三自由度电机及其解耦控制理论

本文建立了三自由度电机的电磁模型和力学模型,据此提出了三自由度电机的解耦控制理论.文中给出的仿真与实验结果表明,以上述理论为指导研制的三自由度电机伺服系统实现了无约束的三自由度运动.     

永磁转子偏转式三自由度电机热特性分析

针对新型永磁转子偏转式三自由度电机实用化设计中的热安全性及热稳定性问题,对该电机进行了发热特性分析。利用有限元分析软件对该新型电机在额定及过载大电流工作情况下的生热情况进行温度场仿真计算,得出电机在不同工作状态下的温度分布云图。研究结果验证了该新型电机结构设计的合理性,为该类电机结构的优化及性能指标的提升提供了借鉴和参考。     

行波型三自由度超声波球电机的静力学问题

多自由度超声波球电机适用于机器人的肩腕关节驱动.文中分析了三自由度超声波球电机的原理和结构,指出其存在的基本问题;建立了三自由度超声波球电机的坐标变换关系,通过转子受力的力平衡方程,给出转子球心的位移和定转子接触面转子形变量及其力分布的关系式,以此为基础讨论了这种电机的基本关系.     

三自由度球形电机相对坐标检测系统研究

针对三自由度电机中的传统坐标变换在定子做空间运动失效的情形,借助四元数的相对坐标变换方法,提出了定子-转子坐标变换与转子-定子的相对坐标变换的四元数变换的两个算法。通过分别在定子、转子上安置绝对式位姿传感器,设计了应用相对坐标变换算法的三自由度球形电机检测系统。最后,给出了传统坐标变换与相对坐标变换的对比,相对于传统坐标变换,相对坐标变换算法解决了球形电机定子空间运动传统坐标失效的问题。     

基于阻力扰动估计器的直线伺服系统三自由度滑模控制

针对直接驱动的永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统，应用滑模控制理论，设计具有三自由度的速度控制器C={C1，C2，C3}，同时也消除了滑模控制的抖振，仿真结果表明该方案可同时提高系统跟踪特性和鲁棒性。     

基于条件技术的三自由度内模控制抗饱和设计

在研究二自由度内模控制具有抗饱和功能的基础上,提出了三自由度内模控制抗饱和框架.详细阐述了3个控制器的设计步骤,并分析了系统的渐近稳定性.Q1(s)和Q2(s)采用传统的内模控制原理设计,Q3(s)采用条件作用技术设计.通过Popov稳定性判据证明了系统的渐近稳定性.经仿真表明,三自由度内模控制抗饱和结构具有抗饱和、参考跟踪和抗干扰的功能.     

永磁三自由度电机的运动学分析与动力学联合仿真

为了解决三维空间中多自由度电机传动精度较低、运动控制较差等问题,在刚性体机械系统下,基于复杂机械系统强耦合、非线性的特点,设计了一种可联动控制的三自由度电机。采用电机自转运动控制策略,分析了电机自转运行时的应力分布和形变程度,建立了混合驱动式电机的动力学模型,施加3个轴向转矩作为驱动力,规划了电机基于混合驱动式的三自由度运动,搭建并设计了机控一体化电机的动力学联合仿真接口。结果表明:通过激活有效阶模态,对刚柔耦合系统下的电机结构进行优化,可得到较小的偏心位移;多自由度电机的智能控制方案可自由设计被控对象的参数变化,降低了扰动的灵敏性,使控制系统具有较好的鲁棒性。结合三自由度电机的动力学数学模型来搭建基于滑模控制系统的联合仿真平台,可实现电机3个轴向角速度的轨迹跟踪,且在整个动力学联合仿真时段内均可实现跟踪效果,为后续实物样机的制造和测试提供了理论依据。     

多输入多输出电液伺服系统解耦自适应控制的研究

本文提出了一种新的多输入多输出电液伺服系统解耦自适应控制方案,它是广义最小方差自校正控制和参考模型自适应控制相结合的控制方案,能保证良好的动态解耦性能、高跟踪精度和适当的控制信号值.稳定性分析表明:本方案既适用于最小相位系统,也适用于非最小相位系统.使用本方案对一个两输入两输出的电液伺服系统进行了数字仿真和实时控制,取得了很大的成功.控制算法十分简捷,因而它适用于快动态系统.     

三自由度并联机器人平台

此并联运动平台能够作为模拟样机．可帮助有平衡功能障碍的患者提供平衡能力恢复性训练：可用于航天、航海人员的平衡能力的训练：也可用于船舶及航天、航空仪表台的姿态控制平台。同时，还可用于肢体具有运动障碍的患者的康复训练。如踝关节和腕关节的训练。机器人采用工控机控制。使用者可根据实际要求选择适合的倾斜范围和频率。     

基于前馈补偿器的无轴承同步磁阻电机解耦控制

建立了无轴承同步磁阻电机径向悬浮力及转矩部分的数学模型,其电磁转矩和径向悬浮力之间以及径向悬浮力自身在两轴方向上存在相互耦合.针对无轴承同步磁阻电机的强耦合、非线性特性,采用磁场定向控制难以直接进行解耦控制,采用基于前馈补偿器的解耦控制策略,成功解除了上述变量间的耦合关系.采用前馈补偿解耦得到的控制系统结构简单,实现方便.仿真研究表明,该解耦方法可实现无轴承同步磁阻电机稳定悬浮运行,能实现上述变量间的完全动态解耦,同时电机具有较好的转矩和调速性能.     

感应电机解耦控制及MATLAB仿真研究

通过分析交流感应电机解耦矢量控制的基本原理,基于转子磁场定向原则,提出一种基于电流控制模型的感应电机解耦控制方案.采用电流控制模型,使得感应电机的定子电流励磁分量iM和转矩分量iT相互独立,进而实现励磁和转矩的解耦控制.通过在MATLAB下的仿真实验,验证了该方法的正确性和优越性.     

三自由度耦合非线性振动的同步混沌

讨论了一个三自由度耦合非线性振动的混沌响应。利用非线性振动的模态分析方法,将这一高维非线性性系统降维到一维子流形上来研究,对降维解耦后的模态振动方程采用平面Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法,得到了系统发生同步混沌的临界条件,并进行了数值计算,从中得到了一些有益的结论。     

感应电机矢量控制解耦算法的研究

给出一种新的用于转子磁场直接定向矢量控制系统的解耦电压计算方法,通过计算机仿真分析和实验,对其转矩响应能力等控制性能进行研究并给出结论,仿真采用Matlab6.1软件.     

感应电动机的解耦控制与矢量控制的解耦性质

对感应电动机的解耦控制及矢量控制的解耦性质进行了研究,从感应电动机变频调速系统的非线性模型出发,分别利用非线性控制的状态反馈组性化方法和转子磁场定向方法对系统进行了讨论研究结果表明,感应电动机的矢量控制只参实现电机转速与转 子磁链之间的静态解耦,不能实现二者之间的动态解耦,而基于状态反馈线性化的解耦控制方法,能够实现转速与转子磁链之间的动态解耦。     

一种感应电机定子磁场定向解耦控制方法

针对感应电机按转子磁场定向控制,系统受电机转子参数变化影响较大的问题,采用定子磁场定向控制,以定子磁链作为反馈量,克服矢量控制系统对转子参数的直接依赖性,同时运用电流励磁分量解耦补偿环节,实现了定子磁场定向控制下电机转速与定子磁链间的解耦控制．并针对定子磁链估计算法中存在的纯积分问题,提出了一种改进型积分算法予以解决．最后在dSPACE实时仿真试验平台上,对所提出的控制方法进行了试验验证,试验结果和分析证明了所提出控制算法的有效性,系统动静态性能良好,实现了转速与定子磁链的解耦控制。     

基于优化脉宽调制波的动态解耦矢量控制方法

本文提出了交通电动机动态解耦矢量控制方法和优化ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波生成方法,建立了系统仿真模型,并用自适应变步长仿真算法和优化ＰＷＭ波对控制性能进行了研究,仿真结果表明系统具有很好的调速性能。     

水压人工肌肉三自由度关节试验系统设计

根据人体肩关节的运动机理,设计了串并联混合式三自由度水压人工肌肉机械关节.参照人体肩关节输出力矩范围,设计了机械关节输出转矩,计算确定与机械关节相匹配的水压人工肌肉参数.根据水压人工肌肉在不同工作压力下的力位移特性,分析关节的转角转矩关系.设计并搭建了三自由度关节试验系统,该系统在承受一定力矩的情况下可实现三自由度回转运动,为深入研究水下作业机械手的运动控制、操纵性能提供了条件.     

基于三自由度直升机的远程实验系统设计

为了将三自由度直升机应用到实验教学中去,设计了一个基于Internet的网络实验平台. 该平台采用Browser/Server结构,Web服务器通过调用本地服务器的Web Service程序,通过Matlab/Simulink Real-Time Workshop工具箱对直升机进行实时控制. 实现了在校园网中任何一台计算机上远程登录进行实验,每个用户可以学习三自由度直升机的系统建模,验证非线性系统控制特性,并可将自己的创新控制算法上传到系统,验证控制算法的控制效果.     

三自由度上肢康复外骨骼结构设计与仿真

针对目前康复外骨骼存在结构设计复杂、价格高昂等不足,设计了一种结构简单、价格低廉、可批量定制的新型三自由度上肢康复外骨骼;首先,根据脑卒中患者的康复功能需求分析,设计了一款便携性上肢康复外骨骼,并与国内外主流康复外骨骼的价格进行了对比;其次,基于Denavit-Hartenberg(D-H)参数法建立了连杆坐标系,推导了运动学方程并给出了验证;然后,采用蒙特卡洛法对末端位姿工作空间进行求解,利用仿真软件绘制了工作空间点云图;最后,利用ADAMS对康复外骨骼进行了运动学仿真实验,验证了运动学分析的可靠性。结果表明,上肢康复外骨骼结构设计合理,能够满足上肢运动功能障碍患者的主动康复训练要求。     

大行程并联三自由度柔性微操作平台的设计

微纳操作技术结合了精密仪器技术、控制工程、计算机技术等科学,是一门综合性很强的技术,而微操作平台的设计与控制又是研究微纳操作技术的基础之一.本文基于杠杆放大机构设计了一种大工作空间的柔性并联三自由度微操作平台,即沿X/Y轴方向的移动和绕Z轴的转动,该平台主要有两个特点,一是平台的整体尺寸小;二是平台末端执行器的工作空间大,另外该设计还改进了堆叠压电陶瓷预紧装置的设计,有效的减少了压电陶瓷所受的剪切力;同时用3-PRR运动链来代替3-RRR运动链分析平台的工作空间.文章主要介绍了微操作平台的设计过程和平台的运动学分析,并建立了位置水平上的雅可比矩阵,最后得到了平台末端执行器的工作空间.