基于阻抗控制的幕墙安装机器人柔顺操作研究

为了提高幕墙安装机器人操作的柔顺性,从而真正解决建筑幕墙自动安装中人机协调的问题,采用自适应阻抗控制方法作为柔顺操作策略.依据建筑机器人物理模型建立了较为准确的阻抗控制模型,在机器人末端未接触运动空间和环境接触空间进行了自适应阻抗控制的研究,提出了通过减小力峰值防止幕墙破坏的控制参数的调整方法,借助MATLAB对控制系统进行了仿真,并对基于该算法的幕墙安装机器人进行了柔顺性操作实验.经过仿真和实验得到了适用于幕墙安装机器人的力控制算法,验证了自适应阻抗控制算法能够满足幕墙安装机器人柔顺性操作的要求.     

基于多通道增强现实的机器人遥操作技术研究

在传统的预测仿真控制方法的基础上,提出了多通道增强现实遥操作控制策略,以克服通讯时延的影响。通过实际视频图像和预测仿真图形的叠加来消除模型的误差,同时基于TIN(Triangulated Irregular Network)表达的虚拟环境中物体模型,对虚拟环境中的虚拟接触力进行实时再现,提高操作者的临场感,辅助操作者完成精细的远程操作。实验结果验证了本文所提方法有效性和实用性。     

基于SPM的超媒体人机接口

当利用扫描隧道显微镜(SPM)作为一种纳米操作工具时,由于其缺乏实时的传感器信息反馈,而大大阻碍了它的广泛应用．利用超媒体人机交互接口可以解决这个问题．在纳米操作过程中,超媒体接口不但可以为操作者提供可实时更新的仿真操作场景,还可以通过力反馈手柄让操作者实时地感受到探针受到的三维纳米操作力．除此之外,操作者还可以通过该手柄直接控制探针的三维运动．最后在聚碳酸酯上进行了超媒体人机接口的纳米刻画实验．实验结果验证了该系统的有效性和效率．     

基于HYSDEL语言建模的混杂系统预测控制

针对混杂系统非线性和非一致连续的复杂特性,使用混杂系统描述语言（HYSDEL）建立一个能够在统一框架下对系统内部关系进行描述的混合逻辑动态（MLD）模型并采用预测控制策略对系统进行控制。通过对具体实例的仿真研究,结果表明此控制策略能使混杂系统在满足操作约束的条件下具有较好的跟踪性和鲁棒性。     

电压型虚拟同步发电机控制策略下的双馈风电机组阻抗及次同步振荡特性

针对双馈风电机组（doubly-fed induction generators,DFIG）经串补送出系统存在次同步振荡（sub-synchronous oscillation,SSO）的问题,以电压型虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）控制策略下的DFIG为研究对象,首先基于三相静止坐标系建立了其阻抗模型,推导了机组正、负序阻抗解析式;其次搭建了PSCAD/EMTDC模型,对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证;最后基于奈奎斯特稳定判据定量分析了VSG控制策略下的DFIG经串补送出系统SSO特性,通过仿真验证了所建立模型和稳定性分析结论的正确性。研究结果为SSO的抑制提供了参考。     

基于力/位控制的下肢康复机器人减重系统研究

近年来,减重步行训练机器人研究得到了广泛关注。减重步行训练作为一种训练方法能有效提高步行训练效果,其中减重支撑力和骨盆位置跟随是衡量减重支撑效果的关键参数。为实现机器人的减重支撑力的恒定及位置跟随的精确,提出一种力/位混合控制的方法。首先介绍了机器人减重支撑机构的工作原理,其次采用牛顿-欧拉法,建立了减重系统的动力学模型。然后结合动力学模型对机器人进行力/位控制策略的研究,实现精确地位置跟随及恒质量减重。最后利用MATLAB里对减重支撑机构的力/位控制系统进行了仿真分析。仿真结果表明,减重误差小于4N,跟随误差小于4mm,力/位混合控制策略可以满足减重康复训练的需求。     

基于模糊自适应阻抗控制的机器人接触力跟踪

为实现高空幕墙安装机器人末端接触力控制,基于自适应控制理论,针对简化的高空幕墙安装机器人动力学模型,提出一种自适应阻抗控制方法,该方法可以使机器人末端接触力准确跟踪期望力.为改进系统实时性效果,在此基础上应用模糊控制理论,对阻抗控制器中的阻尼参数B进行实时调整,阐述了调整参数B的方法:当接触力与期望力偏差较大,阻尼参数B应选择较小值,以便系统能够快速接近期望力;当偏差较小或在平衡位置振荡,应取较大的阻尼参数B,有利于系统快速稳定.仿真结果表明,基于模糊自适应阻抗控制算法不仅能够准确控制机器人末端接触力,且可减小系统超调量,改善实时性和减小振荡,既保留了自适应算法的优点,又提高了系统控制品质.在相同参数条件下,与自适应阻抗控制算法相比,模糊自适应阻抗控制算法使机器人末端接触力峰值减小6.25%,振荡次数减少33.33%,跟踪速度加快约36.36%,提高了幕墙安装机器人的施工效率和安全性.     

基于逆系统理论的无轴承永磁同步电机解耦控制研究

应用多变量非线性控制逆系统理论，对无轴承永磁同步电机的多变量、非线性、强耦合的控制对象进行了动态解耦控制研究；介绍了逆系统理论，阐述了无轴承永磁同步电机径向力的产生机理，建立了转矩力和径向悬浮力状态方程，分析了基于逆系统理论解耦控制的可行性，推导出基于逆系统理论的无轴承永磁同步电机转矩力与径向力之间的动态解耦控制算法。仿真结果表明，这种控制策略能够实现转矩力与径向力之间的动态解耦，并且系统具有良好的动、静态性能。     

机器学习方法的CO2并行压缩系统最优控制

为了研究一种高效的跨临界CO2并行压缩系统的控制方法,本文借助GT-SUITE仿真软件,建立了跨临界CO2并行压缩系统的动态仿真模型,基于仿真得到的系统性能数据集,建立并对比了二阶多项式模型和神经网络模型的系统性能预测模型,并基于神经网络模型开发了跨临界CO2并行压缩系统的模型预测控制器,研究控制器对系统控制稳定性、高效性、实时控制的性能。结果表明：在模型预测控制器作用下,不同制冷工况在150 s内系统能达到稳定运行状态;对比定值控制,采用模型预测控制的系统性能最大提升13.3%;仿真验证了提出的模型预测控制策略对于CO2并行压缩系统实时控制性能优化的可行性,在给定工况下相比对定值控制整体提升性能7.3%。     

弱电网条件下LCL型Vienna整流器控制策略研究

针对LCL型滤波器存在固有谐振尖峰,实际电网存在变化的电网阻抗以及电网电压背景谐波的问题,基于dq同步旋转坐标系,提出弱电网条件下LCL型Vienna整流器非线性混合无源控制策略,该控制策略可保证闭环系统的渐进稳定,在理想电网和弱电网条件下均实现直流侧电压快速跟踪给定值及交流侧电流正弦化,同时能够实现所建立的系统模型中dq分量之间耦合项的消除。应用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模块,并在理想电网条件和弱电网条件2种情况下进行了仿真试验,仿真试验验证了所提控制策略的可行性。     

基于干扰观测器的波浪升沉模拟及自适应补偿策略研究

海洋装备的快速升级使得海上吊装应用广泛,但吊装设备易受风浪影响,导致系统控制精度降低。为提高海上吊装设备的控制精度,提出了基于干扰观测器的波浪升沉自适应反步补偿策略。以波浪升沉补偿系统为研究对象,对三级海况下的船舶升沉运动轨迹及其电液提升系统的非线性模型进行推导;利用波浪模拟平台模拟船舶的升沉运动,采用基于干扰观测器的自适应反步补偿策略对电液提升系统的非线性误差进行抑制;通过Lyapnov判据验证自适应反步补偿策略的稳定性,并通过仿真和试验对控制器性能进行验证。试验结果表明,相较于传统的PID（proportion integration differentiation,比例积分微分）控制策略,基于干扰观测器的波浪升沉自适应反步补偿策略具有更好的控制效果。对于海上吊装设备的控制系统,基于干扰观测器的自适应反步补偿策略可有效地抑制外界干扰及系统非线性干扰对控制器的影响,提高对海上吊装设备升沉运动的位置补偿精度。     

基于Modelica的液压起升机构动态特性分析

在多领域统一建模仿真平台MWorks下,采用Modelica语言建立液压起升机构的多场耦合仿真模型,对吊重瞬间离地起升这一典型工况进行动态仿真,分析液压起升机构的动态特性,以及变量泵容积调速系统在减小冲击方面的影响。结果表明,采用建立的仿真模型能够较好地模拟起升机构性能,反映液压耦合的作用,为起升机构的设计提供理论依据     

变论域模糊PID控制微流挤出型3D打印机的挤压力研究

为了提高微流挤出型3D打印机的打印精度，针对其挤压力控制在挤出成型过程中存在时变性和非线性等典型特性，基于挤压力模型分析打印材料的挤出成型过程，并提出了一种变论域模糊PID（proportion integration differentiation，比例积分微分）控制策略，以实现挤出成型过程中挤压力不规律变化时的快速调节功能。同时，利用MATLAB软件建立挤压力控制系统仿真模型以开展不同控制策略的仿真分析，并利用自主搭建的实验平台进行实物打印，以验证所提出控制策略的可行性。仿真和实验结果表明，变论域模糊PID控制策略对改善成型坯体表面质量和提高成型精度有显著效果。所提出的变论域模糊PID控制策略可为挤出型3D打印机挤压力的稳定控制提供一定参考，也可为类似时变和非线性控制系统提供一定的借鉴。     

计及先进绝热压缩空气储能多能联供特性的微型综合能源系统优化调度模型

先进绝热压缩空气储能（Advanced adiabaticcompressed air energy storage,AA-CAES）是一种清洁的大规模物理储能技术。相对于其他类型的储能技术,AA-CAES技术具有多能流联供的独特特性,这一特性使得其在微型综合能源系统中具有广阔的应用前景。考虑AA-CAES电站的多能联供特性,研究了含AA-CAES电站的微型综合能源系统优化调度策略。介绍了含AA-CAES电站的微型综合能源系统基本构成;基于AA-CAES电站的实际热力学过程,构建AA-CAES电站的冷热电多能流联合调度约束模型;在此基础上,以最小化系统运行成本为目标,建立含AA-CAES电站的微型综合能源系统优化调度模型;最后,采用天津中新生态城的数据进行模型验证。     

隧道窑计算机模拟的研究

为解决隧道窑存在的非优化问题，采用系统工程观点分析隧道窑系统，建立了系统结构模型，并对主要研究内容、描述变量、广义数学模型、模拟模型、模拟系统及模拟试验等进行讨论．模拟系统由数据库、数据分析、动态模拟及结果分析、计算机辅助设计等子系统组成，具有综合利用所有资源、交互式建模、动态模拟实验及结果分析、辅助设计等功能．利用计算机模拟实际或虚拟隧道窑系统，进行热工理论研究，对隧道窑的烧成制度、系统结构设计、控制策略及方法、控制系统等方面进行优化，可提高设计与运行水平．     

基于系统辨识技术的显微目标姿态信息提取方法研究

在微操作机器人系统中,为了获取操作物的姿态信息,以便于控制其操作,提出并实现了一种基于系统辨识技术的微操作机器人系统下姿态信息提取方法。通过对作为视觉反馈获得的二维显微图像进行分析,建立了矩形物倾斜成像的数学模型,并利用参数辨识方法提取倾角参数,同时利用仿真和初步试验证明了该方法的可行性。     

飞机半主动起落架的自适应控制

结合最优控制和白校正控制理论，给出了半主动起落架的自适应控制策略。建立了起落架缓冲器半主动控制的数学模型，通过分析参数变化对系统性能的影响，进行了半主动控制器的设计。仿真结果有效地征明了用自校正LQG方法控制的半主动起落架在改善飞机的滑行性能和操纵稳定性上有良好的效果。     

Variable Parameters PD Control and Stability of a High Rate Rigid Rotor-Journal Active Magnetic Bearing System

Stability is a key problem that means whether a high rate rotor-active magnetic bearings system works reliably or not. Aiming at a bearings system described with nonlinear equations, this paper built a linear model according to the system behavior. Considering realization of the control system and behavior of a high rate rotor system (magnetic force is far smaller than input force produced by mass eccentricity) this paper proposes a design method of variable parameters PD control algorithm that can be used universally. The control system was simplified and a mass of adjusting work of control parameters was reduced. Analysis and simulation indicated that the bearings system could get a wider stable region of harmonic motion, and proved that the algorithm is robust and advanced. The control system can be realized because the winding electric currents are positive. The method is convenient for operation and can easily be used for engineering practice.     

两栖仿海龟机器人动力学建模与运动控制研究

为了提高两栖仿海龟机器人行走的稳定性,对其进行动力学建模,并基于PID (proportional integral derivative,比例积分微分)反馈控制策略提出了一种力/位控制模型。首先,根据机器人的运动学模型,得到了支腿的变换矩阵和雅可比矩阵,并利用虚功原理建立了足端与液压缸之间的力传递模型。然后,利用拉格朗日法对机器人进行动力学建模,推导了支腿的动力学方程,同时进行了动力学仿真,并将实时的足端受力导入动力学方程进行计算,验证了动力学模型的正确性。最后,搭建了液压仿真模型,并在ADAMS-AMESim-MATLAB联合仿真环境中开展了机器人运动仿真。仿真结果显示：与纯位置控制模式相比,力/位控制模式下机器人膝关节的转动更加平稳,液压缸的动力输出更稳定且功耗更小。研究结果对提高机器人运动的稳定性、增强运动控制系统的鲁棒性和提高液压系统的总效率具有借鉴意义。