柔性关节机械臂的非线性控制策略研究

针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。

钟摆型微推力测试机构及其动态补偿设计

微推进器作为微小卫星在轨运行的核心部件,对其推力大小的精确测量显得尤为重要。为了克服传统机构存在诸如平衡不稳定、响应慢、需要克服摩擦力等不足,一种基于枢轴承的钟摆型推力测试系统被提出用于微推力测试。首先,建立了该测试系统的动力学模型,并对其阶跃响应进行仿真分析,结果显示响应曲线出现超调、震荡等不稳定的现象。为改善测试系统的动态特性,采用双线性法设计了一动态补偿滤波器,并建立了包含补偿的测试系统的动力学模型,对其动态响应进行数值仿真分析,结构显示固有频率由2.2提高到3.32Hz,阻尼系数由0.02提高到0.707,有效改善了测试系统的动态特性。

径向模式振动的压电变压器特性

径向模式振动的压电变压器是由硬的压电材料建成,具有较高的机械品质因数Qm,它是沿厚度方向极化。首先根据压电变压器等效电路模型图建立压电变压器的动力学模型,根据各个负载电阻,测定的电压升压比,输出功率,效率方面的电性能,得出电压升压比与负载电阻成比例地增大,之后对不同厚度的压电变压器进行Comsol仿真,对比得出最优的压电变压器。后通过MATLAB仿真得出电阻最佳时,效率达到最大可以达到90%,升压比为1.5,对这些结果进行比较,从等效电路的分析计算,得出他们有很高的效率和稳定性,可以解决原有卫星推进器效率低、不稳定的状况。

基于扭摆结构微推力测试机构的巴特沃兹滤波器

设计的微推力测试系统主要由扭摆机构构成,该扭摆机构置于真空仓内,具有经过特殊设计的悬挂结构以及扭秤结构,可实现对推进器单脉冲冲量的开环测量,同时还能够对平均推力在开环和闭环条件下进行测量。因在推力测试的过程中存在的大量干扰会导致测试结果受到影响甚至被淹没于噪声中,故首先根据扭摆的运动特性确定了测试装置的动力学模型以及阶跃响应模型,并验证了在系统的阶跃响应模型中,系统的第五阶自然频率与外界干扰项的频率一致。其次,通过确定测试系统中干扰噪声的频率来确定巴特沃兹滤波器的上限截止频率和下限截止频率。最后,设计巴特沃兹滤波器的电路,并仿真得到了系统的滤波特性图。通过特性图可看出,滤波器有效地衰减了相应频段内的干扰噪声,大大降低了测试信号的干扰。