Kinematics-based four-state trajectory tracking control of a spherical mobile robot driven by a 2-DOF pendulum

Spherical mobile robot has compact structure, remarkable stability, and flexible motion,which make it have many advantages over traditional mobile robots when applied in those unmanned environments, such as outer planets. However, spherical mobile robot is a special highly under-actuated nonholonomic system, which cannot be transformed to the classic chained form. At present, there has not been a kinematics-based trajectory tracking controller which could track both the position states and the attitude states of a spherical mobile robot. In this paper, the four-state(two position states and two attitude states) trajectory tracking control of a type of spherical mobile robot driven by a 2-DOF pendulum was studied. A controller based on the shunting model of neurodynamics and the kinematic model was deduced, and its stability was demonstrated with Lyapunov's direct method. The control priorities of the four states were allocated according to the magnification of each state tracking error in order to firstly ensure the correct tracking of the position states. The outputs(motor speeds) of the controller were regulated according to the maximum speeds and the maximum accelerations of the actuation motors in order to solve the speed jump problem caused by initial state errors, and continuous and bounded outputs were obtained. The effectiveness including the anti-interference ability of the proposed trajectory tracking controller was verified through MATLAB simulations.     

七叶侧斜螺旋桨设计参数对空泡性能的影响研究

为建立有效的预报螺旋桨空泡性能的方法,并基于该方法参数化分析七叶侧斜螺旋桨设计参数对空泡性能的影响,基于CFD方法建立了螺旋桨全湿流和空泡流非定常数值计算模型。通过对DTMB4381标准螺旋桨全湿流及空泡数值模拟结果与试验值的对比,验证了计算模型的准确性。通过对网格的收敛性分析,验证了收敛性并保证了计算精度。采用B样条曲线拟合方法拟合某七叶侧斜螺旋桨设计参数,通过改变控制点的值改变设计参数的分布型式。在此基础上重点分析了该七叶侧斜螺旋桨桨叶侧斜、弦长以及纵倾分布型式对螺旋桨空泡性能的影响,计算表明加大侧斜能够减小空泡面积,使空泡的随边边界向桨叶中心偏移,增大侧斜后螺旋桨平均推力较原型桨增大9.0%;增加盘面比会使空泡面积增大,但会降低螺旋桨单位面积的平均负载,增加盘面比后螺旋桨平均推力较原型桨增大11.8%;同时桨叶向压力面弯曲或向吸力面弯曲的计算都表明,一定程度的纵倾有利于改善螺旋桨的空泡性能。     

α'-AlH_3的制备及形成研究

以LiAlH_4和AICI_3为原料,通过乙醚法制备了AlH_3,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末颜射(XRD),研究了制备条件对产物形貌、晶型的影响规律。结果表明,氢化铝醚合物高温脱醚时,混合溶剂中乙醚比例是影响AlH_3晶型及形貌的主要因素,当结晶时,体系中乙醚不能及时除去,会导致α'-AlH_3的形成,且AlH_3形貌逐渐由立方体变成绒球状。伴生的α'型对AlH_3室温存储稳定性及安全性有较大影响,α'型存在加快AlH_3在室温下分解,且使得样品摩擦感度升高。     

临近空间环境对高空飞艇长时驻空影响研究进展

临近空间长航时浮空平台具有极大应用价值,高空飞艇与超压气球成为当前研究热点。从近年各国试验情况来看,国外已成功实现超压气球在临近空间高度的长航时飞行,但要实现高空飞艇长时驻空飞行,还有诸如环境预测、材料、能源、推进等很多关键技术需要突破。本文分析了临近空间环境要素特征,重点研究了大气密度、温度、风场、辐射和臭氧等要素对飞艇的影响,并借鉴超压气球高度、轨迹以及压力控制等相关技术,探索研究高空飞艇长航时驻空飞行的技术途径,对高空飞艇设计、研制与飞行控制有一定参考价值。     

风扇轴高/低周复合疲劳试验方法研究及设计

为了实现风扇轴在轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷联合作用下,真实模拟试验件边界环境,且不引入额外载荷的要求下进行高/低周复合疲劳（HCF/LCF）试验.采用机械设计技术、液压技术、计算机技术和数据采集技术,提出了轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的加载方法,建立了4种载荷的控制系统和标定系统,并设计了大涵道比涡扇发动机风扇轴试验器.试验器利用计算机测控系统,通过信号提取、电液伺服阀和机械系统可同时实现轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的协调加载.结果表明:试验器高周载荷加载频率可达到9Hz,低周疲劳载荷加载精度优于±0.12%,振动扭矩载荷加载精度优于±2%,92.75%的旋转弯矩加载数据精度优于±5%,旋转弯矩误差范围为±9%.试验器具有良好的重复性和线性度.      

微电网三相负荷不平衡的量子遗传优化算法研究

为了解决微电网中普遍存在的三相负荷不平衡问题,详细分析了微电网三相负荷不平衡特征,提出了一种新的微电网三相负荷计算方法,并采用了改进型量子遗传算法对模型进行优化求解。所用的量子优化算法中引入了双链式结构和动态旋转角调整策略,提出了一种新的改进型量子遗传算法,并求解得出合适的解,从而获得最优的三相负荷接入方案。最后通过算例仿真验证了所提模型、策略和算法的有效性和可行性。     

基于60°坐标系的两电平和NPC型三电平逆变器SVPWM算法研究

针对传统两电平逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)中大量三角函数运算以及输出电压谐波含量高的问题,研究了基于60°坐标系的SVPWM算法,深入分析了60°坐标系下两电平和二极管钳位型(NPC)三电平逆变器SVPWM的设计方法。通过MATLAB/Simulink软件的仿真研究,验证了基于60°坐标系的NPC型三电平逆变器SVPWM算法能够避免复杂的三角函数运算,同时减少了输出电压谐波含量,使输出电压波形更加正弦。     

基于龙伯格扰动观测器的永磁同步电机PWM电流预测控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)PWM电流预测控制中电机参数扰动造成的电流静差及振荡问题,提出基于龙伯格(Luenberger)观测器的PWM电流预测控制。首先,将系统参数扰动引入到电机电压方程,构建在参数扰动中拥有优良性能的Luenberger观测器来观测系统扰动。其次,离散化Luenberger扰动观测器,通过极点配置分析系统稳定性。最后,将观测器估计系统扰动引入含参数扰动项的电压方程中,为PWM电流预测控制算法提供实时性扰动补偿。仿真结果表明,所提算法能够快速无静差地观测出系统扰动,有效避免参数扰动造成的电流静差及振荡问题,提高电流预测算法的鲁棒性。     

基于占空比调节的无刷直流电机直接转矩控制

传统直接转矩控制(DTC)在每一个控制周期对电机施加一个不变的电压矢量,从而导致较大的转矩脉动,而且开关管的开关频率不固定。为减小转矩脉动同时使开关管的开关频率恒定从而提升系统的稳定性,将占空比调制技术引入到无刷直流电机(BLDCM)DTC系统当中,并研究了4种占空比生成方法对转矩脉动的抑制效果。由于引入了占空比调制技术,零电压矢量和非零电压矢量作用的时间随占空比的改变而改变,因此能够对转矩进行更精细的控制从而抑制转矩脉动。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

风储孤网系统小干扰稳定性分析研究

从电力系统运行的一般原理出发,开展风储孤网系统小信号稳定和动态稳定的研究,保障局部地区供电可靠性。基于特征值分析法和李亚普诺夫线性系统稳定性判据,对风储孤网系统小干扰稳定性问题进行了研究。提出风储孤网系统储能单元基于下垂控制模式的储能逆变器控制策略,并根据风储孤网系统各模块的控制策略建立相应的数学模型;基于特征值分析法进行风储孤网系统各模块数学模型的小干扰稳定性分析,并根据李亚普诺夫线性系统稳定性判据进行风储孤网系统的稳定性判断;基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建风储孤网系统仿真模型,通过仿真验证了风储孤网系统能够实现稳定运行,与小干扰稳定性分析得出的结论一致。研究成果可为风储孤网系统的运行稳定性研究提供理论参考。