轮泵复合式两栖驱动方法

将360°回旋喷管和二维矢量推进特性引入到喷水推进装置, 通过对现有两栖机器人的运动特性、两栖环境适应性的综合分析,将中空的驱动轮与轴流叶片进行复合,设计了一种轮泵复合式的两栖矢量喷水驱动装置. 根据动量定理与流道压力能损耗理论,求解了两栖喷水驱动装置的二维推力与电机转速的预估值. 基于能量守恒和粘滞阻力原理建立了驱动电机转矩的预估模型. 对两栖推进装置进行CFD仿真,得到了推进器内部流道的压力、速度等流动特性. 最后制作了轮泵复合式推进器,测试了推进器的推力性能,得到了特征尺寸为50 mm×100 mm×90 mm的推进器转速为2 800 r/min时推力大小为6.5 N,与仿真结果对比误差小于8%,验证了该构型在水下推进的有效性和二维矢量推力特性.     

基于非线性分离的可倾转四旋翼LQR飞行控制研究

本文研究了一种能够独立控制位置和姿态的可倾转四旋翼飞行器,在建立了系统动力学模型的基础上,针对可倾转四旋翼飞行器系统存在的强输入非线性问题,采用了非线性分离策略,构造中间控制量,将该强非线性系统分离为线性动态环节和非线性静态环节,并仅针对线性动态环节设计了计算量小、易于硬件实现的线性二次型调节器(LQR),然后再通过反解输入非线性环节将中间控制量分配到实际的控制量——旋翼倾转角和电机转速.仿真实验结果表明,基于非线性分离策略设计的LQR飞行控制器能够实现对可倾转四旋翼稳定控制,很好地独立追踪位置和姿态期望.     

固定推力和总冲约束的高空飞行器姿态控制

针对执行器为固定推力的喷气反作用装置的高空飞行器姿态控制问题,以推力总冲最小为约束,以Lyapunov稳定性和滑动模态可达性为要求,选择线性和指数函数复合的切换函数,设计了一个实例系统的控制器。系统姿态和姿态机动过程的仿真结果表明,该设计能消除系统参数变化以及干扰力矩的影响,并能准确调整姿态。     

基于推力矢量/水舵复合的超空泡导弹变结构控制研究

为研究水下超空泡导弹在巡航段的稳定控制,提出了对导弹的俯仰、偏航和滚动通道均进行控制。从超空泡导弹受力的特殊性出发,提出一种按通道分配指令的推力矢量/水舵复合的控制策略,在此基础上推导其面向控制系统设计的数学模型,应用变结构控制理论设计控制器并进行数学仿真。仿真结果表明,航迹和姿态参数均可满足快速性、稳定性和鲁棒性的设计要求。     

深海机器人推进电机系统的混沌控制

深海机器人推进电机系统中出现的混沌现象，直接影响深海机器人稳定性、可靠性和安全性.采用自适应控制技术对其混沌行为加以控制，对该方法的可行性和有效性进行了证明.设计和构造了易于工程实施的混沌控制器，用于深海机器人推进电机系统混沌控制.仿真实验表明，推进电机系统在自适应控制器的作用下可迅速脱离混沌状态，并进入持续稳定状态，控制效果明显.可以为深海机器人推进电机系统中可能出现的混沌运行行为提供控制策略和抑制预案，有利于混沌控制嵌入软件的开发，确保深海机器人稳定、可靠和安全地运行，具有一定的实用价值.     

履带轮椅机器人爬楼姿态控制的研究

提出一种采用履带结构的轮椅机器人方案,并对其爬楼姿态的控制方法进行研究. 利用6轴运动传感器获取机体爬楼时的姿态数据,超声波传感器采集机体两侧的距离数据,根据轮椅机器人自身特点与实际经验,使用模糊PID（Proportion Integration Differentiation）算法设计出模糊自整定PID控制器. 通过在MATLAB/SIMULINK下仿真,该控制器能将方向角稳定在预定角度,建立稳态时间为0.17 s,最大超调量不超过7.2%. 实际试验中,方向角稳定在预设值±0.2°内,具有很好的控制效果,实现了爬楼过程中的自动控制.     

可容错的遥控水下机器人递归神经网络控制

针对遥控水下机器人(ROV)需要长时间稳定可靠工作的问题,提出递归模糊神经网络及可容错分配推力的控制方法．使用扩展函数链改进递归模糊神经网络控制器,提高了控制器对机器人非线性特性的识别和处理能力;基于反向梯度传播原理,由能量函数设计了该网络的学习算法,并根据微粒群优化确定学习率参数,从而保证整个网络的收敛性;在推力分配方面,针对开架式遥控水下机器人的两种推力器布置形式进行建模,将容错问题转化为对偶优化问题,建立能量函数实现故障条件下的推力优化分配．实验结果表明,所设计控制器不仅增强了遥控水下机器人对干扰的反应能力,并且提高了对机器人非线性特性的控制能力,减少了控制误差．当部分主推或侧推等推力器失效时,仍可以通过推力优化分配实现机器人在水平面上的准确位置控制,从而保证了遥控水下机器人长时间可靠工作．     

三自由度欠驱动机器人抓握目标杆运动控制

为解决Acrobot等一类欠驱动机器人依靠励振与其他控制方法相结合不能实现可靠抓握目标杆运动控制的问题．提出欠驱动机器人大阻尼非完整约束概念,研究稳定抓握目标杆的控制策略与方法．设计专用于此类机器人的手爪,该手爪可抓紧支撑杆构成大阻尼非完整约束状态;提出利用快速摇起阶段的励振控制与大阻尼状态下退转反馈控制相结合实现欠驱动机器人稳定抓握目标杆的控制策略,并进行控制器设计;利用ADAMS与MATLAB软件建立三自由度欠驱动机器人联合仿真控制系统模型．仿真结果表明,该方法可实现可靠的抓握目标杆运动控制,验证了该机器人各关节的驱动能力以及所提出控制策略的有效性．     

深海原油转驳船定位模式及定位能力分析

为了给原油转驳船的动力定位系统设计及设备选型提供技术参考,本文分析了原油转驳船的作业模式,计算了各模式下原油转驳船受到的环境载荷。通过采用远场积分法,获得了不同浪向下原油转驳船的二阶定常波浪力,开展了推进装置推力分配及主推进装置和动力定位推进装置布置研究,并针对原油转驳船推力系统的完整模式和各种失效模式,计算并绘制了原油转驳船作业工况的动力定位能力曲线。计算结果表明:该船的动力定位系统能满足DP-2级别要求,能保证原油转驳船在设计海况下正常作业,可为实际工程中推进定位系统设计提供参考。     

基于参数寻优的自学习算法在两轮机器人控制上的应用

针对两轮机器人现有控制算法的弊端,基于自学习参数寻优算法设计自适应控制器.该控制器结构简单,无需依赖精确数学模型,经过多次学习训练,即可获得最优控制参数.将该控制器应用于两轮机器人的平衡控制中,并与线性二次型(linear quadratic regulator,LQR)最优控制器进行对比,仿真结果验证了该算法的正确性、有效性,凸显出较强的鲁棒性和仿生学习性;将该控制器应用于两轮机器人物理系统,取得了良好的控制效果.     

面向机动的临近空间飞行器自适应协调控制

为提高临近空间飞行器的机动性能,提出一种结合推力矢量的新型自适应滑模控制方法,并搭建闭环最优控制分配系统,实现气动舵面与矢量喷管最优分配,保证飞行器稳定机动飞行。首先为应对机动飞行环境中复杂不确定,设计新型自适应滑模控制器,放宽了现有自适应滑模控制不确定有界性限制,获得确保姿态角稳定跟踪的期望控制力矩。引入推力矢量技术的临近空间飞行器存在多种控制输入,控制分配是机动飞行控制的关键。其次为确保机动飞行稳定安全,从稳定性角度提升分配性能,设计闭环最优控制分配策略,将期望控制力矩精确稳定地分配到执行器,完成气动舵面和矢量喷管协调控制,实现机动飞行中姿态角对参考指令的稳定跟踪。仿真结果表明：推力矢量技术对于扩大临近空间飞行器横纵方向姿态角变化范围具有有效性,同时验证了所设计控制策略能够在复杂不确定影响下保证飞行姿态稳定。     

基于气浮台的空间机器人姿控推力器构型设计与仿真

由于推力器构型直接影响控制作用的实现和推进剂的消耗,因此其设计的好坏对整个控制系统的性能有很重要的影响。针对空间机器人姿态控制系统,对其推力器构型进行设计,设计的目标是实现要求的姿态控制量并使推进剂消耗量最小,在此基础上,对控制系统进行气浮台仿真试验。结果表明,所设计的推力器构型是可行的,控制系统具有较好的控制性能。     

移动机器人智能避障算法仿真研究

针对轮式移动机器人运动过程中避免碰撞固定障碍物的问题,提出了一种基于预先检测位置的智能控制算法。该算法以障碍物边预先检测位置为运行过程的子目标,通过经由各子目标,实现移动机器人绕行障碍物,避免碰撞的目的。仿真结果显示:使用此智能控制算法,移动机器人能够实现平稳绕行障碍物,到达最终目的地。     

基于二型模糊大脑情感学习控制器的双足机器人容错控制研究

为提高双足机器人行走的控制精度,提出利用二型模糊大脑情感学习控制器对双足机器人进行容错控制.该方法利用控制器的非线性估计模块估计双足机器人的系统故障和建模误差信息,并由计算转矩控制器和鲁棒控制器实现容错控制以解决外部扰动引起的系统不稳定问题.利用Matlab对两个案例进行仿真结果表明,该方法在双足机器人出现系统故障和外部出现扰动的情况下,仍能良好地估计出控制器的输入值,使双足机器人正常运行.因此,该方法对提高双足机器人的容错控制精度及轨迹跟踪的可靠性具有很好的参考价值.     

一种环境侦察机器人的控制器

为方便控制环境侦察机器人现场作业,设计了一种环境侦察机器人的操纵装置.分析了环境侦察机器人及其控制装置的研究现状,在介绍了多种移动机器人的操作方式的基础上,根据环境侦察机器人工作性质的特殊性,提出了一种适合于环境侦察机器人的操纵装置的设计,并给出了操纵方法.     

一种AUV并联型矢量推进机构的姿态控制算法

为克服一些AUV矢量推进方式存在的作动器外置、自由度冗余等缺点,提出一种基于少自由度并联机构、作动器内部布置、满足两自由度矢量推进的结构方案.方案采用RS+2PRS并联机构作为AUV推进系统的主体结构,并联机构的固定平台与AUV的尾部舱壁固联、机构的运动平台安装螺旋桨等推进器,将驱动部件和动力输入单元内置于AUV舱体内部,结构紧凑,刚度性能好,便于推进系统的密封与防护;通过推进机构的运动参数解耦分析可知,该推进机构的自由度为2,独立运动参数为螺旋桨安装平台的进动角和章动角;可以采用两个移动副构件作为机构的驱动输入,建立推进机构欧拉姿态角与两路驱动参数之间的非线性映射模型;利用MATLAB和ADAMS的联合仿真分析,并搭建实物装置实现了螺旋桨姿态角的快速调整,从而实现AUV航向角和俯仰角的改变.研究结果表明,该型两自由度推进机构结构可行,姿态控制算法正确有效,可以有效提升AUV的水下机动性和工作效能,为后续两自由度矢量推进机构的工程化应用奠定理论基础.     

组合体航天器的姿态无模型自适应控制

为解决转动惯量参数未知组合体航天器的姿态精确控制问题,基于无模型自适应控制方法设计了一种不依赖于航天器精确动力学模型的组合体航天器姿态无模型自适应控制算法.首先,基于单输入单输出离散时间系统的数据驱动控制方法推导得出无模型自适应控制方程;然后,将无模型自适应控制方法拓展到组合体航天器姿态控制中,设计应用于组合体航天器姿态控制的无模型控制器;此外,为了缩短控制收敛时间,结合组合体航天器动力学特性,对姿态无模型控制器的控制过程进行优化设计;最后,以在轨服务航天器目标抓捕后的操作为研究背景进行组合体航天器的无模型自适应控制算法和无模型控制过程优化算法的数学仿真,验证了算法的有效性和可行性.数学仿真结果表明:所设计的组合体航天器无模型自适应算法有效,能够实现惯性参数未知的组合体航天器的姿态精确控制;且通过无模型控制过程优化设计,可以实现组合体航天器姿态控制过程的快速收敛;同时,该算法具有较高的控制精度.     

Attitude control of spacecraft during propulsion of swing thruster

As for orbit transfer vehicle (OTV) with multiple satellites/payloads carried,the release of each payload will bring serious change to the mass center of OTV and the thrust produced by the swing thrust...