基于单向气动驱动器的软体手变形机理

针对软体气动驱动器的变形机理,以气动驱动软体手为研究对象,开展了基于单向气动驱动器的软体手指弯曲和摆动机理的研究。设计了气动驱动软体手,其弯曲和摆动结构均由多个相互连通的气室和一个不可延伸层组成。当相邻气室因充气膨胀而相互挤压时,气室受到不可延伸层的约束,实现了弯曲和摆动变形。为进一步考察软体手的变形机理,对620#T超弹性硅橡胶材料的非线性力学特性进行了研究,测定了其材料常系数。基于Yeoh模型密度函数,结合空间力矩平衡方程,建立了驱动压强和曲率半径的理论模型,并开展了软体手指弯曲及摆动变形的仿真研究,结果证明了理论模型的正确性。研究结果可以为其他基于气动驱动的软体结构变形机理研究提供理论基础。     

压印光刻中高精度莫尔对准方法的研究

针对分步压印光刻工艺中多层套刻的高精度对准问题,提出一种应用斜纹结构光栅副实现x、y、θ三自由度自动对准的方法.光栅副分为4个区域,应用光电转换器阵列检测光栅副相对移动所引起的莫尔信号变化,通过电路系统处理可同时得到在平面x、y、θ三自由度的对准信号.驱动环节采用直线电机和压电驱动器作为宏微两级驱动,其分辨率分别为0.2μm和0.1nm,在激光干涉仪全程监测下,与控制系统一起构成闭环系统实现自动对准定位.实验结果表明,在多层压印光刻工艺中,实现了压印工作台步进精度小于10nm的高精度定位要求,使整个对准系统的套刻精度小于30nm.因此,应用这种莫尔对准方法可以获得较高的对准精度,同时能够满足压印100nm特征尺寸套刻精度的要求.     

Robust H∞ guaranteed cost satisfactory fault-tolerant control for discrete-time systems with quadratic D stabilizability

The problem of robust H∞ guaranteed cost satisfactory fault-tolerant control with quadratic D stabilizability against actuator failures is investigated for a class of discrete-time systems with value-bounded uncertainties existing in both the state and control input matrices. Based on a more practical and general model of actuator continuous gain failures, taking the transient property, robust behaviour on H∞ performance and quadratic cost performance requirements into consideration, sufficient conditions for the existence of satisfactory fault-tolerant controller are given and the effective design steps with constraints of multiple performance indices are provided. Meanwhile, the consistency of the regional pole index, H∞ norm-bound constraint and cost performance indices is set up for fault-tolerant control. A simulation example shows the effectiveness of the proposed method.     

软智能执行器对象设计方法与应用

基于面向对象的柔性设计与控制理论,提出了软智能执行器对象概念,并对其结构、功能与实现方法进行了论述.软智能执行器对象为智能执行器的设计提供了新途径,为系统故障自诊断、自处理,以及保证控制系统的安全性提供了新方法.     

基于马氏距离的最终执行元件功能安全失效表征

针对现有最终执行元件功能安全失效分析方法未能切实考虑实际工况的不足,提出了一种基于马氏距离的最终执行元件功能安全失效表征方法。预先获取各状态下最终执行元件的工况参数,构建样本空间,计算其中各样本的马氏距离;其次对马氏距离进行Box-Cox变换,使其满足正态分布后,由3σ准则确定各状态的阈值,构建最终执行元件的失效表征模型;最后利用所设计的检测系统检测工况参数,构建样本向量,通过所构建的失效表征模型实现最终执行元件功能安全失效表征。仿真实验和现场实验结果表明,本文方法能够准确识别出最终执行元件的功能安全失效,为其失效分析提供了一种新的方法。     

基于反馈控制系统实时寿命预测的延寿策略研究

针对反馈控制系统性能因执行器隐含退化而无法满足控制任务时限要求的问题,提出了一种基于反馈系统实时寿命预测的动态矩阵控制(DMC)延寿方法.该方法首先基于Wiener和Poisson过程,建立了更加贴合执行器实际退化过程的复合模型;其次,通过分析执行器隐含退化对控制系统性能的影响给出了系统剩余寿命(RUL)的解析解,实现了系统RUL的实时快速预测;接着依据RUL的预测信息并结合DMC方法,通过在线针对性地对约束矩阵Q和R元素值的共同调整来延长系统的RUL,确保了控制任务时限性要求的目标达成;最后以双容水箱液位系统验证了本文方法的有效性,且较已有的LQR方法延寿效果和鲁棒性都更优.     

基于超磁致伸缩材料的谐波驱动器结构与磁场优化设计

基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)正逆耦合效应以及能量转换特性,提出一种集驱动、传动及传感于一体的新型自感知谐波驱动器构想.利用ANSYS分析谐波减速器运行过程中波发生器应力分布情况,结合波发生器尺寸结构求解GMM棒的尺寸参数.基于毕奥萨伐尔定律推导驱动线圈内部磁场求解方法并设计驱动磁场和偏置磁场布置方式.利用COMSOL Multiphysics建立驱动器电磁机三场耦合模型,分析在不同条件下驱动线圈内部磁场分布情况以及驱动器的位移输出特性.结果表明:在永磁体总长度不变情况下,对永磁体实行内置均匀布置,随着永磁体片数逐渐增加,磁场均匀度从44％降低到26％,输出最大位移从0.123 mm下降到0.114 mm,GMM棒应力分布均匀度显著提高.     

折叠翼飞行器机翼折叠过程的颤振仿真分析

折叠翼是一种很有前景的变体飞行器设计方案.在折叠过程中,相当于飞机具有多个不同的机翼构型,所以其颤振特性将会发生剧烈的变化.为了提高求解效率,提出用准静态方法代替实时模拟方法来模拟折叠过程,并对折叠翼飞机进行了颤振特性的变参分析.得出了以下两个结论:1)当折叠角进入变体折叠的中间阶段时,机翼的颤振速压降低较大.2)折叠作动器的刚度会明显影响机翼的颤振速压.     

飞行模拟器六自由度运动系统的关键技术及研究现状

作为飞行模拟器载体的并联六自由度运动系统是飞行模拟器非常重要的组成部分。其本质是由数字计算机实时控制并能提供俯仰、滚转、偏航、升降、纵向和侧向平移的六自由度瞬时过载仿真设备。本文从研制者的角度出发，评述了研制高性能飞行模拟器六自由度运动系统所需的关键技术及其国内外的研究进展。结合样机设计与制造的实践经验，提出亟需解决的若干理论与技术问题，以及解决这些问题的可行途径。     

盘式电流变传动机构的动态模型研究

电流变流体是一种智能软物质，圆盘式电流变传动机构是电流变技术的主要应用领域，利用时间序列模型，对电流变传动机构的动态模型进行理论和实验研究，提出用时间序列模型和功率谱密度，来确定实际系统的动态参数，测试和控制过程采用NI虚拟仪器构建的系统自动进行，这是一个通用的动力学实验平台。