海底机器人自动跟踪预定开采路径控制

针对深海矿产资源多金属结核采矿系统关键技术海底机器人在复杂阻尼耦合作用下左右履带极易打滑,难以以预定行走速度自动跟踪预定开采路径的难题,利用ADAMS/hydraulics和Matlab/simulink软件,建立我国1 000 m海底机器人行走液压系统仿真模型.在考虑随机打滑率干扰影响和深海信号采集延迟因素下,建立采用PID控制履带左右速度实现预定行走速度模型和采用模糊控制实现自动跟踪预定开采路径模型,将二者形成内外环联合控制.开发海底机器人在复杂阻尼耦合作用下以预定速度自动跟踪预定开采路径的控制模型和算法,实现ADAMS/hydraulics与Matlab/simulink联合仿真,完成海底机器人以不同预定速度自动跟踪不同预定开采路径的多种工况的仿真.仿真结果表明,海底机器人以预定速度自动跟踪预定开采路径的性能良好,满足我国深海多金属结核采矿系统的开采要求.     

某履带车辆分布式电涡流辅助制动研究

针对履带车辆紧急制动过程中制动力矩小、制动时间长的问题,提出了一种分布式电涡流辅助制动方式,以某履带车辆总体设计性能指标为依据,进行车辆动力学理论分析。基于动力学分析软件RecurDyn建立某履带车辆虚拟样机的动力学模型,基于Matlab/Simulink软件建立电涡流制动器仿真模型,同时考虑风阻、温度及主动轮制动力矩等条件,并利用RecurDyn/Control接口技术,建立联合仿真模型。依据所建立的联合仿真模型,对履带车辆自然停车、主动轮单独制动、分布式电涡流辅助制动等各种工况进行仿真,并对履带车辆偏驶情况、制动距离、制动加速度等指标进行分析。     

一种深海采矿车自主定位系统研究

深海采矿车定位系统是其自主导航、路径规划等的基础.针对深海钴结壳矿区地形不平坦,采矿车作业环境恶劣,车体打滑严重等复杂情况,设计了一种基于从动轮测速的航位推算定位方法.用不同时刻、不同斜面复合三维地形的方法,建立非平坦地形上作业采矿车的航位推算模型,采用电子罗盘、角位移传感器等测量采矿车的动态参数,实现采矿车连续、实时定位.试验结果表明该定位系统能适应复杂的工作条件,有较高的定位精度.     

机电液协同仿真技术的钴结壳采矿车行走控制研究

由于深海环境的复杂性和不可预知性,深海钴结壳采矿车在行走作业时会受到多种干扰而跑偏.通过采用内外环控制策略,及时修正左右两侧履带的转速来消除方位误差,并基于数字虚拟样机技术,在ADAMS/ATV仿真软件中构建履带车模型,在EASY5软件中建立液压系统模型,在MATLAB/SIMULINK平台上建立控制系统模型,通过接口技术成功实现机电液一体的协同仿真.仿真结果验证了该控制方法的有效性和可行性.     

基于Simscape和RecurDyn的履带车辆动力学仿真技术研究

基于Matlab/Simscape建立履带车辆发动机和传动系统的物理模型.基于多体动力学软件RecurDyn建立履带车辆行动部分虚拟样机.通过Simulink和RecurDyn的接口技术,建立了发动机-传动装置-行动装置的履带车辆联合仿真模型.对履带车辆在硬路面进行直驶仿真,得到了换挡时的车速及驱动轮扭矩变化曲线;对履带车辆在硬路面进行无级转向仿真,得到了转向时驱动轮转速曲线和扭矩曲线、车速曲线和履带车辆运动轨迹.仿真结果表明,论文建立的履带车辆联合仿真模型有效可行,为履带车辆动力学仿真分析提供了新的思路.     

海底车避障系统神经网络算法建模分析

针对深海局部地形环境构形特征,结合海底车行走特性,将海底车越障范围内障碍物进行聚类划分,利用Surfer网格节点编辑器修改等值线,简化地形障碍物环境。将BP神经网络结构应用到海底车避障系统的神经网络设计中,提出适合海底车实现完全避障的BP网络模型,改善了BP神经网络的局部极小值问题;基于Matlab设计基于海底车避障系统的BP遗传神经网络程序,分析不同网络模型下的控制误差。结果可知:基于BP算法的避障神经网络模型具备良好的学习能力;集合两种方法的优点,对轨迹进行不断调整,达到避障的目的。     

基于联合仿真技术的深海采矿升沉补偿装置控制系统的研究

该文联合虚拟样机技术和控制系统仿真技术对深海采矿升沉补偿系统进行了设计研究,建立了基于液压动力源的升沉补偿系统采矿船多刚体机械动力学模型,并针对该模型设计了模糊自整定PID控制器。联合仿真研究结果表明,模糊自整定PID控制策略能很好地对升沉补偿装置进行有效的位移补偿控制,补偿率可达到40%~45%,从而提高了深海采矿系统的稳定性。     

基于虚拟前轮反馈控制算法的履带车轨迹跟踪方案研究

为了提高煤矿开采环境中履带车辆轨迹跟踪控制的精度,以及减小轨迹跟踪算法的运算负荷,文中以两侧电机驱动履带车为研究对象,提出了一种基于虚拟前轮反馈控制算法的履带车轨迹跟踪方案。采用虚拟前轮反馈控制器为履带车提供参考跟踪轨迹,将前轮转向车与履带车运动轨迹结合,引入执行机构限制条件,建立了虚拟前轮车与履带车拟合的数学模型。针对虚拟前轮反馈控制所得离散参考跟踪轨迹序列点的特点,提出了一种圆弧曲线拟合方法,通过拟合离散参考跟踪轨迹点对履带车的运动控制量求解,将多变量控制问题转化为单变量控制,减小了履带车辆轨迹跟踪算法的运算负荷,实现了前轮反馈控制在履带车辆上的应用。在MATLAB软件中进行仿真试验和实车试验,并与纯跟踪算法比较,试验证明,该方案可以有效地实现履带车的高精度轨迹跟踪。     

基于ADAMS的海底机器人行走液压系统仿真研究

1000m海底作业机器人是深海多金属结核采矿系统的关键技术之一。利用ADAMS／hydraulics动力学软件建立了海底作业机器人行走液压系统仿真模型，获得了履带速度和马达压力的响应特性，并对海底作业机器人在150m湖底的行走试验与仿真进行了对比研究，验证了海底作业机器人行走液压系统建模的正确性。     

利用LabVIEW的海底采矿车行走控制系统研究

针对海底采矿车在海底难以实现自动行走控制的难题,以海底采矿车模型机为控制对象,基于CAN总线通信方式,设计适用于海底采矿的行走控制系统方案.以M公司的CompactRIO控制器为核心,开发行走控制系统的硬件系统.借助LabVIEW图形化编程环境,开发行走控制系统程序,实现海底采矿车在行走过程中数据采集、控制、监测、显示和分析等功能.模型机行走实验表明,所开发的行走控制系统能有效地实现采矿车行走、越障、越沟和爬坡等动作,达到了海底采矿车远程控制的要求.     

深海油囊式浮力调节系统的研制

浮力调节系统是深海潜水器的重要组成部分,可用来补偿潜水器浮力变化和调整潜水器姿态,基于6000 m无人遥控潜水器浮力调节需求,研制了一套深海油囊式浮力调节系统。详细介绍了系统组成、工作原理及关键部件的设计,对关键承压部件耐压油舱进行了强度分析、稳定性校核和深海模拟压力环境测试。试验表明该系统能够向油囊排出60 MPa高压油,深海模拟压力试验结果显示油舱能够承受66 MPa压力,两项试验说明该系统可在6000 m深海进行浮力调节;此外还对系统进行了水池姿态调节模拟实验,进一步验证了该系统进行浮力和姿态调节的有效性和可行性。     

基于ADAMS的复合轮式海底车动力学建模与仿真

针对深海富钴结壳和热液硫化调查区复杂多变的底质环境特征,设计了一种具有高越障性能的复合轮式海底车.利用ADAMS软件建立海底车的三维仿真模型,对其垂直越障过程进行动力学仿真分析,获得了海底车关键部件和整车的动力学特性曲线,为海底车路径规划和运动控制系统提供了理论依据.     

深海采矿整体系统动力学建模及联动开采作业过程快速仿真分析

以国际海底区域多金属结核开采及我国深海采矿1000 m海试系统技术方案为工程背景,针对整体系统联动开采作业过程模拟研究的需要,提出并开发海底履带式集矿机单刚体快速动力学仿真模型。根据深海采矿系统整体运动与约束关系,将集矿机单刚体模型与扬矿管三维离散元模型相连接,组成深海采矿整体系统快速动力学仿真模型。提出两种新的整体联动开采作业方式——纵向联动折返式与横向联动折返式。通过分析、设计及仿真控制,实现两种整体联动开采作业方式的快速仿真分析。讨论集矿机按两种新提出的采集路径行走,同时采矿船拖曳扬矿管跟随集矿机运动时,整体系统的纵向与横向联动作业动力学特性。仿真分析结果表明,整体系统联动作业过程中各子系统均能保持在各自的稳定范围内运动,进而证明两种新提出的集矿机采集路径的可行性以及整体系统纵向与横向联动折返式作业方式的合理性。深海采矿系统整体联动开采作业过程动力学分析将为整体联动控制研究奠定基础,并为将来的深海采矿海试以及商业开采过程操控提供重要的理论分析基础与技术参考。     

深海采矿装备研发的现状与进展

近年来,国际社会关于深海矿产资源开发的竞争急速加剧,与此相适应,深海采矿技术及装备的研发也再度引起了世界主要工业国家与新兴工业国家以及一些国际大型企业的高度关注和投入。针对深海采矿技术与装备的不同发展阶段,分别介绍连续链斗法、穿梭艇式、水力(气力)管道提升式三种典型深海采矿系统的组成及发展现状。分别从海底固体矿产资源采集技术、海底采矿车行走技术、矿物由海底向海面输送技术以及水面支持系统技术等4个方面全面系统地分析深海采矿装备研发中的关键技术、需要面对的特殊问题及近期研究进展,并对深海采矿装备发展的可行性及研发模式进行总结与展望,对于我国深海采矿技术与装备的研究开发具有参考价值与指导作用。     

分布式后驱电动客车驱动防滑系统设计及验证

针对分布式驱动电动客车在低附着路面等工况下驱动打滑问题,对两后轮采用轮毂电机驱动的电动客车的驱动防滑控制及测试进行了研究,提出了一种包括滑转率估算、单轮驱动防滑、双轮转矩协调模块的驱动防滑系统。通过左转及右转两种工况下的实车试验与仿真结果对比分析的方法,验证了搭建的分布式后驱电动客车模型的准确性;基于Truck Sim与Matlab/Simulink联合仿真平台,在分布式后驱电动客车模型上对设计的驱动防滑系统进行了对接路面及对开路面下的仿真验证。研究结果表明:该驱动防滑系统可以有效地控制分布式后驱电动客车在低附着路面上的驱动打滑情况;特别在对开路面上,所设计的协调控制模块在实施单轮驱动防滑后,通过协调控制左右轮转矩,能较好地抑制非期望横摆力矩的产生,使车辆能够稳定行驶。     

基于UG和RecurDyn的排爆机器人的精确建模及动态分析

基于UG和RecurDyn软件分别建立了排爆机器人主体模型和履带系统模型,并在RecurDyn软件中进行了实体装配。运用RecurDyn软件对实体模型进行动态仿真,给出了爆炸物重心和整机重心在竖直方向的振动位移和振动加速度曲线,并分析了排爆机器人的平顺性。为机械臂的振动控制研究奠定了基础。     

基于AMESim和RecurDyn的履带车转向系统联合仿真分析

根据铰接式履带车转向系统的工作原理,在Recur Dyn软件和AMESim软件中分别建立履带车的虚拟样机和转向系统的液压系统;通过两种软件的对接,实现履带车转向系统的机械-液压联合仿真。运用联合仿真方法,分析了履带车原地转向时转向液压缸的液压特性变化情况。通过试验验证,试验数据与仿真结果非常接近;表明联合仿真模型的可靠性,为后期系列产品的设计制造提供可靠数据。     

基于多体动力学模型集成的深海采矿系统联动仿真

采用多体动力学建模仿真程序Recur Dyn/Track构建海底履带式集矿机多体动力学模型,实现了海底底质特殊力学模型在集矿机多体动力学模型中的二次开发与集成。开展小型履带式试验样车行走性能测试,与相应二次开发多体动力学模型仿真结果相比较,进一步验证二次开发建模方法的计算准确性。基于多体离散元法,应用Recur Dyn Process Net平台进行二次开发,采用C#语言编写建立超长采矿管线多体离散元动力学模型的自动参数化建模计算程序。集成海底履带式集矿机多体动力学模型与采矿管线系统多体离散元动力学模型,实现了深海采矿整体系统的多体动力学模型集成构建与联动仿真,获得并分析联动过程各子系统空间运动状态变化、子系统间相互作用力变化等动力学特性,为实际深海采矿系统的整体集成设计、性能预测及作业操控提供了参考。     

基于RecurDyn的圆锥滚子轴承打滑特性研究

打滑一直是造成轴承提前失效的重要因素,针对圆锥滚子轴承的打滑现象,分析了圆锥滚子轴承运转过程中的运动学关系,进行了轴承内部元件间的作用力分析,编写了轴承内部元件间作用力子程序,并结合动力学仿真软件RecurDyn建立了轴承的动力学仿真模型,研究了轴承在运转过程中轴承转速、轴向载荷等工况条件对轴承打滑特性的影响。研究结果表明:轴承打滑率随轴承转速地增加而变大;随轴向、径向载荷地增大而变小,适当地增加轴向或径向载荷有利于降低轴承的打滑率。     

纵向打滑状态下轮式移动机器人轨迹跟踪控制

针对轮式移动机器人纵向打滑状态下滑动参数未知的轨迹跟踪控制问题,提出了一种轨迹跟踪控制方法。建立了纵向打滑状态下移动机器人的运动学模型,用滑动 参数表示左右轮的打滑程度;设计合适的滑模观测器对未知的滑动参数进行估计,并通过低通滤波器减少抖振对估计结果产生的影响;基于Lyapunov直接法设计轨迹跟踪控制律,并提出了一种根据控制系统的极点分布确定控制参数的方法。仿真结果验证了所提方法的准确性和有效性。