太阳电池翼调姿后残余振动抑制的整形器设计

根据太阳电池翼的结构固有频率和模态阻尼参数,设计基于零位移算法的输入整形器,用于抑制太阳电池翼调姿后的残余振动。分别用太阳电池翼有限元模型的动力响应仿真和缩比模型试验测试,验证了整形后的转角输入函数驱动太阳电池翼调姿能抑制残余振动,且具有较强的鲁棒性。     

基于输入整形技术的太阳翼调姿残余振动抑制实验研究

在非惯性系下建立太阳翼调姿过程中的横向弯曲振动运动方程,将零位移输入整形技术应用于调姿输入指令,用以抑制太阳翼调姿后的残余振动。搭建了步进电机驱动的太阳翼缩比梁模型,根据模型结构固有特性设计了四阶输入整形器,将其应用于调姿步进电机的输入信号,进行了六种工况的调姿实验。实验结果表明,该方案可有效抑制实验模型调姿后的残余振动,且具有较强的鲁棒性。     

高速平面并联机器人残余振动抑制实验

针对高速轻型并联机器人残余振动抑制问题,基于输入整形法,对其残余振动抑制进行实验研究。首先分析了并联机构运动学,建立了机构动力学模型。然后对每个输入轴分别设计一个比例-微分(PD)控制器,建立包含PD控制器的系统动力学模型。最后分别设计了单模态零振动(ZV)、零振动微分(ZVD)整形器和双模态零振动-零振动微分(ZV-ZVD)整形器,建立了并联机器人实验系统。实验结果表明,输入整形器可以抑制并联机器人的残余振动,而双模态整形器振动抑制效果更好。     

采用电机驱动的太阳翼振动控制理论与仿真

太阳电池翼调姿后对卫星产生动态激励,影响星载有效载荷的正常工作.采用被动减振措施,受结构质量、材料性能等因素的制约,不易达到对太阳电池翼振动控制的要求.通过理论推导后发现,只需引入一种速度反馈的简单主动控制方式,就能抑制电池翼调姿后的振动.也即安装一副减振电机,使之产生正比于太阳翼主振动速度的控制力矩,便能增加振动阻尼,从而加快振动衰减.所给出的仿真算例验证了这一控制技术的减振效果.     

基于输入指令整形法的X光机残余振动抑制

为实现骨科手术自动化,研制了用于获取断骨位置和姿态信息的全自动C形臂X光机,但其结构形式决定了它是一种典型的大惯量、高柔性机构,易于产生残余振动.残余振动的存在不利于图像的连续拍摄,且影响拍摄质量.采用输入指令整形技术,针对系统的一、二阶模态,设计输入指令整形器,对系统的输入指令进行整形滤波后,有效地消除了残余振动,提高了系统的响应速度.输入指令整形方法本质上是设计一种滤波器,采用该方法抑制残余振动不需要对原有系统的结构和硬件作任何改动.实验证明,这种方法对于抑制大惯量、高柔性系统中存在的残余振动问题是有效的.     

基于离线学习输入整形的柔性关节机械臂振动控制研究

输入整形技术是抑制柔性关节机械臂残余振动的一种有效控制策略,然而传统的输入整形器,在设计时需要依赖系统精确的数学模型。针对这一问题,提出了一种新的两脉冲输入整形器参数学习策略;通过振动幅值测量,利用寻优方法(外推内插法和黄金分割法)离线调整整形器参数,不需要精确的数学模型即可找到使残余振动幅值最小的最优参数。为了验证所提方法的有效性,建立了柔性关节机械臂实验平台,进行了基于离线学习输入整形器的柔性关节机械臂振动控制实验。实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

改进型负输入整形与最优控制结合的振动抑制方法

针对诸如柔性机械臂这类柔性系统的主动振动控制问题,提出了基于改进型负输入整形和最优控制结合的振动抑制方法。以柔性机械臂为研究对象,设计最优状态反馈控制实现其旋转机动任务及柔性振动抑制。为增强柔性振动抑制效果和改善系统的运动时间,根据引入线性二次型调节器(LQR)反馈后整个闭环系统的振动频率和阻尼比设计改进型负输入整形器作为前馈控制器。将前馈控制与反馈控制相结合能发挥其各自的优点,提高系统的性能。仿真分析结果表明,所设计的混合控制策略可以有效地抑制柔性振动,且可以减少系统响应时间的延迟和加快系统响应速度。     

采用误差补偿输入整形技术的振动控制

针对利用输入整形技术对机器人进行抑振时引入的延时问题,提出一种误差补偿法实现对斜坡信号的无延时跟踪。以6自由度机器人为对象,研究在斜坡输入信号作用下机器人末端的振动特性,设计了误差补偿方法以应对固定任务时长的运动;同时,采用基于傅立叶频谱分析和时域分析的综合方法来估计机器人系统的模态参数进而设计合理的整形器,并定量分析输入整形法对机器人末端残余振动幅值的影响。最后,搭建了6自由度机器人振动抑制测试的实验平台,进行点到点(point-to-point)实验。结果显示,机器人末端残余振动的最大幅值从15.14m/s~2降低到7.047m/s~2,且整形前后运动轨迹时长保持一致,表明该方法在固定任务时长的情况下有效地抑制了机器人末端的残余振动。     

双激励单轴振动系统球形静压支撑的研究

研究双激励单轴振动系统球形静压支撑装置具有十分重要的意义。给出了其工作原理和实验分析。与传统静压支撑相比,既保证两个联接件之间的刚度,又可在一定角度的范围内转动,实现了双激励单轴振动系统的振动解耦,为双激励单轴振动提供了理论和应用基础     

输入整形器在折叠式高空作业车防摆控制上的应用

为了减少折叠式高空作业车的作业平台的振动以及抑制其残留振荡,设计了EI整形器、ZV整形器和ZVD整形器。通过建立系统的数学模型,求出了动态特性方程,计算出这三种输入整形器脉冲序列的幅值和时间。通过对比整形前后作业平台的摆角,结果表明EI整形器、ZV整形器和ZVD整形器都有效地减少了系统的振动和抑制了残留振荡,EI整形器的效果最好。     

基于Euler Bernoulli理论的压电系统集中参数模型修正

摘要： 针对压电俘能系统悬臂梁结构集中参数模型的局限性,引入Euler Bernoulli梁振动模型。通过分析两模型在振动时相对位移传递率发现,集中参数模型在基础激励情况下,传递率峰值存在较大偏差。理论分析了Euler Bernoulli及集中参数模型在一阶模态附近位移传递率函数,对集中参数模型进行了修正。仿真结果表明修正后的集中参数模型相对位移传递率峰值与Euler Bernoulli模型在低阶模态吻合良好。     

航天器太阳帆板多自由度减振装置设计

航天器外伸的太阳帆板会引起驱动扰动和残余振动两类振动问题,且两者发生在不同的振动方向(扭转和弯曲),并属于不同的振动类型(强迫与自由振动)。提出一种多自由度减振装置实施方案,通过调整驱动系统动态特性降低两类振动干扰。基于虚功原理建立了太阳帆板驱动系统动力学模型,分析了减振装置刚度和阻尼参数对驱动系统动态特性的影响规律,研制了减振装置原理样机,并通过试验验证其减振效果。结果表明,减振装置刚度特性对驱动系统的固有频率至关重要,需要谨慎考虑以避免共振;减振装置等效阻尼与驱动系统模态阻尼呈正相关,应采用高损耗系数的阻尼材料;减振装置能使驱动扰动降低40%以上,99%残余振动幅值衰减时间缩短56%以上。     

Suppression of motion-induced residual longitudinal vibration of an elastic rod by input shaping

Various input-shaping schemes such as the “zero-vibration” (ZV), “zero-vibration-and-derivative” (ZVD), “negative ZV” (NZV), and “negative ZVD” (NZVD) schemes have previously been proposed to suppress motion-induced residual vibration of lightly damped structures. In such schemes, the input command of the dynamical system in question is properly administered (i.e., shaped), so that the dominant induced vibration modes are annihilated through destructive interference. Here we are concerned with the effects of system payload on the vibration reduction capabilities of the aforementioned input-shaping schemes, especially when they are applied to continuous systems. By use of the simple structure of a linearly elastic rod as a specific example, it is demonstrated that both the minimum achievable residual vibration amplitude and the tolerance of detuning parameter errors of the input-shaping schemes are sensitive to the amount of payload on the system. It is therefore imperative to take the factor of system payload into account in the design of practical input shapers.     

Integration of input shaping technique with interpolation for vibration suppression of servo-feed drive system

Abstract

It is essential to suppress vibrations of the feed drive system in order to achieve high speed and high precision machining. To analyze the dynamic response of the feed drive system, a more complete model is derived in this paper which considers the bed, longitudinal and torsional modes. The dynamic model is represented by the block diagram and is incorporated with servo controls to form a closed-loop system. To alleviate vibrations of the servo-feed drive system, a full order modified input shaping with zero vibration (FMISZV) algorithm integrated into the CNC interpolator is developed. The performance of vibration suppression using the FMISZV is compared to those of conventional input shapers, such as zero vibration with derivation (ZVD) and conventional linear acceleration/deceleration (Acc/Dec) interpolator (CLAI). It is shown that the FMISZV not only has the notch filter effect, but also exhibits low-pass filter behavior for high frequency modes. Simulation and experimental results demonstrate that the FMISZV can outperform the ZVD and CLAI.     

帆板驱动微振动对卫星的影响与对策

基于帆板驱动机构精确建模，对帆板及其驱动带来的影响进行分析；在分析帆板驱动特性的基础上，给出了微振动测试数据及其分析结果；并以某卫星为例给出了帆板驱动控制时微振动对姿态的影响，提出了频率约束和振动主动抑制控制相结合的解决措施及验证结果。     

多平行齿轮耦合转子系统的振动特性分析

通过建立系统各轴的振动方程，联立起来形成多平行齿轮耦合转子系统的振动方程，然后进行数值求解，获得系统固有模态和动态响应。分析了某三平行齿轮减速系统的固有频率及其振型和强迫振动响应特性。结果表明，由于齿轮的耦合作用，多平行齿轮转子系统的振动不同于单轴转子，突出表现为各轴间的弯扭耦合振动，派生出许多新的模态，各轴上的不平衡会引起整个系统的振动响应。     

拖曳线列阵隔振系统参数计算分析

为了研究拖曳线列阵隔振系统参数对隔振效果的影响,利用有限元分析软件ANSYS建立隔振系统的三维流固耦合模型,对隔振系统进行数值模拟,并与实验结果进行对比。分析研究考虑负载的隔振系统材料参数对其隔振性能的影响。参数计算分析为隔振系统隔振性能的研究提供基础,对于提高隔振系统的隔振性能具有一定的参考价值。     

Asymptotic analysis of a two-step input-shaping scheme for suppressing motion-induced residual vibration of nonlinear mechanical systems

A single-degree-of-freedom nonlinear spring–mass system, subjected to a particular shaped input force whose magnitude varies with time in a piecewise-constant manner is considered. The goal is to bring the point mass in the model system from initial rest to a prescribed new equilibrium position without exciting any residual vibration. If, ideally, the potential energy associated with the elastic spring is known as a function of its elongation, the magnitude and execution time of each force step that serve the abovesaid purpose can be calculated by analyzing the mechanical energy flow. However, in practice the potential function almost inevitably contains a small estimation error, and residual vibration would be excited by the input force so calculated. By use of asymptotic techniques, the residual vibration excited by a two-step input force with slightly incorrect task time and force magnitudes is calculated. It is also demonstrated that, by comparing the closed-form results of the asymptotic analysis with online measurements of the excited residual vibration, the shape of the two-step input force (characterized by the task time and force magnitudes) can be corrected iteratively, thereby suppressing the residual vibration.