基于FPGA的谐波式电动舵机滑模控制研究与应用

根据谐波式电动舵机工作原理,推导了其数学模型;并针对谐波式电动舵机的特殊结构,在建模时充分考虑了摩擦和间隙非线性对舵机系统性能的影响.针对舵系统中存在的非线性问题,提出了一种滑模控制(SMC)算法;进一步为了解决滑模控制固有的抖阵问题,采用边界层与低通滤波器技术共同消除控制量的抖阵,并仿真验证了该算法的有效性.最终,采用数字芯片FP GA实现了该控制算法,并加以实验验证.实验结果表明:与传统比例积分微分(P ID)控制相比,基于滑模变结构控制的电动舵机的抗干扰和鲁棒性等有较大改善;且在偏转小角度时,由摩擦和间隙非线性导致的空回和时间延迟问题也得到了较好的抑制.     

采用ABC算法的关节机器人动力学参数辨识

实验辨识机器人动力学参数是获取基于模型的控制器参数的主要方式。针对一般方法仅能辨识线性动力学模型从而辨识精度不高的问题,提出采用人工蜂群(Artificial bee colony,ABC)算法辨识机器人动力学模型。通过Newton-Euler法建立关节型机器人的刚体动力学模型,并用低速动态特性更佳的非线性摩擦模型描述关节间摩擦特性,代替传统的库仑-黏性摩擦模型。优化辨识实验所用的激励轨迹,采集实验数据进行必要的预处理后,采用ABC算法辨识机器人动力学参数。结果表明,ABC算法能够精确辨识动力学参数,基于辨识结果的预测力矩抑制了误差峰值的出现。应用辨识结果设计基于模型的前馈控制器,实验结果表明基于模型的控制器能够提高轨迹跟踪精度。     

摩擦因数时变的节点外啮合齿轮系动力学分析

以外啮合节点后啮合单级齿轮传动系统为研究对象,建立了系统六自由度非线性动力学模型,考虑了时变啮合刚度、时变齿面摩擦、载荷在啮合区动态分配以及齿侧间隙的影响。采用能量法计算了时变啮合刚度。基于弹流润滑（Elasto hydrodynamic lubrication, EHL）理论计算了时变摩擦因数,与库伦摩擦模型进行了对比分析,得到了齿轮副非线性振动方程,同时采用数值方法求解了系统的动力学微分方程组,得到了系统的时域动态响应和相图,并分析了系统的动力学特性。     

大粘滞摩擦因数的永磁伺服系统自适应反步控制

对于粘滞摩擦系数大的永磁伺服系统,传统的自适应反步控制会导致参数辨识结果波动较大、不易稳定、转速跟踪性能较差。设计了一种实时辨识粘滞摩擦因数的自适应反步控制器,同时对转动惯量、负载转矩和粘滞摩擦因数进行辨识,提高了对粘滞摩擦因数较大系统的转速跟踪性能和转动惯量及负载转矩辨识精度。所提方法结构简单、易于实现,在dSPACE公司的DS1103系统试验平台上对其进行了试验验证,试验结果表明了所提方法的正确性和有效性。     

TiAl金属间化合物与42CrMo"三体"摩擦焊接头的热机械处理

在对"三体"摩擦焊热机械处理(TMP)的作用原理进行理论分析的基础上,研究了接头的组织变化和动态再结晶规律,从而形成了以摩擦焊热力耦合与焊后热处理制度复合的TMP模式。     

喷雾共沉积石墨增强锌基复合材料的低频内耗

 在ZA27合金中添加50mg.g-1Si并采用喷雾共沉积技术制备了石墨颗粒体积分数分别为5%,10%,15%的锌基复合材料。采用多功能内耗仪对材料的低频内耗（1Hz,4Hz）行为进行了测量。结果发现,复合材料的内耗值大小与温度显着相关,较低温度时复合材料的内耗值低于喷雾沉积材料;随着温度的上升,40℃以后高于喷雾沉积材料;同时随石墨颗粒体积分数的增加,复合材料的内耗值逐步提高且不同频率条件下内耗相等时所对应的温度值线性上升。分析了石墨复合前后材料的主要内耗机制。     

带干摩擦阻尼结构叶/盘系统动力学分析

本文对叶轮机等动力机械中带干摩擦阻尼结构的减振机理进行了研究 ,并对带此结构的叶 /盘系统的响应特性作了深入的理论分析与数值计算。采用谐波平衡法对此系统的非线性动力学特性进行线性简化 ,建立此系统的等效刚度及等效阻尼。在有限元数值分析中导出系统的响应特性计算方法 ,并藉助于 ANSYS软件对某型涡轮风扇发动机的带凸肩风扇转子及某型涡轮喷气发动机带拉筋涡轮转子为分析实例。由不同的干摩擦阻尼下系统的幅频特性族曲线可导出阻尼的临界值 ,并导出干摩擦阻尼接触面正压力优化的概念。所得结论对今后动力机械中带干摩擦阻尼减振结构的合理设计与寻优具有指导意义     

TC11/TC17线性摩擦焊飞边及焊缝微区特征分析

对TC11/TC17异种钛合金线性摩擦焊飞边和接头的组织进行了分析。研究结果表明,焊接飞边组织不是2种钛合金的混合组织而是由TC11钛合金、过渡区和TC17钛合金组成。而线性摩擦焊接头由TC11母材、TC11侧热力影响区、焊合区、TC17侧热力影响区、TC17母材组成,两侧热力影响区组织沿着飞边挤出方向被拉长,而两侧焊合均发生动态再结晶,并在焊合线处形成了共生晶粒。     

基片偏压对磁控溅射制备TiB_2涂层结构及性能的影响

为了提高TiB2涂层的致密性,采用磁控溅射技术,通过改变基片偏压,获得了floating,-30V,-90V三种偏压状态的涂层。利用XRD,SEM、纳米压痕仪、Vickers显微硬度仪和摩擦磨损试验机对涂层的结构和性能进行了分析。结果表明:所有制备涂层只存在六方结构TiB2相,偏压为floating状态时制备的涂层表现出疏松的柱状生长结构,硬度为15GPa。随偏压增大,涂层柱状结构变致密甚至消失,硬度和耐磨损性能都得到提高。偏压-30V提高到-90V,相对于floating状态制备的涂层,晶粒尺寸增加了一倍,达到21nm;柱状结构变致密最终消除;硬度从35.5GPa提高到61.9GPa,实现了超硬;同时耐磨损性能提高,使用摩擦副为直径6mm的Al2O3球进行干摩擦实验时,-90V制备的涂层磨损率为5.6×10-16m3/Nm,相对于-30V涂层降低了一个数量级。     

TiAl金属间化合物与42CrMo"三体"摩擦焊成形控制

选择In718作为中间合金,采取SN比试验设计,对TiAl金属间化合物与42CrMo的"三体"摩擦焊接工艺规范进行了优化.通过工艺参数作用和接头强韧化规律的分析,研究了TiAl金属间化合物的摩擦焊接成形控制方法.