基于质量分配的空间机械臂刚度优化

刚度是空间机械臂的重要性能指标。在材料与构型确定的情况下,空间机械臂部件的刚度与部件的体积和质量正相关。由于空间机械臂的总质量受限,所以进一步提高刚度非常困难。文章提出一种在总质量一定的条件下,对空间机械臂的关节、臂杆等重要部件的质量指标进行优化分配,从而提高整体刚度的方法。在建立空间机械臂受力变形模型的基础上,通过分析部件受力变形与部件质量之间的关系,在总质量一定的约束条件下,以受力变形为目标函数,采用拉格朗日乘数法对部件的质量进行优化,得到使受力变形达到极小值的重要部件的质量指标。     

轻型爬行制孔机器人调姿纠偏分析

飞机结构件连接以机械连接为主,连接孔的位置精度和表面质量对飞机的使用寿命及安全性有着重要影响。制孔设备的智能化、自动化、柔性化直接影响着飞机制造的质量、效率、成本等。国内对于自动化制孔设备的研究与应用还在较为初级的阶段,并未大规模投入使用,研制此类设备具有重大意义。为此研制了爬行制孔机器人,并使用旋量法针对研制的爬行制孔机器人的运动进行计算分析。首先,计算爬行制孔机器人的调姿以及纠偏运动的自由度,随后对该机器人的调姿和纠偏运动进行解算,并分析了机器人运动过程中的运动特点,为未来控制系统设计打下基础。     

某型航空活塞发动机排气门的对称烧蚀机理

基于统计显示某型航空活塞发动机运行中出现的大量排气门烧蚀故障案例中烧蚀位置均基本呈两点对称分布在气门头部两侧的现象。通过测量排气门密封面附近气门体的实际运行温度,获取了该型发动机上气门运行温度与排气温度（EGT）之间的对应关系,进一步结合该型发动机的结构设计和实际运行环境分析了这种气门烧蚀点对称分布的机理。研究表明:气门偏摆引起气门密封面温度周向对称性分布不均和运行中过度调贫使气门密封面温度过高是排气门对称烧蚀的主要原因。据此提出以EGT为参照限制调贫幅度的方案,经70 000飞行小时实践验证表明故障得到了完全解决。      

基于改进自抗扰控制的非对称六相双永磁同步电机串联系统控制

针对PI控制器存在的超调及跟踪速度慢的问题,以非对称六相永磁同步电机(PMSM)双电机串联系统为研究对象,采用自抗扰控制(ADRC)替代传统PI控制进行速度补偿,提高系统的抗干扰能力。基于传统自抗扰模块多参数整定的复杂性,引入遗传算法对其参数寻优,以最小超调量为优化判据通过交叉迭代的方式改进ADRC调节器。搭建基于改进ADRC的非对称六相双PMSM串联系统,并进行仿真。结果表明:与传统PI控制相比较,所用方法具备快速调节性能和精确的跟踪效果,同时可以削弱谐波电流的影响和转矩脉动,验证了所提控制策略的实用性。     

基于迭代滑模的机械臂控制策略

针对机械臂这类非线性的不确定性系统,基于迭代学习控制与滑模控制策略,提出了一种有效的迭代滑模控制方法。该控制方法通过将滑模控制律引入到迭代学习控制中,并运用Lyapunov理论对控制律进行证明,从而确保系统的稳定性。基于拉格朗日力学法建立动力学模型,得到相对简化的n关节机械臂模型。以一个二关节机械臂为例,通过MATLAB仿真验证所提控制策略可有效提高关节的跟踪速度与跟踪精度,并且在一定程度上可减缓传统滑模控制的抖振现象,与传统迭代学习控制相比,系统具有鲁棒性。物理试验验证了所提控制策略的有效性。     

多环谐振微机械陀螺的研究现状及发展趋势

微机械陀螺是一种新型的陀螺,近年来随着微机电技术的发展,其性能不断得到提高。基于多环谐振微机械陀螺的发展现状,详细评述了多环谐振陀螺的来源以及其由单环到多环的结构发生改变的优点。并基于驻波进动原理,介绍了两种新型的全对称谐振盘陀螺。总结了圆环谐振式微机械陀螺的工艺发展路线,由早期的HARPSS工艺发展到外延多晶硅封装工艺,再到材料性能好的单晶硅热压键合工艺,使得多环谐振陀螺的性能不断得以提升,并分析了其优缺点。最后,展望了未来的高新技术,提出多环谐振陀螺的发展方向。     

插装式二维(2D)伺服阀的理论分析与实验研究

针对传统伺服阀导控级和功率级平行放置而无法实现插装的问题,研究了一种新型的插装式二维（2D）伺服阀,其特点在于：先导级和功率级集成在单个具有双自由度的阀芯上;力矩马达与阀芯同轴连接,并安装在阀芯末端。通过力矩马达直接驱动阀芯转动,然后利用伺服螺旋机构放大功率并驱动阀芯直线运动,从而控制输出流量。同时可以采用直线位移传感器（LVDT）进行检测阀芯位移,实现位置闭环控制以提高阀的控制性能。为了探究其开环特性,首先建立力矩马达和2D阀的数学模型,求得其开环传递函数;然后,通过仿真了解关键参数对系统动态响应的影响;最后,进行实验研究,验证该阀设计的可行性。实验表明,在满量程输入的情况下,该阀开环时滞环为5%,分辨率≤ 1%,响应时间为10 ms,动态频响为35 Hz;闭环下性能显著提高。插装式2D伺服阀结构简单,尺寸小,质量轻,响应快和控制精度高,在航空航天及军工领域有广阔的应用前景。     

“粉末冶金”主题征稿

选题计划粉末冶金技术解决了某些材料采用传统铸造方法难以制造的难题,最大限度地减少合金成分偏聚,消除粗大、不均匀的铸造组织,可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列髙性能非平衡材料。新技术的兴起,如机械合金化、粉末注射成形、温压成形、喷射成形、微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延髙温合成、烧结硬化等,使得粉末冶金材料和技木得到重视,其应用也越来越广泛。目前,粉末冶金技术既是髙强度、髙密度、形状复杂、无切削、少切削零件的制造工艺,又是生产新型材料的加工方法。本刊特别策划了“粉末冶金”主题,诚挚邀请您对团队的研究成果进行论述和展示。     

一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机设计与调磁性能分析

设计了一种混合励磁开关磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了其电机模型,分析了其电机运行原理。采用有限元分析方法,对电机的调磁特性进行了探究,给出了铝镍钴永磁体处于不同磁化状态时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线、磁通密度分布曲线和转矩波形曲线。仿真结果表明,该电机相较于常规永磁同步电机具有良好的调磁性能。     

基于遗传算法的空间自由漂浮机械臂系统运动规划

为了研究空间自由漂浮机械臂系统的运动规划问题,本文将其动力学模型转化为以关节角速度为控制输入变量的非线性控制系统状态方程,确定了以能耗最小为主要目标,同时满足一定约束条件的多种目标函数,提出了运用遗传算法求解最优控制变量的运动规划方法。同时,以机械臂从初始位形运动至指定终端位形的过程为仿真算例,对上述规划算法及其应用进行了分析和验证。仿真结果表明该算法有效可行,能够为机械臂系统的空间操作提供理论参考。