基于逆问题求解的汽车操纵性能分析

采用人-车-路闭环系统操纵性能的客观评价方法，通过优化评价指标得到了双移线道路输入时驾驶员最优的预瞄时间和跟随阶数。针对原始的和经过优化的两个闭环系统，利用径向基函数神经网络建立了汽车侧向位移和其他响应之间的映射关系。将待跟踪路径输入两个训练好的神经网络，反解出汽车其他的响应，可以方便地比较两个闭环系统跟踪同一条路径时的操纵性能。仿真结果表明：这种方法能够避免由于闭环系统参数变化而跟踪不同行驶路径进而对汽车操纵性能的比较产生的不利影响；基于径向基网络的逆问题求解方法是可行的，并且具有求解精度高、运算速度快及抗干扰能力强等优点。     

立体车库过放液压缓冲系统研究

提出并设计了立体车库过放液压缓冲系统,选型计算了系统关键元件参数,基于AMESim搭建了过放液压缓冲系统仿真模型,得到了载车板速度位移和缓冲缸压缩腔压力流量动态性能曲线,分别研究了不同溢流阀弹簧预压缩量和刚度对缓冲缸压缩腔及载车板位移的影响。仿真结果表明：该系统能有效吸收载车板过放能量;在不发生撞缸的条件下,减小溢流阀弹簧刚度和预压缩量有助于降低缓冲缸压缩腔压力冲击和提高缓冲缸吸能量。     

含饱和、死区和时滞的主动悬架PID控制器设计

饱和、死区和时滞都是作动器常见的非线性现象,容易导致主动悬架系统性能下降甚至不稳定。建立1/4车体主动悬架系统动力学数学模型,运用描述函数法表述系统饱和、死区特性,通过欧拉公式描述系统时滞特性,得到含饱和、死区和时滞非线性的主动悬架系统传递函数模型。针对含PID控制器的主动悬架闭环控制系统,采用奇异频率解耦法获得矩阵形式的Hurwitz条件,再通过图解法获得PID控制器参数稳定范围。建立主动悬架仿真模型,实例研究闭环系统输出响应及非线性因素的影响。结果表明,所设计的PID控制器能保证非线性悬架正常稳定工作,可有效降低悬架系统的振动幅值,且对饱和、死区和时滞非线性因素具有一定的鲁棒性。该PID控制器设计方法可以方便地应用于工程实际,有利于提高非线性主动悬架的系统性能。     

具有指定性能的不稳定时滞对象H2控制器

本文基于H2最优控制理论针对一类不稳定对象推导了具有指定性能的控制器整定公式。设计过程分为两步。首先根据闭环系统渐近跟踪约束寻找满足要求的控制器集合，然后定义H2最优性能指标，利用有理近似副近控制对象中的纯滞后，进行控制器推导，最后，分析了系统的性能和稳定性，给出了判定的充要条件，在给出了例子中比较了新的控制器和其它控制器的性能。     

直流电机闭环调速系统设计与仿真

双闭环直流调速控制系统有较好性能,因而得到广泛应用。在实际应用中,选定电动机后,其参数是不可变的,只能通过改变双闭环直流调速系统内环电流调节器和外环的转速调节器的参数来提高整个系统的性能。建立系统的数学模型,分别按二阶最佳和三阶最佳设计方案,采用PI控制算法,对电流调节器和转速调节器进行设计,对所建立的模型在Matlab6.5的环境下进行仿真,试验证明此设计是可行的。     

双输入圆柱齿轮动力分流传动系统的静力学均载特性研究

针对双输入圆柱齿轮动力分流传动系统,建立了传动系统的静力学分析模型,模型中考虑了齿轮副的啮合变形、齿轮中心的横向变形、双联齿轮轴的扭转变形、齿轮安装误差和支撑刚度等因素。根据传动系统的力矩和力平衡条件,以及其闭环结构的变形协调条件,建立了系统的静力学平衡方程,求解了系统各分支双联齿轮轴的转矩及各分支均载系数,获得了安装误差、安装角、双联齿轮轴扭转刚度对系统均载系数的影响规律。研究结果表明,误差具有累加作用,各误差综合作用时系统均载系数显著增大,并车级齿轮安装误差对系统均载性能的影响大于分扭级;在该组参数条件下,两输入安装角为166°左右时,系统左右输入均载系数相等;降低双联齿轮轴扭转刚度有助于提高系统均载性能,合理配置分扭级安装角和双联齿轮轴扭转刚度差值有利于进一步改善均载性能。     

力反馈式微机械加速度计刚度的自适应调整

为了提高模拟力平衡式电容微机械加速度计的鲁棒性和分辨率,对系统的非线性进行了研究。通过分析系统的数学模型,认为力发生器的非线性会引入一个可变负刚度。在传统方案中,为保证加速度计满量程时总刚度大于0,预载电压要小于失稳预载的0.707,这就造成在加速度输入较小时其总刚度较大,从而影响其阈值以及小输入时的分辨率。为弥补传统方案中力矩器非线性对系统分辨力的影响,本文应用自适应理论,提出一种基于总刚度不变的变预载自适应调整方法来提高闭环系统的鲁棒性和分辨率。设计了一种基于DSP的数字式微机械加速度计并进行了试验。试验结果表明,采用自适应调整方案后,加速度计在0g附近的分辨率由43.2μg提高到11.3μg,1g附近的分辨率由36.4μg提高到12.1μg,这些数据验证了自适应调整方案对系统性能的改进。     

多小区MIMO系统中的分布式预编码研究

对多小区MIMO系统中的预编码问题进行了研究。为了降低多小区协作的信道信息(CSI)交换量和基站的计算复杂度,提出了分布式预编码矩阵设计方法。将基于最大化信漏噪比(SLNR)的预编码设计准则引入多小区协作中,提出了基于SLNR的预编码矩阵设计方法。基于SLNR的分布式预编码设计方法解决了多小区协作预编码设计中需要中央控制器的问题,而且降低了基站的计算复杂度。另外,还给出了基于匹配准则的预编码矩阵的设计方案。仿真表明:这二种预编码方案与现有方案相比,可获得更好的吞吐量性能。     

6-TPS并联机构非线性PID自适应控制

为了对并联机构实施闭环控制,设计了6自由度动平台的位形检测装置,并以动平台的位形误差及其微分、积分构造系统被控制量。针对并联机构普遍存在难以准确表示的非线性因素的问题,提出预估校正法,分析这些因素对机构性能的影响,确定它们可能的形式,从而将它们处理成具有可变参数的因素。利用动平台的位形误差和可变参数的预估误差构造李雅普诺夫函数,以机构系统满足稳定性条件为准则,导出可变参数的预估值和机构输入的自适应控制律,使系统具有自动调节结构参数的能力和渐近稳定的动态性能。     

基于闭环柔度解析式的双曲线形柔性铰链研究

提出了一种新型的单轴柔性铰链结构型式一单边双曲线形柔性铰链。以力学卡氏第二定理和微积分为理论基础，推导了单边双曲线形柔性铰链柔度的闭环解析公式，在此基础上，推导出单边双曲线形柔性铰链的转动精度公式，对单边双曲线形柔性铰链的性能进行分析，得出了结构参数对其柔度性能的影响关系。并通过对双边双曲线形柔性铰链比较，分析了单边双曲线形柔性铰链的转动能力、转动精度和对轴向载荷的影响等性能，利用有限元和实验的方法对单边柔性铰链的柔度公式进行校验，结果表明有限元与闭环解析式的偏差小于8％，实验结果和解析式的偏差在7％以内，为柔性铰链在结构紧凑、大位移场合的工程应用提供了有价值的参考。     

梳齿式微机械加速度计闭环系统的线性度

为研究离心试验中微机械加速度计的线性度和输入加速度的关系,分析闭环系统的位置误差,然后根据微机械加速度计闭环系统的输出公式,对离心试验的加速度输入和电压输出之间的关系进行最小二乘分析,提出单程线性度和全程线性度的公式,证明线性度为输入的二次曲线函数,且与开环系统低频环路增益有关。线性度公式表明增大低频环路增益,增大悬臂梁机械刚度以提高线性度的方法。利用电测法估算机械参数,并利用离心试验的数据进行验证。结果表明,可以利用±1g静态翻滚试验的数学模型和电气参数来估计高g输入下的线性度,理论值与实测值符合得较好,因此可以用简单廉价的±1g线性度测试来粗略替代复杂且昂贵的离心试验进行满量程线性度的估算。     

A speed-dependent variable preload system for high speed spindles

High speed machine tools are required to operate in a wide range of spindle rotational speeds with high stiffness and high accuracy. The stiffness of the spindle is largely dependent on the axial preload of the angular contact bearings. A large preload is required at lower range of speeds to provide sufficient stiffness for vibration-free heavy cutting. However, at higher speeds, it results in rapid temperature rise and reduces the life of the bearing. For optimum performance, it is essential that the bearing preload is reduced as the rotational speed increases. In this paper, an automatic variable preload system is proposed that changes the preload on the bearings as a function of rotational speed. This system is based on the use of centrifugal forces and requires little space inside the spindle. The performance of this mechanical system is determined using finite element modeling. A prototype of the system is fabricated and its performance is investigated using a specially devised test stand for direct measurement of the preload. The effectiveness of the proposed system in reducing the preload at higher speeds is demonstrated.     

A review on the preload technology of the rolling bearing for the spindle of machine tools

The performance of the spindle system and bearings in a machine tool is largely influenced by the preload applied to bearings. Therefore, it is a very important issue to determine a proper preload in bearings and apply it to bearings for satisfying the performance required in bearings according to its operation conditions. This study performed a review on the preload technologies through classifying these technologies into three categories; a preload configuration technology that properly determines the preload for optimizing the performance of bearings, a preload application technology that applies the determined preload to bearings during the operation of a spindle system as a reliable way, and a preload measurement technology that verifies the preload applied to an actual spindle system.     

有源静电悬浮系统的变预载控制

在基于静电悬浮轴承的惯性仪表中,为了保证系统的承载能力,需要选取很高的预载电压;而为了提高惯性仪表的精度,希望选取较低的预载电压以减小电场干扰力矩。为解决此问题提出了一种固定低预载与连续变预载相结合的控制方案,通过将被控对象精确反馈线性化和增益补偿后,能够保证系统性能基本不受预载电压变化的影响。实验表明,系统的预载电压降低了56.7%,高压放大器的功耗降低了45.3%。     

预压力对压电驱动履带移动系统的性能影响

为了提高夹心式压电驱动移动系统的机械输出性能，提出了一种U型预压力调节机构，并开展了预压力对夹心式压电驱动履带移动系统输出性能影响关系的实验研究。首先，针对U型预压力调节机构的安装对夹心式压电振子的振动特性影响关系开展了有限元仿真分析，发现U型预压力调节机构始终处在夹心式压电振子的两相工作模态振动节点位置；其次，开展了夹心式压电驱动履带移动系统的原理样机的预压力调节测试实验，确定了系统的最大输出牵引力及其所对应的最佳预压力；最后，在最佳预压力工作状态下，开展了原理样机的牵引力特性、越障性能以及模拟月壤环境下的运动特性实验。研究结果表明，在最佳预压力工作状态下，夹心式压电驱动履带移动系统的机械输出性能最佳，为其进一步在月面巡视器上的应用提供了技术支持和试验基础。     

Adaptive backstepping slide mode control of pneumatic position servo system

With the price decreasing of the pneumatic proportional valve and the high performance micro controller, the simple structure and high tracking performance pneumatic servo system demonstrates more application potential in many fields. However, most existing control methods with high tracking performance need to know the model information and to use pressure sensor. This limits the application of the pneumatic servo system. An adaptive backstepping slide mode control method is proposed for pneumatic position servo system. The proposed method designs adaptive slide mode controller using backstepping design technique. The controller parameter adaptive law is derived from Lyapunov analysis to guarantee the stability of the system. A theorem is testified to show that the state of closed-loop system is uniformly bounded, and the closed-loop system is stable. The advantages of the proposed method include that system dynamic model parameters are not required for the controller design, uncertain parameters bounds are not need, and the bulk and expensive pressure sensor is not needed as well. Experimental results show that the designed controller can achieve better tracking performance, as compared with some existing methods.     

基于阶跃响应的反向响应过程的预测函数控制

通过分析被控过程产生反向响应的内在机理,基于过程阶跃响应系数利用预测函数控制算法实现反向响应过程的控制。将系统控制结构归结为内模控制结构,并在此基础上给出控制系统的鲁棒稳定性证明。该方法的优点是所得控制器结构简单、参数易于调节,且所给方法也适用于其他非最小相位系统的控制。实验结果证实该方法有很强的抗干扰能力和较好鲁棒性。     

A flexure-based mechanism and control methodology for ultra-precision turning operation

This paper presents the methodology for modeling and control of a high precision flexure-based mechanism for ultra-precision turning operation. A high performance piezoelectric actuator is used to driven the flexure-based mechanism. A parallel flexure hinge mechanism is utilized to guide the moving platform and to preload the piezoelectric actuator. A high resolution capacitive sensor is used to measure the displacement of the flexure-based mechanism for closed-loop control. With consideration of the driving circuit, the dynamic model of the flexure-based mechanism has been established. The effect of the driving circuit on the dynamic response of the precision mechanism is investigated. Experimental tests have been carried out to verify the established model and the performance of the flexure-based mechanism.     

飞轮轴承许用磨损寿命估算算法

在轴承拟静力学法和轴承磨损理论基础上建立了飞轮轴承磨损寿命估算模型,分析了轴承预紧力、转速和结构参数对轴承磨损特性的影响并进行了试验验证。结果表明:轴承磨损寿命随着预紧力和沟道半径的增大而增加,当增加到一定值后,随其增大而减小;随着转速增大,磨损寿命降低,当转速较低时,转速对轴承磨损寿命影响较大,转速较高时对磨损寿命影响变小。