一种轮式移动机器人的轨迹跟踪控制方法研究

建立了局部坐标系下用直角坐标表示的非完整轮式移动服务机器人的位姿误差模型,提出了一种新的非线性状态反馈轨迹跟踪控制律,使机器人闭环系统状态空间方程具有原点孤立平衡状态.通过分析在该控制律作用下的闭环系统的原点局部一致渐近稳定性和在非原点孤立边界平衡状态的不稳定性,确定了控制器参数的取值范围.用李雅普诺夫候选函数方法,得出了在该控制律作用下的闭环系统在原点具有全局一致渐近稳定性的结论.仿真结果验证了所设计控制器的有效性.     

地面失重实验系统的控制器设计

主要讨论在地面上模拟空间微重力环境时，地面失重实验系统的控制器设计．从目标物体的静止和运动两种情况，分析了目标物体碰撞后的运动学关系，在垂直方向上通过恒张力控制来模拟目标物体太空失重的状态，提出了在极坐标下对碰撞后的目标物体进行偏转角度和偏转位移的跟踪，保证移动机器人和捕获目标在一个平面．给出了对应的驱动电机的数学模型，针对模型中不确定参数的控制，采用优化后的模糊小脑模型的控制器构成一种自学习控制器，并对带有未知负载干扰的失重系统进行实验研究．仿真实验结果表明，该控制器具有较强的鲁棒性以及良好的跟踪特性．     

一种基于旋转矩阵分解的视觉伺服控制算法

针对传统视觉伺服控制算法易使目标物品脱离摄像机视野而致伺服失败的缺点,从表征当前摄像机坐标系与期望摄像机坐标系姿态关系的旋转矩阵中分解出了等效转轴和等效转角,利用它们构造了一种可以有效控制摄像机朝向的任务函数矢量,并推导出了表征任务函数矢量变化量与摄像机运动速度间非线性映射关系的雅可比矩阵。然后构造了任务函数,并根据李雅普诺夫第二方法设计了解耦的视觉伺服控制律,最后对所设计的控制律进行了实验验证。实验结果表明,使用旋转矩阵分解方法构造的任务函数矢量来控制摄像机朝向,可使目标物体始终位于摄像机的视野之内,从而有效避免伺服失败。     

空间飞行器中性浮力实验体结构设计

中性浮力地面实验系统的实验体设计问题是有效实现空间飞行器研制阶段地面演示验证实验的关键技术之一。根据实验系统的任务需求,对实验体结构系统进行了设计。首先根据阿基米德原理对浮心和重心相对位置进行设计;然后通过对质量特性进行计算,给出了实验体结构的最终设计方案;并进行了物理仿真实验,实验结果证明了设计方案的合理性和可行性。     

化学机械抛光传输机器人模型及LQ控制

针对具有七自由度化学机械抛光传输机器人(CMPTR),运用拉格朗日方程和牛顿力学相结合的方法,建立非线性系统CMPTR的动力学模型.对模型进行泰勒级数展开,并线性化得CMPTR状态空间方程,便于使用LQ最优控制对其进行控制.其中性能指标是由各状态量的累积运动误差与控制量的代数和构成,通过寻找一条最优控制律使其最小,从而使CMPTR的精度和控制能量消耗都取得满意效果.仿真实验验证了系统的稳定性,也验证了系统建模和LQ控制器设计的合理性和有效性.     

漂浮基空间机械臂的三维微重力环境模拟方法探讨

首先针对空间机械臂微重力模拟方法的国际现状,分别从运动轨迹、模拟精度、建造周期及经济性等方面进行了详细综述。考虑到空间机械臂的三维运动特征,对三维空间微重力模拟这一难点问题进行了论述,进而提出了剪式三维气浮微重力环境模拟装置的方案,该方案具有较大伸缩比,结构紧凑,通过利用气浮法的优点解决了水平随动问题,集成力反馈伺服控制系统解决了竖直方向随动问题,该方案为做复杂运动的空间机械臂提供了灵活的微重力模拟环境。     

滚筒洗衣机动力学建模及其平衡器设计

以滚筒洗衣机为研究对象．利用矢量法建立了洗衣机的六自由度动力学模型首先,定义系统的内、外筒坐标系．在此基础上,对工作状态下的内、外筒偏心和被洗物体的质心分别用向量表示,考虑悬挂弹簧和阻尼器,分析其动、势能,利用拉格朗日方程建立系统的动力学模型然后,对两种平衡方式（液压和固体）进行研究,分析其对内筒振幅的影响．最后,通过数值仿真的方式验证了该动力学模型的正确性．该工作对洗衣机的参数设计和减振降噪提供了很好的依据．     

单质体非线性系统基于趋近律的谐振控制同步分析

基于单质体双激振源非线性振动机械的机电耦合动力学模型,构造了双激振电机的转速差、相位差状态空间方程,提出了双激振电机基于滑模趋近律的谐振控制同步策略.针对该类非线性振动机械的谐振同步特性——对外干扰的敏感性,引入卡尔曼滤波器,建立了双激振电机基于卡尔曼滤波器的滑模趋近律谐振同步控制方案.通过仿真实验数据分析,验证了文中建立的谐振同步控制策略对该类振动机械同步运动控制的有效性,可使双激振电机获得满意的谐振同步运动效果.     

微重力材料科学进展

微重力材料科学是微重力科学的一个重要组成部分,它主要研究与流体相关联的材料科学,微重力条件下重力引起的浮力对流,沉降及静压梯度被消除,流体中热组织和性能,并有机会发现新现象和验证经典理论,从６０年代末开始,经过三十多年的曲折发展目前已经取得了许多重要科学成果,本文从微重力材料科学发展的任务及其研究内容,微重力材料科学主要的研究领域,实验内容及实验结果等方面对微重力材料科学进行评述。     

一种在无控制成果下航测成图方法的应用

常规测图模式无法满足规划设计单位急需用图的要求,在无控制成果情况下通过相对定向,利用空间前方交会的方法测绘模型坐标系下的地形图,然后引入控制成果进行模型坐标和大地坐标间的转换可以很好地解决此问题。通过大量实验和实际作业验证,该方法具有较好的可行性和可操作性。     

小型四旋翼飞行器姿态的自抗扰控制

针对存在总扰动的小型四旋翼飞行器姿态控制问题,设计一种基于自抗扰技术的四旋翼飞行器姿态控制方法.首先,利用牛顿-欧拉建模方法建立小型四旋翼飞行器动力学系统模型,将其表示成二阶状态空间方程形式.然后,将系统的总扰动扩张为一个新的状态变量,并设计扩张状态观测器对系统总扰动进行估计.最后,在系统扰动估计的基础上设计非线性状态误差反馈控制律.仿真结果表明,所设计控制器对系统总扰动具有很强的鲁棒性能,实现了姿态的快速稳定控制要求.     

控制时滞与测量时滞采样系统的最优扰动抑制

研究在持续外部扰动作用下,具有控制时滞和测量时滞的采样线性系统前馈-反馈最优扰动抑制控制器设计问题.首先将采样系统离散化为时滞离散系统,再利用模型转换将时滞离散系统转换为无时滞系统;对转换后的系统设计前馈-反馈最优控制器,证明其存在唯一性;通过求解Riccati矩阵方程和Stein方程,设计含控制记忆项的最优控制律,利用控制记忆项补偿时滞对系统产生的影响;然后通过构造降维状态观测器解决前馈控制物理不可实现以及状态不完全可测的问题.最后通过仿真示例,证实运用模型转换方法所设计的最优扰动抑制控制器,能够有效地补偿时滞给系统带来的影响,并实现扰动抑制.     

基于小波变换的配电网单相接地故障选线方法

分析了配电系统发生单相接地时的故障特征，在研究了现有选线方法的基础上，提出了利用小波变换的奇异性检测理论进行故障选线的新方法。该方法对单相接地故障的暂态分量进行小波变换，通过比较零序电流小波变换模极大值的大小和极性判别出故障线路。MATLAB仿真结果表明，该方法能够准确、可靠地实现故障选线，且不受故障电阻及中性点接地方式的影响。     

具有输入饱和约束的永磁同步电机伺服 系统鲁棒有限时间控制

针对存在模型参数非线性不确定性因素和输入饱和约束的永磁同步电机伺服系统控制问题,提出一种具有抗输入饱和约束的鲁棒有限时间控制方法。为了处理输入饱和约束问题,通过定义饱和非线性函数将系统模型转化为带输入饱和约束的状态空间方程形式;将模型参数非线性不确定性因素扩张为一个新的状态变量,进而通过设计干扰观测器实现对不确定性因素的在线估计和前馈补偿,以提高系统的鲁棒性能;在模型参数不确定性因素前馈补偿的基础上设计永磁同步电机伺服系统鲁棒有限时间控制器,保证系统跟踪误差的有限时间收敛。仿真对比结果验证了所设计控制方法的有效性。     

Buck-boost变换器的PWM滑模变结构控制方法

在Buck boost电路拓扑结构和工作原理分析的基础上,引入虚拟开关量构建Buck boost电路连续导电模式和断续导电模式的合并状态方程,在合并状态方程基础上采用等效控制法推导Buck boost变换器的PWM滑模变结构控制方程,将指数趋近率应用于控制方程,并将等效控制变量作为PWM控制的占空比,得到基于指数趋近率的PWM滑模变结构控制方法。仿真实验和实测验证结果表明:Buck boost变换器的PWM滑模变结构控制方法能使Buck boost变换器快速达到稳定状态,具有较好的动态特性和鲁棒性。     

挠性多体卫星姿态动力学与控制

三轴稳定卫星挠性附件的弹性振动和刚性部件的转动与卫星的姿态运动构成耦合的强非线性系统,因此须设计有效的控制律。该文研究了采用反作用飞轮作为执行机构、带有柔性附件和刚性转动部件的整星零动量三轴稳定卫星的姿态解耦控制问题。导出了卫星的多体系统动力学方程,并给出了部分线性化的形式。进一步利用反馈线性化方法将非线性耦合系统解耦,然后对线性化的系统模型进行状态反馈解耦和极点配置。数值仿真结果表明,该文所设计的控制方法具有很高的姿态控制精度和稳定度。     

电液伺服系统研究中的非线性分析方法

运用非线性性分析方法对一试验用电液伺服系统进行理论建模和仿真研究。引入了一 个非线性状态方程来描述电液伺服系统的动态特性。通过仿真结果与实际系统的响应相比较，验证了理论建模是准确的。在理论建模与仿真基础上，设计了一个自校正PID控制器，并且对其控制特性进行了仿真研究。     

磁场定向控制交交变频同步电机系统的数学模型

在同步电机、交交变频器和磁场定向控制系统方程的基础上，提出了磁场定向控制交交变频同步电机系统完整的数学模型。编制了相应的数字模拟程序，采用四阶龙格一库塔法解同步电机的状态方程，而离散相似法用于控制系统方程的求解。在实验室建立了由一台４０ｋＷ三相凸极同步电机、交交变频器和磁场定向控制系统组成的小容量试验系统。进行了两种情况的动态实验，并与相应的仿真结果进行了对比。比较结果表明了上述数学模型的正确性。     

连续控制系统的离散相似－可调参数法仿真

本文讨论的连续控制系统仿真方法是基于离散相似和可调数值积分法相结合的一种快速数字仿真方法．文中推导了基本仿真模型，并讨论了系统仿真的实现．实例表明，此方法是可行的．     

基于神经网络逼近的磁浮列车动态悬浮控制

为了有效提高磁浮列车悬浮系统在负载扰动和轨道不平顺扰动下的动态特性,提出了一种基于Lyapunov稳定性分析的径向基神经网络逼近算法使悬浮间隙能够在有界范围内达到最优。首先,以悬浮负载为受控对象建立系统垂向动力学方程和电压控制方程,以此构造能够表征系统非线性的状态空间方程。其次,确定径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络基本结构,根据悬浮间隙误差约束条件和控制电流构造输入输出,并以此设计控制律保证所输出悬浮间隙能够在多种扰动的综合作用下持续稳定;再次,基于Lyapunov稳定性第二判据证明系统闭环稳定,能够在误差整定过程中使得间隙误差收敛于无穷小。最后,通过与目前应用较为广泛的比例-积分-微分(proportion-integral-derivative, PID)控制算法进行仿真对比,在非线性负载力和不平顺扰动下分析验证所提出控制算法的有效性。结果表明:所提控制算法比PID控制算法具有更好的鲁棒性。