高能效导轨式ICPT系统分布式磁路机构研究

针对传统导轨式感应耦合电能传输(ICPT)系统主要通过提高输入电压,增大磁芯容量来提高系统的传输功率和效率存在的弊端,提出了一种新型导轨式ICPT系统分布式磁路机构:通过采用原边磁能发射机构分布式并联、副边磁能拾取机构分布式串联模式,实现了系统能效特性的总体提升。建立新型拓扑结构等效电路模型,给出了系统能效特性计算方法,并分析了最大功率传输条件。理论分析结果表明,在新型磁路结构下,系统最大功率传输能力为传统磁路机构的3倍,总体效率也得到了很大提升。最后,通过实验验证了新型磁路结构的有效性以及理论分析方法的正确性。     

基于磁强计的皮卫星姿态角测量误差

采用三轴磁强计测量地磁场矢量,与轨道演化和国际地磁场参考模型(IGRF)计算获得的地磁场矢量进行比较,获得姿态角度信息的方法适合体积小、重量轻、功耗低的皮卫星应用环境。地磁场矢量实际测量误差和轨道模型演化计算的地磁场矢量误差是皮卫星姿态角测量的两大误差源。通过分析获得磁强计A/D采样、磁传感器误差、温度漂移、铁磁材料等因素导致地磁场矢量实际测量误差为1.74°。皮卫星自身的特点不允许采用复杂的SPG4轨道演化模型,基于Kepler轨道模型和IGRF地磁场模型计算获得的地磁场矢量误差为0.5°。因此,基于三轴磁强计的皮卫星姿态角测量误差为2.24°。     

一种新型复合结构笼型中馈天线

提出一种新型复合结构的笼型中馈天线．将笼型与不对称双锥结构相结合,展宽了天线的阻抗和方向图带宽,抑制了天线辐射方向图在宽频带内上翘或裂瓣．在馈电位置引入螺旋短截线,有效降低了天线的高度．采用矩量法对天线进行仿真和优化,设计并制作了一副超短波(VHF／UHF)宽频带天线．实测结果表明在100～750MHz频带内无须匹配或加载网络即可满足电压驻波比小于3.0∶1,在整个工作频带(100～400MHz)内增益平坦且大于1.5dBi．此外,天线高度和常规偶极子天线相比减小了约50％．     

基于纯磁控的皮卫星姿态恢复

为了提高皮卫星姿态控制系统的可靠性,提出动量轮故障后只采用磁力矩器重新捕获姿态的策略.该策略采用PD控制和LQR控制2种算法实现纯磁控下的皮卫星对地定向：当故障发生时,系统切入纯磁控模式,进行姿态的恢复;同时针对姿控系统只有在磁力矩器的情况下进行多组仿真.结果表明,应用这2套算法,在2种情况下均可以实现一定精度的对地定向,其中采用PD控制率的姿态恢复精度优于05°,而LQR控制率的姿态恢复精度在10°左右.     

基于太阳能电池板的皮卫星最优姿态确定算法

为了提高皮卫星系统的设计冗余和可靠性,太阳能电池板可以复用为粗太阳敏感器.由于具有全空间视场,这一灵活的配置对周边光源有较强的敏感性,因此,在地球反照光干扰下,测量精度不高.在这一特定情况下,研究了改进的姿态确定算法,以提高卫星的姿态测量精度.根据反照光影响下电池板的实际输出情况,重新讨论Wahba问题,提出太阳能电池板定姿的新损失函数,并推导了该函数最小二乘意义下的最优姿态确定方法.与基于Wahba模型常用的四元素估计法(QUEST)相比,该模型的定姿算法具有更高的精度.蒙特卡罗仿真表明:该算法的平均定姿误差比QUEST小17%,误差标准差比QUEST小57%.     

基于太阳矢量的皮卫星姿态角测量误差分析

分别分析计算了皮卫星姿态角测量的两大误差源:太阳矢量实际测量误差和轨道模型演化计算的太阳矢量误差。首先针对皮卫星体积小、重量轻、功耗低的特点,采用设计的微型太阳敏感器测量太阳矢量,与轨道演化计算获得太阳矢量相比,该方法更适合获取皮卫星姿态角度信息。通过分析获得太阳入射角——光电流非理想的余弦特性、光电流的噪声起伏、处理电路非线性、A/D采样非线性、温度测量不确定性等因素导致的太阳矢量实际测量误差为5.74°。由于皮卫星自身的特点不允许采用复杂的轨道演化模型,基于Kepler轨道模型计算获得的太阳矢量误差为0.1°。因此,基于太阳矢量的皮卫星姿态角测量总误差为5.84°。     

新型自重构机器人钩爪式连接机构

分析了自重构机器人重构和运动过程中连接机构的功能和作用,设计了一种新型钩爪式连接机构。该机构在机器人运动过程中为相邻模块提供可靠的连接,在重构过程中可迅速完成相邻模块的连接/断开。连接机构由微型直流电机、主动钩爪连杆结构和被动连接基板组成,具有模块连接对中功能,连接后机构自锁,无需电机力矩保持,节省能量。分析了该连接机构的工作原理、对接条件和力学特性,并进行了实验研究。结果证明:该连接机构具有较好的性能,并且在一定的几何误差下仍能完成连接。     

基于弹性导轨的整体三维测头及标定机构设计

测头是坐标测量技术中最关键的零部件之一,测量的精度直接依赖于测头的设备精度.针对目前我国市场上高精度三维测头匮乏的现状,通过对弹性导轨受力模型和受力与平行位移之间关系的研究,在考虑柔性铰链特性的基础上,同时考虑到测头工作中的重力平衡,设计出了整体式三维测头机构与标定机构,该机构与双频激光干涉仪结合对参数进行标定.该方案所设计的测头结构紧凑,测量范围广,工艺性好,标定工作台和标定方案设计科学合理.     

基于ABAQUS的新型柱-板式结构抗震性能研究

为研究新型柱-板式空心高墩的抗震性能,以某铁路桥为工程背景,取其主墩第三阶段为研究对象,根据相似理论原理以1∶10的比例,在ABAQUS中分别建立沿空心墩纵向和横向的一个缩迟模型及横向构件对应的框架模型进行低周反复加载的非线性有限元分析,分析其滞回曲线、骨架曲线、延性、破坏特征等抗震性能.结果表明:柱-板式结构在柱和板的共同作用下,使结构的强度、刚度、延性等都比框架结构大有提高.在加载过程中先以板的剪切破坏为主,当板发生破坏后柱开始屈服进入塑性状态发生弯曲破坏.因此可得出结论:柱-板相互作用明显提高了结构的抗震性能,而且在地震作用下先通过板的破坏耗散能量,在板完全破坏前柱仍有相当大的刚度和强度,能够在强烈地震作用下保护桥墩的主体结构不发生破坏,从而提高整个桥梁结构的安全性和整体性.     

基于滑模变结构永磁同步电机的直接转矩控制

采用传统的直接转矩控制策略时,电机电磁转矩和磁链脉动较大,并且逆变器开关频率不恒定.为解决该问题,将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机直接转矩控制系统中,应用Matlab/Simulink对其进行仿真研究,并且实现了基于TMS320LF2407滑模变结构永磁同步电机的直接转矩控制,并对控制系统动、静态性能与传统直接转矩控制进行了对比研究.仿真和实验结果表明：与传统直接转矩控制相比较,滑模变结构直接转矩控制系统中定子磁链和电磁转矩脉动大幅度降低,而动态响应速度基本相同,逆变器开关频率恒定.     

滑移隔震结构基于能量分析的简化计算方法研究

采用能量法对多自由度剪切型结构隔震体系进行非线性地震反应分析时,其计算量大、分析复杂,难以用于工程实际.针对上述问题,将对其多自由度振动方程进行求解分析,找到一种等代体系来简化隔震体系的求解过程,并简要分析了近断层地震动三要素对滑移隔振结构总输入能的影响.最后,对一五层框架隔震结构模型分别采用能量分析法和简化后的能量法进行计算,将其结果进行对比,说明了本文提出的计算方法是偏于安全的,为工程的抗震设计提供参考.     

基础滑移隔震房屋滑移位移的简化计算

对滑移隔震房屋限位消能元件进行了弹塑性分析,根据隔震体系的匹配及滑移量测定试验得到了一种简化计算基底最大滑移量的计算方法,为隔震设计提供方便。     

基于滑模变结构控制多机器人协同编队的研究综述

滑模变结构控制(SMC)因响应速度快、自适应性强以及工程实现简单等优点,对解决典型非线性的多机器人控制系统具备良好的效果.基于此,本文介绍了SMC的发展、原理以及在多机器人协同编队领域的应用.但同时,SMC本身还存在抖振等缺陷,从而限制了其应用.为进一步提升SMC的控制品质,获得更快的响应、对扰动更强的鲁棒性以及更好的稳态性能,本文深入研究了近些年神经网络、模糊逻辑、鲁棒自适应等先进智能控制方法与SMC结合的工作,并对这些新型编队控制策略进行了对比分析.最后展望了该领域未来的研究方向.     

基于阻力估计器的直线伺服系统滑模控制

针对直接驱动的永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统的端部效应引起的推力波动问题，设计一种带有阻力估计器的滑模变结构速度控制器，滑模控制对扰动和系统参数变化具有很强的鲁棒性，但是却存在抖振现象，影响伺服系统的稳态性能，为了削弱滑模控制的抖振，设计一个阻力扰动估计器对阻力扰动（包括直线电机特有的端部效应产生的推力波动）进行估计和补偿。仿真结果表明，该方案对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性，同时提高了系统的稳态精度。     

平流层卫星的建模与控制系统设计

为减小控制力在传递过程中的偏差与时滞对轨迹控制精度的影响,对平流层卫星控制系统进行设计．针对系统构成建立了轨迹控制器和气球系统的经向运行模型,基于滑模变结构控制方法,根据气球南北方向的实际指令位置和指令位置的偏差,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,设计出轨迹控制器的控制系统．仿真结果表明,采用该方法的轨迹控制器,可以有效克服系绳带来扰动和时滞的影响,完成平流层卫星的东西方向运动控制,控制误差约80 m．     

基于适应性虚拟向导的遥操作机器人系统

为了克服遥操作系统中网络时延的影响,采用Java3D技术建立一种基于虚拟向导的遥操作机器人虚拟环境.针对机器人执行任务时自由空间及障碍物的不同,提出了自动、半自动及手动三种控制模式,并建立了“手爪导向球”、“路径点导向向导”、“同步影像向导”多种适应性虚拟向导,辅助操作者引导手爪运动,从而提高了系统的操作效率及安全性.通过对典型操作实例的分析,验证了该方法的有效性.     

基于滑模控制的PWM整流器的研究

针对PI调节器在扰动情况下不能获得良好的动态特性以及三相电压型PWM整流器典型的非线性结构问题,在三相电压型PWM整流器d-q数学模型的基础上,提出了对非线性系统具有良好控制效果的滑模控制策略。首先,给出了PI控制和滑模控制的设计方法;其次,通过仿真对比双闭环PI控制与双闭环混合滑模控制,得出混合滑模控制较PI控制,超调量小,动态响应快,鲁棒性好的结论。最后,基于TMS320F2812搭建实验样机,结果证明了混合滑模控制策略的正确性。