明:相比于PID控制策略,所提出的控制策略将转速误差降低了75%,滞环减小至小于11%,消除死区,拓宽控制电压输入范围,有效改善了系统稳态调速过程中表现出的非线性滞环和死区现象。

无人机移动自主回收着陆原理及控制方法

针对无人机回收存在着陆点相对固定、被动回收、灵活性及环境适应性较差等问题,提出了一种无人机全自主的地面移动回收原理,主要包括目标定位、动态轨迹跟踪和的主动柔顺承接,实现野外复杂环境下自主化的无人机动态移动回收。首先,针对难以精确获取无人机动态位置的问题,提出了多传感器信息融合定位和伺服转台聚焦跟踪的目标定位方法;其次,为完成对无人机的快速高精度跟踪,提出了基于无人车和Stewart平台的双级跟踪控制策略;最后,为了解决无人机着陆过程冲击大、重心失稳等问题,设计了基于模型预测的平稳性控制算法和基于自适应变阻抗的柔顺控制算法,在实时调整承接面位姿的同时做到了主动柔顺承接。搭建了由目标定位系统、无人车和Stewart平台组成的原理样机,验证了本原理的可行性及控制算法的有效性,该方案和技术已成功运用于某型号固定翼无人机自主回收。

基于多目标优化的救援机械臂结构参数设计

为了综合优化双臂救援机器人双臂协同工作空间、机械臂负载能力以及机械臂末端运动速度,研究了基于多目标函数综合优化的救援机器人双臂结构参数设计方法.由于双机械臂的协同工作空间难以进行数学描述,提出了一种基于三重积分的描述方法.针对所建立的双臂协同工作空间、机械臂末端运动速度以及机械臂负载能力三个目标函数的综合优化问题,通过模糊层次分析法,计算每个目标函数的权重从而进行线性加权以得到综合的多目标优化函数.基于该综合优化函数,通过粒子群算法进行多目标函数最优值求解,得到一组机械臂结构优化参数,使双臂救援机器人的综合性能达到最优.实验结果表明所提出的双臂救援机器人性能指标的优化方法是可行的.

基于五相电流源型逆变器的一种新型PMSM就近空间矢量容错组合策略

随着社会的发展,舰船、卫星、电动汽车等领域对电机驱动系统可靠性的要求越来越高,与电机本体相比,驱动器更容易发生开路故障,这使驱动器开路故障容错策略研究受到越来越广泛的关注。该文基于五相电流源型PMSM驱动系统,针对驱动器开路故障,提出一种就近空间矢量容错组合策略。该策略根据空间电流矢量幅值与相位的特点,结合矢量控制原理,在开路故障条件下就近选择空间电流矢量进行目标电流矢量合成,实现电磁转矩的平稳控制并维持电机的平稳运行。该策略简单方便,解决了传统电压源型驱动系统中容错控制策略开关频率不固定的问题,提高了系统稳定性。仿真实验表明,在故障条件下,该容错策略可以有效地实现电机继续平稳运行的目标。

基于6自由度平台的体感模拟算法研究

针对模拟驾驶器对动感逼真度和平台工作空间的需求,将基于洗出算法的体感模拟控制策略应用于6自由度并联式运动模拟器.首先对系统进行了整体设计及数学建模,然后通过分析人体感知机理,提出了基于加速度控制的体感模拟洗出算法;随后具体研究了模拟驾驶过程中可能存在的多种复杂工况及对应的加速度控制模式;最后,通过联合仿真与实验验证了所提出控制算法的可行性及控制效果,结果显示平台在有限运动范围内动感逼真度得到了显著提升.

基于速度矢量的6足机器人三角间歇步态规划与分析

为提高大惯量6足机器人行走的稳定性与连续性,提出了基于速度矢量的三角间歇步态.该步态以三角间歇步态为基础,统一映射平动与转动速度矢量为绕旋转中心转动,达到6足机器人全方向行走且速度平滑切换的目的.首先,由旋转中心理论计算中心坐标,在足端工作空间约束下计算最大旋转速度;其次,对摆动相采用足端0冲击摆线轨迹规划,支撑相采用增量式轨迹规划以便于编程计算连续运动指令实现变速度矢量运动;最后,在虚拟样机和物理模型上进行不同步态的对比实验.结果表明采用基于速度矢量的三角间歇步态晃动幅度与方差最小,提出的方法可保证大惯量6足机器人连续稳定的全方位运动.

基于FFRLS-AEKF的6轮足机器人电池SOC估计

针对6轮足机器人动力电池的荷电状态(state of charge,SOC)估计精度低、电池模型准确度不高等问题,提出一种基于带遗忘因子的递推最小二乘(recursive least squares with forgetting factor,FFRLS)与自适应扩展卡尔曼滤波(adaptive extended Kalman filtering,AEKF)相结合的估计算法。首先通过FFRLS算法辨识建立动力电池等效模型参数;然后利用AEKF对SOC在线估计,并为参数辨识提供准确的开路电压;最后以机器人锂电池包为对象,在动态应力测试工况(dynamic stress test,DST)下实验验证了该算法可以准确地估算动力电池SOC,SOC估计相对误差在2.5%以内。

无人作业运动平台的动态稳定性分析与失稳预测

无人运动平台在复杂地形作业时面临致使倾翻失稳的危险因素,需要实时进行动态稳定性判定以及失稳预测,确保安全作业。现有失稳预测方法在抗干扰性、复杂环境适应性和超前性上存在不足。基于力角稳定裕度法,提出一种适用于无人作业运动平台的、不考虑与地面相互作用机理的稳定性分析方法,综合利用无人运动平台的结构、姿态和运动信息,得到倾翻稳定性的归一化标量表示,作为稳定性判据。针对失稳预测抗干扰能力不足、不够超前的问题,提出一种基于模糊推理的失稳预测方法。模糊推理包含基本规则集和扩展规则集,输入为稳定裕度及其变化率,输出为综合稳定性指标,经过对该指标的判定,给出预测结果。在四轮独立转向车和并联六自由度平台组成的无人运动平台上进行仿真和试验,结果表明提出的方法能实现对倾翻失稳的超前预测,并具有较强抗干扰能力。

融合前馈与姿态预测的并联稳定平台自抗扰控制策略

针对并联式结构平台姿态稳定时对高频扰动信号跟踪的响应滞后以及负载、摩擦力等非线性因素等影响稳定精度问题,提出了一种融合前馈与姿态预测的并联稳定平台自抗扰控制(Active disturbance rejection control,ADRC)控制策略。通过对电动伺服缸、平台运动学建模,得到了电动伺服缸状态方程和平台稳定时电动缸位移与电动机电流控制量转化关系。基于ADRC扩张状态观测器对伺服电动缸在时变摩擦力和负载力等干扰下进行观测并补偿,并采用非线性跟踪微分器改善控制过程中电动机的超速报警与快速性之间的矛盾。最后将姿态预测方程与前馈控制相结合,提高了系统的响应速度,减小了稳定平台跟踪误差。在具有俯仰、横滚和垂直平移三个自由度的并联式稳定平台上进行仿真与试验,相比传统PID或ADRC控制方法,提出的控制策略不仅使稳定平台有很强的抗负载扰动能力,而且具有更快的响应速度和更高的稳定精度。

并联六轮腿机器人机身平稳性控制方法研究

轮腿式机器人在非结构化路面运动时,机身平稳性控制对于提高运动平稳性、降低系统能耗、提高定位与建图精度等具有重要意义。针对并联式六轮腿机器人在通过不规则地形时足端悬空、姿态倾斜、机身晃动等问题,提出一种融合足端力控制器、姿态控制器及重心高度控制器的机身平稳性控制框架。其中,足端力控制器通过阻抗控制算法抑制机器人足端受力因地形变化带来的突变扰动;机身姿态控制器对机身倾斜角进行解耦,并控制各腿的长度补偿机身的偏移量;重心高度控制器根据各腿的伸长量自适应地调节机身高度,保证腿部执行机构具有足够的运动空间。针对三种控制器相互耦合、对外部扰动抑制效果不佳等问题,利用串级控制的思想将三种控制目标统一为力跟踪控制,降低机身振荡的风险。在并联式六轮腿机器人上进行了实验验证,结果表明所提出的控制算法框架能有效抑制外部地形扰动,当机器人以大约0.6 m/s的速度前进时,机身的俯仰角及横滚角保持在-0.7°~0.7°范围内,足端接触力维持在期望力附近,且机身重心高度随地面起伏自适应地调整,确保了机器人的运动平稳性。

震源车无人驾驶控制算法设计与应用

为满足震源车无人驾驶作业需求,设计出一套符合其工作特点的无人驾驶系统,并对其中的关键技术问题开展研究。首先,进行系统的设计与搭建。其次,针对铰接车结构特点,对震源车进行运动学分析与建模;提出基于转向几何约束的局部纠偏路径规划算法,解决了工作点偏离路径问题;设计出基于运动学模型的模型预测控制算法用于车辆路径跟踪,提高了震源车路径跟踪精度;提出工作点定位误差补偿算法,减小了地形因素带来的工作点定位误差;设计出一种新的跟车车距解算算法,保证了编队作业时的车辆安全。最后,进行实车测试与野外实际生产测试,实车测试结果验证了所提出算法的有效性,野外生产数据表明该系统可将震源车作业效率提高15%,精度提高57%。

基于速度矢量的电动并联式轮足机器人全方位步态切换方法

搭建了电动并联式轮足机器人的运动学模型,在单腿工作空间约束和行走稳定性约束条件下完成了间歇步态和旋转步态的基本步态设计,保证机器人在大负重情况下的全方位稳定行走。分析了机器人运动速度矢量与不同基本步态之间的对应关系。提出了基于速度矢量的电动并联式轮足机器人全方位步态切换方法,分析了步态切换的最佳时机,详细介绍了不同种步态之间的步态切换过程。通过虚拟样机和物理样机试验平台对本步态切换方法进行仿真分析和试验验证。仿真与试验的结果表明,电动并联式轮足机器人在基本步态行走和步态切换过程中,稳定裕度始终不小于零,且机器人机身的横滚角和俯仰角分别在–1.5°～4°和–2.8°～2.5°范围内变化,该方法能够保证电动并联式轮足机器人稳定的完成步态切换。

基于异形Stewart平台的电动并联式六轮足机器人

针对现有的机器人承载能力不足、复杂环境下适应能力弱以及运行速度慢等特点,创新性地提出了一种基于异形Stewart平台的电动并联式六轮足机器人,该机器人集成了轮式运动与足式运动的优点,可实现轮式、足式以及轮足复合式运动。首先,对机器人的机械结构与控制系统进行设计,然后,为了实现在复杂环境下稳定的行走,足式上设计三足"对角步态"、"两足步态"和"单足步态"的稳定行走算法,实现了机器人稳定且匀速行走;设计了一种在足式步态中调整"支撑项"与"腾空项"占空比的控制算法,克服了足端与地面接触瞬间对机身整体速度带来的影响。轮式运动设计了6轮协同控制,具备6轮独立驱动、独立转向等功能。轮足复合式运动模式下具有变高度、变支撑面、变轮距等功能。通过对电动并联式六轮足机器人多种运动模式进行试验,结果验证了电动并联式六轮足机器人性能的优越性以及控制算法的有效性。

电动汽车电接插件接触电阻振动特性的研究

电动汽车市场发展迅速,与此同时事故却频频发生,其中很大一部分原因归咎于电气设备的稳定性不足,而电接插件的安全性是电气设备稳定性的核心问题,特别是针对高电压大电流的动力电池组。针对动力电池模组内部连接的电接插件展开研究,在目前电接插件制造工艺的基础上,围绕振动工况下动力电池的电接插件的接触电阻以及接触性能一致性评估的核心技术,探索复杂振动工况下动力电池之间电接插件的接触电阻稳定性问题。首先构建面向振动工况下接触稳定性动力学模型,推导电接插件的振动与频率、幅值的关系。进一步地,设计单体电池电连接器的电阻特性测试和电池模组的接触电阻振动试验,发现了接触电阻与接触面积、振动频率的变化规律。最后,结合电动汽车对电源系统的安全需求及相关理论,提出一套高压接插件一致性评估思路,指导电接插件性能在线评估以及结构优化,为电动汽车高压电安全性提供了实际工程应用和理论指导。