基于骨骼服的虚拟人体建模与仿真

下肢外骨骼是一种人机结合的可穿戴的智能装置,用来提高单兵行走时的负荷能力。通过结合人的智能和机械的力量,使人与机械的优势得到互补,不仅可以避免用机械模拟人的智能带来的困难,还能够拓展穿戴者的负荷能力。文章首先基于人体行走的生物学特征利用零力矩点（ZMP）稳定性理论,分析了人体的动态稳定性的特点;然后,在ADAMS中建立了虚拟人体模型,对人体行走模型进行了仿真,通过对比仿真结果,验证了模型ZMP处于稳定状态,并且说明了在ADAMS人体建模与仿真的可行性。     

一种基于模型的下肢助力外骨骼混合控制策略

针对外骨骼控制中运动的灵活性和良好的辅助效果难以兼容的问题,提出了一种混合控制策略.该策略基于重力补偿、灵敏度放大和力闭环控制方法.对外骨骼的支撑腿和摆动腿采用不同的控制方法,支撑腿采用线性三维倒立摆模型进行重力补偿,结合灵敏度放大法,达到良好的跟随运动与支撑助力效果.在摆动相使用双量程传感器检测人机交互力,预测主动关...     

并联五连杆点足式双足机器人稳定行走控制方法

针对高载荷点足式移动机器人在肢体惯量大、足端冲击强等挑战下面临的平衡步态控制难题,提出了一种并联五连杆双足结构机器人方案,并设计了稳定行走控制方法。首先,建立了五连杆结构模型,并进行了正逆运动学分析。其次,基于倒立摆(LIP)模型生成的质心轨迹与贝塞尔插值生成的足端轨迹对该机器人进行平衡行走控制,主要思路为：在单腿支撑阶段采用PD反馈控制对机器人质心轨迹进行跟踪,并且根据实时反馈的自身状态计算稳定落脚点位置,实现闭环控制。最后,结合实物模型构建了Matlab仿真实验,结果表明：行走过程中质心和关节角度状态可形成趋于稳定的极限环,该控制算法能够实现双足机器人二维空间内行走。     

无人直升机高精度位置控制

为了提高无人直升机在有限平台着陆时的位置控制精度,提出了一种高精度的位置控制策略。首先分析了无人直升机高精度位置控制的难点以及常规位置控制策略存在的不足;其次,基于非线性反馈PID的原理,并结合无人直升机着陆阶段位置控制的特殊性,确定了高精度的位置控制方案以及控制参数的设计方法。仿真结果表明,在强扰动环境下,高精度位置控制策略比常规位置控制策略具有更高的位置控制精度和更强的扰动抑制能力,对提高着陆的安全性有非常重要的意义。     

冲击激励转子系统动力学响应及安全性设计

叶片丢失是高涵道比涡扇发动机适航认证的关键,是影响结构完整性和安全性的关键问题。针对叶片丢失产生的冲击载荷激励,开展了转子结构系统的动力响应机理和安全性设计方法研究,为发动机结构完整性设计提供支撑。建立了高速柔性悬臂转子系统动力学模型,考虑了刚度质量分布特征、载荷传递特征、转静件耦合特征。通过理论和试验,揭示了突加不平衡激励和超大不平衡转子受到持续的冲击碰摩作用过程中,转子振动响应和轴承支反力响应特征。结果表明,支承结构是影响系统存亡的关键环节。提出了提高整机系统安全性的变支承刚度设计方法,在保护轴承完整性、避免抱轴的同时,也降低了系统的振动响应。基于整机模型的叶片丢失全过程的算例仿真分析表明,该方法使支点所受峰值载荷降低了46%,验证了安全性设计策略的有效性。     

一种无源被动式人体低重力模拟系统的力学性能仿真分析

针对未来登陆月球或火星的航天员在地面进行低重力模拟训练的需要,设计了一种采用被动重力平衡技术的人体低重力模拟外骨骼系统,利用弹簧平行四边形机构实现对人体重力的补偿。首先,基于势能守恒原理设计了躯干重力平衡外骨骼和下肢重力平衡外骨骼;然后,通过人体生物力学仿真软件对外骨骼系统进行了仿真分析,分别在月球环境和地面穿戴外骨骼环境下进行了搬运重物和步行运动,并对比了运动时的地面反作用力、肌肉力等数据。仿真结果表明：该人体低重力模拟系统可以使受训者的关节和肌肉感受到失去部分重力载荷,能够较为准确地模拟低重力环境下的运动效果,具有可行性。     

下肢微重力模拟外骨骼系统的研究

针对悬吊式微重力环境模拟系统无法补偿人体下肢重力负荷的不足,设计了用于补偿人体下肢重力负荷的外骨骼系统。外骨骼系统采用被动重力补偿方法实现对下肢的重力补偿,能够对重力补偿水平进行调节控制。根据重力补偿原理,采用刚度矩阵法,对重力补偿设计公式进行推导,建立弹簧参数与系统几何惯性参数之间的关系。研究分析重力补偿对人体下肢系统动力学性能的影响,最后利用ADAMS软件对下肢系统模型进行仿真,仿真结果验证了外骨骼系统重力补偿原理和设计公式的正确性以及在实际运用中的可行性和合理性。     

基于松弛约束Hammerstein非线性模型的增程式APU预测控制

针对增程式辅助动力单元（APU）工作点切换过程的转速控制,提出了一种基于Hammerstein非线性模型的预测控制策略。通过稀疏最小二乘支持向量机-自适应混沌粒子群优化（SLSSVM-ACPSO）算法辨识激励响应数据建立了发动机Hammerstein非线性模型,在模型预测控制求解最优控制序列时,采用松弛因子松弛约束边界,并设计了有效集（ASM）-ACPSO组合算法求解,在控制过程中应用了变预测时域策略。建立系统仿真模型,仿真结果显示:在热机点切换至低负荷点及低负荷点切换至中负荷点的过程中稳定时间分别为2.57 s和2.77 s,转速最大超调率分别为2%和1.6%,均优于两种对比策略;在中负荷点向高负荷点切换过程中,转速超调率较大,但控制过程转矩变化更平缓。仿真结果表明模型预测控制策略控制APU系统转速响应快、转速超调率小,发动机转矩超调量小,具有良好的动态控制效果。      

外骨骼机器人控制方法综述

外骨骼是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的一种人机结合的机器人,它可以辅助人承受负载,有效增强人的负重能力,帮助人们在各种复杂地形上面行走。外骨骼技术是一种复杂的人机技术,在国际上发展迅速,但在我国还处于起步阶段。文章介绍了外骨骼技术的研究现状,详细论述了外骨骼的控制目标和各种控制方法,希望引起研究人员对外骨骼技术发展的重视,促进我国在外骨骼领域的发展。     

飞机力提示智能侧杆控制器设计方法

与传统侧杆控制器的作用不同,带力提示的智能侧杆控制器的附加功能是减缓和预防飞机在故障或边界状态下的人机不良耦合,以提高飞行安全性。飞机在故障或边界状态下,具有明显的飞行动力学特性突变的特点,飞机动力学特性突变会引起驾驶员操纵策略的变化。针对这些特点,研究其侧杆控制器设计的理论方法。通过分析飞机动力学特性突变引起的系统时变非线性及其在力提示下的驾驶员行为特点,建立了智能侧杆引导的人机系统模型。在此基础上,基于时变系统的频谱分析和人机系统的品质评价准则,提出了带力提示的智能侧杆控制器设计方法,并给出了详细的设计步骤。通过对飞机故障状态下的仿真,解释了力提示智能侧杆控制器减缓人机不良耦合的机理。仿真结果表明智能侧杆控制器在提高驾驶员控制精度的同时,减缓了人机不良耦合的趋势,从而验证了提出的设计方法的可行性和有效性。     

空气辅助缸内直喷发动机正时控制策略

针对某型空气辅助缸内直喷发动机,设计了曲轴位置传感器,研制了发动机的电子控制单元(electronic control unit,ECU).在此基础上,着重研究了空气辅助缸内直喷发动机的正时控制策略,包括软件正时、空气辅助喷油正时和点火正时.为了实现发动机正时的精确控制,提出了"数齿延时"控制方法.仿真试验和台架试验表明:基于自开发电子控制单元的空气辅助缸内直喷发动机正时控制策略准确可行.      

基于RBF神经网络的空间飞网机器人控制策略设计与改进

针对空间飞网机器人清理空间碎片的任务,利用RBF神经网络和滑模控制理论研究了输入受限情况下的稳定控制问题。首先基于图论和质量集中法建立了空间飞网机器人系统的动力学模型,并进行了动特性分析。接着考虑机动单元质量和干扰上界未知的情况,基于RBF神经网络方法设计了直接滑模控制器,可保证输入不受限下空间飞网机器人系统快速稳定。然后考虑执行机构物理约束,引入辅助系统,改进了基于RBF神经网络的直接滑模控制方法,证明了输入受限时系统的稳定性。最后通过数值仿真验证了所设计控制策略的有效性。     

光学助降系统引导下舰载机着舰人机系统建模

针对菲涅耳光学助降系统(Fresnel lens optical landing system,FLOLS)引导和甲板指挥官(landing signal officer,LSO)指挥下的着舰飞行中,驾驶员对FLOLS光学引导信息感知的模糊特性,基于模糊控制理论建立了舰载机着舰过程的驾驶员感知模型。在此基础上,考虑了驾驶员、LSO和舰载机,以及来自航母、舰尾流的扰动,建立了多源引导的人机系统模型。仿真结果表明了模型的合理性。该模型不仅能用于舰载机的飞行品质和安全性分析,也可以应用于FLOLS的引导灯组设计。     

基于迭代滑模的机械臂控制策略

针对机械臂这类非线性的不确定性系统,基于迭代学习控制与滑模控制策略,提出了一种有效的迭代滑模控制方法。该控制方法通过将滑模控制律引入到迭代学习控制中,并运用Lyapunov理论对控制律进行证明,从而确保系统的稳定性。基于拉格朗日力学法建立动力学模型,得到相对简化的n关节机械臂模型。以一个二关节机械臂为例,通过MATLAB仿真验证所提控制策略可有效提高关节的跟踪速度与跟踪精度,并且在一定程度上可减缓传统滑模控制的抖振现象,与传统迭代学习控制相比,系统具有鲁棒性。物理试验验证了所提控制策略的有效性。     

直升机结构响应的多输入多输出混合控制

对一种综合了自适应前馈与反馈控制的混合控制策略进行了拓展和研究，并将它应用于双频谐振激励下直升机舱座位处多目标点振动的控制仿真。在混合控制策略的实现中，提出了多输入多输出系统的以提高模态阻尼为目标的反馈控制器(AOEF)的型式和设计方法，以及针对闭环控制通道的FXLMS算法。在直升机有限元模型上用2个作动器控制4排座椅处的振动，仿真表明混合控制策略为直升机多通道的振动控制带来了性能上的显提高。     

自主空中加油变质量无人机建模与控制

针对空中加油任务中无人作战飞机(UCAV)的位置保持问题,进行了变质量UCAV的动力学建模与控制律设计.综合考虑了燃油传输对UCAV质量、惯性矩阵和质心位置的影响,基于相对惯性系的状态变量,推导了UCAV的动力学方程.建立了一个简单的油箱模型来模拟加油过程,设计了H∞最优控制律来实现UCAV的位置保持.通过非线性仿真,分析了燃油传输带来的动力学影响,仿真结果验证了模型的有效性和控制律的性能.     

液化天然气船舶动力系统加速性能优化策略研究

目的 针对船舶天然气发动机匹配定距桨直接推进加速速率慢动态性能差的缺陷，提出了一种系统级优化方案，设计并联型式气电混合动力系统，通过轴带电机辅助推进优化系统的加速性能。方法 建立船舶气电混合动力系统仿真模型，根据试验数据对LNG发动机的加速性能进行数据标定保证模型动态精度，以仿真手段分别验证混合动力系统使用变频器动态切换策略和变频器超前控制策略的加速优化效果。结果 综合考虑实际工程控制难度和加速过程优化效果，变频器动态切换策略优于变频器超前控制策略。结论 气电混合动力系统PTI模式使用变频器切换控制策略可达到较好的加速性能，在降低主机机械负荷和热力负荷的同时船舶快速性最大提升16%。PTO模式加速时轴带发电机负载转移至船舶辅机，稳定一段时间后切换至电动模式助推，加速性能可达到PTI模式加速水平。     

一种仿蜜蜂类昆虫扑翼悬停控制的仿真估算研究

基于准稳态气动力模型,推导了仿蜜蜂类昆虫扑翼气动力和力矩估算公式,建立了扑翼运动函数.将仿蜜蜂类昆虫扑翼视为空间运动刚体,在其动力学方程基础上,采用分层控制策略研究悬停控制问题.外层为位置控制,X和Y位置应用PD控制算法,Z位置应用切换控制方法;内层姿态控制采用切换控制方法,并选择了一套机翼运动参数用于切换控制.最后进行了仿蜜蜂类昆虫扑翼悬停控制仿真试验,试验结果表明所设计的控制策略是有效的,一旦昆虫扑翼受到干扰偏离平衡位置后,通过自动调节能够回到平衡位置附近.      

非对称结构损伤飞机鲁棒容损控制器设计

当飞机发生非对称结构损伤时,飞机的质量、重心位置和气动特性都会发生突变,飞机机体的对称性遭到破坏,致使飞机的横纵向间运动产生强烈的耦合。针对飞机发生非对称结构损伤时导致的飞行控制问题,建立了非对称结构损伤飞机的损伤模型,并基于一种新型鲁棒容损控制策略,采用非线性扩张状态观测器和非线性动态逆相结合的方法,对飞机的姿态控制器进行了设计,兼顾了飞机系统的性能和对损伤的鲁棒性。最后,基于NASA的通用运输机模型,对所设计控制器的控制效果进行了仿真验证。仿真结果表明,设计的姿态控制器有效地抑制了非对称结构损伤给飞机控制系统带来的不确定性和扰动,具有较好的控制性能。     

基于平滑切换策略的航空发动机转速调节控制设计

针对航空发动机控制系统,为了提高模型的精度以及解决切换控制带来的控制信号突变问题,建立了一种基于平衡流形展开模型(EME)和线性化模型的切换模型,并提出一种基于模糊控制和智能算法的平滑切换控制策略.首先,考虑到平衡流形展开模型的辨识误差使稳态精度有所下降,而线性化模型具有很好的稳态精度,结合平衡流形展开模型和线性化模型...