基于CEL方法的压差驱动式管道机器人动力特性分析

针对压差驱动式管道机器人多柔体系统与管内流体的流固耦合问题,基于耦合的欧拉-朗格朗日(CEL)方法建立了机器人系统流固耦合模型,获得了机器人在复杂管道内运行时的结构动力响应。对比分析了不同管道内径和机器人舱段长度下的密封皮碗应力场、管道与机器人间的摩擦力和流体对管道机器人的驱动压差。数值结果表明,管道机器人进入管道初期驱动压差出现峰值,随着机器人运动速度的波动和管道拓扑的改变,驱动压差再次出现峰值。管道机器人位于小曲率半径弯道时,密封皮碗经历强烈的局部化挤压作用形成峰值等效应力,但是,由于密封皮碗与弯道的间隙引起摩擦力降至谷值。此外,随着管道内径的减少,密封皮碗的等效应力、平均摩擦力以及平均驱动压差增大;舱段长度增加,密封皮碗的等效应力、平均摩擦力以及平均驱动压差随之增大。     

基于反步法的四旋翼飞行器滑动模态控制

针对欠驱动四旋翼飞行器受控模型的复杂非线性问题,提出了一种基于反步的滑模控制器的设计方法。该方法将四旋翼飞行器动力学模型进行简化,并将系统分解为全驱动子系统和欠驱动子系统,进而以滑模变结构控制理论为基础,利用反步控制方法推导出滑模控制面,分别为上述两个子系统设计控制律,为系统设计基于反步的滑模控制器。通过李雅普诺夫稳定性理论验证了用上述方法设计的控制器系统的稳定性。通过Matlab/Simulink进行的仿真表明,用上述方法设计的控制器能够有效实现对四旋翼飞行器的控制。     

电磁式惯性型作动器的闭环控制策略与性能试验

针对电磁驱动AM D控制系统在开环控制模式下性能试验存在的问题,提出利用位置和速度反馈的闭环控制策略进行系统性能测试,从而可以研究系统在低频和大位移控制下的动态工作性能。首先借鉴运动伺服控制方法,把电磁驱动AM D控制系统的力-电关系模型转换成系统运动方程。其次类比于旋转电机并结合量纲分析方法,建立电磁驱动AM D控制系统闭环控制算法参数的理论计算公式,通过试验验证了公式及算法参数的准确性。最后分别进行正弦位移和阶跃位移控制下系统的闭环性能试验,实测结果表明电磁驱动AM D控制系统是一种响应迅速、线性性能良好的结构振动主动控制系统,基于试验结果与理论模型预测结果的比较,再次证实了系统力-电关系计算模型的正确性。     

PDF策略在变载荷高性能控制系统中的设计及仿真

为了实现非线性变化的变载荷负载系统的高性能控制,通过集成基于MATLAB的PDF（伪微分反馈）控制器模型、PMSM电机驱动及控制模型和基于ADAMS的执行传动机构和负载实体三维模型的方法,建立基于PDF控制策略和变载荷负载特性的控制系统设计和性能仿真模型,实现基于PMSM伺服电机驱动变载荷负载对象的控制系统集成设计和系统异构模型集成仿真．同时,在该系统模型构架基础上,进行PDF控制器设计和仿真验证．通过与传统PID算法的控制仿真结果比较,表明了PDF控制算法在变载荷负载情况下的控制精度、抗干扰能力、鲁棒性等方面的特点及在一定程度上较PID算法的优越性．     

驱动轴系统轴向派生力的测试与计算分析方法

以具有三销轴万向节的驱动轴系统为对象,进行轴向派生力测试,并分析驱动轴系统转速、工作角度、负载转矩和摩擦系数对轴向派生力的影响。基于赫兹接触理论与基于速度的摩擦模型,建立驱动轴系统轴向派生力计算的多体动力学模型。为了提高模型的计算精度,把球环和滚道之间的接触形状视为任意的,且把接触参数和摩擦系数视为随着工况变化而变化的变量。基于有限元分析,提出了一种计算在不同负载扭矩下球环和滚道之间接触刚度和力指数的方法。利用建立的轴向派生力计算模型和试验数据,进一步识别了多种工况下的摩擦系数和接触参数。基于识别的摩擦系数和接触参数,计算了一驱动轴系统的轴向派生力,和试验结果的对比分析表明,模型的计算精度较高。     

一种绳牵引摄像机器人的运动控制策略与稳定性研究

绳牵引摄像机器人具有索单向受力、冗余驱动以及高速机动等特性,因而其稳定性问题的研究与解决是一个难题。现有的研究中,大多没有考虑摄像机器人的高速稳定运动特性及控制方法。为此,提出一种基于末端位置空间PD修正前馈控制规则保证摄像机器人的稳定运行。通过牛顿-欧拉法建立了末端执行器的动力学方程以及驱动系统的动力学模型;在此基础上得到了整个系统的动力学模型;在系统动力学模型的基础上,提出基于末端位置空间PD修正前馈控制规则的绳牵引摄像机器人跟踪控制策略,通过Lyapunov稳定性理论论证了控制策略的稳定性;通过数值算例说明了摄像机器人的稳定跟踪性能,并且验证了控制策略的有效性。     

六独立轮驱动式管内机器人的研制

介绍了一种用于海底管道内检测系统的机器人机构设计及工作原理。该机器人采用周向 6 0°等间距布置的六只驱动臂结构 ,主动轮直接安装于驱动臂的端部 ,分别由一台电机控制 ,形成六独立轮驱动方式。其具有结构紧凑、传动效率高、牵引力大的特点。实验证明这种机器人适合作小直径管道检测系统的理想牵引装置。为解决检测系统因发生故障滞留在管道内 ,还提出了可行的救援方案 ,并设计了对接机构     

一种机器学习管道模型分层化管理和分发方法

目前,机器学习管道模型的分发方法主要是基于文件系统或对象存储系统实现的以单一模型文件为基本存储对象的模型仓库。为了克服现有方法中存在的管道模型管理、分发在灵活性和性能方面的缺陷,该文提出一种管道模型分层化管理和分发方法,使用镜像来封装管道模型,利用镜像仓库进行低延迟的管道模型管理和分发基础设施。经过实践证明,该方法能解决现有方法在管道模型管理和分发方面灵活性不高和性能较低的问题,并且极大地节省模型存储的空间。该方法值得在其他机器学习管道模型的分发系统中推广和部署。     

基于反步法与参考模型的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制

针对欠驱动四旋翼飞行器的姿态和位置控制问题,提出一种基于反步法与参考模型的自适应滑模控制器设计方法。首先,对四旋翼飞行器进行动力学建模,对结构上进行了重构后将系统分解为全驱动通道和欠驱动通道。进而,以滑模变结构控制理论为基础,针对欠驱动子系统,利用反步控制方法推导出滑模控制面,设计其控制律。而对于全驱动子系统,利用参考模型推导出滑模控制面,设计其控制律。并通过李雅普诺夫稳定性理论验证了系统的稳定性。最后,通过Matlab对基于此控制算法的控制器进行仿真。仿真结果表明,在系统存在参数不确定性和外部干扰的情况下,该方法也能实现四旋翼飞行器的轨迹跟踪,并具有较好的稳定性。     

基于一维卷积神经网络的超声导波管道裂纹识别方法

在船舶运输、石油化工等需要广泛使用各类型管道的行业中，管道的结构健康监测(structural health monitoring, SHM)对于工业系统的安全稳定运行意义重大。在基于超声导波的管道裂纹等级识别方面，建立了一个与实际管道基本一致的有限元模型，通过添加噪声的方式合成了更接近实际检测的导波数据。基于包含不同管道裂纹等级的有限元仿真数据库，提出了一种基于多尺度一维卷积神经网络(multi-scale one dimensional convolution neural network, MS-1DCNN)的管道裂纹等级识别模型，该模型以端到端的方法，将原始波形信号直接作为输入，无需专门设计信号降噪及特征提取算法。试验结果表明，该模型相较于传统机器学习方法在噪声环境下对管道裂纹等级的识别具有较高精度，并通过实物管道试验，验证了该模型在管道结构健康监测中的有效性。     

姿态受控柔性关节双臂空间机器人的抗力矩饱和控制与振动抑制

研究了漂浮基柔性关节双臂空间机器人载体姿态与机械臂关节协调定位的抗力矩饱和控制与柔性振动抑制问题。利用系统动量守恒定律及拉格朗日方法,给出载体姿态受控柔性关节双臂空间机器人的完全驱动式动力学方程。结合柔性补偿及奇异摄动技术,推导系统相应的奇异摄动模型。为实现双臂各关节柔性振动的有效抑制,针对快变子系统提出一种力矩微分状态反馈控制策略;为避免空间机器人实际载体姿态控制系统及关节驱动电机出现控制饱和问题,针对慢变子系统提出一种姿态、关节协调定位且基于力矩主动约束设计的抗力矩饱和控制方法。数值仿真结果显示,所提控制方案不仅可以完成对系统载体姿态、双臂各关节的精确定位,而且还能有效抑制关节的柔性振动、限制实际控制力矩的输出幅值。     

基于曲率控制的球形移动机器人路径跟踪

基于曲率的控制方法,对非完整约束条件下的欠驱动球形机器人进行了路径跟踪问题的研究.建立了非完整约束条件下具有正交的两输入球形机器人的运动学和动力学模型,并通过输入变换得到一个两输入的二阶系统.基于非线性滑模控制方法分别设计了横向姿态控制器和纵向速度控制器.提出了一种曲率控制器,实现了球形机器人的路径跟踪.仿真和实验结果表明,系统的运动状态能够收敛到期望的邻域内,验证了控制方法的有效性.     

轮毂驱动电动汽车主动悬架的时滞控制

以轮毂驱动电动汽车主动悬架为研究对象,采用理论与数值模拟相结合的方法对主动悬架系统的时滞反馈特性进行研究。首先建立考虑控制时滞的轮毂驱动电动汽车4自由度主动悬架模型;然后基于H_∞控制理论,通过采用Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法,提出一种考虑时滞的H_∞控制策略;对电动汽车悬架系统在路面随机激励下的振动控制进行仿真分析,并与传统不考虑时滞的H_∞控制策略的控制结果进行对比。研究发现,时滞H_∞控制策略能够对时滞系统实现有效控制,不会引起系统发散。     

液压驱动机械臂的设计与关节驱动分析

设计了一种新型六自由度串联机械臂,并提出了基于液压摆动缸的机械臂驱动关节控制方法。机械臂驱动关节由两个输出轴相互垂直的液压摆动缸提供动能,驱动形式采用闭环液压驱动,闭环控制系统由上位机、信号控制卡、电位传感器等组成。建立了该机械臂的三维模型,应用D-H方法对其进行了运动学建模和正向运动学分析,最后对基于液压摆动缸的机械臂驱动关节控制方法进行了实验分析,得出了机械臂关节运行速度与脉宽调制(PWM)调速占空比的关系,根据实验结果得出了相应的运动曲线关系,为串联机械臂位置控制、运动路径控制研究提供了基础。     

自发电球形机器人的感应电动势测量系统

自发电球形机器人能够实现长时间的环境探索任务。本文设计了一种球形机器人的管道式发电的测量系统,包括管道模型建立,感应电动势测量电路与整流系统设计。为实现稳定电能采取多管道联合发电,通过该系统测量不同方位的发电管道的发电性能,然后对发电管道在球体内的空间布局优化,并对多管道的感应电能进行整流。仿真和实验中表明,该系统测得在风力驱动下发电管道能够产生的较稳定的电压。     

基于二维视觉的管道振动监测方法

为实现管道振动的在线监测,提出一种基于二维视觉相机的管道振动测量系统。通过二维视觉相机对管道表面的人工预制条纹图案进行实时采集,再采用所提出的图像处理算法对条纹图像进行处理,提取管道径向二维振动信息,从而实现管道振动的监测与分析。通过SOLIDWORKS运动仿真和成像模块建立管道的视觉测量模型,模拟4种不同振幅和频率的管道振动,并通过仿真成像条纹序列得到各振动模式下的振动信号,验证了所提出方法的可行性与准确性。最后与基于电涡流传感器的测量方法进行对比实验,结果表明所提出方法可实现管道径向二维振动的同步测量。     

基于模型设计的上光机干燥控制系统研究

目的 因干燥系统的控制参数具有时滞性、非线性而难于控制,文中尝试一种更适用干燥对象的控制策略优化控制效果。方法 通过分析上光机水性上光油干燥的工作原理,建立包含印品传输速度和送风量等因素的干燥模型,构造上光机干燥系统仿真平台,设计适合滞后被控参数的Smith预测及PID复合控制算法。依据水性上光油干燥需求设计以S7–1500为控制核心、碳系发热板为热源的干燥硬件系统,利用基于模型设计方法开发PLC的温度控制程序。结果 文中将Smith预测算法引入了上光干燥系统,使干燥系统温度响应达到超调量为0,无稳态误差,相对于PID控制大大缩减了调节时间。运用模型设计方法,设计和实现了基于PLC的干燥控制系统,将基于碳系材料的发热源应用于水性上光油干燥系统中。结论 Smith预测算法适用于带有延迟因子的上光机干燥系统,在印刷干燥领域引入基于模型的设计方法,便于先进控制策略在印刷包装行业中的研究与开发。     

新型电磁驱动AMD控制系统的建模与性能试验

提出了一种新型的结构振动控制系统--电磁驱动AMD控制系统的概念,试制开发了小型电磁驱动AMD控制系统,研究了系统的理论建模并进行了性能试验.从经典物理学电磁场理论、电路克希霍夫定律和量纲对比分析三个角度出发,建立了电磁驱动AMD控制系统的力-电关系模型,给出了以系统相对速度和控制电压为输入量、系统主动控制力为输出量的系统力-电关系模型.对系统进行了大量开环控制模式下的性能试验,试验结果表明,电磁驱动AMD控制系统在结构振动控制所关心的频率范围内,力-电关系是近似线性的.通过试验结果与理论模型预测结果的比较,验证了系统的力-电关系模型的准确性.     

基于动态基准的低复杂度特种车辆行驶调平控制方法

针对特种车辆行驶调平问题,提出基于动态基准的低复杂度控制方法。整车被分解为由作动器驱动的带有相互耦合特性的悬架节点。建立悬架节点动力学模型,将基于整车行驶动力学模型的位姿混合控制问题,转换为基于全驱型悬架节点动力学模型的单纯位移控制问题。提出并构建动态基准和基准误差,解决现有方法对车身铅垂高依赖和限制的技术瓶颈,同时提高车辆的通过性能。建立基于基准误差的扩张状态观测器,实现动态解耦,并提出一种低复杂度行驶调平控制方法。借助汽车系统仿真软件Carsim验证该方法的有效性。结果表明：与经典基于常值基准的整车型控制方法对比,在所提出方法作用下,车辆的行驶调平精度提高了一个数量级;特别是在路面激励幅度超过作动器行程的工况下,车辆的舒适性和安全性尤为改善。     

BTA深孔钻杆系统流固耦合非线性动力学研究

提出一种研究深孔钻杆系统流固耦合的非线性动力响应的方法。基于输液管道的理论,考虑钻杆和切削液耦合作用来构建钻杆系统的动力学模型。采用Galerkin方法对系统运动方程进行离散,并运用四阶Runge-Kutta方法获得系统方程的数值解。通过系统的分岔图、相图和频谱图,分析了钻杆系统振动的非线性特性。研究数值结果表明,钻杆系统具有丰富复杂的非线性动力特性,如周期性运动,拟周期运动和混沌运动,能够为深孔钻杆系统动态设计及控制提供理论指导。