能量辅助骨骼服NAEIES的开发

骨骼服是一种辅助人承受负载,有效增强人的负重能力,并帮助人们在各种地形条件下行走,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。文章介绍了海军航空工程学院开发的能量辅助骨骼服(NAEIES)的系统组成及工作原理。NAEIES采用上肢控制下肢的原理,通过测量上肢的运动信息,控制下肢膝关节的运动,而下肢髋关节的运动则通过气弹簧来巧妙地实现,良好的实现了骨骼服在承载的同时,跟踪人的行走步态。     

计算机辅助制定劳动定额分类编码系统的结构设计

应用计算机技术,实行计算机辅助制定劳动定额,已成为解决传统手工制定劳动定额效率低、误差大等问题的有效途径。本文就计算机辅助制定劳动定额分类编码系统的结构设计、应具有的特点进行了一些初步探讨。     

双定子盘式永磁同步电机控制策略

对一种具有双定子的盘式永磁同步电机进行了讨论、分析与试验验证。双定子电机因其具有的高转矩密度、控制灵活等特点受到了越来越多的关注,然而在实际应用中,如何进行双定子的能量分配以使系统效率最优也成为了一个难点。因此,提出一种基于MAP图的转矩分配策略,并在以TMS320F28335为主控芯片的试验平台上对电机进行了试验验证。试验结果表明所提出的控制分配策略能有效地保证双定子电机系统高效运行。     

SMA智能梁结构振动控制试验研究

形状记忆合金(SMA)材料凭借其弹性模量大幅度温变特性被成功应用于智能梁结构变刚度振动控制。根据变刚度控制原理,制定合理的控制策略,成功降低了系统的稳态和瞬态振动响应。试验发现:所采用的Ti50Ni41Cu9三元记忆合金具有较高的热响应速率,在温度控制下相变前后弹性模量能够发生4倍以上变化;将记忆合金板安装于组合梁根部,能够显著调节结构的前3阶固有频率;通过对记忆合金进行变温操作,有效降低了系统共振状态的响应,并研究了变刚度速率对系统非线性特征和控制效果的影响;通过制定温度加载策略,成功实现了宽频段变频激励下智能梁瞬态振动响应的控制。研究结果表明,对记忆合金进行温度控制可以有效改变结构的固有频率并影响振动特性,跨越共振区时进行变刚度操作所导致的非线性特征能够有效分散主频振动能量,较快的刚度变化速率有助于振动响应的进一步降低。     

压电驱动器的气动弹性应用

 随着压电智能材料与结构的发展,压电驱动器在气动弹性控制领域占据重要地位。使用压电驱动器控制翼面变形,利用而不是抵抗气动弹性效应可以控制升力、力矩以及它们的分布。采用基本相同的智能结构翼面控制系统,根据不同的控制目标需求,使用压电智能材料驱动器可以达到多种目的,包括静态的形状控制与动态的颤振抑制、抖振控制与阵风响应控制。静态控制方面例如改变翼面形状获得附加空气动力以增加升力、提供横滚力矩、改变升力分布以减小诱导阻力或减小翼根弯矩等;动态控制例如利用改变翼面形状产生的附加空气动力作为控制载荷,改变气动弹性系统的耦合程度,根据控制效果要求可作为气动阻尼、气动刚度或气动质量。这种控制方法可以减轻结构重量,提高操纵效率,扩大飞行包线,提高材料利用率,已成为可变形飞行器的重要研究内容。本文主要阐述压电驱动器气动弹性应用的动机与机理、发展与成就以及问题与展望。     

利用压电驱动器改善飞机的横滚性能

利用分布粘贴在矩形机翼上下两面的压电驱动器 ,验证了使用该类结构提高飞行器横滚能力的可能性。针对常规的副翼操纵面与虚拟操纵面 (FictitiousControlSurface)两种方案 ,比较了在不同速压或不同刚度下两类方案的表现。分析结果表明二者有本质的差别 :对于常规的副翼操纵方案 ,气动弹性效应是不利的 ,必须保证机翼具有足够的结构刚度以防止副翼反效问题 ;但对于虚拟操纵面方案 ,气动弹性效应是有利的 ,可以使用较小的能量控制较为柔软的机翼达到要求的横滚性能。计算结果显示 ,利用压电驱动器的方案可以大大减少结构重量     

高可靠电机系统主动变结构与容错控制技术

为了更好地、更高性能地适应航天器多极端工况对伺服系统输出特性的需求变化以及高可靠应用需求,提出了一种新型高可靠电机系统,其主要包括变结构控制器、可变结构驱动拓扑和变结构容错电机。根据系统所需,通过在线变换驱动器与电机绕组的连接方式,重构电机系统结构和参数,进而改变电机系统的输出性能,最终实现每个工况下均能达到航天任务所需性能最优的目的;在驱动器或者电机绕组发生故障时,亦可通过电机系统结构变换,将故障进行隔离并进行容错控制,让剩余的正常部分还能输出所需的扭矩,实现电机系统的带故障运行,保证系统具有故障-工作的高可靠性能力。     

串并联混合型末端执行器设计与柔顺控制研究

包含末端执行器设计及柔顺控制方法的在轨柔顺抓捕技术是空间机械臂进行空间探索与实验的基础。基于DELTA型并联机械臂,拓展设计了针对非合作目标抓捕的空间机械臂串并联混合型末端执行器及其基于主动柔顺控制的位置-力阻抗控制器。利用ADAMS与MATLAB对末端执行器系统进行了控制仿真,分析了影响柔顺抓捕控制的关键参数。结果证明设计的末端执行器可以有效地对非合作目标进行抓捕,且抓捕具有一定的柔顺特性;表明影响柔顺抓捕控制的关键环境阻抗参数为环境刚度。     

K8V变稳飞机飞行试验验证系统

介绍了Ｋ８Ｖ变稳飞机飞行试验验证系统的组成及功能,分别阐述了该系统的飞控软件综合验证子系统、机上地面试验数据采集与处理子系统和飞行试验数据处理分析子系统等三部分的组成、工作原理、以及在飞行试验各个阶段的不同特点和作用。通过Ｋ８Ｖ变稳飞机飞行试验的应用,表明该系统能够满足变稳飞机的软件维护、系统验收试飞及后续的应用研究,具有实时,快速,准确,自动化等优点,可为Ｋ８Ｖ变稳飞机应用研究提供重要的支持手段     

外骨骼伺服驱动器效率提升研究

以电机驱动为动力源的外骨骼具有控制精度高、安全可靠等特点,然而能耗问题限制了此类外骨骼的工作时长.为提升外骨骼伺服驱动器效率,对永磁同步电机的调制策略进行研究.通过不同调制策略的开关损耗对比分析,提出了基于不连续脉宽调制技术DP WM的效率优化控制策略,并采用基于零序分量注入的方法,实现调制策略的归一化生成.对驱动器效...     

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。     

弹簧在下肢外骨骼重心调整中的应用

通过对外骨骼在一个步态周期中重心变化的分析,提出髋关节使用螺旋弹簧结构设计来调整重心高度的方法,使负荷重心在行走过程中维持一个水平高度,减少额外的能量消耗。通过外骨骼的受力分析和等升角圆锥螺旋弹簧疏圈理论,提出一种弹簧选取的设计计算方法,计算的结果说明设计的可行性和方法的正确性。     

Design and Simulation of Electro-hydrostatic Actuator with a Built-in Power Regulator

The electro-hydrostatic actuator (EHA) is a kind of power-by-wire (PBW) actuator that converts the electrical power into localized hydraulic power for flight control. By removing the central hydraulic power supply together with hydraulic pipes, an EHA's reliability and efficiency are greatly improved but its frequency width and stiffness decreased. To overcome the drawback, this article proposes a novel structure of EHA associated with a power regulator. Composed of a high-pressure accumulator and a proportional valve, it can store and harness the hydraulic power flexibly according to the changing control requirements. The concept of transferred volume is put forward to estimate the capability of the power regulator. The actuator output position can be kept fixed with a hydraulic lock. The compounded control is specially developed to ensure the actuator system to operate in a correct manner. The simulation results indicate that the new-brand actuator results in efficient expanding of the system frequency width with an optimal power supply.     

大功率多相变频驱动系统设计

与传统三相变频器相比,大功率多相变频驱动系统在功率不变的情况下可以通过增加相数降低电压,并在极短时间内进行飞车起动、在缺相情况下进行并网、旁路运行。整个系统具有安全可靠、系统效率高、低振动、低噪声、低成本、节能环保等优点。对高低压转换星型多相变频驱动系统拓扑结构进行了详细说明,对大功率多相变频驱动系统进行了参数与结构设计,并通过工程样机测试验证,依据数据分析、试验结果、现场运行验证了该产品的先进性。     

作动器输出机构刚度优化设计与仿真分析

作动器输出机构的变形可以看作是输出轴体扭转变形与摇臂变截面悬臂梁变形的综合。从材料力学的角度出发,详细推导了作动器输出机构机械刚度的理论计算方法,并以此理论为依据对作动器输出机构的结构进行优化设计。通过仿真对比确定优化设计的正确性,为工程应用提供了有力的理论支撑。     

风扇叶片丢失激励下转子-支承系统结构安全性设计策略

以高涵道比涡扇发动机风扇叶片丢失载荷激励下的转子-支承系统为研究对象,提出了一套结构安全性设计策略,即通过支承方案与载荷分配、变刚度支承结构和支承结构变形控制,结合转子结构动力学特性设计,实现转子结构安全性设计.研究表明:风扇后支点采用变刚度支承结构设计,能够在转子减速停车过程中减小风扇局部振动临界转速与相应振幅.通过设计滚珠轴承支承锥壳锥角,能够使支承具有较高的轴向承载能力并减小转轴变形对滚珠轴承的影响.轴承座底部与转轴间采用鼓形配合面连接设计,能够在大弯矩作用下通过配合面相互滑移避免支承随转轴变形,保证轴承安全.研究结果可为恶劣载荷作用下高涵道比涡扇发动机结构安全性设计提供依据.      

无人机单、双尾撑布局的结构效率研究

为了探讨在总体设计中单、双尾撑布局无人机的结构效率,本文采用工程梁方法对这一设计问题进行简化与建模,作为无人机设计时对结构因素的考虑。理论推导与实际算例结果均表明,双尾撑布局比单尾撑布局具有更高的结构效率,因而从结构刚度上能够解释很多无人机采用双尾撑布局的理由。最后,作者给出了3点结论。     

自动变桨距螺旋桨电推进系统能效优化方法

为了提升自动变桨距螺旋桨电推进系统的整体效率,引入最优功率控制规律：自动变桨距螺旋桨电推进系统可根据飞行工况和推力需求,同时调节桨距角和螺旋桨转速两个变量,最终获得一组桨距角和螺旋桨转速的组合,使得推进系统在满足推力需求的情况下实现最小的功率消耗,最终达成飞行任务剖面内最小能耗控制的目标。为了验证方法的有效性,针对同一电推进系统,分别采用最优功率控制规律和恒速控制规律完成相同的飞行任务剖面,获得了两种控制规律下的螺旋桨推进效率、电动机效率、电推进系统总效率和电推进系统能耗数据。结果证明：相较于恒速控制规律,最优功率控制规律能够有效的提升电推进系统效率并降低能耗,完成相同飞行任务剖面的能耗降低6.3%左右。     

脉冲介质阻挡放电等离子体热效应实验

为了研究介质阻挡放电的热效应,将介质阻挡放电等离子体激励器(DBDPA)安装在一个小型量热风洞中,采用微秒级脉冲等离子体电源驱动DBDPA产生放电等离子体。分别应用Lissajous图形分析方法和量热学原理获得了DBDPA的放电功率特性和热功率特性。结果表明:①脉冲介质阻挡放等离子体的放电功率、热功率和热效率均随着激励电压峰-峰值和激励频率的升高而逐渐增大;②脉冲介质阻挡放电等离子体的放电功率和热功率与激励电压和激励频率之间均存在幂函数关系,即脉冲式介质阻挡放电等离子的放电功率正比于激励电压峰-峰值的1.75次方,正比于激励频率的1次方,其热功率正比于激励电压峰-峰值的5.0次方,正比于激励频率的1.5次方;③在激励电压和激励频率这两个参数中,优先选择提高激励电压峰-峰值更有利于提高热效率,也可更快地提升介质阻挡放电等离子热功率中气体加热功率的比例。      

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。