基于奇异摄动与神经网络的柔性臂控制

运用拉格朗日法建立了臂杆柔性的机械臂的动力学方程。为解决柔性臂末端位置的跟踪及克服柔性臂在运动中的振动问题。运用奇异摄动法将系统分解成快、慢两个子系统，设计混合控制器。通过设计神经网络控制器线性化慢系统。使其轨迹跟踪期望值。用线性状态反馈配置极点稳定快系统，抑制振动。一个单杆柔性机械臂的仿真算例表明，本文的控制方法保证了柔性臂刚性运动的精确跟踪，同时消除了弹性振动，避免了零动力学不稳定问题。     

柔性机械臂的模糊自适应控制研究

提出了一种用于柔性机器人操作臂控制的模糊自适应控制策略。由于柔性臂的结构特点，在进行其操作臂的控制研究时，必须考虑系统的振动特性才能达到末端的高精度控制。本将拉格朗日法和假设模态法相结合，建立了单自由度柔性臂系统的动力学方程，提出了一种模糊自适应控制策略。在柔性操作臂末端带有不同载荷的情况下，分两种类型进行了控制仿真实验：定位控制和轨迹跟踪控制。仿真结果与传统的PD控制仿真实验结果相比较，表明模糊自适应控制器在轨迹跟踪和系统的振动抑制方面反映出更好的稳定性和鲁棒性，适用于柔性机械臂系统的动力学控制。     

自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的组合控制

针对自由浮动空间柔性机械臂,讨论了在笛卡尔坐标系中机械臂对刚性载荷的轨迹跟踪控制和连杆柔性振动主动控制问题。基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒定律,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的动力学方程。在此基础上,采用奇异摄动法将系统分解为慢变和快变两种尺度时标的子系统,设计模糊终端滑模控制器和Backstepping控制器分别对两个子系统进行控制,由此得到的组合控制使得机械臂按期望轨迹对刚性载荷进行精确在轨操作,同时抑制了柔性连杆的弹性振动。通过数字仿真验证了上述方法的有效性。     

展开/折叠式伸展臂几何设计

介绍了展开／折叠式结构的设计过程，分3阶段；设计阶段、模型阶段和优化阶段。每一阶段均有相应的控制指标。由此设计出一种三棱柱伸展臂，该伸展臂由三棱柱模块叠加而成，通过电机驱动滑块进行展开／折叠运动。对伸展臂的运动机理进行了分析，最后经过优化阶段，最终确定了杆件的直径和节点形式。实验室模型表明，该伸展臂具有驱动简单，杆件类型少，制造方便的优点。     

大范围运动柔性结构动力学离散方法比较研究

关于大范围运动柔性结构的刚柔耦合特性的研究已经取得了很大进展,但是针对结构变形场离散方法的研究相对较少,采取合理的离散方法对柔性结构的研究具有举足轻重的作用。以单臂柔性机械臂为例,对大范围运动柔性结构动力学离散方法——假设模态法、有限元法和广义坐标法进行了归纳,并对在平面内运动的匀质和非匀质单臂柔性机械臂的动力学响应进行了计算,进而对各种离散方法进行了比较研究。     

旋翼与机身耦合的多柔体动力学方程

在分析旋翼系统的挥舞、摆振和变距运动的基础上，应用柔性多体理论建立旋翼系统的动力学方程，并利用超单元技术建立机身动力学方程，然后根据模态综合技术建立旋翼与机身耦合系统动力学方程。同时作线性处理，计算一个简单模型的固有频率，为旋翼与机身耦合系统的振动特性和响应分析提供一种新模型。     

基于多学科仿真模型的空间机械臂优化设计与应用

空间机械臂在载人航天活动中有着迫切的应用需求。航天器尺寸、质量等因素的限制使得空间机械臂具有大柔性、操作对象多以及负载变化大的特点，给机械臂的设计验证与任务验证均带来较大挑战。详细分析了空间机械臂设计验证及任务验证对多学科仿真模型的需求，完成空间机械臂多学科仿真模型建模、修正与验证工作，将修正后的仿真模型成功应用于后续中央控制器测试，在轨任务验证及数字机械臂的开发等多个方面，解决了空间机械臂任务验证的难题。     

机动武器系统变拓扑柔性多体系统动力学及仿真

基于柔性多体动力学理论，提出了变拓扑结构多体系统动力学建模方法，将系统约束分为基本约束和条件约束，研究运动相容性方程和铰接摩擦力的建模，对机动武器系统发射出筒过程进行动力学建模与仿真分析，此项研究可应用于机动武器系统的设计与分析。     

最小二乘影响系数法的优化改进

阐述了柔性转子高速动平衡的最小二乘影响系数法和加权最小二乘法的基本原理，在此基础上提出了基于遗传算法的最小二乘法，并对考虑平衡质量受限时的最小二乘法进行简化修改后得到了限制配重的最小二乘法。比较分析这几种方法的适用性，进行了算例分析。结果表明，在对平衡配重量及平衡后的残余振动值要求不同时，应该分别采用不同的改进最小二乘法。其中基于遗传算法的最小二乘法，综合了以上改进最小二乘法的适用性，使平衡配重量和残余振动值均达到了优化。     

基于实值编码遗传算法的起重机伸缩臂结构优化

实值编码遗传算法(RCGA)的染色体空间和问题解空间是同一个空间，较好地解决了二进制编码遗传算法(BCGA)存在的求解精度和冗余代码等问题；给出了改进的交叉和变异操作算子；RCGA自然集成工程领域知识．弥补BCGA语义的不足．就实现而言．RCGA可有效继承常规数值算法的代码。因此，RCGA更适合有连续变量的复杂的工程数值优化问题。本文建立了多工况的基于惩罚的RCGA模型用于起重机伸缩臂的优化设计，该模型比常规方法更符合工程实际，优化结果令人满意，证明RCGA在工程设计中有实用意义。     

计及关节及杆柔性的空间机械臂抓取控制

针对考虑关节及杆柔性的空间机械臂动力学与抓取控制问题,以三连杆柔性机械臂为研究对象,考虑臂杆的横向弯曲变形、纵向拉伸变形及由于横向变形引起的轴向收缩的二阶耦合量等,并通过引用转子扭簧模型来考虑柔性关节的影响,应用Lagrange方程和假设模态法建立动力学模型.引入“动态抓取域”来描述机械臂的抓取过程,采用关节主动阻尼控制来抑制抓取过程中的碰撞激振力,分析了匀速抓取和加速抓取两种策略的机械臂柔性关节的变形特性.仿真结果表明:关节柔性减小了整体碰撞力,在碰撞过程中起到一定的缓冲作用;加速抓取控制下比匀速抓取控制下的关节变形小,前者整体优于后者.     

带滑移铰空间机械臂惯性轨迹跟踪的反馈控制

利用多体动力学方法对浮动基带滑移铰车间机械臂的运动学,动力学作了分析,首先,根据系统结构几何关系并结合系统对总质心的动量矩守恒关系,导出其末端抓手动速度与关节铰速度之间的广义Ｊａｃｏｂｉａｎ关系,然后,利用系统动力学方程及运动的广义Ｊａｃｏｉａｎ关系,研究了载体位置,姿态不受控情况下,共末端抓手跟踪惯性空间期望轨迹的反馈控制规律。研究结果表明,在系统动力学参数及动力学模型精确确定,跟踪误差及需要的     

大长细比旋转式火箭弹柔性变形对弹道运动的影响

为了研究柔性小变形对大长细比旋转式火箭弹弹道运动的影响,建立了旋转式火箭弹的刚柔耦合动力学模型。运用有限元法来解算弹体柔性小变形,运用弹道仿真来解算空间大运动,通过两种解算方法之间力和攻角的交换来完成刚柔耦合过程。对比了刚柔耦合模型和纯刚体模型的部分弹道。由对比可以看出弹体的柔性变形对火箭弹弹道影响很大,必须充分予以考虑。     

圆柱-球体三自由度超声电机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声电机。研究了其中两个自由度的运动轨迹跟踪控制策略,并将其应用于电机样机的控制。其中,运转速度的控制采用激励电压幅值调节法,针对位置控制提出了两种运动轨迹控制策略一种是逐点比较控制,另一种是矢量分解控制。本文提出了调节激励电压幅值的3种脉冲宽度调制(PWM)方法,对这些方法作了比较,并通过一系列实验得到验证。结果表明当改变激励电压幅值时,保持3个振动模态的相位差不变和激励电压信号不失真,是简化控制过程、提高控制性能的关键;矢量控制法效果较好,并有轨迹跟踪误差小、运动平稳和噪声小等优点。     

回转起重机吊重摆振的机器人动力学模型

采用机器人动力学的方法建立了回转起重机工作装置的机器人操作手模型.该模型能够综合地反映回转起重机进行回转、变幅和起升运动时吊重运动的动态行为.采用递推的牛顿-欧拉方法,推导得到系统的动力学方程组,并对起重机进行回转作业时吊重摆振进行了计算机仿真.采用机器人动力学方法推导起重机吊重摆振动力学方程具有准确、方便、规律性强的优点.研究结果为起重机设计提供了理论依据,为吊重摆振的控制提供了一个较为精确的数学模型.     

关节铰柔性多体系统动力学研究

针对关节铰柔性多体系统建立了Ｒ／Ｗ体系的动力学方程，并进一步推广到非树及约束型多体系统，本文采用适合描述弹性变形和进行弹性体离散的刚性连体浮动坐标系，用相对描述方法来分解部件的运动，用部件模态方法对弹性体进行离散，从达朗伯原理出发建立了Ｒ／Ｗ体系的系统动力学方程。方程对于运动的分解，部件的弹性离散以及对系统的结构描述都比较直观和简单，系统的广义坐标数目也小。方程推广到非树系统和约束系统后，采用奇异     

柔性机器人终端振动抑制准时间最优控制

机器人运行速度的提高受到其高的加、减速度所激励的振动的限制。因为手臂的振动降低了手臂到达终点的定位精度,并延长了定位到终点的时间。本文提出了一个用死拍控制规律来提高柔性机器人的运行速度、抑制终端振动及提高定位精度的设计方法,它可提高如航天飞机舱外遥控机械手的定位精度,以及机器人自动化生产的劳动生产率。     

航天飞机再入大气层最优轨迹

本文研究航天飞机再人大气层最小气动加热的最优轨迹。文中考虑了地球自转的影响和气动加热、动压、过载对再入飞行的限制。在地心非惯性坐标系中,采用球面速度坐标系建立运动方程。再入点的运动参数是在惯性计算系中给出的,故地心非惯性系的再入参数是经过惯性计算系到非惯性计算系的转换而获得的。文中最优轨迹的性能指标采用气动加热量的最小值,最优轨迹的求解方法采用非线性规划法,即将控制变量参数化,把泛函的极值问题转变成函数的极值问题进行求解,因而可以利用函数优化方法的标准程序进行计算。本文在性能指标中引进了罚函数,并采用Powell方法求解无约束的最优化问题。文中进一步用运动参数描述控制变量,这不但便于初值的选择,而且还便于考虑一些参数变化规律的要求。本方法使用方便,计算结果稳定可靠。