基于响应面模型与自适应遗传算法的中空型行波超声电机柔性转子结构优化

中空型行波超声电机柔性转子由于结构复杂,因此存在设计空间较小、转子与定子接触界面接触不均匀、转子变形后内应力较大等问题。该文首先利用有限元方法建立转子尺寸参数化有限元模型;然后用拉丁超立方(LatinHypercube)随机抽样法,在设计空间内建立响应面模型;最后,利用自适应遗传优化算法(self-adaptive genetic algorithm,SAGA)基于响应面模型得到设计空间内的全局最优解。为了验证优化结果的合理性,设计了定子外径为ф70 mm,陶瓷片内外径尺寸分别为ф55 mm和ф70 mm的超声电机配合该文设计的转子进行磨合实验。实验证明,经过优化设计得到的转子与定子之间接触更均匀,转子变形后内应力减小,转子变形空间更大。     

基于模糊神经网络的直线超声电机自适应控制

针对直线超声电机很强的非线性和时变特性,提出了模糊神经网络控制。为了更好地将PID控制的经验融入模糊神经网络,对离散型PID表达式的各项进行了划分,将轨迹跟踪误差信号、轨迹跟踪误差信号的变化和轨迹跟踪误差信号的变化率等三项作为模糊神经网络的输入。采用自适应律并结合了反向传播算法和梯度下降法进行学习优化。试验结果表明,所设计的模糊神经网络控制器不仅明显优于PID和自组织神经网络控制器,而且具有很好的抗干扰能力。     

应用超声电机的自主移动机器人运动控制

设计了一种自主移动机器人的机构和控制系统,将超声电机用于移动机器人的驱动,采用微控制器,以软件实现了电机的启停、调速和两电机同步转动的P I控制,进而实现了机器人运动的控制。实验中电机速度控制范围为20-80 r/m in,负载约为0.2 N.m,实验结果表明了该控制方法的有效性和实用性。     

超声电机驱动五指灵巧手的设计与仿真

设计一个由超声电机驱动的仿人五指灵巧手,由于超声电机的一些优点,使得该五指灵巧手与人手相仿,共有20个独立自由度,重量不足1000 g。为了检验设计方案是否能达到预期的效果,运用ADAMS分析软件对模型进行了运动学和动力学的仿真,仿真结果表明设计方案合理可行。     

运用中空超声电机的血管介入手术机器人系统

传统的血管介入手术需要医生在X射线下协同操控导丝、导管进行,不可避免的遭受X射线的辐射,而目前的血管介入机器人系统不能在一套装置上操控导丝和导管,限制了其使用范围。为了能在同一装置上操控导丝和导管,研制了基于中空超声电机的新型血管介入手术主从控制机器人系统,实现了在同一套装置中协同操控导丝、导管。根据中空超声电机的中空结构以及低速大扭矩的特点,设计出一种可协同操控导丝和导管的关键机构——中空旋转机构,并根据医生操控导丝和导管的习惯,设计出线性驱动机构。精选了比例?积分?微分控制器（proportion?integral?derivative,简称PID）控制算法并对该系统进行了主从跟随累计误差、滞后时间、最小操控分辨等实验。实验结果显示,系统作旋转运动和直线运动的主从跟随累计误差分别小于0.2°,0.4 mm,最小操控分辨率分别小于0.2°,0.4 mm,滞后时间小于300 ms,满足了临床基本要求。     

基于特征点集的五指灵巧手主从映射方法

抓持规划是灵巧手主从抓持的核心问题。到目前为止,对于如何评价主从映射的好坏还缺乏相应的理论根据。本文利用灵巧手特征点集的概念,对仿人五指灵巧手的主从映射关系进行了详细的讨论,求得了主从运动过程中关节角的最优映射系数。为了满足实时控制的要求,利用黄金分割算法完成了程序的开发。结果表明,该方法完全满足实际控制的要求。     

作业车间多工艺路线批量作业计划优化

提出一种基于遗传算法的作业计划算法,用于解决作业车间的中小批量多工艺加工作业计划的优化问题。在作业计划算法中,提出了一种将工件的子批数量和加工工序包容在一起的染色体编码方法,使得子批数量的确定和子批加工顺序的安排能够被同时优化。以生产周期为目标优化作业计划,将遗传算法和分派规则相结合,通过交叉、变异等遗传操作,得到目标的最优或次优解。最后对算法进行了仿真研究,并给出了算法运行结果,仿真结果表明该算法是可行的。     

控制

利用超声电机低速大转矩特性,实现了三关节机器人的直接驱动。一方面,由于超声电机是通过定转子间的摩擦驱动,其模型无法精确描述,另一方面,由于无法在方程中将关节机器人的所有动力参数表达出来,因而该机器人在控制中存在摩擦干扰和参数不确定带来的动力干扰。针对这些干扰,采用了非线性H∞控制方式,以L2增益作为设计指标,设计了H∞控制器。实践证明,非线性H∞控制器不仅可以保证机器人稳定运行,而且位置精度大为提高。最后,还对控制器的鲁棒性进行了实验验证,结果表明该控制器有很好的抗干扰能力。     

基于单神经元自适应PID的超声波电动机转速控制

超声波电动机是一种依靠振动和摩擦来传递运动的新型微电机.从工作原理来看,超声波电动机是一个高度非线性系统,采用经典PID控制无法取得理想的控制效果.设计一种单神经元自适应PID控制器,用于超声波电动机转速控制研究,取得较好的试验效果.     

显微视觉系统的自动聚焦及控制

对自动显微镜的自动聚焦评价函数及聚焦控制策略进行了研究.首先,介绍了频域聚焦函数提升小波变换及时域聚焦函数Sobel-Tenengrad算子,通过将提升小波变换和Sobel-Tenengrad算子有机组合提出了一种新型聚焦评价函数.然后,利用离焦、正焦样本图像对自组织算法进行无监督训练,使用粒子群优化算法加速训练过程,并以经过学习的自组织映射算法作为聚焦控制器.最后,进行了显微视觉自动聚焦实验.实验结果表明:新型组合算子具有单峰性,峰值处变化陡峭,对不同样本、不同倍数物镜均可在正焦位置达到最大值,鲁棒性强;经过学习控制器后平均仅用7.6步即可完成自动聚焦,与爬山法相比,该聚焦算法不仅大大提高了聚焦速度且性能稳定,对每幅输入图像处理、识别时间约为120ms;满足了显微视觉自动聚焦要求,获得了良好聚焦效果.