六轮独立驱动月球车的动力学与控制研究

为了实现月球车的运动控制,对六轮独立驱动月球车的动力学与控制进行了研究.根据六轮月球车的机构组成和结构特点,建立了车轮的运动约束方程,并根据非完整约束系统的特性,建立了月球车的劳斯方程.提出了基于模型的车轮计算力矩控制方案,并利用MATLAB/SimuHnk对月球车跟踪直线和圆弧轨迹的车轮控制方案进行了仿真分析.研究结果证实了控制方案的可行性.'该研究工作为月球探测车的运动控制及自主避障功能等奠定了理论基础.     

用于月球车性能仿真的着陆区三维地形构造方法研究

作者旨在虚拟环境下建立包含典型地形特征的月面数字模型,为月球车的合理设计优化及其运动性能检测提供仿真试验平台。经统计分析建立月面撞击坑和石块的数字模型,采用分形布朗运动算法生成月面基础地形,选择基于直径预先确定和随机生成法将撞击坑和石块添加于该地形中生成三维数据;再基于Imageware利用这些数据重构二维图形,以imw格式输入UG构造parasolid格式三维模型;最后,将该模型和月球车CATIA模型导入ADAMS构造可参数化、可重用的月面着陆区仿真环境。试验表明,该着陆区三维模型可实现月球车在凹凸不平月面上的运动学、动力学仿真试验。     

轮式牵引机器人优化设计及运动特性分析

为定量评价轮式牵引机器人在同一管径水平井内的动态运动特性与越障性能,建立了轮式牵引机器人爬行模块的受力模型,优化了结构及尺寸参数,实现了机器人ADAMS整体建模,并构建了对象机器人驱动机构、支撑机构及牵引阻力的Simulink控制模型。提出了轮式牵引机器人的ADAMS/Simulink联合仿真建模方法,进行了对象机器人运动特性及越障性能仿真分析。仿真结果表明结构优化后提高了该型机器人在水平井内的动态运动特性,验证了其较好的越障能力,且仿真计算与理论分析结果基本一致。     

月球车下坡行驶运动控制策略研究与仿真

坡路是崎岖月面环境的典型路况,在分析月球车轮地相互作用模型,并对其进行修正简化的基础上,建立月球车下坡行驶地面力学模型。为了更准确地表征不同车轮的沉陷量,考虑到前面车轮对月壤扰动变形的影响,将月球车行驶过程中前后车轮的沉陷量分开计算。最后通过对月球车下坡行驶过程分析和月球车三维可视化仿真平台仿真试验,得出当月面坡度角大于28°时,应进行避障,而坡度角在20°～28°之间时,应控制车体速度,使之不大于坡道允许速度的月球车下坡行驶运动控制策略。     

月球车动力学可视化仿真关键技术研究

月球车动力学计算是月球车三维可视化仿真平台中的重要组成部分.行星探测车普遍采用刚性车轮而月球表面为粉状尘土.采用刚性车轮与软质地面相互作用的简化数学模型作为动力学计算工具的改进和补充.通过构建三维可视化仿真平台,实验证明使用该简化数学模型配合动力学计算工具,能够真实有效地模拟摇臂式月球车于月球表面行走时的轮.地相互作用,确切地反映月球车在巡游过程中的动力学特征.     

基于动态表面理论的车辆制动与悬架协调控制

建立了七自由度车辆非线性动力学模型,车轮制动模型以及非线性轮胎模型,以缩短制动距离和制动时间而不大幅降低舒适性作为控制策略的出发点,将主动制动与主动悬架系统进行协调控制,采用动态表面控制理论,克服了反演设计中激增项问题,依据协调控制思想,分别对制动与悬架系统设计了协调控制器,并对协调控制与非协调控制进行了仿真对比分析。结果表明:对主动制动和主动悬架系统采用协调控制,可在小幅降低舒适性的情况下获得更大的地面制动力,进一步提高了车辆的制动安全性,表明了该控制方法的有效性。     

汽车半主动悬架智能分布式递阶控制

针对整车悬架大系统模型的特点,运用智能分布式递阶控制策略建立了汽车半主动悬架系统的控制结构;在整车动力学模型的基础上,设计了基于整车车身姿态协调控制的仿人智能控制器,对不同的车身运动姿态采用不同的控制模态,并以某车型为例对其进行了控制仿真.仿真结果表明,对整车半主动悬架进行分布式协调控制是可行的,且相对于被动悬架及采用集成控制策略,分布式智能协调控制能更好地提高车辆的平顺性能,并能有效抑制车身俯仰和侧倾运动,改善轮胎的接地性能.     

仿真技术在风力机总体性能分析中的应用

采用叶素动量理论进行风力机气动力学的计算分析,并编制程序,建立风力机ADAMS仿真模型,在MATLAB/simulink下建立风力机传动系统的数学模型;将计算的气动载荷加载到风力机仿真模型上,将传动系统模型同ADAMS进行联结,实现对风力机系统总体性能的联合仿真.仿真数据同国际有名的风力机分析软件计算数据比较表明,该联合仿真方法可以较好的模拟风力机的总体性能.研究为风力机总体性能分析进行了一次有益的探索.     

月面巡视探测器纵向动力学研究与仿真

针对月面巡视探测器(月球车)在复杂月面环境下的行驶性能作了系统研究.由于月球车的行走系统的性能直接影响其在月面上的行走行为,因此有必要对其进行爬坡、涉坑、越障等动态特性的仿真分析.根据传统的车辆地面力学的基本知识,推导了刚性轮在月壤上行驶的动力学模型,并针对一些典型路面进行了仿真分析.仿真预测结果显示,微重力下月球车的牵引与通过特性与在地球上有很大差别.     

移动机器人网络运动协调的控制与仿真

研究移动机器人网络运动协调的仿真框架与分散控制律的设计。建立了传感范围有限、差速驱动移动机器人网络的数学模型:单个机器人的运动由运动学与动力学方程描述,且驱动力矩和速度有限;有向图和proximity图分别描述机器人间的通信网络和互感网络。设计了基于MATLAB/SIMULINK的运动协调仿真框架,并在此基础上设计了带速度约束的平行运动与自组织编队生成协调控制律。仿真结果证明控制器设计的有效性和仿真框架对不同分散控制律的适用性。