月球车驱动轮爬坡性能的影响因素研究

研究了驱动轮的滑转率、结构参数和载荷对月球车爬坡性能的影响。针对月表复杂路况下车辆通过性较差问题,为提高月球车爬坡性能,基于车辆地面力学中土壤的承压和剪切特性理论,建立了刚性驱动轮与月面斜坡松软月壤间的相互作用模型。通过车轮实例对月球车爬坡性能进行预测和分析。实验结果表明,增大驱动轮的滑转率、半径、宽度、轮刺高度和减小载荷能够增强月球车爬坡能力和提高车轮驱动效率,但随着爬坡能力的增强,车轮驱动效率呈现先增大后减小的趋势。研究结果为月球车轮结构设计以及控制策略的研究提供了参考。     

开关磁阻发电机系统的故障仿真研究

开关磁阻发电机(SRG)系统出现各种故障模式,为研究多电飞机开关磁阻发电系统的容错性能,建立了关于开关磁阻发电机系统的仿真模型,通过对所建模型施加不同的故障条件,研究了系统在功率变换器故障、负载故障、原动机转速异常、电枢绕组开路、短路等故障下的电压、电流输出波形,仿真了故障运行机理,并对其中的破坏性故障进行了规避处理。研究结果表明,开关磁阻发电系统具有较高的容错性能,适合应用于多电飞机主电源系统。所采用的故障通过建模分析方法也为开关磁阻发电系统的故障诊断和容错研究提供了一定参考。     

逆变器开关管故障诊断方法综述

逆变器作为电机驱动系统的核心部分,其安全性和可靠性对电机驱动系统的正常运行甚至整个系统的运行是至关重要的。针对逆变器开关管故障,文中主要从基于解析模型、基于信号处理和基于数据驱动三个方面对现有逆变器开关管开路故障诊断方法进行了综述,具体叙述了各种逆变器故障诊断方法的原理,并从这些方法的应用系统、诊断时间、算法实现难易和可靠性等角度对各种方法进行对比,突出了各自的优缺点。最后探讨了今后逆变器开关管故障诊断方法的研究难点和方向。     

电动汽车负载模拟加载系统

电动汽车的普及和推广对牵引电机的性能提出了新的要求。为了研究电动汽车直流无刷电机（BLDC）在复杂路况条件下的运行性能,提出了一种电动汽车负载模拟加载系统,推导了汽车牵引电机负载数学模型。基于时间等效的缩放思想,用小功率电机代替实际牵引电机作为系统的牵引电机,使该系统具有很好的可实施性。在MATLAB/simulink环境下建立电机和联轴器的仿真模型,负载电机通过联轴器对牵引电机进行实时加载,进而可以分析不同路况下电动汽车牵引电机的动态性能,为实际工程中整车实验提供动力方面的数据参考。     

双电机独立驱动底盘控制算法设计

对双电机独立驱动底盘的结构和运动学性能进行了分析,提出了总体运动控制方案,给出了双驱动轮同速运行和差速运行时的控制模型,设计了双电机协调控制算法和底盘转弯控制算法;在MATLAB/Simulink中建立了直流无刷电机和整个系统的仿真模型,仿真结果表明该算法完全可以满足实际应用的需要;最后在基于DSP的实验板上进行了实验,实验结果验证了算法的有效性。     

开关磁阻电机发电原理与仿真研究

本文介绍了一种新型六相12/10极开关磁阻电机,对发电运行原理进行了分析,并利用Ansoft公司的RMxprt和Maxwell2D瞬态模块对开关磁阻电机发电系统进行建模,对正常和缺相两种运行状态下的发电性能进行了动态仿真分析,通过与三相6/4极开关磁阻电机发电性能进行比较,验证了新型开关磁阻电机在发电运行时具有更好的安全欲度,说明了相数对安全欲度的影响.     

月球车驱动轮爬坡牵引性能预测

月球表面可通过性较差,预测月球车驱动轮的爬坡牵引性能,对于保证探测工作的正常进行有重要意义。在传统地面车辆理论与研究方法的基础上,考虑斜坡角度对浅层月壤应力分布的影响和轮刺作用,给出了刚性车轮与月壤的相互作用模型。通过实例,计算和分析了不同参数的变化对车轮牵引性能的影响。分析结果表明:车轮的挂钩牵引力和滚动阻转矩受到车轮滑转率、结构尺寸和轮刺高度等参数变化的影响;车轮驱动效率随滑转率变化呈现先增大后减小的趋势,在最优的滑转率区间内能获得较大值。分析结论为月球车车轮的设计和控制提供了参考。     

一种开关磁阻电机建模方法的研究与实现

由于开关磁阻电机的非线性特点,难以建立一个精确的开关磁电机的模型,为了精准建立开关磁阻电机模型,利用径向基函数神经网络良好的非线性映射能力在获取准确磁链样本数据基础上训练神经网络,利用训练的径向基神经网络构建开关磁阻电机非线性模型.在此基础上,采用角度位置控制和电压脉宽调制控制相结合的方法搭建开关磁阻电机驱动控制系统的仿真框架.仿真结果表明:利用径向基函数神经网络的方法可以克服开关磁阻电机的非线性问题,所建立的开关磁阻电机模型可以正常稳定运行.从而证明上述方法的合理有效性.     

基于滑转率的六轮纵列式月球车驱动控制研究

基于车轮滑转率和车轮地面力学,研究了月球车在松软月面行驶时的车轮过度下陷问题.将 月球车车轮下陷和车轮—土壤作用力表达为车轮滑转率的函数,结合车辆地面力学理论并考 虑纵列式车轮多通过性土壤参数的修正,建立了月球车的动力学模型.判断车轮是否发生过 度下陷的标准为土壤所提供给驱动轮的土壤推力能否克服土壤对车轮的阻力.利用建立的动 力学模型,计算出能够保证车轮不会过度下陷的期望滑转率.考虑到月球车动力学系统的非 线性和不确定性,设计了以车轮滑转率为状态变量的滑模驱动控制器.仿真结果表明,采用 该控制器可以较快地跟踪期望滑转率,避免车轮的过度滑转下陷,保证月球车能够在软质路 面上正常行驶.     

六轮摇臂式月球车力矩分配的优化方法研究

针对传统的基于广义逆的力矩分配方法难以满足复杂地形下的月球车牵引控制要求,在基于车轮静态负载和动力学模型的协调牵引控制方法基础上,研究了基于寻优的六轮独立驱动月球车车轮力矩分配方法,并在可视化的月球车牵引控制仿真平台进行了仿真验证,从而实现了闭环牵引控制;仿真研究证实了提出的力分配方法比基于广义逆方法的力矩分配方法具有突出的优势。     

滑转率对月球车车轮驱动力学特性的影响分析

应用车辆地面力学理论研究滑转率对月球车车轮挂钩牵引力、驱动效率以及功率消耗的影响.建立刚性车轮与松软月壤交互作用的动力学模型.通过实例对月球车车轮驱动动力学特性进行仿真分析.研究结果表明,车轮的挂钩牵引力、驱动效率以及驱动能耗均受到车轮滑转率的制约.存在一个最优的滑转率区间,在此区间内车轮可获得较大的挂钩牵引力、较高的驱动效率以及较低的驱动能耗.求取轮、地相对速度,对月球车车轮的地面摩擦力功率进行了估算.     

Modeling of flexible metal wheel for pressurized lunar rover and traction performance prediction

The pressurized lunar rover has become one of the most important equipment in lunar exploration and resource utilization missions. On the terrain of soft lunar regolith, the rover wheels are easy to slip, sink, or even fail to move. To improve the traction performance of the rover on soft lunar soil, it is necessary to study the interaction between the wheels and the lunar soil. The deformation of the flexible wheel provides a larger contact area, which results in greater tractive force. Moreover, flexible wheels have better comfort and stability than rigid wheels, which are needed for manned rovers. However, there are few studies on the wheel soil interaction model of the heavy flexible wheel for the pressurized lunar rover. In this paper, a metal flexible wheel soil interaction model for pressurized lunar rovers was established, and the traction performance of the flexible wheel was predicted by using this model. Then, the accuracy of the wheel soil interaction model was verified by the soil bin test. The experimental results showed that the average error between the theoretical value of sinkage and the experimental value was 13.9%, and the average error between the theoretical and experimental value of drawbar pull was 11.5%, indicating that the model has high prediction accuracy. The new model can be used to predict the traction performance of flexible wheels and the experimental results can provide a reference for the flexible wheel design lunar rovers.     

定子斜槽月球车驱动电机性能的快速计算

通常采用3--D有限元方法分析斜槽电机的性能,但3--D模型剖分单元数目庞大、计算时间极长,对计算机性能要求也较高.为快速且准确地预测月表极限温度下月球车车轮驱动用斜槽电机的性能,提出了2--D几何模型耦合恒流源电路模型处理多截面模型中分段电机同槽导体电流相等以及定子斜槽的方法,并研究了计算精度的影响因素.针对一套永磁无刷直流电机方案,计算了齿槽转矩、空载感应电势和电磁转矩,并结合转子典型位置下气隙磁场沿电机轴向的分布特征以及谐波分析结果评估了计算精度.该方法的计算量较小,计算结果与3--D模型仿真结果、实测结果的比较表明了该方法的有效性.     

六轮月球漫游车越障平顺性仿真分析

该文讨论了运用虚拟样机技术,对所研究方案中月球漫游车在月面环境中越障时的平顺性仿真分析方法,简介并讨论了漫游车在月球表面的行驶路面环境,根据六轮摇臂式月球漫游车的结构特点,建立了11自由度的月球漫游车振动系统动力学模型,通过仿真试验,分析了在月面环境下漫游车主要悬架参数对平顺性的影响,从而实现了在漫游车的研究设计阶段,对其平顺性进行预测和分析的目的。     

一种自适应的月球车驱动控制算法

月球车的驱动控制是控制月球车按照期望速度运动的控制器。为使月球车快速稳定地达到期望速度,要求控制算法具有很强的鲁棒性,并且使系统的响应速度尽可能的快。论文提出一种方法:通过单神经元自适应算法求出控制月球车的合力和合力矩,再利用拉格朗日算法求得每个执行器的控制量。仿真实验表明此算法有很好的鲁棒性和自适应性,为月球车的控制应用提供了理论依据。     

基于地面力学的月球车爬坡轮—地相互作用模型

月球车爬坡地面力学模型在月球车的设计、越障性能评价、控制和仿真等方面具有极其重要作用．利 用月球车轮地相互作用测试系统进行车轮爬坡性能实验,结合实验数据在传统车轮—土壤相互作用应力分布模型之 上推导出爬坡轮—地相互作用模型,同时考虑爬坡角度对浅层月壤应力分布的影响,提出了随滑转率变化的沉陷 因数经验公式,来反映月壤压实、刮带、侧向流动等引起的滑转沉陷．通过对应力分布公式进行积分转化得到集中 力／力矩计算模型,利用ADAMS 二次开发的柔性爬坡仿真环境并结合实验数据进行模型验证．在斜坡角度为16±, 载荷为100 N,当滑转率从0 增加到0.6 时,将模型的车轮斜坡法向载荷、挂钩牵引力和驱动力矩的计算值与实验数 据相对比,结果相对误差不超过10%,因而该爬坡模型可以有效地用于月球车轮地相互作用的力学计算．     

月球车仿真系统中若干视景真实感实现技术

虚拟现实技术的出现为月球漫游车的设计、优化等提供了新的有效手段.为在虚拟现实环境下开发月球车仿真系统,视景真实感实现技术在其中具有霞要地位.研究了真实感地形生成技术、仿真过程中的粒子系统特效技术以及车轮沉陷和车轮轨迹生成技术.基于分形技术和月面特征地形生月面高程数据;利用Muhigen Creator构建和渲染了月面几何模型;基于OpenGL Performer开发了仿真程序并应用到一种月球车运动仿真系统中.系统可在微机和SGI图形工作站运行,仿真结果显示具有良好的真实感.