面向柔性装配的全向移动技术

结合实际需求,设计了一种高可靠的模块化重载全向轮组和全向移动平台,具有结构紧凑、承载大、定位精度高的优势。全向移动平台采用4套集驱动、转向于一体的电动全向轮组,即每个轮组由两台电机分别进行行走和转向驱动。对其进行了全向移动功能、负载能力、运动精度以及刹车距离等试验。试验结果表明:全向移动平台各项功能指标达到了预期的设计目标,与工业机器人系统较好地完成了全向移动平台在柔性装配中的任务。     

基于多源测量数据融合的间隙与阶差自动化测量技术研究

针对间隙与阶差数字化测量问题,提出基于多源测量数据融合的间隙与阶差自动化测量技术,给出一种采用视觉测量传感器与全向机器人辅助执行机构协同配合的测量方式,并分析了系统组成。研究了该测量模式下的间隙与阶差测量工艺,并给出了多系统集成框架与控制方法以实现测量数据自动采集。最后基于QT开发间隙与阶差测量软件,并建立全向机器人测量平台进行试验验证。该研究为间隙与阶差高精度、自动化测量提供了技术支撑和方法指导。     

巡检无人机编队轨迹跟踪控制研究

针对单架无人机在多线电路巡检工程中效率低下的问题,提出一种巡检无人机编队控制巡检方法。针对编队过程中的饱和输入现象,采用领导者-跟随者控制算法进行无人机编队控制;在控制过程中将饱和考虑为干扰量,采用指数收敛观测器对饱和输入量进行估计;在姿态子系统控制中加入指数观测器来设计控制律,提升了编队系统的鲁棒性,最后通过李雅普诺夫稳定性分析判断系统最终达到渐近稳定。仿真结果表明了所提出控制算法的有效性。     

基于改进干扰观测器的稳定平台扰动抑制技术

航空遥感稳定平台可被应用于资源勘查、地理测绘等领域，可用于隔离载体飞行过程中相机的视轴抖动。由于装配等原因，稳定平台自身也会存在不平衡力矩、摩擦等干扰，这些干扰将影响稳定平台的视轴稳定精度。介绍了上述扰动对稳定平台的影响，并分析了这些扰动的形成原因。为了抑制这些扰动对稳定平台控制精度的影响，在基于传统干扰观测器的基础上，设计了改进型干扰观测器并将其加入到了稳定控制回路中，以形成扰动补偿控制，并对改进干扰观测器的扰动抑制效果进行了仿真分析。仿真结果表明，应用改进干扰观测器的稳定平台的扰动抑制效果明显优于传统PID控制算法，平台的稳定精度得到了进一步提高。     

五自由度磁悬浮轴承的扰动补偿控制系统设计

在比例-积分-微分(PID)控制的基础上加入扰动补偿环节,设计了五自由度磁悬浮轴承的扰动补偿控制系统.通过对转子运动模型的分析,修正并得到了更为精确的磁悬浮轴承扰动观测器模型.对离散化的扰动观测器进行了稳定性分析和参数整定方法研究,进而使扰动观测器的参数整定过程更为规范与便捷.实验结果表明:在PID控制基础上加入扰动补偿控制,转子受扰自由度的位移波动分别减小了38.7%和67%,转子在20000r/min转速下的轴心运动轨迹波动减小了21%,从而验证了扰动补偿控制相比于PID控制的优越性.      

基于降维负载转矩观测器的永磁同步电机转矩前馈补偿策略

针对飞机电蒸发冷却系统中永磁同步电机(PMSM)在不同工况下的抗负载扰动问题,研究了负载转矩前馈的方法,提出了一种基于降维负载转矩观测器的转矩前馈控制难点。针对降维负载转矩观测器提出工程化设计方法,通过将观测到的负载转矩补偿到电机电流环输入,实现电机对负载扰动的快速响应,提高了抗负载扰动能力。仿真和试验结果验证了降维负载转矩观测器设计方法以及PMSM负载转矩前馈控制算法的正确性和有效性。     

基于无位置传感器的永磁同步电机控制技术研究

永磁同步电机在应用中通常需要位置传感器,但是位置传感器的使用不仅增加了系统成本,而且增大了电机体积,限制了其应用场合,因此研究无位置传感器的电机控制技术具有重要意义。滑模观测器可以对永磁同步电机的转子位置和速度进行估算,但是传统的滑模观测器常采用含有符号函数的切换方式,在快速切换的同时容易产生抖振现象。为减小抖振并提高系统的稳定性,采用改进型滑模观测器对转子位置和速度进行估算,并将估算的速度和位置信息反馈给控制系统实现系统的闭环控制。最后通过半实物仿真平台对控制算法进行实时仿真,验证了方案的有效性和正确性。     

基于干扰观测器的四旋翼无人机离散时间容错控制

为了飞行控制方案便于在计算机上实现，针对具有外部干扰和执行器加性故障的四旋翼无人机（UAV）角度运动方程，给出一种基于干扰观测器的离散时间跟踪控制方案。通过设计离散时间干扰观测器抑制外部干扰和执行器故障的不利影响，并结合干扰观测器设计离散时间控制器。通过数值仿真验证了基于干扰观测器的离散时间容错控制方案的有效性。仿真结果表明，设计的离散控制器能够保证外部干扰和执行器故障综合作用下的四旋翼UAV系统跟踪控制性能。     

轮腿式火星探测机器人的多目标协同控制

火星探测任务要求机器人具有对未知的不规则地形的自适应能力和动态稳定性。针对轮腿式火星探测机器人,提出了基于运动学反解模型、车体姿态和轮壤接触力的多目标协同控制策略。通过车体姿态调整运动学建模、一阶低通滤波及腿部阻抗控制算法和基于腿部运动危险系数的重心高度调整算法,实现了车体姿态的跟踪控制、轮壤恒力接触控制和重心最优高度控制,提升了轮腿机器人在非结构地形中的自适应能力、运动稳定性及腿部运动空间的安全性。在MATLAB和UG中建立联合仿真模型,验证了控制策略的有效性。     

虚拟航天员多层次运动仿真模型研究与实现

为解决虚拟现实训练中航天员模型实时交互控制和失重运动仿真等问题,提出了一种多层次运动仿真模型,在运动控制层实现运动跟踪,并构建标准化人体运动模型;物理控制层采用物理引擎建立人体多刚体动力学模型;规则控制层为不同的运动方式制定相应规则,显示层使用骨骼蒙皮技术提升显示效果。通过各层次组合的方式,共同实现了虚拟航天员的交互运动仿真。通过两个应用实例,证明了该层次化组合模型实现的虚拟航天员运动,可同时实现实时交互控制、失重运动仿真、交互操作仿真、太空行走仿真以及较好的显示效果,并适用于多种任务场景的航天员训练。     

六自由度电动平台电动缸附加运动误差量化分析

六自由度电动平台通过六个电动缸的协调伸缩和旋转运动,结合上下铰链的两自由度转动,实现上平台在三维空间的六自由度运动.由于电动缸通过螺旋副实现缸杆的直线运动,其直线运动与旋转运动之间存在螺旋关系,因此缸杆相对于缸筒的被动转动会引起缸杆的附加直线运动,从而对六自由度电动平台的位姿精度产生影响.针对六自由度电动平台进行了运动学分析.在此基础上进一步计算了电动缸在平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动,并对该运动引起的误差进行了量化分析.仿真结果表明,在六自由度电动平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动误差达到毫米数量级,将会对平台的位姿精度产生显著影响.对于高精度运动平台来说,必须研究补偿算法对其进行补偿.     

五自由度位移平台控制系统设计

介绍了一种五自由度位移平台控制系统的设计。该系统为风洞流场中温度、压力等传感器进行测试提供位移平台。采用自行设计的运动控制器,结构简单,控制精确;移植了嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ,通过μC／OS-Ⅱ来调度运动控制器的多个任务;采用PC机作为上位机,为用户提供友好的人机界面。     

一种多旋翼多功能空中机器人及其腿式壁面行走运动规划

 提出了一种既可实现飞行功能又可实现壁面运动的多旋翼多功能空中机器人。设计了机器人的结构,分析了其工作原理,研究了机器人腿式壁面行走模式下腿/足与壁面接触时的机体动力学。结合多旋翼推进的机理对机器人在壁面运动模式下的步态进行了规划,基于非线性轨迹线性化控制(TLC)法设计了空中机器人在步态过程中的姿态稳定控制器。在MATLAB环境下对机器人的腿式壁面运动进行了仿真分析研究,仿真结果表明了所设计的步态及其稳定控制方法的可行性。     

多轴液压联动实时插补控制算法

分析了液压系统位置控制的特点和难点,研究了多轴液压联动控制时运动轨迹滞后大、速度不平稳等问题,采用设置主、从变量并对主变量预估的方法,提出了多轴液压联动运动轨迹的实时插补控制算法,并进行了算法的误差分析,给出了算法编程实现的具体步骤。     

无刷直流电机直接转矩控制系统的相电流检测及处理

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制系统中,相电流的正确检测是实现转矩控制的前提。研究了BLDCM电磁转矩与相电流的关系,设计了相电流检测的硬件电路与软件算法。由霍尔电流传感器检测出相电流大小,经调理电路送入DSP的AD转换模块。针对AD转换带来的偏移和增益误差,采用最小二乘法及线性拟合函数进行数据校正；针对个别数据导致的偶然误差,提出了电流复合滤波方法；针对周期性干扰,在AD校正后加入了一阶滞后滤波。试验结果证明,所采用的相电流检测与处理方式降低了电流检测误差,实现了转矩的实时观测与直接控制,有效抑制了转矩脉动。     

Adaptive Sliding Control of Six-DOF Flight Simulator Motion Platform

本文使用Newton-Euler法推导了六自由度飞行模拟器运动平台完整的线性化形式的动力学方程,并以此为基础,提出了一种在任务空间中的非线性自适应滑模控制方法。这种控制方法将系统中的不确定性分为定常不确定参数和时变不确定参数,利用非线性自适应控制对定常不确定参数进行辨识,同时结合滑模控制对时变不确定参数和外部扰动进行补偿。通过数值仿真分析表明,该控制策略能准确识别运动平台的载荷、惯量、重心等参数,同时又能有效地提高系统的鲁棒性能。     

旋转调制式惯性平台的圆锥运动误差

转调制式空间稳定平台采用陀螺壳体翻滚技术,陀螺壳体翻滚在平台伺服跟踪作用下将形成圆锥运动。圆锥运动误差会引起陀螺漂移,对高精度、长航时惯性导航系统的精度将造成严重影响。首先,介绍了高精度、长航时旋转调制式惯性平台的基本工作原理,推导了平台上的陀螺沿旋转主轴相对地球的角速度。其次,阐述了陀螺壳体翻滚的圆锥运动,推导了壳体翻滚装置和框架伺服系统的跟踪误差及牵连运动角速度引起的圆锥运动附加漂移误差公式。再次,根据数值举例给出了计算机仿真曲线,指出该误差对高精度系统的危害。最后,得出结论：为了实现圆锥运动误差极小化,确保系统长时间运行精度和可靠性,必须实时扣除牵连运动角速度引起的圆锥运动误差分量,并优化设计壳体翻滚装置与平台伺服系统。     

基于SOC的多轴稳定系统回路控制

围绕基于多通道信号处理与控制SOC芯片实现惯性平台系统典型控制回路,进行了设计方法、流程及最终实现结果的阐述.首先,依据平台系统的要求制定系统工作流程;之后根据硬件资源进行各工作流程的分配和调整;再进行数据采集处理、算法实现、过程数据处理、PWM输出处理、其他输出量处理;最终通过功率级将电信号传输给平台上的执行元件,实现平台系统四条典型控制回路.此方法能够适应多种算法和系统需求,可实现自主化、小型化,且功耗小、可靠性高.     

基于模糊径向基函数神经网络的永磁同步电机滑模观测器设计

针对传统滑模控制易导致系统出现抖振的问题,提出了一种模糊径向基函数(RBF)神经网络滑模观测器来实现永磁同步电机(PMSM)无传感器控制。为了减小观测器系统抖振,利用模糊RBF神经网络算法动态调整滑模增益,并采用李雅普诺夫稳定性定理证明了该模糊神经网络观测器的稳定性；利用锁相环(PLL)技术提高估算精度,并削弱计算噪声。基于MATLAB/Simulink软件平台搭建了仿真模型,将模糊RBF神经网络滑模观测器系统与传统滑模观测系统进行对比。结果表明,与传统的滑模观测器相比,新型滑模观测器能够快速、有效地跟踪转子位置,精确估算出转子速度,同时具有较好的动态特性。