参数不确定空间机械臂系统的鲁棒自适应混合控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题.对系统运动学、动力学的分析结果表明,结合系统动量守恒及动量矩守恒关系得到的系统广义Jacobi关系以及系统的动力学方程是系统惯性参数的非线性函数.证明了借助于增广变量法可以将系统的增广广义Jacobi矩阵及系统动力学方程表示为一组适当选择的(组合)惯性参数的线性函数.以此为基础,针对系统惯性参数不确定的情况,设计了空间机械臂末端抓手跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒自适应混合控制方案.仿真运算结果证实了方法的有效性.     

漂浮基空间机械臂分解运动控制的增广自适应算法

本文讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基两杆空间机械臂系统的逆运动学问题 ,推导了系统的运动学、动力学方程．分析表明,结合系统动量守恒及动量矩守恒关系得到 的系统广义Jacobi关系为系统惯性参数的非线性函数．本文证明了,借助于增广变量法可以 将增广广义Jacobi矩阵表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数．并在此基础上,给出了 系统参数未知时由空间机械臂末端惯性空间期望轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速 度的增广自适应控制算法．仿真运算,证实了方法的有效性．     

具Frobenius有界不确定性广义系统的鲁棒稳定性

研究了具Frobenius有界不确定性广义系统的稳定与鲁棒镇定问题. 通过对代数Riccati不等式或代数Riccati方程的求解, 获得了不确定广义系统广义二次稳定的充要条件, 使得对所有容许的不确定参数, 系统是稳定, 正则和无脉冲. 而且, 根据一类矩阵方程, 构造了使不确定广义系统鲁棒镇定的状态反馈控制器的设计方法. 实例说明了上述方法的有效性.     

空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制方法

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制问题. 对系统的运动学、动力学分析表明, 结合系统动量守恒关系得到的系统动力学方程及协调运动的增广广义Jacobi矩阵可以表示为适当选择的组合惯性参数的线性函数. 以此为基础, 对于系统存在未知参数的情况, 设计了本体姿态与机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案. 上述控制方案的显著优点在于: 不需要测量、反馈飞行器本体的位置、移动速度及移动加速度. 仿真运算, 证实了上述控制方案的有效性.     

多矩阵变量线性矩阵方程的广义自反解的迭代算法

基于求线性矩阵方程约束解的修正共轭梯度法的思想方法,通过修改某些矩阵的结构,建立了求特殊类型的多矩阵变量线性矩阵方程的广义自反解的迭代算法,证明了迭代算法的收敛性,解决了给定矩阵在该矩阵方程的广义自反解集合中的最佳逼近计算问题.当矩阵方程相容时,该算法可以在有限步计算后得到其一组广义自反解;选取特殊的初始矩阵,能够求得其极小范数广义自反解.数值算例表明,迭代算法是有效的.     

不确定广义系统的降阶H-infinity控制器设计

研究基于函数观测器的不确定广义系统的降阶H-infinity控制器设计问题. 首先提出了基于严格线性矩阵不等式的不确定广义系统H-infinity控制的充分条件, 并用于状态反馈H-infinity控制设计. 然后对所得控制增益进行降阶观测, 基于广义Sylvester矩阵方程的显式通解, 考虑系统的H-infinity性能约束, 提出了降阶输出反馈控制器的参数化设计方法.     

不确定广义系统的降阶H∞控制器设计

研究基于函数观测器的不确定广义系统的降阶H∞控制器设计问题.首先提出了基于严格线性矩阵不等式的不确定广义系统H∞控制的充分条件,并用于状态反馈H∞控制设计.然后对所得控制增益进行降阶观测,基于广义Sylvester矩阵方程的显式通解,考虑系统的H∞性能约束,提出了降阶输出反馈控制器的参数化设计方法.     

滞后广义系统的状态反馈H∞控制

研究了一类状态方程和输出方程均带有时滞的滞后广义系统的H ∞控制问题.利用线性矩阵不等式,首先给出滞后广义系统零解渐近稳定且具有H ∞范数约束的充分条件,进而分别设计无记忆和有记忆状态反馈控制律,保证闭环系统具有上述性能,同时基于线性矩阵不等式的解得到了相应控制器构造方法.最后给出一个数值算例说明文中结论的有效性.     

滑模等式约束的时滞系统广义预测控制

提出了一种滑模等式约束的广义预测控制方法.该方法将广义预测控制与离散滑模控制结合起来用于具有大惯性、大时滞、时变和非线性的热力站换热机组的供水温度控制系统中,并采用柔化输入信号的方法,可避免广义预测控制算法中的矩阵求逆,有效缩短了预测时域,减小计算量.最后给出了稳定性分析并通过仿真验证了该方法的有效性.     

三分支机器人协调操作及关节力矩优化

针对三分支机器人协调运动，采用分离影响系数法分离各个分支的雅可比矩阵和惯性矩阵，再重新组合成整个系统的雅可比矩阵和惯性矩阵，建立三分支机器人运动学和动力学方程．应用乘子罚函数方法，对三分支机器人基于最小关节驱动力矩优化设计,避免矩阵的奇异值分解，提高计算的稳定性，应用迭代方法，简化了问题的求解．     

轨道摄动对航天器角动量管理的影响和补偿

三轴主惯量接近的航天器长期在轨采用惯性系的角动量管理,使用垂直于轨道面的某一主惯性轴为Y轴,建立参考的惯性系进行控制器设计,轨道摄动使轨道长周期项与时间呈近似线性关系,导致控制器输出线性累加.针对此问题,分析轨道摄动导致控制律失效的原因,参考内模原理扩维方程,重新设计最优控制方法进行惯性系的角动量管理.通过半物理仿真表明了摄动补偿方法的可行性,且角动量和姿态长期稳定性均优于补偿前.     

Solution of free vibration equation of elastically supported Timoshenko columns with a tip mass by differential transform method

In this study free vibration analysis of a Timoshenko column with a tip mass having rotary inertia is carried out by both exact solution and differential transform method (DTM). The support of the system is modeled by an elastic spring against rotation. Fixity factor is used to define the relative stiffness of the elastic connection and the column. The governing equation of the column is solved by the separation of variables method including the rotatory inertia to get the exact solution. The same problem is also solved by DTM algorithm and the results are compared with the ones of exact solution. The comparison tables are presented in numerical analysis to show that a very good agreement is observed for DTM.     

Limits of linearity in squeeze film behavior of a single degree of freedom microsystem

This paper presents a theoretical investigation of squeeze film flow in systems employing microplates parallel to a substrate and undergoing large amplitude normal vibration. Most previous models of squeeze film damping assume small oscillation amplitude with linear system behavior, but it is often unclear how small the vibrations must be to actually elicit this response. In addition, fluid inertia effects are usually overlooked. This study provides a compact nonlinear solution for the incompressible hydrodynamic forces with specific terms describing fluid inertia and viscous damping. Numerical analysis (the explicit Runge-Kutta method) is applied to solve the nonlinear governing equation. The effects of frequency, oscillation amplitude, aspect ratio (of gap to length), and Reynolds number on the dynamic response of the system are investigated. The overall system response depends strongly on the actuation frequency and system properties. It is found that a simple criterion of validity for the linear system assumption is not possible. Near resonance, the vibration input amplitude (relative to the initial gap) must be very small indeed for linearity (～0.001), while in other cases the relative amplitude can be greater than one.     

Analysis of free vibrations of a viscoelastic oscillator via the models involving several fractional parameters and relaxation/retardation times

Free damped vibrations of a linear viscoelastic oscillator based on the fractional derivative model involving more than one different fractional parameters and several relaxation (retardation) times are investigated. The analytical solution is obtained in the form of two terms, one of which governs the drift of the system’s equilibrium position and is defined by the dynamic relaxation–retardation processes occurring in the system, and the other term describes damped vibrations around the equilibrium position and is determined by the system’s inertia and energy dissipation. The drift is governed by an improper integral taken along two sides of the cut of the complex plane, while damped vibrations are determined according to the two complex conjugate roots of the characteristic equation, which are located on the left half of the complex plane. The behaviour of the characteristic equation roots as functions of the system’s rheological parameters, which enable the control of the dynamic response of the oscillator, is shown in the complex plane.     

基于动态P混沌与动态非线性的PSO算法

为解决粒子群优化算法易于陷入局部最优问题,提出2种方法并行改进惯性权重。对比平均值差的粒子,用所设计的动态P混沌映射公式调整惯性权重,在复杂多变的环境中逐步摆脱局部最优,动态寻找全局最优值。对好于或等于整体适应度平均值的粒子,用所提出的动态非线性方程调整惯性权重,在保存有利条件的基础上逐步向全局最优处收敛。2种方法前后相辅相成、动态协作。实验结果证实,该算法在不同情况下都超越了同类改进算法。     

基于交流电机的电惯量控制系统算法研究

电惯量技术即是用电动机按照一定的控制算法输出力矩和转速来模拟机械惯量的方法。目前出现的各种电惯量模拟方法,基本都没有考虑电动机各个变量之间的耦合作用,使得电惯量系统的动态性能和鲁棒性不佳。本文在建立基于惯性式汽车制动器电惯量控制系统模型的基础上,用交流电机作为驱动电机来模拟机械惯量,并针对交流电机变量之间没有解耦的问题,利用内模解耦控制算法对电惯量系统进行多变量解耦控制。文中用MATLAB软件对系统进行了仿真研究,仿真结果表明,解耦后系统的快速性、稳定性、鲁棒性比不解耦系统的性能有明显改善。     

并联型工业机器人的运动弹性动力学研究

从关联型机器人的通有模型出发，引入力域内的雅可比矩阵，将中央平台之后开链部分的质量和惯性计入模型，推导出完整形式的动力学模型，建立了基于弹性理论和有限元分析的运动弹性动力学方程，并以天府－Ｉ型点焊机械手为例进行了ＫＥＤ分析，编制了相应的软件，在建模时还采用了计算机符号－数据处理技术。     

惯性权重正弦调整的粒子群算法

通过对标准粒子群算法中惯性权重的分析,提出了一种惯性权重正弦调整的粒子群算法。运用差分方程对粒子速度变化过程和位置变化过程进行分析,得到了粒子群算法的收敛条件。通过对4个典型的函数的测试,实验结果表明该方法在收敛速度和全局收敛性方面都比标准粒子群算法和随机惯性权重粒子群算法有明显改进。理论分析和仿真实验验证了新算法的正确性和有效性。     

基于非回归矩阵的移动机械臂的自适应控制

针对非完整移动机械臂系统的输出跟踪问题,在系统的惯性参数及未建模动态未知的情况下,根据动力学方程的性质,为其设计了基于非回归矩阵的自适应控制律。将其用于一类非完整移动机械臂的输出跟踪控制,仿真结果验证了所提出控制方法的正确有效性。     

中冷回热循环燃气轮机动态仿真研究

中冷回热循环燃气轮机是一个高度非线性的热动力系统,其动态性能由转子的转动惯性、容积的容积惯性和换热器的热惯性所决定。根据中冷回热循环燃气轮机的各部件特性,利用M atlab/S im link仿真平台,采用模块化建模法,对中冷回热循环燃气轮机进行动态仿真。通过实例,对中冷回热循环燃气轮机的动态性能进行分析,并与简单循环燃气轮机仿真结果进行比较。结果表明,换热器的时间常数较大,其热惯性对机组的动态性能影响较大,在仿真过程中不能忽略,且机组平衡时间与换热器时间常数有关,时间常数愈大,达到平衡所需时间愈长。