柔性关节机械臂振动抑制/柔顺统一控制

提出了一种可同时实现柔性关节机器人振动抑制控制和柔顺控制的自适应控制策略.所提出的控制策略为柔性关节机器人提供了振动抑制控制模式和柔顺控制模式的统一方案,将两种控制模式整合到一个控制器中,避免了设计两种控制器并在两种控制器之间切换,实现了两种控制模式的平稳过渡.本文还考虑了机器人连杆端和电机端动力学模型的不确定性,并通...     

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.     

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。     

风洞试验中的压电振动控制（英文）

风洞试验中常使用细长的悬臂支杆来支撑气动模型,但该支撑系统由于阻尼较低容易产生振动,从而限制了测试包线并影响数据质量。研究表明,通过使用基于压电作动器的主动式支杆阻尼器能有效抑制支杆振动。本文回顾了压电振动控制在风洞试验中的研究进展,包括主动阻尼器设计、控制方法设计和风洞应用3方面。首先分析主动阻尼器的不同设计方案及其减振原理;然后回顾用于主动阻尼器的控制方法,从经典控制方法(如PID控制)到各种智能控制方法;进一步总结主动阻尼器及其控制器在不同风洞中的实际应用,并评价其减振效果。最后,讨论风洞试验中的压电振动控制在未来发展中仍需要解决的问题。     

高耸化工塔风致振动的被动套环控制（英文）

化工塔结构水平方向刚度较小,受风荷载作用时,易产生涡激振动现象,进而产生较大横向振幅和内力。长期风致振动会影响化工塔的正常使用和耐久性能,严重危害其服役期内的安全。本文提出利用套环抑制化工塔风致振动的被动控制方法,预设吹气通道来引导绕流场的流动,从而破坏绕流场尾迹区的非定常旋涡脱落,达到流动控制的目的。本文通过加速度传感器测量化工塔模型在安装套环前后的加速度信号,再利用编程软件将其转换为位移信号数据,研究分别改变沿塔身套环布置的间距以及套环布置的位置的控制效果。试验结果表明,被动吸气套环控制方法能有效减小化工塔在风荷载下的振动幅度,从而能减小潜在风致振动。     

基于未知状态估计器和改进跟踪微分器的柔性关节预设性能反演控制（英文）

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题,提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器,该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造了一种新的有限时间收敛预设性能函数,并基于该函数设计反演控制器,用于在保证闭环系统所有信号有界的情况下,使关节跟踪误差在约定时间内收敛到预定的任意小区域。为避免反演控制器的微分爆炸问题,设计基于改进Sigmoid函数的跟踪微分器来估计虚拟控制律的微分信号。仿真结果表明,在未建模动态和外部未知干扰的影响下,所提方法能够保证关节跟踪误差在有限时间内收敛到任意给定范围,有效提高了柔性关节的瞬态和稳态性能。     

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。     

多约束条件下机械臂关节轨迹模糊控制算法

将单一约束条件下冗余机械臂关节角速度向量算法与模糊推理方法有效结合,实现多个约束条件下冗余机械臂关节角速度向量轨迹的控制。根据末端执行器的方向、灵活性、机械臂与障碍物的距离等约束条件的重要性,将多个约束条件排定先后次序。综合所有传感器的信息,由模糊推理确定某一时刻需要优化的约束条件,以及对每个约束条件的执行程度,使得在完成主要任务的前提下,所有约束条件都得到最大限度满足。仿真结果证明了所提出算法的有效性。     

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。     

基于协作机械臂的航电开关柔性检测算法

在基于协作机械臂的航电联调联试系统中,为了解决机械臂在检测航电开关时存在环境复杂、需要适应不同种类开关与定位误差等问题,提出了两种基于关节力传感器的航电开关柔性检测算法,用来检测航电联试环境中主要的3大类开关.基于外力阈值检测的接触定位与操作算法,通过广义动量观测器估计末端外力,并在控制机械臂运动时设置操作力阈值,实现...     

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。     

台风环境下冷却塔风致振动的案例研究（英文）

冷却塔是风敏感结构,其高度的增加使得抗风问题更加突出,尤其是在台风地区。本文采用主动风洞技术模拟了场地为B类粗糙度的良态风和台风风场,进行了某超大型冷却塔的刚性测压和气动弹性测振试验,系统地研究了良态风和台风场下塔筒壳体抗风性能。对塔筒喉部位置迎风点、峰值吸力点、分离点和背风点处所对应壳体的风压系数、峰值因子、功率谱密度和动力放大系数进行综合研究。研究发现:台风场下塔筒环向风压和风致响应存在更加明显的非高斯特征;同时共振响应占比更高,结构的动力放大因子最大值达到良态风作用下的1.18倍。本文的研究结果可作为台风地区超大型冷却塔抗风设计的参考。     

基于视听融合的宽频带振动频谱提取（英文）

提取振动频谱对于旋转机械的故障诊断至关重要。环境和噪声的多样化限制了传统单模态振动提取方法的性能。由于视听信号具有不同的采样频率、噪声和环境限制,视听融合算法可以有效解决单一模态存在的问题。基于此,文中提出了一种基于视听融合深度卷积神经网络的宽带频谱提取方法,该方法充分融合了不同模态的有效信息。该模型基于双流编码器从不同的模态中提取特征,使用深度残差融合模块提取高级融合特征并输出给解码器。实验结果表明,该模型的表现优于最新的振动提取方法,如Reg Net, MFCNN及L2L等,噪声环境下的振动频谱提取准确率提高15%。     

电动汽车用永磁同步电机电磁振动与噪声性能优化（英文）

在以往的电动汽车驱动电机设计中,经常忽略电机的电磁振动噪声问题,这无疑会降低车用电机的运行可靠性和使用寿命。为此,本文以一台车用内置式永磁同步电机为例,提出了一种在驱动电机电磁设计时进行电磁振动噪声分析和优化的方法。首先,基于电磁场理论和麦克斯韦应力张量法,推导并分析了引起电机电磁振动噪声的主要因素——气隙电磁力的主要空间和时间谐波构成。其次,通过建立电机电磁-结构-声多物理场耦合仿真模型,仿真分析了电机气隙径向电磁力时空谐波分布和定子模态分布,并初步计算了电机在高速工况下的振动和噪声性能。然后,结合有限元分析和现代优化算法,提出了一种在电磁设计阶段进行驱动电机电磁振动和噪声性能的优化方法。最后,通过所提出的电磁振动噪声优化方法改善了一台内置式永磁同步电机的电磁振动和噪声性能,并通过对比优化前后电机的电磁振动噪声性能,验证了所提出优化方法的可行性和有效性。     

面外弯曲振动薄板上的除冰剪切应力分布特征研究（英文）

基于压电驱动器激励振动的机械力学式除冰技术是一种重量小和能耗低的新型除冰技术,用于应对航空结冰威胁问题。其中机械振动引起的界面剪切应力和相应结构振动模态是该除冰技术研究中的两个重要方面。寻找合适的振动模态来产生足够的界面剪切应力以提高除冰效率是研究中的重要内容。薄板的振动模态通常用横向轴线和纵向轴线上的反节点数m和n来描述。本文目的是研究不同结构弯曲振动模态下除冰剪切应力的分布特征,从而为基于机械振动的结冰防护系统（Ice protection system, IPS）的详细设计建立目标振动模态的选择依据。通过理论分析和仿真计算,建立了界面剪切应力与结构振动模态参数之间的关系。采用“冰层-平板-压电陶瓷”的有限元分析模型（Finite element model, FEM）,仿真计算了不同振动模态下的应力应变水平,并根据仿真和实验结果分析了除冰剪切力的分布特征。最终给出了基于弯曲振动模态参数m和n的特征来确定除冰模态的选择标准。     

热环境下复杂边界环形板振动特性建模及分析（英文）

提出一种统一的方法来预测环形板在稳态热环境下的自由振动行为。基于谱几何法（Spectral geometry method, SGM）,采用改进的傅里叶级数展开环形板的位移。基于一阶剪切变形理论（First-order shear deformation theory, FSDT）得到了环形板的势能和最大动能。采用三组线性弹簧和一组旋转弹簧模拟环形板的任意边界,使用周向耦合弹簧以保证回转角为360°的圆环板周向边界的连续性,结合瑞利-里兹法构建环形板的理论模型,求解环形板的振动特性,通过与有限元（Finite element method, FEM）计算结果的对比,验证了该方法的准确性。本文采用无网格法,与目前主流的方法（如有限元法）相比,其计算效率更高。本文还研究了环形板的模态数值解和边界条件、内外半径比之间的关系。本文为环形板在工程实践中的应用提供了参考。     

（南京航空航天大学英文学报）征稿简则

《南京航空航天大学英学报》是面向国际的自然科学与工程技术的综合性学术刊物，创刊于1982年10月。主要刊载高水平学术论以及科研新成果，旨在促进国际间的学术交流，推动我国的科技发展。投稿要求：