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.     

基于振动台的TA11钛合金超高频疲劳实验和验证

提出一种利用电动振动台开展材料超高频疲劳实验的方法。采用TA11钛合金板材,在有限元计算的基础上设计出超高频疲劳试样,测试过程中的实际加载频率达到1756 Hz,同时在相同的应力水平下对该超高频试样和标准试样开展振动疲劳测试,对测试结果数据的一致性进行统计检验。结果表明:在相同应力条件下,本研究提出的超高频疲劳试样和标准振动疲劳的实验结果吻合较好。将本研究结果与同种材料的轴向高周疲劳和旋弯疲劳测试结果进行对比,一致性同样良好。     

一种基于白噪声的多点激励随机信号生成方法

为提高多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)线性随机振动试验系统中具有相关特性的多路驱动信号生成精度,基于驱动谱非负定Hermite特性及矩阵分解理论提出了一种CD(Cholesky decomposition)白噪声滤波信号生成方法。构造具有特定"频响特性"的传递系统,将一系列独立白噪声通过该系统得到具有预期相干特性、相位差以及自谱的平稳随机信号。建立悬臂梁两输入两输出线性振动系统仿真模型,将传统傅里叶逆变换时频转换方法与CD滤波法生成的驱动信号进行对比分析。结果表明新方法精度与参考值误差不足1dB。两轴振动试验验证结果表明,应用CD法既满足工程实际标准需求,又为振动环境试验提供理论依据。     

基于切片熵权的WHT多LFM信号识别方法

为提高在低信噪比与先验信息不足条件下对线性调频(LFM)信号识别能力,借鉴信息论中的熵权法改进WHT(Wigner-Hough Transform),提出了一种基于切片熵权的WHTE(Wigner-Hough Transform based on Entropy)算法。推导出LFM信号的WHT与对应特性,将WHT变换域内极半径和角度切片的熵值来转换为权重因子,进而对每个切片进行加权处理,采用双层权重以弱化噪声与干扰项的影响,并推导出LFM信号与高斯白噪声在WHT维度内不同假设条件下的概率密度分布函数,构建了对于LFM信号WHT后恒虚警检测的完备流程。通过理论分析与公式推导论证了算法的可行性,并与WHT、分数阶傅里叶变换与周期WHT算法的仿真对比,验证了算法的有效性,凸显WHTE算法能够在强噪声背景下与没有先验支撑时实现对LFM信号的良好检测。     

一种基于多普勒频率的恒模信号直接定位方法

相比于传统的差分多普勒(DD)两步定位方法,以Amar和Weiss提出的基于多普勒频率的单步直接定位方法在低信噪比和小样本条件下具有更高的定位精度。在该类新型定位体制的基础上,提出了一种基于多普勒频率的恒模信号直接定位方法。首先,依据最大似然(ML)准则以及恒模信号的恒包络特征,建立相应的直接定位优化模型。然后,根据目标函数的代数特征将全部未知参量分成两组,并提出一种有效的多参量交替迭代算法,用以获得该优化问题的最优数值解。新算法包含了针对这两组未知参量的Newton型迭代公式,用以避免网格搜索,并能实现多维参数的"解耦合"估计。最后,推导出针对恒模信号的目标位置直接估计方差的克拉美罗界(CRB)。数值实验验证了新方法的优越性。     

轴系非线性振动解析模型研究

针对高速柔性轴系振动中线性与非线性的耦合作用,定义了非线性尺度因子ε,构建了轴系振动耦合作用模型.该模型拓展了经典线性模型的研究思路,重点探讨轴系的非线性响应.应用多尺度法推导了转子非线性振动的通频解析解的Fourier级数形式,同时给出了非线性固有频率和基频近似频响方程（FRE）.通过实验验证了同尺度条件下（ε=1）,通频解析解及基频近似频响方程的非线性特性,以及解析耦合振动模型与通频解析解的合理性和有效性.      

航空发动机中介轴承的动力学减载设计

通过对3种典型的航空发动机中介轴承各30台份的试车数据统计,得到使中介轴承免受“同步冲击”的原则,即:中介轴承内、外环特征频率同风扇叶片气动激振频率的整倍数接近至2%的范围内的情况为危险区域,禁止发动机在此区域长期工作.继而提出了带中介轴承的转子系统优化迭代的动力学设计方法, 通过调整叶片数目或高、低压转子转速比,直至保证危险区域的范围不超过发动机工作范围（从慢车状态至最大状态）的10%.该方法可使中介轴承免受“同步冲击”,有效地降低轴承滚道上的动载荷,提高中介轴承的疲劳寿命.      

高压变频器试验用同步发电机组的设计特点

介绍了高压变频器试验用同步发电机组电磁设计和结构设计等方面的特点,基于二维时域有限元法对该同步发电机组两个电机的谐波分布、气隙磁场时间分布、起动过程中阻尼环电密时间分布等电磁特性进行计算和分析。通过同步发电机机组样机型式试验验证了设计方案的可行性,为该类高压同步发电机机组在高压变频器领域进一步应用奠定基础。     

变频电机动态性能试验的负载系统研究

针对传统变频电机试验系统只能在固定转速下进行负载试验,研究了一种用于变频电机试验的多转矩类型负载系统。变频电机动态性能试验负载系统是根据感应电机的特性,建立数学模型,通过计算,快速调节感应电机的供电电压和频率,从而模拟出多种类型的动态负载。研究了变频电机动态性能试验负载系统的工作原理、模拟方法,并进行仿真分析,表明其可满足不同负载类型下的变频电机动态性能试验要求。     

TiAl合金粉末射频等离子体球化过程数值模拟

采用数值模拟的方法对TiAl合金粉末的射频(radio frequency)等离子体球化过程进行研究,分析速度场和温度场对不同粒径TiAl合金粉末的运动轨迹及质量变化的影响。结果表明:粉体颗粒在等离子体的高温作用下温度急剧升高,表面蒸发导致粒径降低,太小的颗粒很快蒸发消失掉;在冷却塔下端,不同粒径颗粒的运动轨迹存在较大差异,小颗粒倾向于随气流进入气流出口,大颗粒落到冷却塔底部被收集;增大气流量会提高球化系统中的气流速度,导致在气流出口能被气流带走的颗粒粒径变大,收粉率降低;模拟得到TiAl合金粉末球化后的粉末粒径分布、平均粒径及收粉率等参数与实验结果比较接近,模型能够较好地符合实际球化过程。