高低温环境航天机构力矩特性测试平台研制

为了测试在太空环境下航天机构中弹性机构的性能指标,研制了高低温环境下测量角度-力矩特性的测试平台.分析测试平台测试原理后,设计了平台的机械结构、设计电气系统结构并搭建软件系统.机械结构考虑对被测对象的保护,针对高低温测试带有高低温箱,可以为被测对象提供-100℃～100℃的温度环境,具有热变形偏差测量与补偿设计,减少温度变化对测量精度的影响.软件系统具备收集、处理、存储数据和图形化显示能力.分析平台不确定度的组成,对传感器进行测试校准并对航天弹性机构进行测试,测试结果验证了:该测试平台的力矩检测范围为0～50 N·m,力矩检测精度≤0.5％FS,角度测量扩展不确定度为U=35.6″,得到了被测对象的角度-力矩特性曲线图.     

基于胎/路啮合作用的纹理化路面行车稳定性分析

为了给隧道水泥混凝土路面纹理设计提供指导,对路面进行纹理化参数设计试验,并以此来保证行车的稳定性,减少隧道行车的横向摆振效应。由于目前水泥混凝土路面纹理参数设计理论缺乏相应的依据,在分析轮胎与粗糙路面接触作用的基础上,基于压力胶片测试技术考虑胎/路啮合特性对车辆轮胎的转向阻力矩计算方法进行了优化。通过依托项目的隧道纹理化路面和室内试验,对四种不同路面的轮胎接触特性进行分析,提出一种基于实际测量的胎/路接触应力分布的原地转向阻力矩评价方法。结果表明:根据实测的轮胎接触应力计算得出汽车轮胎转向阻力矩,可有效地表征轮胎的转向阻力矩状态;纹理化水泥混凝土路面汽车转向阻力矩比沥青路面上高10%～20%,加之纹理化构造与轮胎纵向沟槽的啮合作用产生较大的侧向力矩,导致纹理化路面的行车稳定性较差;通过设置一定的刀组间距进而干涉轮胎与道路的接触界面,最终达到降低轮胎转向阻力矩的目的。     

电磁旋转涡流制动器制动力矩控制

研究了电磁旋转涡流制动器制动力矩控制方法。利用磁路分析法得到了制动力矩的计算公式,以及制动力矩与励磁电流及列车速度的数学关系,从而确定制动力矩控制系统的总体方案,阐述系统工作原理,说明系统各主要组成模块,建立其仿真模型,并根据系统总体方案完成模块集成。介绍了PID(比例-积分-微分)控制、模糊控制、模糊自适应PI控制3种制动力矩控制算法,说明控制器设计步骤。完成仿真计算,并对结果进行对比分析。结果表明,相对于开环控制,3种控制算法都能有效地控制制动力矩。此外,无论是系统瞬态性能指标,还是稳态性能指标,都是模糊自适应PI控制表现最佳,模糊控制次之,PID控制相对最差。     

基于改进WNN的随动负载模拟器研究

为了抑制随动系统负载模拟器的多余力矩对力矩加载性能的影响,提出了一种基于改进的自学习函数扩展小波神经网络智能控制器。该控制器在误差大时采用Bang-Bang控制,误差小时采用基于函数扩展的小波神经网络和模糊补偿控制;同时采用基于改进的差分演变算法来估计控制器的参数;考虑到计算复杂度和控制系统性能,设计了隐含神经元数目的自学习算法。系统仿真实例结果表明,动静态响应性能均达到双十指标,该控制策略具有可行性和合理性,可以提高该系统力矩加载的跟踪性能和控制精度。     

陀螺飞轮动力学特征分析

陀螺飞轮因其系统实现的高集成度而具有体积小,质量轻等优点,已经被尝试应用于微小卫星的姿态控制中。建立了陀螺飞轮的线性动力学模型,并对此模型进行了零极点分析,得到了其与动力调谐陀螺不同的动力学特征,指明陀螺飞轮具有除进动和章动以外的两个特征频率,并利用挠性体力学分析软件ADAMS原理建模的仿真分析验证了解析模型的正确性,为陀螺飞轮在姿控系统中的运用提供了被控对象特征分析的基础。     

鼓式制动器制动力矩和温度测试台架的设计

基于多体动力学和斯特藩·玻尔兹曼定律,设计计算鼓式制动器制动力矩及温度测试台架,简述了传感器模块、信号处理模块、数据处理及显示终端三大模块的设计思路。与传统的试验台架相比,所设计的试验台架具有结构简单,数据采集干扰小和测量精度高的优点。     

基于零力矩点的四足机器人非平坦地形下步态规划与控制

为提升四足机器人在非平坦地形中的行走能力,根据零力矩点理论分析机器人行进过程的稳定条件,利用稳定裕度的概念,在支撑多边形中求取最优稳定点来规划零力矩点. 为避免walk步态中频繁调整躯干姿态导致的能耗和行进速度损失,提出了在次优支撑三角形中求取最优稳定点的方法. 针对斜坡地形中机器人运动性和稳定性的矛盾,设计了综合性能更高的躯干姿态和支撑点位置. 为适应不同坡度和躯干角度,通过对零冲击足端轨迹规划方法进行改进,实现了以目标支撑点为中心的斜坡零冲击规划目标. 仿真试验结果表明,该规划控制方法能够实现机器人在不同斜坡中的稳定行走.      

不同拧紧扭矩对扣件抗滑移影响试验分析研究

在施工现场随机选取10组新旧直角扣件,在不同拧紧扭矩作用下进行扣件连接节点的抗滑移破坏试验;通过试验得出新旧扣件在荷载较小时抗滑移影响不大,荷载较大时新扣件明显优于旧扣件;在拧紧扭矩小于等于30N·m时,在极限荷载作用下扣件发生滑移破坏,在拧紧扭矩超过30N·m时,扣件发生开裂破坏;同时由试验知并不是扭矩越大越好,最后提出三点建议供工程应用参考.     

分布式驱动电动方程式赛车扭矩分配策略

本文旨在提高分布式驱动电动方程式赛车在高速转弯时的操纵稳定性，提出一种基于模糊神经网络算法的驱动扭矩分配策略。首先，基于车辆二自由度模型设计质心侧偏角观测器获取实际质心侧偏角；其次，以横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量，基于模糊神经网络算法设计扭矩分配控制器来控制车辆行驶状态。运用Matlab/Simulink和Carsim仿真软件建立车身稳定性控制系统的联合仿真模型，并对蛇行绕桩与双移线工况进行仿真分析和实车测试。试验结果验证了所提扭矩控制策略的可行性和有效性。     

天宫一号基于控制力矩陀螺的智能多模自适应姿态控制系统设计与验证

天宫一号是目前我国在轨运行的体积最大、重量最重的载人航天器.它具有变构型、变参数的特性,采用控制力矩陀螺系统和喷气推进系统实现高精度、高稳定度姿态控制.本文通过对天宫一号控制对象参数缓变和跳变相结合特点的分析,规划了高可靠灵活的控制策略,设计了智能多模自适应姿态控制系统.利用智能控制中规则集设定多模自适应控制的指标切换函数分配,利用多模自适应控制算法建立多模型控制器实现不同控制对象,不同控制任务的姿态控制.天宫一号通过地面测试和物理仿真试验,最后发射在轨运行,与神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船圆满完成交会对接任务,充分验证了姿态控制系统设计的正确性和有效性.该设计方法在解决大型航天器变构型、变参数组合体姿态控制方面有突出优点,在未来的载人航天领域空间站建设具有应用前景.