直升机助力器被动加载控制系统设计

针对直升机旋翼助力器被动加载中高频率载荷模拟,设计了基于DCS的上、下位机结构的计算机控制系统;上、下位机分别运行在不同的操作系统,采用不同的软件开发环境,使用RS485进行上下位机之间的通信,实现了高频加载下的实时控制;同时,在分析该系统被动加载中多余力产生机理的基础上,基于互相关频响辨识,设计了一种针对单频正弦或者多频率正弦的叠加的多余力补偿方案;该方案结构简单,易于调整,试验结果表明,文章设计的动态加载控制达到很好的控制效果。     

直升机数字化协调加载控制技术

在经典的控制理论的基础上,构建一种具有补偿技术的全数字结构协调加载测控平台,为在地面精确模拟空中飞行载荷的实施,解决多点力之间的耦合,准确评估直升机寿命将起到重要的作用。     

基于螺母外侧压电材料阻抗峰值频率变化的螺栓松动监测

对于地脚螺栓之类螺栓本体埋藏于结构中的螺栓联接装置,提出了一种将压电材料粘贴于螺母外侧面并通过测量压电阻抗峰值频率变化来反映螺栓联接状态的监测方法.结合有限元仿真,理论分析了该方法的基本原理.构建实验装置,实验以螺栓联接结构中螺母作为对象,采用万能材料拉伸试验机对螺栓联接结构进行加载,模拟螺母所受预紧力,并在不同预紧力下测量了粘贴在螺母侧面的压电材料的导纳信号,提取了其峰值频率,得到峰值频率随预紧力的变化规律.结果表明压电材料的导纳峰值频率随着螺栓预紧力增大而增大,且预紧力大小变化与频率变化成一定的线性关系,提出以峰值频率表征螺栓联接状态的方法,该方法具有较好的应用前景.     

航空发动机轴承试验机测控系统的设计

为了分析新型材料航空发动机轴承的失效原因并提高轴承的使用寿命和可靠性,研制了一台能够模拟航空发动机工况的轴承疲劳试验机,设计了基于西门子S7-1500PLC的远程测控系统.测控系统通过PLC控制模块、驱动器和变频器等,实现了动力系统、润滑系统和加载系统的控制和试验载荷谱线的自动运行.试验主参数信号通过高速高性能模拟量A/D模块进行采集,并通过以太网传输至上位机.上位机软件对数据进行实时处理、存储和绘制曲线.通过试验验证,所设计的轴承试验机测控系统设计合理、运行可靠,为航空发动机轴承寿命研究和性能试验提供了基础平台和数据支撑.     

基于滑移网格海龟扑翼推进数值仿真研究

为了探讨海龟翼摆动时产生的流体推进力与摆动频率、幅度以及来流速度之间的关系,对海龟翼在不同工况下进行了数值仿真计算.针对海龟翼在粘性介质中运动,采用滑移网格技术,结合扑翼运动规律,建立扑翼推进数值计算模型,模拟海龟二维剖面翼以特定规律运动时的流体动力特性.通过数值仿真,得出扑翼推进力与摆动频率、摆动幅度以及来流速度之间的关系.经实践证明:翼静水中摆动平均推力随着摆动频率、幅度的增加而增大,且频率较大时随频率增大得更为明显,为下一步扑翼驱动机构设计打下基础,具有一定的实践指导意义.     

基于LabVIEW的脊柱生物力学测量系统研究

设计了一种能够模拟脊柱侧弯、前屈、后伸、轴向压缩等方向的运动、快速分析脊柱生物力学特性的测量系统。对脊柱不同方向的加载通过万能材料试验机结合特制夹具实现,椎骨的应变由应变式传感器测量。基于LabVIEW平台开发的应变记录模块通过RS—232读取应变信号并实时显示。数据综合处理模块对传感器所测的信号和试验机记录的载荷、位移数据进行整合分析,最终由数据分析模块得出反映脊柱应变、刚度、运动范围等生物力学特性的参数或曲线。实验结果表明:该测量系统操作简单,能够模拟脊柱的三维运动,实现对脊柱多个生物力学特征参数的快速测定。     

电液伺服力仿真系统分析与实现

本文以飞行器舵面气动力的仿真为例介绍了一种电液伺服力仿真系统的原理、分析、实现方法和实验结果.该系统是高通复合控制系统,可以有“人为”和“运动”两种指令,有较宽的频带和满意的动态品质,原则上可以准确地模拟任意给定的载荷谱.该方法适用于强度试验、疲劳试验、矿井压力及运输工具驱动载荷等方面的力仿真.     

直升机尾桨叶疲劳试验技术的研究

基于直升机尾桨叶疲劳试验技术研究的现状,对尾桨叶疲劳试验实现技术进行了重点阐述.根据尾桨叶疲劳试验的加载及测量要求,结合尾桨叶构型特性,设计制造了可同时对尾桨叶施加离心力、挥舞力、摆振力、扭力及法兰盘压载荷的尾桨叶疲劳试验台,并说明了尾桨叶疲劳试验台的工作原理.通过应用对尾桨叶粘贴应变片的方法测得了 3件尾桨叶疲劳试验...     

基于周期参数化方法的直升机姿态控制策略研究

针对直升机在悬停状态下姿态控制问题,设计了一种参数化周期控制方法。通过对直升机控制系统的分析,选取了相关机体坐标系,并通过雅可比线性化方法得到了直升机受扰动运动的线性化方程,建立了直升机在悬停状态下的纵向LPV模型。利用参数化设计方法进行极点配置,设计了周期控制器并将其应用到直升机纵向模型中。通过实例仿真验证,分析开环和闭环系统状态响应曲线变化趋势,表明了设计控制器的有效性,并在一定程度上稳定了直升机飞行姿态。     

基于LabVIEW高温摩擦磨损试验机测试系统

高温摩擦磨损试验机主要用于测试摩擦副材料在高温工况下的摩擦磨损性能.采用LabVIEW软件,通过调用动态链接库驱动数据采集卡,设计开发了用于高温摩擦磨损试验机的虚拟仪器测试系统.测试系统包括摩擦力、温度、载荷、转速等数据采集,数据存储,数据处理、图形显示及生成实验报告等功能.在高温摩擦磨损试验机上,利用该测试系统测量并记录摩擦系数,观察所采集的数据以及多次重复性试验.实验结果表明该测试系统具有较高的稳定性、准确性及可靠性.     

Adaptive control system for autonomous helicopter slung load operations

This paper presents design and verification of an estimation and control system for a helicopter slung load system. The estimator provides position and velocity estimates of the slung load and is designed to augment existing navigation in autonomous helicopters. Sensor input is provided by a vision system on the helicopter that measures the position of the slung load. The controller is a combined feedforward and feedback scheme for simultaneous avoidance of swing excitation and active swing damping. Simulations and laboratory flight tests show the effectiveness of the combined control system, yielding significant load swing reduction compared to the baseline controller.     

压电陶瓷在布氏硬度标准机力加载系统中的应用

根据试验要求,设计了压电陶瓷力发生装置,并将其应用于布氏硬度标准机力值加载系统.试验结果表明,此装置与硬度计原有的电动力加载装置配合使用,力值加载时间和加载精度等指标都达到了布氏硬度标准机的要求.     

具有自供电功能的无线载荷测试仪设计与实现

针对运动机械设备测试时不便采用有线供电和传输信号的问题,设计实现了一种自供电式无线WiFi载荷测试仪.网络节点载荷测试仪的硬件以ARM9微处理器为核心,选用Marvell 88W8686无线网卡、载荷传感器及一些相关电路实现.自供电系统由太阳能电池、充电锂电池和控制电路构成.软件系统在Linux操作系统的支撑下,内嵌Web服务器,油井运动光杆负载的动态数据通过浏览器采集.现场测试结果表明载荷测试仪达到了实用的要求,其设计方法也可应用到类似产品的开发.     

Second-order sliding-mode control of container cranes

Moving a suspended load along a pre-specified path is not an easy task when strict specifications on the swing angle and on the transfer time need to be satisfied. Intuitively, minimizing the cycle time and the load swing are conflicting requirements, and their satisfaction requires proper control actions, especially if some uncertainties in the system dynamics are present. In this paper we propose a simple control scheme, based on second-order sliding modes, which guarantees a fast and precise load transfer and the swing suppression during the load movement, despite of model uncertainties and unmodeled dynamic actuators. Such controller has been tested on a laboratory-size model of the crane, and some experimental results are reported.     

全自动内窥镜清洗机的机械手抗摆控制

为满足当前大量的内镜临床手术需求,对内镜的清洗和消毒提出了更高的要求。而全自动内窥镜清洗机中受到物理结构的限制,因此将转运部件设计成特殊结构的机械手。针对其在移动过程中竖杆摆动的欠驱动问题,采用滑模控制的方法,抑制了因机械结构而引发的摆动,完成了快速定位和抗摆的目的。首先对机械手竖杆转动惯量不能忽略的特点建立了机械手系统的数学模型。根据位移和角度之间的耦合关系设计了滑模面和控制律。接着利用LaSalle不变性原理和Lyapunov方法证明系统有限时间抵达滑模面并最终渐近稳定,同时给出控制器参数的整定。最后实验结果表明机械手系统在控制器的作用下,实现了快速定位到指定位置且使竖杆的摆动幅度尽可能小的优越效果,对医疗设备的研制有应用价值。     

基于扰动和摩擦补偿的柔性机械臂系统非奇异快速终端滑模控制

本文针对系统中存在的关节摩擦、动力学参数不确定性和外部负载干扰等因素引起的柔性机械臂系统控制性能下降的问题,提出了一种基于扰动和摩擦补偿的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE-FC).首先,设计扰动估计器(DE)对系统未知动态参数和负载干扰进行估计.然后,针对扰动估计器不能精确估计的关节摩擦力矩进行辨识.最后,利用滑模控制技术设计非奇异快速终端滑模控制器,并将扰动估计值和摩擦力辨识值以前馈的方式进行补偿,实现对柔性机械臂系统给定参考轨迹跟踪的准确性以及对外界扰动的鲁棒性.值得注意的是,与传统只使用扰动估计器的方法相比,本文考虑到了摩擦力等非线性因素的影响,并利用辨识技术对摩擦力进行辨识,提高了控制精度.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.实验结果表明,相较于非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC)和基于扰动估计器的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE),所提方法提高了柔性机械臂系统的轨迹跟踪性能.     

基于导纳控制的膝关节外骨骼摆动控制研究

针对膝关节外骨骼机械腿运动过程中对操作者的运动跟随问题,提出了一种基于导纳原理的等效惯量补偿控制方法.设计导纳控制器将外骨骼与操作者间的交互力矩转化为期望的运动轨迹;通过低通滤波加速度与惯量增益的乘积形成的闭环反馈实现等效惯量补偿;结合腿部肌肉表面肌电信号进行人体摆腿运动换向的预判,实施膝关节外骨骼机械腿的摆动控制,实验结果表明,膝关节外骨骼与受试者之间的关节角度相对误差为±12%,膝关节外骨骼机械腿对受试者的摆腿运动能实现较好的运动跟随.     

Friction model of fingertip sliding over wavy surface for friction-variable tactile feedback panel

A friction-variable touch panel is capable of presenting virtual bumps and holes on its flat surface through the control of the surface friction when a fingertip slides over it. To improve the presentation, we developed a friction model of a fingertip sliding over a sinusoidal surface with an amplitude of 0.5–2.5 mm and a spatial wavelength of 20–50 mm. When a metal ball rolls over a wavy surface with a low friction and contact area, the ratio of the horizontal force to the normal force is equal to the gradient of the surface (this is referred to as the ball bearing model) and is hardly affected by the normal load and rolling speed. In contrast, the profile of the force ratio of a sliding finger is substantially skewed and affected by the sliding direction and normal force exerted by the finger. To model this skewed force ratio, we formulated the asymmetric pressure distribution in the finger-surface contact area and used the effects of the adhesion friction to model the dependency of the force ratio on the normal force and sliding direction. The developed model of a bare finger with these features was found to sufficiently simulate the experimentally observed force ratios. The model can be easily applied to friction-variable touch panels and enables the achievement of a wide variety of haptic contents with macroscopically concave or convex surfaces.     

Mechanism Design and Mechanical Analysis of Multi-Suction Sliding Cleaning Robot Used in Glass Curtain Wall

In order to meet the needs of high-altitude glass curtain wall cleaning, a multi-suction sliding cleaning robot was designed. The sliding robot sucker, cleaning system, obstacle avoidance and rotation ability, walking circuit and mobile working principle of the cleaning robot were designed. This involved the analysis of the robot’s anti-rollover mechanics during adsorption, of robotic winds when working at height, and of anti-sliding mechanics during robot movement, in order to explore feasible ways to improve the robot’s adsorption performance. The relationship between the effective diameter D of the suction cup, the vacuum degree △ P, and the gravity G should be determined by the anti-slipping analysis. In order to ensure the safe and reliable adsorption force and the flexibility of this robot when moving on a wall, the aforementioned analyses were conducted to improve the motion performance of wall-climbing robots, which provides a good theoretical basis for design optimization and motion control of cleaning robots. The curtain wall cleaning robot has stable walking ability and can clean the wall surface effectively; therefore, it has a certain practical value.