单轴柔性铰链设计方法研究

针对微机电系统中常用单轴柔性铰链机构原始理论设计的复杂性 ,提出了简洁而准确的单轴柔性铰链设计计算方法。从基础理论出发推导出了柔性铰链刚度及转角设计公式 ,分析了柔性铰链设计中结构参数与性能的关系。通过一种压电驱动微动工作台设计实例分析了单轴柔性铰链机构在微机电系统中的应用。实践证明了该方法的简便、可靠与实效性     

变结构模型跟踪控制在直流调速系统中的应用

本文根据变结构滑模控制的理论,将变结构模型跟踪控制用于可控硅直流调速系统。通过单片机实现结果表明:该系统具有响应速度快、暂态性能好、鲁棒性强等优点,且易于设计,便于实现。     

一种基于嵌入式平台的机械臂体感控制系统

针对传统机械臂控制方式复杂且效率低的问题,研制了一套惯性式动作捕捉的体感控制系统.该系统在用户手臂绑定多个节点,每个节点由加速度传感器、陀螺仪和磁通传感器组成.节点采集手臂运动数据发送到嵌入式系统,经过融合计算得到手臂运动状态,并最终得出机械臂舵机转动角度.在保证机械臂控制精度的前提下,针对嵌入式系统硬件条件采用了降低系统延迟的分状态数据融合方案.本系统在嵌入式平台上实现,降低了动作捕捉成本,提高了可移植性.测试结果表明,使用惯性式动作捕捉的机械臂体感控制系统动作响应延迟时间短、机械臂动作较平稳.     

空间柔性双臂机器人的动力学建模及控制

空间柔性多臂机器人是一个高度非线性、强耦合的复杂动力学系统。该文首先基于假设模态法、拉格朗日方程和系统动量守恒,推导了自由浮动空间柔性双臂机器人协调操作刚性负载闭链系统的动力学模型,并利用位置-力混合控制算法对该动力学模型实现了轨迹跟踪控制,最后进行了动力学控制仿真,验证了方法的有效性。     

基于PLC的液压实验台控制系统改造设计

由于传统液压实验台采用继电器等元件作为控制系统的控制元件，存在可靠性、灵活性差等缺点，文中通过实例说明利用PLC对其进行改造，不但扩大了液压实验台的功能范围，提高了控制系统的柔性，有利于提高学生在机电液综合控制等方面的综合能力，还可以实现与计算机联网，实现实验数据处理的自动化．     

单臂柔性机械手的H_∞鲁棒控制

研究单臂柔性机械手的Ｈ∞控制和溢出抑制问题．用Ｌａｇｒａｎｇｅ假设模态法对柔性臂进行建模，截断高阶模态构造柔性臂的降阶模型．基于这个降阶模型，应用Ｈ∞控制理论设计一鲁棒降阶控制器．这样设计的闭环系统不但具有良好的跟踪性能，而且能够抑制溢出现象．最后实例数值仿真结果表明了设计的有效性     

基于多变量控制理论的无人机横侧向通道设计

无人机控制系统随其功能的增加而日益复杂,控制变量也随之增多;大的机动性能导致通道间的耦合增强,采用经典单变量控制的设计方法不能满足多变量控制系统性能的需要。多变量控制技术为复杂控制律的设计提供一个有效的手段。基于线性多变量控制理论对无人机横侧向通道进行设计,实现对制导指令的跟踪并对其进行解耦,并对所设计的控制系统进行鲁棒性分析。仿真结果表明基于多变量控制理论所设计的系统具有良好的跟踪能力和较强的鲁棒性能。     

机械结构/控制系统一体化建模

为了解决机电一体化设计域中,由于将机械/控制系统人为分离成2个独立的设计空间所造成的设计域退化问题,提出了基于虚功方程的结构/控制系统一体化并行设计模型,即从结构和控制系统的动力学虚功方程出发,推导出结构/控制变量共存的一体化动力学模型,并结合结构优化和最优控制相关理论,建立了融合结构/控制变量的一体化优化设计模型.以引线键合机的超声变幅杆为例,以提高系统定位稳定性和响应为目标,通过设计可行域明显拓展和变化的解析解,验证了所设计模型的有效性.结果表明,所建立的设计模型对于极端运动约束要求下的微小机电系统并行设计具有一定的参考价值.     

复杂产品的多领域协同设计

根据复杂产品设计开发的特点，对当前多领域协同设计研究的主要内容进行了概述，介绍了协同设计的总体框架和系统模型的构建，对协同设计中冲突消解与耦合因素问题进行了较为深入的探讨，归纳了协同设计中的冲突类型以及冲突解决方法，给出了冲突协商解决模型，并构建了多领域协同设计全局耦合关系模型用以研究协同设计中的耦合，为确保复杂产品的整体性能、缩短设计周期、降低开发成本及实现并行协同设计打下了理论基础．     

双并联机构耦合连续体机械臂的设计与实现

设计并实现了具有5个定位自由度的连续体机械臂,以提高连续体机构在诸如腔内作业、轻物品抓取、人机协作等场景中的灵活定位能力.设计中,引入了二段定曲率模型,用旋量方法从几何上解释了该设计的自由度分配.两段可伸缩式并联机构的串联耦合,形成二段弯曲结构,其每一段有两个方向的弯曲自由度和一个伸缩自由度,从而组合出末端的5个自由度.围绕手臂的高动态性能,制作了样机的机电运动系统.实验结果表明,样机实现了连续体机械臂末端的自由度控制,可在2 s内到达极限姿态,其定位精度约为臂长的2%.     

反向响应时滞过程PID控制器设计新方法

基于常规单位反馈控制结构，研究了工业中常见的反向响应过程的特性，给出了PID控制器的解析设计新方法．通过提出期望闭环传递函数．解析地推导出PID控制器的形式，同时分析了闭环控制系统所能达到的控制性能和鲁棒稳定性．由此给出了控制器参数的调节规则．该PID控制器的突出优点是可以进行单参数整定，通过单调地调节控制器参数，实现闭环系统的标称性能和鲁棒稳定性之间的最佳折衷．仿真实例验证了该方法优于其他方法．     

新型解耦控制器的设计及其应用

基于传统的解耦方法和内模控制理论,提出一种采用单位反馈结构的PID/PI解耦控制器的解析设计方法,通过适当地添加补偿项,消除控制器中可能包含的不稳定因素,使得这种新型的解耦控制策略适用于含有多时滞和右半平面零点的双输入双输出系统.该方法克服了现有数值化求解方法的局限性,可在线调节解耦控制器的控制参数,使系统达到较好的动态性能和鲁棒性能.同时,对于存在乘性不确定性的被控过程,分析了控制系统满足标称性能和鲁棒稳定性的充要条件,并由此确定出控制器参数的调节范围.将这种新型的解耦控制策略应用在四容(阶)水箱试验中,仿真验证了其优越性.     

高阶反向响应过程的分数阶PID控制器设计

针对具有反向响应特性的高阶过程,提出了一种分数阶PID控制器设计方法.为了便于控制器设计,采用一种改进的微粒群优化算法对高阶过程模型进行简化处理,在此基础上,根据内模控制原理设计分数阶PID控制器,该控制器仅有一个可调参数,有效降低了控制器整定的复杂度,并根据最大灵敏度指标推导出控制器参数整定的解析表达式,克服了参数选择的盲目性.仿真结果表明,该方法可使系统具有良好的设定值跟踪、扰动抑制特性以及克服参数摄动的鲁棒性.     

燃料电池系统空气供应内模解耦控制器设计

针对高压质子交换膜燃料电池空气供应系统的空气流量和进气压力具有较强的耦合性这个特性,将内模控制原理与多变量解耦控制理论相结合,提出了空气流量和进气压力的鲁棒解耦控制策略.仿真结果表明,采用内模解耦控制不仅能实现被控量的解耦,而且在系统模型失配的情况下可以获得比传统PID(比例-积分-微分)解耦控制器更好的鲁棒性;同时控制器参数少,整定简单.     

多输入多输出系统的滑模控制器设计及其应用

研究了一类多输入多输出系统的滑模控制问题,采用一种改进的指数趋近律,有效降低变结构所产生的抖振,并且给出理论性证明.将提出的设计方法应用于液压活套控制系统设计,将系统中的活套高度和活套张力的耦合关系当作干扰来处理.仿真结果验证了所提方法的有效性,该控制器可使活套控制系统获得较好的控制效果,并使活套系统迅速达到平衡稳定状态.     

基于FPAA的模糊控制参数整定PID控制器的设计

针对PID控制器的增益系数难以实现最优整定的问题,本文通过分析模糊控制器的解析结构得到模糊控制器与PID控制器参数之间的解析关系,采用常规模糊控制器的正规化因子间接整定PID控制器的增益系数,避免了建立系统的精确数学模型.采用这种新型参数整定方法在FPAA开发软件AnadigmDesigner2中完成PID控制器的设计并验证其性能.仿真和实验结果表明:基于FPAA设计出的模糊PID控制器适应强、跟踪迅速、控制性能良好并且表现出很强的鲁棒性.     

基于最大灵敏度的分数阶内模控制器设计

针对分数阶控制器设计参数整定复杂的问题,提出一种基于最大灵敏度的分数阶内模控制器设计方法。采用粒子群优化算法对原系统模型进行简化处理,根据内模控制原理设计分数阶内模控制器;仅通过一个可调参数,实现分数阶内模控制器的快速整定;通过最大灵敏度指标实现分数阶内模控制器的鲁棒整定。仿真结果表明该方法具有良好的控制品质及克服参数摄动的鲁棒性。     

一类非线性网络控制系统的控制器设计

针对一类非线性网络控制系统,提出了一种新型自适应模糊滑模预测控制方法,采用带有时间超前非线性状态预估器的新型的滑模控制(SMC)方案,补偿网络诱导时延,而后利用模糊自适应系统来逼近非线性环节,并基于Lyapunov稳定性理论设计自适应律,保证系统的稳定性. 以网络环境下空间飞行器的姿态控制为例进行仿真,结果表明,所提出的方法不仅实现了高精度的姿态稳定控制,且系统对不确定参数、网络诱导延时及外界干扰带来的影响具有很好的鲁棒性.     

一种新型磁悬浮线路设计方案及悬浮控制方法

针对磁悬浮列车系统的车轨耦合振动问题,提出一种新型的磁悬浮轨道线路设计方案.为研究该方案的可行性,以单铁悬浮系统为研究对象,搭建了单铁系统在新型轨道线路上的车轨耦合振动数学模型,利用状态观测器,将磁轨的振动状态引入控制系统,采用状态反馈的方法设计出控制策略,分析了磁浮线路中各主要参数对系统稳定性的影响.结果表明,所提出的控制方法能够在忽略水泥梁的阻尼情况下依然保持系统的稳定;新型磁悬浮线路中电磁铁的响应与电磁铁相对于水泥梁的位置无关,易于控制器的设计及车轨耦合问题的彻底解决;增大磁轨的质量和减小磁轨垫板刚度有利于系统的稳定.     

基于Lyapunov方法的离散时间模糊控制系统设计

研究了基于 T-S模型的离散时间模糊控制器的规则化设计问题。将模糊控制系统看成是一类具有结构式不确定性的系统 ,利用 L ya-punov稳定性定理 ,提出了一类线性状态反馈控制器的规则化设计方法。通过求解离散时间 Lyapunov方程 ,得出线性状态反馈控制律。并给出了保证闭环系统渐近稳定的充分条件