潜器Stewart平台动力学仿真

建立了Stewart平台的动力学模型,对潜器的动力学特征进行分析,对其运动进行动力学仿真研究.以Stewart平台的任意支腿为研究对象,考虑各支腿的重力和惯性力,利用牛顿-欧拉方法建立了支腿及动平台的力和力矩平衡方程,推导出了Stewart平台的动力学方程及支腿所受的支反力.以潜艇模拟器并联机构为例,运用动力学模型进行了实际计算并绘制了支腿驱动力的变化曲线,将驱动力与支腿运动速度相乘得到支腿功率输出的变化曲线,为液压油缸的功率设计提供了依据,也为潜器的精确动力学解耦奠定了基础.     

刚柔耦合二级运动调整系统动力学模型

安装在悬挂馈源舱内的Stewart平台作为馈源位姿精调系统与舱索粗调系统一起构成了大型射电望远镜馈源位姿的二级耦合调整系统．综合柔性悬索系统的非线性有限元结构动力学方程和刚性Stewart平台的多体系统动力学方程，构造了悬索粗调系统与Stewart平台精调系统的刚柔耦合动力学模型，找到了分析动力学耦合问题的有效方法．通过对LT50m缩比模型的仿真分析，模拟了馈源舱对Stewart平台扰动的响应，并由实验进行了验证．     

基于ADAMS与MATLAB的Stewart次镜平台联合仿真

Stewart平台调整次镜位姿补偿像差,是提高空间相机成像质量的有效方法。为验证Stewart次镜平台机械及控制系统的可行性、正确性、提高设计效率,基于ADAMS与MATLAB接口技术,建立了Stewart平台机械与控制系统机电混合模型,进行了机电联合仿真研究。首先,对Stewart次镜平台进行了运动学理论分析,建立了运动学数学模型;然后,在ADAMS中建立了Stewart平台虚拟样机并进行运动学仿真,ADAMS中仿真结果与理论计算一致;再将ADAMS中Stewart平台动力学模型导出并嵌入MATLAB中,建立了机电联合系统模型;最后,以典型的阶跃和正弦位姿轨迹信号,对Stewart平台的位姿调整性能进行了仿真研究。仿真结果表明,Stewart次镜平台具有较高的稳态精度和较好的动态性能,仿真参数和数据为Stewart平台的研制提供了必要的设计依据。     

液压并联6-DOF平台轨迹跟踪的干扰力补偿

为了消除液压并联6-DOF平台因各支链缸时变的负载耦合,以及摩擦和其他外力的干扰作用而引起的平台动态轨迹抖动现象,根据系统动力学模型的关节空间表达式,对关节干扰力的起因和对其运动的作用进行分析,在关节位置闭环控制基础上,分别设计基于结构不变性原理的支链抗负载干扰补偿器和基于系统模型的自适应滑模干扰观测补偿器,根据系统关节负载的变化率将两种补偿器利用模糊原则组合成综合补偿器,对干扰进行力闭环补偿.AMESim与MATLAB的联合仿真分析结果表明,该控制器使平台在复合干扰力作用下,能够平稳运行,与普通的位置闭环PID算法相比,有效地提高了系统的整体动态跟踪性能.     

深水锚泊主动式截断试验执行机构运动前馈控制

为了研究深水锚泊系统主动式截断模型试验,针对驱动锚泊线截断点处的执行机构运动跟踪控制问题,选择Stewart平台作为截断点的运动执行机构,基于Matlab/Simulink建立执行机构及其驱动电机的运动模型。利用白噪声测试对驱动电机进行系统辨识,根据辨识结果设计前馈控制算法及干扰观测器。集成仿真验证前馈控制对执行机构运动跟踪的控制效果。研究结果证明:前馈控制能够提高执行机构运动的运动跟踪速度且减小50%的运动跟踪误差,为搭建锚泊系统主动式截断模型试验平台提供理论基础。     

柔性支撑下的Stewart平台速度控制

针对大射电望远镜中舱索系统与Stewart平台存在强动力耦合特点,研究了柔性支撑下的Stewart平台位姿跟踪问题．将两系统的动力学耦合视为对Stewart平台的未知外扰,通过利用高增益状态观测器,提出了柔性支撑下Stewart平台速度控制方法．数值仿真表明该方法有效地抑制了两系统间的动力耦合影响,提高了Stewart平台的扫描精度．     

四轮独立驱动电动汽车动力学控制系统仿真

论述了四轮独立驱动系统作为汽车驱动系统的优势及在电动汽车上应用的技术潜力。比较了ICEV动力学控制系统与EV动力学控制系统的区别,提出了四轮独立驱动电动汽车的新动力学控制方法。该方法利用前轮转向角和车速的前馈控制与基于质心侧偏角和横摆角速度的误差反馈控制相结合来控制车辆运动状态,并通过最优控制的方法确定了反馈系数。建立了整车数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件生成系统的仿真模型,对所述控制系统进行了仿真研究。结果表明:前馈与反馈相结合的控制系统在各种路面条件下均可明显改善汽车的动力学性能。     

面向牵引力控制系统的AMESim与MATLAB联合仿真平台

基于MATLAB和AMESim软件建立了面向TCS的联合仿真平台。采用MATLAB建立了四驱汽车动力学仿真模型和控制模块,采用AMESim液压元件库建立了车辆液压制动系统的动态响应模型,通过AMESim专用接口模块和MATLAB S函数实现了两者间的数据交换,构建成联合仿真平台。采用试验研究方法修正了液压制动系统模型,并进行了典型工况TCS仿真,获得了可面向TCS开发的实用联合仿真平台。     

非线性空气悬架的动力学特性研究

为研究空气悬架的动力学特性,综合考虑空气悬架系统机械、气动、控制等部件间的相互作用,基于AMEsim仿真平台建立空气悬架的一维动力学模型,对特定工况下的空气悬架进行动力学仿真研究。仿真结果表明,空气悬架可以有效降低激励导致的系统振动频率,提高行车品质。     

基于直角坐标的机器人动力学与控制方案设计

本文提出一种基于直角坐标的机器人动力学与控制方案，动力学方程采用作者自行推导的基于凯恩方程的机器人动力学递推算法并结合运用拉格朗日─欧拉方程，而控制系统是以前馈和反馈两部分为特征，前馈部分采用计算转矩法，而反馈部分分别采用自校正和自适应滤波来达到对机器人非线性、强耦合和摩擦等因素的控制和补偿。本文方案由于采用新的动力学算法，因此计算量较少。     

基于直角坐标的机器人动力学与控制方案设计

本文提出一种基于直角坐标的机器人动力学与控制方案，动力学方程采用作者自行推导的基于凯恩方程的机器人动力学递推算法并结合运用拉格朗日－欧拉方程，而控制系统是以前馈和反馈两部分为特征，前馈部分采用计算转矩法，而反馈部分分别采用自校正和自适应滤波来达到对机器人非线性、强耦合和摩擦因素的控制和补偿。本文方案由于采用新的动力学算法，因此计算量较少。     

磁流变阻尼器无模型前馈/反馈复合控制

为了实现磁流变（MR）阻尼器高可靠性和高精度的阻尼力跟踪控制,克服基于逆向动力学模型的前馈控制易受模型误差和外界干扰影响的问题,提出结构简单、实现容易的无模型前馈/反馈复合控制(MFFFFBC)方法. 利用磁流变液减振器阻尼力连续可调的特点,将磁流变阻尼器控制器前一时刻的控制量进行采样保持作为前馈控制器,以避免建立复杂的磁流变阻尼器逆向动力学模型. 利用期望阻尼力与实际阻尼力之间的跟踪误差信号构建反馈控制器对前馈控制量进行实时修正,利用饱和函数对控制电压进行限幅,以避免控制电压高频振荡. 试验结果表明,在MFFFFBC控制下输出电压连续光滑变化,与经典的基于Heaviside阶跃函数的控制相比,采用本研究所提出的控制策略,黏性阻尼力和摩擦阻尼力的跟踪误差分别减小了21.98%和26.64%.     

汽车液压式主动稳定杆设计及控制算法

针对车辆主动侧倾控制问题,基于车辆侧倾与横摆响应特性分析,提出一种液压式主动稳定杆(active stabilizer bar, ASB)系统的设计方案。设计滑模控制算法,以提高车辆的侧倾稳定性。对前、后轴主动式稳定杆的反侧倾力矩进行动态分配,以改善车辆的转向特性。基于MATLAB/Simulink,建立了14自由度整车动力学模型、液压系统模型、路面输入模型等,在典型工况下分别对PID+前馈控制和滑模控制系统进行仿真研究。仿真结果表明:与传统的PID+前馈控制相比,采用滑模控制算法的液压式ASB系统在鲁棒性和适应性方面具有明显优势,有效地改善车辆的侧倾与横摆响应,进一步提高了车辆的侧倾稳定性、行驶平顺性与操纵稳定性。     

基于模型预测反馈技术的救援车辆液压悬挂系统控制方法

针对现有救援车辆的液压悬挂系统存在作动器非线性、参数不确定性以及对动力学模型依赖性较强等问题,提出了一种液压主动悬挂系统控制方法——基于扩张状态观测器的模型预测控制方法（ESO-MPC）。首先,通过车载惯性导航系统实时获取车辆位姿信息,并基于位姿偏差方法计算出各个液压作动器的输出位移量。其次,完成救援车辆液压悬挂系统动力学建模,通过扩张状态观测器估计系统中的非线性扰动和未知输出信号。最后,基于扩张状态观测器的模型预测控制方法,使每个液压作动器的输出在限制范围内对期望位移信号进行有效追踪。为验证该控制方法的有效性,搭建了液压悬架整车试验平台,并与被动悬架和传统PID控制方法进行了多种路面对比试验。结果表明,相比于被动悬挂和传统的PID控制方法,本文提出的基于扩张状态观测器的模型预测控制方法可以降低垂向高度均方根值35%,俯仰角度均方根值17%,侧倾角度均方根值23%,显著提升了车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

柔体动力学模型的机器人柔性力矩前馈控制

为解决机器人由于结构复杂、关节耦合以及控制的非线性时变等因素给其带来的动态响应迟滞,以及关节的柔性因素引起的机械谐振的问题,改进了刚体前馈力矩补偿方法,提出了基于柔体动力学模型的柔性力矩前馈补偿控制。该方法通过建立机器人柔性关节的动力学模型,辨识得到柔性关节的扭转刚度参数以及最小惯性参数,获取更为准确的柔性因素下的预设轨迹的位置、速度、加速度信息,从而计算出柔性关节下所需的力矩值;将计算值作为前馈量,以周期为T的形式发送到伺服驱动器的底层,实时刷新驱动器,采用补偿的形式与电流环输出量进行叠加,从而实现机器人的柔性控制,使得机器人末端振动加速度幅值下降60%,提高了定位精度。实验验证了柔体动力学模型的机器人柔性力矩前馈控制的工程应用价值。     

仿生抗冲击Stewart隔振平台的动力学与控制

空间非合作目标柔顺抓捕过程中伴随有碰撞、强冲击等问题,因此必须设计具有高效隔振性能的隔振系统.设计了基于仿生抗冲击结构的Stewart隔振平台,通过隔振平台的仿生抗冲击特性实现抓捕过程中服务航天器的隔振保护.隔振平台的理论动力学建模以拉格朗日动力学方程为基础,借助ADAMS软件验证了理论建模的正确性.仿真对比发现,设计...     

用于超磁致伸缩作动器的一种改进的控制方法

为提高对超磁致伸缩作动器的控制精度,在基于Preisach模型前馈补偿的PID控制基础上,提出了一种基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制方法．采用dSpace实时仿真系统搭建超磁致伸缩作动器的实时控制实验平台．利用研制的超磁致伸缩作动器测试了基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制与PID控制方法下对方波信号和混合信号的轨迹追踪能力．两种控制方法下的实时控制效果对比分析表明,基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制比常规PID控制具有更好的控制效果,从而验证了该方法的有效性．     

基于MATLAB GUI的小型直流继电器多物理场仿真平台开发

为了提升多物理场仿真技术的使用便捷性、减少冗余操作和提高继电器产品设计效率,开发了小型直流继电器多物理场仿真平台。借助仿真平台能够实现结构修改后继电器模型的建立和仿真。仿真平台基于MATLAB GUI搭建,继电器电磁系统模型和机械动力学模型分别基于麦克斯韦定律和连续介质力学理论建立,机械动力学模型通过APDL建立及修改,电磁系统模型通过手动操作和VBScript脚本建立及修改。通过编写程序控制不同物理场模型运行和数据交互,实现继电器多物理场耦合。通过对仿真平台继电器仿真和样机实测结果的对比验证了模型和仿真平台的准确性。     

FROG-LEG型真空机械手的动力学控制研究

为了解决FROG-LEG型真空机械手平稳运行的控制问题,首先根据机械手的结构特点,将该类机械手动力学分为水平和垂直2个方向进行讨论,利用拉格朗日动力学方程建立了2个方向的动力学模型;其次在真空机械手的动力学模型上分析了真空机械手动力源的控制模型——永磁同步电机转子磁链定向的控制模型;最后利用MATLAB的robot工具箱对机械手的运动学进行了仿真,并利用simulink工具箱对真空机械手的动力学补偿进行了仿真实验.仿真结果说明了动力学电流前馈补偿是实现机械手平稳控制的一种有效途径.     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制的参数化方法

在轮式移动机器人控制系统状态空间模型的基础上,通过分析两轮独立驱动的移动机器人的动力学方程,给出轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题的数学描述;基于线性系统的特征结构配置和模型参考理论提出一种轮式移动机器人轨迹跟踪控制的参数化方法,设计系统的反馈镇定控制器和前馈跟踪控制器.仿真结果表明,提出的控制方案是行之有效的.