车载式高速公路绿篱修剪机的研制

车载式高速公路绿篱修剪机改变了以往的人工修剪模式,极大地提高了劳动效率和修剪作业质量。本文设计了一款结构简单、功能优越的高速公路绿篱修剪机。在确定总体设计方案后,应用UG软件对其进行三维建模、虚拟装配、运动学仿真和优化设计。该修剪机具有构造简单、修剪范围广和修剪功率大等优点。新型修剪机在大幅度减轻结构重量同时,结构强度也有明显的提高,这对提高产品性价比和市场竞争力具有重要意义。     

园林修剪机械手运动学与动力学仿真分析

针对园林修剪设备自动化、一体化程度低、效率差的问题,提出一种多功能园林机械手复杂曲面的造型修剪方法。采用改进D-H方法创建机械手运动学模型,设计末端执行器运行轨迹为半球螺旋线的造型修剪方案,并分析刀盘约束条件进行逆运动学求解,同时基于Simulink建立修剪机的动力学模型;结合Simulink模型和修剪机三维模型进行联合仿真验证。仿真结果显示半球造型轨迹平滑,表明运动学模型求解正确,同时动力学模型仿真为各关节电机选型提供依据;修剪机样机实验效果与预期相符,修剪机各关节动作平稳流畅,半球造型效果良好,大大提升了园林养护效率,证实本研究的可行性与有效性,为园林修剪机械智能化发展提供参考。     

基于ANSYS/LS_DYNA的绿篱修剪机刀具失效分析

绿篱修剪机的刀具是绿篱修剪机的重要部件之一,刀具的耐用度和稳定性直接影响修剪质量和工作效率。以某车载式绿篱修剪机刀具圆锯片为研究对象,首先分析了其失效类型及其失效原因,然后基于ANSYS/LS_DYNA对断续锯切过程规律和圆锯片的动态失稳现象进行显式动力学的数值模拟分析,为研究圆锯片的失效机理提供理论依据。     

绿篱苗木修剪机械手运动学分析及仿真

针对人工对绿篱进行修剪造型时存在的效率低、劳动强度大的缺点,提出了一种能够对绿篱苗木进行几何造型的六自由度绿篱苗木修剪机械手,并通过D-H矩阵理论对修剪机械手的运动学正、逆解进行求解。此外,基于Pro/E与ADAMS的联合仿真技术对机械手进行三维建模及圆球造型的仿真。仿真结果表明刀具运动轨迹与预定的理论轨迹重合,证实了运动学方程的正确性,也说明了机械手进行几何造型修剪的可行性。仿真过程中腰关节、肩关节、肘关节、小臂转动关节、腕部回转关节及腕关节的最大角加速度分别为3.8°/s2、7.2°/s2、2.3°/s2、6.7°/s2、10.4°/s2及3.7°/s2,数值较小,说明机械手运行平稳。通过对修剪机械手建立运动学方程以及仿真分析,可以得到其运动规律及动力参数,为实际样机的研制奠定理论基础。     

吸气式高超声速飞行器纵向运动反演控制器设计

针对气动/推进/结构耦合的吸气式高超声速飞行器纵向平面飞行控制问题,提出了基于反演的鲁棒控制器设计方法.利用曲线拟合模型将控制系统表示为反馈形式,采用反演方法设计虚拟和实际控制器,并引入鲁棒微分器估计虚拟控制量的导数,解决了虚拟控制量求导运算复杂的问题.为增强控制器应对不确定项的鲁棒性,设计了超扭曲滑模干扰观测器,实现了对系统模型不确定项的估计和补偿.对吸气式高超声速飞行器一体化原理模型的速度和高度指令跟踪仿真表明,该控制器对拟合误差和外加干扰等系统不确定项具有鲁棒性,系统状态量能够在指令跟踪过程中趋于平衡状态,从而验证了所提方案的有效性.     

虚拟仿真技术在装配机械手控制系统中的应用

结合虚拟现实技术与电气控制技术,针对装配生产线的特点和控制要求,开发了一套虚拟仿真系统,可用于系统监控、调试和人员培训.利用罗克韦尔软件编写电气控制程序,通过RSTestStand软件搭建机械手自动装配系统的3D虚拟仿真模型,并基于虚拟可编程控制器(PLC),实现了直线型、余弦-直线型速度曲线调速方案在虚拟仿真对象上的应用.虚拟仿真对象的动作视觉效果和监控曲线表明,控制系统工作良好,通过在机械手各动作的启停、加减速、匀速转换时引入余弦调速方案对速度控制进行优化,有效减小机械臂关节的震动和顿挫,取得了较好的动作流畅性.     

基于虚拟参考反馈校正法的内模控制方法

在系统对象与内部模型误差较大时,内模控制依靠滤波器系数的调整去整定控制器参数,这会牺牲系统的快速性.为解决该问题,文中提出了基于虚拟参考反馈校正法(VRFT)的内模控制方法,同步实现了过程模型的辨识与内模控制器的设计.文中首先建立了内模控制与VRFT的联系;然后基于VRFT对内模控制器进行设计,推导出合理滤波器的具体表达式,利用此滤波器对控制器参数及内部模型参数进行优化,从而使设计的整个内模控制结构与给定的理想传递函数性能一致.仿真实验结果表明,虽然文中所提方法与传统内模控制器设计方法的控制效果比较接近,但前者具有更快的响应速度及更好的跟踪性能,说明文中所提控制方法是有效的.     

数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制

提出数字孪生驱动下永磁同步电机（PMSM）滑模变结构一体化解耦控制方法,改善永磁同步电机控制能力。构建基于数字孪生技术的永磁同步电机控制结构,通过设备层采集实际永磁同步电机运行数据及环境数据,作为数字孪生驱动数据来源,孪生建模层依据获取永磁同步电机数据,构建永磁同步电机的数字孪生驱动模型以及虚拟场景,经虚拟模型与虚拟场景耦合后,在虚拟场景中还原永磁同步电机运行状态;在孪生控制层中设计精确线性化解耦控制方法,并构建速度、电流一体化滑膜解耦控制器,在虚拟环境中通过解决永磁同步电机速度与电流之间的非线性耦合问题,完成实体电机解耦控制;同时数字孪生控制结构各层之间通过孪生数据传输实现数据交换与指令下发,实现有效的电机控制。经实验验证：经该方法控制后,永磁同步电机可在负载突加与突卸状态下保持平稳的电流与转矩,同时还可以迅速调整电机转速,使电机保持在理想状态下运行。     

基于粒子群优化的升降机驱动装置控制策略

针对由于施工升降机驱动装置存在非线性因素,导致吊笼驱动装置运动精度低和响应慢的问题,提出了一种基于粒子群优化的比例、积分和微分(proportional integral derivative, PID)控制策略。首先,建立异步电机的矢量变频控制模型,基于MATLAB/Simulink通过偏差耦合控制策略实现三电机同步控制模型搭建,并设计了粒子群PID控制器以及模糊PID控制器;然后在ADAMS软件中建立驱动装置的虚拟样机,通过ADAMS的Controls接口模块与MATLAB实现机电联合仿真;最后根据施工升降机实际运行工况进行联合仿真验证并分析控制策略可行性。研究结果表明：粒子群PID控制器提升了吊笼位置控制精度与响应速度,粒子群优化PID系统响应时间相较于PID控制系统提升38%,相比模糊PID提升6%,系统稳态误差分别提升62%、98%,满足实际运行需求。     

弹性飞翼无人机自适应反步终端滑模姿态控制

针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦比飞翼布局无人机刚/弹耦合动力学模型,提出了基于反步思想的自适应范数型终端滑模姿态控制策略.首先,基于李雅普诺夫稳定理论,利用反步方法设计系统的虚拟控制量和实际控制量.其次,在虚拟控制中,采用自适应范数型滑模消除不确定项和刚/弹耦合项,并在反馈中采用非线性增益提高系统的鲁棒性和动态特性;在实际控制中,引入鲁棒自适应终端滑模项消除不确定项、刚/弹耦合项与扰动的影响,既解决了虚拟量求导的计算膨胀和实际控制量抖振问题,又提高了系统的控制精度和鲁棒性.最后,基于李雅普诺夫理论证明了跟踪误差收敛到任意小邻域.仿真结果表明:该控制方法对模型不确定性、气动弹性及阵风等外扰影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制.     

基于VERICUT的XH714加工中心仿真

首先给出了基于VERICUT的虚拟仿真实现过程.其次,将Pro/E环境下建立好的XH147加工中心各部件的几何模型导入到VERICUT中,并根据机床的实际结构及运动关系建立组件树,从而建立了虚拟的XH714加工中心模型.最后应用此虚拟加工中心对某一零件进行了仿真加工,并进一步对刀位轨迹进行优化,最终获得优化的NC代码....     

VRML交互控制特征分析

分析了基于VRML(Virtual Reality Modeling Language)进行虚拟仿真造型交互和控制的原理和特征,详细阐述了其中事件、路由和感知器在基于VRML交互控制中的重要作用和使用方法,并通过实例进行效果验证,从而有效应用于VRML对复杂虚拟仿真设计与研发工作.     

基于骨骼信息的虚拟角色控制方法

针对当前动作捕捉方法中基于旋转矩阵的虚拟角色控制方法,虚拟角色模型运动还原度低、人体动作不能实时展现、抗光照干扰能力弱的问题,提出一种基于骨骼信息的四元向量控制方法。该方法以 Kinect 体感摄像机捕获的人体骨骼关节点数据为基础,计算并记录人体运动过程中关节点空间位移和关节点之间夹角的变化,根据相邻图像序列中的运动数据确定虚拟角色每个骨骼关节点的旋转角度,并将其转化为四元旋转向量。根据正向运动学原理,从根节点对虚拟角色模型进行调整并根据人体动作进行实时反馈。通过理论分析和仿真结果表明,与基于旋转矩阵的的虚拟角色控制方法相比,该方法的人体姿态还原度高,角度误差低,实时预览效果直观,实时性与抗光照干扰能力强。     

基于CMAC和PID的非线性耦合系统解耦控制研究

为了实现多变量非线性耦合系统的解耦控制,提出了一种基于CMAC与PID的复杂关联自适应解耦控制策略,并给出了详细算法。该控制策略采用PID控制器和CMAC控制器共同构成一个复合控制器,多个复合控制器通过多输入多输出线性神经网络,实施对复杂非线性耦合对象的控制作用。由于神经网络的自适应特性,可使得耦合系统逼近参考模型,实现解耦控制。仿真结果表明,该控制策略实现了耦合系统的解耦控制,并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。因此采用此控制策略能够实现多变量非线性耦合系统的解耦控制。     

汽油发动机空燃比PID控制及其实验研究

针对汽油发动机气缸进气量变化引起空燃比变化的问题,设计一种基于PID的反馈控制器保证空燃比能够快速恢复到理想值。首先给出一种基于模型的进气量估计算法,在此基础上设计了空燃比前馈控制器;然后将前馈控制与PID反馈控制相结合实现发动机喷油量的调节,利用基于实际实验数据构建的仿真器对提出的算法进行数值仿真研究与分析;最后通过发动机实时控制实验平台验证了控制算法的有效性。     

重型燃气轮机天然气供应系统整体性能仿真

采用建模仿真的方式对天然气供应系统的整体性能进行研究.首先基于模块化建模的理念设计了系统的各主要部件模型;随后根据燃机电厂的实际运行数据,通过BP神经网络训练得到天然气供应系统中的压力、值班/预混气流量设定规律;最后加入了基于比例-积分-微分控制原理的压力、温度和流量控制器,在Simulink仿真中完成了整体仿真模型的搭建.对所建模型进行了稳态和动态仿真,仿真结果与电厂实际数据基本一致,表明模型能够较为准确地反映天然气供应系统的整体性能.     

基于分布式虚拟现实的高超声速飞行器仿真系统

针对高超声速飞行器X--38,基于Java和虚拟现实建模语言(VRML),提出并具体实现了一个基于客户机/服务器模型的分布式虚拟仿真系统,重点讨论了其中的三维场景建立与动作事件建模、分布式网络结构设计与数据库管理、场景接口实现等关键技术.虚拟仿真系统实际运行效果良好.该系统具有良好的可移植性和可扩展性,易于大规模部署,也可方便地进行二次开发.     

新型电动绿篱机设计

新型电动绿篱机以小车为载体,蓄电池为动力电源,其绿篱机与翻转平台共同置于小车平台上,与小车平台一起在液压缸作用下完成升降动作,以适应不同高度的绿篱带,实现无级可调高度修剪功能。绿篱机支撑架为一种可调工作角度的承载机构,通过几何形状完成极限工作位置的自锁功能,在手动推杆作用下可实现绿篱机安装台水平和竖直两个方向的转换,完成对绿篱不同方向修剪的任务。     

异构双腿机器人步态规划与控制实现

为了给智能仿生腿的开发提供一个理想的研究平台,提出了异构双腿行走机器人(BRHL)这一全新的类人机器人模式.首先阐述了BRHL的概念及研究意义,然后基于分割建模思想给出了BRHL的协调动力学模型.提出了修正的Sigmoid磁流变阻尼器建模方法并进行了实验建模.详细阐述了基于步态跟随的BRHL步态规划方法并进行了仿真.最后给出了BRHL的控制系统设计,利用Pro/E,ADAMS及MATLAB/Simulink对BRHL进行了虚拟样机联合控制仿真.仿真结果表明,基于MR阻尼器控制的仿生腿能够很好地实现对人工腿的步态跟随.     

一类耦合时延复杂动态网络的输出脉冲同步研究

针对含有耦合时延的一类输出耦合复杂动态网络,研究该类复杂动态网络的脉冲同步问题。基于输出控制思想和脉冲时滞控制方法,设计一种新的输出脉冲控制器,使该类复杂动态网络实现同步,并给出同步条件。以Lorenz混沌系统作为节点动态进行数值仿真,结果表明所设计的脉冲控制器能够有效实现复杂动态网络的同步。