形状记忆合金驱动导管机器人的动力学仿真研究

研究了由骨架弹簧和形状记忆合金(SMA)螺旋弹簧组成的柔性导管机器人的动态特性。基于导管力学模型、SMA的本构和传热方程,系统地提出了一套完整的建模方法。由于SMA具有滞回和饱和等强非线性属性,传统的比例积分微分(PID)控制方法用于导管机器人中很难获得精确的控制效果,因此针对性地设计了参数自整定模糊PID控制器。仿真结果验证了模型的正确性,并显示出模糊PID对这种结构具有良好的控制效果。这种建模和控制方法,为单个SMA弹簧驱动导管机器人的实际应用和多驱动器的导管机器人的控制研究奠定了基础。     

N自由度柔性机械臂通用的动力学建模方法研究

针对多自由度柔性机械臂动力学建模过程复杂的问题,提出一种适用于N自由度柔性臂刚柔耦合动力学建模的通用方法。该方法基于拉格朗日方程(Lagrange)和假设模态法(ASM),归纳推导得到了N自由度柔性机械臂动力学模型的最简通用符号表达式,根据该建模方法开发了"N-DOF柔性机械臂动力学方程符号计算软件";最后以两自由度柔性机械臂为例进行位置跟踪控制实验,用开发的软件自动生成了动力学模型,并搭建了实物模型进行对比验证,结果具有一致性,表明了该建模方法的正确性。与传统建模方法相比,该建模方法可减少90%以上计算时间,极大降低了建模过程的复杂性,同时对多自由度柔性臂动力学建模也具有通用性。     

压电智能悬臂梁模糊振动抑制研究

为了实现对压电智能结构此类复杂机电耦合系统的主动振动控制仿真,建立了智能结构的机电耦合动力学有限元模型,并推导和简化了模型的动力学方程与压电传感方程,建立了系统的状态空间模型,设计了模糊逻辑控制器。基于模糊逻辑理论,划分了两种不同级别的模糊集合,确定了模糊集合语言变量值,设计了4种不同的模糊控制规则,并采用重心法作为逆模糊化方法。分别模拟了智能结构的自由振动、在脉冲干扰下的振动以及在谐波干扰下的振动,比较了模糊控制器、PID控制器、LQR控制器在3种不同类型的振动方式下对智能结构的振动控制效果。     

汽车磁流变半主动悬架系统的联合模态控制

提出了带有4个磁流变可控阻尼器的汽车半主动悬架的7＋k自由度动力学模型及其闭环控制方程,基于此模型,用2个可控阻尼器对系统的两个最大的模态实施独立模态控制,而另外两个可控阻尼器则对其余的模态实施耦合模态控制,并实时地根据传感器所获得的相关信息提取系统的模态坐标,实时跟踪最大模态,切换主控模态,并对其实施独立模态控制.这种独立/耦合模态联合控制方法,可以较好地发挥独立与耦合模态控制的优点而避免其缺点.仿真实例证实了独立/耦合模态联合控制具有比单独采用独立模态控制及耦合模态控制时更好的控制效果.     

基于工况识别的IWM-EV主动悬架MOPSO模糊滑模控制

轮毂电机电动汽车(in-wheel motor electric vehicle,IWM-EV)的电机激励与车辆系统的耦合特性严重的恶化车辆的动力学性能以及电机的工作稳定性,针对这种振动负效应问题,建立了考虑机电耦合的车辆动力学耦合模型,并设计了工况识别的主动悬架多目标粒子群(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)模糊滑模控制器。基于傅里叶级数法建立了轮毂电机的垂向不平衡激励与电机转矩的电机模型;将电机模型与车辆动力学模型结合建立了电机与悬架联合的垂向-驱动非线性动力学耦合模型。基于耦合模型分析了车辆的机电耦合振动负效应特性,针对模型强非线性的特点,设计了耦合模型的非线性控制器。仿真结果表明,控制器能既能有效的减小电机的相对偏心率,抑制电机不平衡电磁力,又能提升车辆动力学性能,有效的抑制了轮毂电机电动汽车的振动负效应。     

复合运动激励下吊装多体系统振动分析与联合控制EI北大核心CSCD

建立了针对吊装系统在复合运动激励下的多体动力学模型,并给出了系统振动抑制的联合控制方法。以回转和变幅角速度为系统输入,分别利用做大范围运动的弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统描述吊臂弹性振动和吊物摆动,基于拉格朗日方程,采用递推列式法推导并给出了吊装多体系统5自由度空间运动方程。分别采用输入整形法和比例微分反馈控制法对吊物空间摆动及吊臂弹性振动进行振动控制,根据系统耦合振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和吊物摆动的联合控制器。系统振动分析及联合控制结果表明,所构建的动力学模型能有效分析回转和变幅复合运动激励下吊装多体系统的动力学特征,相比传统输入整形控制法,所设计的联合控制器对吊装多体系统的振动抑制效果得到较大提升。     

磁流变车辆悬架系统的混沌振动分析

针对双自由度1/4车辆模型,采用磁流变阻尼器(MRD)的滞环阻尼力-速度(F-v)模型,建立磁流变(MR)悬架系统的动力学方程。分别研究了系统在简谐路面作用下随激励频率、激励幅值的分岔特性,并利用相平面图、Poincaré截面和功率谱等详细描述了通向混沌振动的路径。同时,结合MR悬架系统半主动控制原理,进一步探讨了悬架系统在低频段和中频段内对控制电流的敏感性。研究结果表明:MR悬架系统运动状态易受到路面激励频率和幅值的影响,但对MRD控制电流的变化并不敏感,可以通过完善控制器设计来有效抑制MR悬架系统混沌振动的发生。     

并联驱动电液系统振动控制策略研究

针对并联驱动电液系统的内力耦合问题,建立了振动系统的动力学模型,分析了干扰耦合的产生原因。利用自由度分解实现了多个激振器的独立控制,通过内力反馈解耦控制消除系统在运行过程中产生的耦合内力。在此基础上,利用三状态控制器对系统进行加速度闭环控制,改善系统的动态特性;通过引入前馈逆模型控制策略拓展系统频宽,利用并联驱动电液试验台对振动控制策略进行实验验证,试验结果证明提出的控制策略能够提高振动控制精度。     

综合大质量偏心与弹簧横向刚度超静主动隔振平台动力学解耦控制研究

针对载荷大质量偏心和弹簧横向刚度诱发超静主动隔振平台多自由度动力学耦合问题，研究隔振平台动力学耦合特性和解耦隔振控制方法。首先，综合载荷质量偏心和弹簧横向刚度的影响建立主动隔振平台多自由度耦合动力学模型。随后，根据所建立的模型分析动力学耦合下主动隔振平台的扰动传递特性，推导耦合谐振频率与弹簧刚度、载荷质量偏心之间的解析关系。最后，给出模态空间下隔振平台动力学解耦控制方法，开发基于音圈电机的主动隔振实验平台，通过实验验证动力学模型的准确性和模态解耦隔振控制方法的有效性。     

应用SMA智能阻尼器的结构模糊控制

利用形状记忆合金(SMA)的弹性模量随温度变化的特性和SMA超弹滞回耗能特性,设计提出一种新型SMA智能阻尼器。采用模糊控制器确定SMA智能阻尼器的SMA丝工作组数,从而瞬时准确地确定SMA智能阻尼器的刚度和阻尼的档位,并有效降低受控结构地震反应。利用MATLAB提供的模糊控制工具箱和Simulink模块建立仿真模型,数值分析某三层框架结构在无控、主动控制和模糊控制三种情况下的地震反应。仿真结果表明:在模糊控制情况下框架结构底层位移和加速度反应幅值分别降低了41%和48%,控制效果显著,接近主动控制的效果,从而验证了所设计提出的SMA智能阻尼器及其模糊控制的有效性与可靠性。