欠驱动系统控制——模拟小型直升机试验平台的应用

为了设计和验证小型无人直升机的姿态稳定控制器,根据小型无人直升机的基本原理,设计了小型无人直升机试验平台模拟真实小型无人直升机的姿态运动.将旋翼产生的升力作为外力加载在机体上,利用拉格朗日方程建立了简化试验平台的姿态动力学方程.设计以修正PD控制算法为核心的分层递解姿态控制器.把系统一部分状态作为另一部分状态的控制量,将欠驱动问题转化为完全驱动问题,实现试验平台3个姿态角的稳定控制.最后,运用Matlab中的Simulink仿真以及实物试验,验证了所提出的设计方法是正确可行的.     

欠约束多机协调吊运系统动力学工作空间分析

针对多台吊机通过绳索协调吊运同一被吊运物形成的欠约束系统不满足力封闭条件而无法用矢量封闭原理求出其动力学工作空间的问题,利用牛顿-欧拉方程建立了系统的动力学数学模型,并利用Farkas和Stiemke引理将动力学工作空间的求解转换成是否存在超平面的问题.对该类欠约束系统动力学方程进行拆分,得到了动力学工作空间的求解方法.最后利用蒙特·卡罗方法进行了数值仿真,得到该类系统的动力学工作空间.仿真结果表明,被吊运物的加速度对动力学工作空间的影响不大.     

紧耦合多机器人联合吊运系统位置可行域的分析与求解

多机器人联合吊运系统可行域定义为吊运重物在空间可到达位置点的集合。以3台工业机器人为例,运用机器人运动学的知识解出机器人末端坐标。采用数学方法得出吊运重物的坐标。对物体进行力平衡、力矩平衡分析,解出绳索受力。对绳索力进行力平衡、力均衡判断。符合绳索受力要求的点就是可行域中的点。运用蒙特卡罗思想在MTALAB中仿真出可行域。可行域的求解是进行多机器人联合吊运系统研究的基础和前提。     

直升机姿态与航迹非线性动态逆飞行控制模型

针对直升机仿真中的飞行控制问题,采用非线性动态逆控制方法设计并实现了直升机的姿态以及航迹控制模型.对直升机运动的各个状态量进行分组,划分"部分逆"回路,分别对各组状态量进行控制回路设计,内外环回路分别采用动态逆方法进行设计.通过内外环回路的解算,实现直升机对输入姿态角的跟踪以及对过载的控制,进而实现航迹控制.动态逆的非线性飞行控制模型设计,使直升机运动方程的非线性和线性部分兼容,较好地实现系统动态特性的解耦,简化了直升机控制系统设计,实现了直升机的各种机动动作.以黑鹰直升机数据为例,对模型进行了验证,结果显示:各控制通道的输出响应速度较快,控制结果较好.     

混凝土泵车臂架系统的PD控制

基于多体动力学理论对混凝土泵车的各节臂杆的运动和液压缸的运动分别进行分析,运用拉格朗日方程建立臂架系统的多体动力学方程.把PD控制率应用于泵车各节臂杆的驱动力矩,使泵车各节臂杆按照期望转动角度运动,构建了臂架系统的控制模型.结合臂架系统的多体动力学方程建立泵车臂架系统的动力学方程并数值求解,对泵车各臂杆的转动角度以及臂架末端的运动轨迹的计算值与期望值进行了分析.证明了采用该方法建立混凝土泵车臂架的运动方程,可以准确地描述泵车的各项动力学特性.     

基于ADAMS的机器人夹砖专用抓手设计

针对砌墙行业机器人抓手不够灵活的问题,设计了一种机器人夹砖专用抓手,包括动力系统、传动系统、执行系统和调节装置,通过对执行机构自由度的计算和运用多体动力学软件ADAMS对执行机构进行运动学分析,并求出夹具末端的运动轨迹和各个方向的运动速度和加速度。分析结果表明,执行机构的运动合理,能够实现在机器人快速移动过程中对砖块平稳可靠的夹持。     

轴承-转子系统运动分析及主轴振动的相位控制

为限制高速运动过程中轴承转子系统的振动及提高机床加工精度,提出了通过控制可倾瓦轴承转子的振幅和相位以降低主轴前端振幅来达到提高加工精度的方法.建立了刚性轴转子系统的五自由度振动模型,并求出了转子系统振动的微分方程;通过流量平衡法求得可倾瓦轴承的供油流量,并离散雷诺方程求出了可倾瓦轴承的油膜力;通过欧拉法得出了可倾瓦轴承转子轨迹,并通过空间直线方程得出了主轴前端转子运动轨迹;通过电磁致动器作为辅助控制装置调节可倾瓦轴承转子的切向加速度和法向加速度.算例的仿真结果显示可倾瓦轴承转子的轨迹收敛成圆形,并减小了前后轴承的相位差,主轴前端振幅降低了60.26%.      

受约束的广义Birkhoff系统的平衡稳定性

建立了受约束的广义Birkhoff系统的运动方程,求出系统的平衡位置,并在平衡位置处建立受约束的广义Birkhoff系统的受扰运动方程,根据Lyapnnov一次近似理论和直接法来判定受约束的广义Birkhoff系统的平衡稳定性。举例说明它的应用。     

光电子封装超精密运动平台末端姿态调整

针对光电子封装中超精密平台运动控制困难,末端坐标系与各轴运动关系复杂等问题,对串联机构的几何结构以及单自由度运动轴与末端姿态变换的关系进行研究.其步骤是:首先,基于串联机构的D-H方程,分析运动轴与其位姿的坐标变换并建立各运动轴和末端阵列光纤的位姿运动方程;然后,以末端点为原点,由位姿运动方程导出保持末端点不动的轴运动约束方程;最后,由约束方程导出旋转轴运动条件下移动轴的运动补偿方程.研究结果表明:在微小行程下,通过旋转轴行程的均匀细分和移动轴的运动补偿,末端原点的运动范围大大减少,减少的比例与细分系数近似呈正比.     

事件空间中变质量完整系统的Lie对称性

在事件空间中研究变质量完整系统的Lie对称性与守恒量的两类问题.一类是由Lie对称性求相应的守恒量,包括系统的运动方程,确定方程,限制方程,结构方程与守恒量等;另一类是由守恒量求出相应的Lie对称性.     

折臂式举高消防车臂架系统振动特性研究

举高消防车臂架系统多采用折叠臂形式,控制其末端平台工作过程中的动响应是提高举高消防车使用性能的重要途径,而臂架系统弯曲振动方程求解是研究此类问题的基础.为此,以百米级折臂式举高消防车臂架系统为研究对象,基于哈密顿原理推导了各节臂架的弯曲振动方程,并求解出了一号臂架和二号臂架前三阶振型函数挠度曲线及对应固有频率.通过实例在Simulink环境下模拟一号臂架和二号臂架在已知二号臂架仰角变化条件下的末端动挠度响应特性曲线,为大高度折臂式举高消防车末端平台振动抑制提供了理论准备.     

带滑移铰空间机械臂协调运动的自适应分解运动控制

讨论了载体位置不受控制的漂浮基带滑移铰空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的逆运动学问题.结合系统动量守恒关系进行的系统运动学分析表明,可以将空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的增广广义Jacob i矩阵表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数.以此为基础,设计了系统部分参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法.由于充分利用了空间机械臂系统动量守恒的动力学特性,本文提出的方法具有不需要测量、反馈载体基的位置、移动速度及移动加速度的显著优点.系统数值仿真证实了该方法的有效性.     

小型单旋翼无人直升机系统的设计与实现

针对无人直升机动力学建模与飞行控制方法研究的问题,构建了一个由空中飞行平台、数据传输设备以及地面监控平台组成的小型单旋翼无人直升机验证系统.系统中空中飞行平台由Raptor-50型直升机和自主研制的飞行控制系统组成,可以实现不同飞行模态下飞行状态的测量与记录功能;数据传输设备完成小型单旋翼无人直升机机载电子设备与地面站间的通讯传输功能.地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能;地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能.通过实际的飞行测试,所构建的系统能够满足小型单旋翼无人直升机系统建模与控制方法的研究内容对系统性能的要求.     

自参数振动系统的稳定性分析

研究了一类带有粘性阻尼摆的自参数振动系统.通过系统运动的拉格朗日方程和牛顿第二定律,建立了振动系统的运动方程;采用多尺度法寻找方程的二阶近似解;讨论其平衡解,并通过罗斯-霍尔维兹判据判断其稳定性条件;数值模拟了系统的幅频响应曲线和Poincaré映射图.     

张紧式系泊桁架式Spar平台纵荡-横荡-垂荡固有运动特性研究

针对深海桁架式Spar平台,考虑三点张紧式系泊定位,研究其纵荡、横荡和垂荡三个自由度的固有运动特性.考虑纤维缆索的材料非线性与几何非线性特性,对缆索力学平衡方程重新推导计算系泊缆索张力与位移的变化关系.采用准静态方法,建立考虑系泊作用的平台耦合系统纵荡、横荡和垂荡运动方程,数值求解平台固有运动特性,并讨论系泊条件对平台自振特性的影响.结果表明,在平台小幅运动下,系泊回复力与位移基本呈线性关系,但随着平台位移的增大,系泊回复力随位移变化开始表现出一定的非线性;系泊条件的改变将会改变平台水平运动的固有频率;系泊系统对垂荡运动的固有特性影响不大.     

六自由度机械臂运动轨迹自动生成方法仿真与实现

运用运动捕捉系统,结合机器人运动学方法,提出一种六自由度机械臂运动轨迹自动生成方法.首先,在运动捕捉系统下得到人手臂末端的Marker标记点的位姿信息;然后,通过数据处理得到标记点的位姿矩阵,并将其作为机械臂末端执行器的位姿矩阵,进而通过数据流通道将该数据传入机器人运动学仿真系统,在仿真系统中运用代数解法求机器人运动学逆解,并进行运动学仿真.最后,将逆解求得的6个关节角度传入机械臂本体,实现机械臂末端执行器按照运动捕捉系统下手臂末端标记点的运动轨迹而运动.仿真实验表明:该方法具有可行性.     

绳牵引并联机构末端执行器运动轨迹精度评价方法

面向高动态运动目标模拟需求,设计一种平面4绳牵引2自由度并联机构,研究其末端执行器轨迹精度评价方法。基于末端执行器直线、抛物线和圆运动轨迹离散点测量数据,提出基于最小二乘法的轨迹误差计算方法,完成了末端执行器运动轨迹精度评价。研究结果表明：末端执行器直线运动轨迹误差为1.54%,抛物线运动轨迹误差为1.23%,圆运动轨迹误差为2.26%。     

一种直升机并联电动舵机测试系统的设计与实现

以某型直升机电动并联舵机研制为背景,针对并联电动舵机功能测试点多,加载难度大、难以实现测试自动化测试的现状,设计了一种基于PCI总线结构的直升机并联电动舵机自动测试系统.该测试系统硬件采用主控计算机和测控计算机的上下位机结构,通过驱动控制力矩电机实现舵机载荷运动.测试系统软件设计以开放式数据库技术(ODBC)为核心,结合虚拟仪器技术,使用标准C语言编程.通过测试流程调度和数据库访问,成功实现某型直升机并联电动舵机自动测试.该系统在设计上充分考虑可扩展性,通过更改、添加测试数据库而不需要更改测试流程,即可实现对不同机型、型号并联电动舵机测试,从而构建了一种直升机并联电动舵机测试的通用平台.     

六自由度并联平台特性分析及其电液位置伺服系统的CMAC神经网络控制

以六自由度运动平台为研究对象,分析了平台的运动学和动力学问题,采用了CMAC神经网络作为控制器,实现运动轨迹的跟踪。仿真表明所作的运动学、动力学分析是正确的,控制器具有较强的抗负载干扰能力和良好的鲁棒性。     

基于VB的非圆齿轮加工刀路轨迹三维仿真

利用VB编程实现对三维软件Solid Edge的二次开发,建立了加工刀具的模型库.根据刀具齿廓上任意点的运动轨迹方程,计算和生成刀具在不同位置时的三维模型,从而实现三维环境下椭圆齿轮加工的运动仿真.本系统可观察到刀具的运动轨迹及齿轮的加工结果,判定设计齿轮的可加工性.系统运行效果良好,为非圆齿轮传动提供了一种数字化设计...