FAST工程索驱动机构方案研究

简要介绍了FAST工程索驱动机构的设计要求,并针对设计要求提出多种设计方案,对多种方案进行论证,得出最优方案。     

柔索驱动并联机器人动力学建模与数值仿真

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为驱动元件,并结合了并联机构和柔索驱动的优点。500 m口径大射电望远镜(Five-hundred meter aperture spherical radio telescope, FAST)粗调系统通过6根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的6自由度运动,其工作特点与并联机器人类似,因此可被看作柔索驱动并联机器人。基于此,根据FAST 5 m缩比试验模型,首先应用悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱的作用力。其次,对该舱索系统进行逆运动学分析,采用拉格朗日方程建立柔索驱动并联机器人的逆动力学模型。最后,针对FAST 5 m缩比模型的设计方案进行动力学仿真,数值结果表明该动力学建模是合理的。     

考虑柔索垂度影响的索支撑系统静刚度

大射电望远镜的索支撑系统由于工作空间巨大,刚度分析时必须考虑柔索垂度的影响.为此,基于弹性悬链线方程推导出柔索的索端张力与索长之间的关系,建立索支撑系统的静力学模型.在此基础上,根据索端张力与舱体位移之间的非线性关系推导出作用在舱体上的柔索合力与舱体位移之间的增量关系,从而获得系统静刚度矩阵的解析表达式.利用数值算例证明分析方法的正确性,在算例中给出索支撑系统在某点处的刚度矩阵及其在工作空间内的刚度分布.分析结果表明索支撑系统绕舱体中轴的转动刚度相对薄弱.     

索支撑柔性结构的动力学分析与控制

根据悬索精确的悬链线解析表达式推导出两端固定时悬索初始长度与拉力之间的关系，从而能够精确而高效地获得悬索对两端节点的拉力，在此基础上应用Newton—Euler法建立了舱索系统的动力学简化模型。针对该柔性结构为一非线性、大滞后、强耦合等特点，提出了一种常规PID控制与模糊PID控制并行结合的Fuzzy—PID复合控制算法来实现馈源轨迹跟踪策略。理论分析和仿真实验结果表明，该控制算法不仅能满足馈源舱轨迹跟踪精度要求，而且具有较强的鲁棒性。     

舱索系统的非线性静力学分析与索长解算

根据悬索悬链线方程推导出索端拉力解析表达式的简单形式,并将其应用到舱索系统的非线性静力学平衡方程中。推导出相应的Jacobian矩阵之后采用具有二次收敛性的Newton-Raphson迭代法进行求解,得到更快的求解速度以满足控制的要求。求解过程中采用优化策略得到更为均匀的悬索拉力。最后在数值算例中验证了模型的正确性。     

单体柔索驱动机械的阻抗控制

开发了一种阻抗控制方法并应用到单体柔索驱动机械中,这是一个在三维空间中利用七根柔索驱动一个刚体的问题.该方法基于刚性联结机器手的阻抗控制,然后扩展到柔索驱动机械的特定场合,比如在柔索中如何保持张力.     

基于Grassmann线几何的平面柔索驱动并联机构奇异分析

柔索驱动并联机构奇异的本质是部分柔索作用在操作末端的力旋量失效,基于此,将柔索对操作末端的作用定义为线矢量,利用Grassmann线几何方法对这些线矢量之间的线性相关性进行判断,从而可以判定柔索驱动并联机构是否处于奇异的位形,并得出平面柔索驱动机构在无奇异设计时必须要满足的几何条件。利用此线几何方法对几类机构的奇异进行判定,并根据平面无奇异的几何条件给出两种无奇异机构。对发生奇异的机构通过改变机构的尺寸或增加部分柔索等方法对机构进行改进,从而避免了机构的奇异。利用雅可比矩阵数值方法对机构改进前后的奇异性进行分析,结果表明改进后机构有效地消除了机构原有的奇异,也说明线几何方法分析柔索驱动并联机构奇异问题的适用性。     

绳驱动仿腕关节的绳索拉力分布和动力学分析

为模拟人臂腕关节的结构功能,提出了有别于传统仿生关节的3自由度绳驱动并联结构,即动平台与静平台通过一球副连接实现腕关节的转动功能。绳索的引入给机构带来建模和控制上的难度。首先,忽略绳索重力特性,采用Lagrange法建立其标准动力学方程。同时,考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单向受力性,提出了绳张力分布优化模型,通过遗传算法得到了绳拉力分布。其次,针对腕关节存在的绳索质量对机构的影响,建立了考虑绳质量的悬链线动力学模型。最后,对两种模型进行仿真,并对比了仿真结果。     

水下试验平台柔索驱动电液同步控制研究

针对液压系统非线性、参数不确定及外负载扰动影响柔索驱动系统多台液压绞车同步性能的问题,提出了基于模型参考模糊自适应的同步控制策略。分析了柔索驱动系统的结构,建立了平台运动方程和液压控制系统数学模型,最后设计了模糊自适应机构。仿真结果表明该控制策略提高了系统的同步性能,现场试验验证了驱动方案设计的合理性及控制策略的有效性。     

可缠绕式混合驱动柔索并联机器人可靠性分析

根据可缠绕式混合驱动柔索并联机器人的机构组成及工作原理,将失效模式与影响分析法(FMEA)和引入模糊集理论的故障树分析法(FTA)应用到该机器人系统的可靠性研究中,分析了机器人各子系统中零部件所有可能的故障模式、故障原因以及故障模式对系统的影响,找出了系统中潜在的薄弱环节和关键的零部件,通过理论计算可以得到机器人系统的故障隶属函数表及总体失效概率,结果显示机器人控制子系统对系统可靠性影响要大于机器人本体子系统和机器人动力子系统。研究结果对提高可缠绕式混合驱动柔索并联机器人系统可靠性有一定的指导意义。     

新型可控能耗制动调速系统

可控硅能耗制动装置用于普通起重机改造,提高了自动化程度,增强了起重机的稳定性,既安全又经济。     

微型钢丝绳传动绳槽匹配及设计方法研究

微型绳传动是一种新型的精密传动方式,它以简单的形式替代以往复杂的机构,实现高精度,高刚性,低成本的传动,并形成了一整套传动体系。然而其传动特性并没得到普遍认识,其设计理论并不完善。笔者以一种新颖的钢丝绳传动为研究背景,分析了绳传动轴向运动特性,给出了实现正常传动时应满足的绳槽匹配条件,推导了绳传动中钢丝绳偏斜角表达式,并以此作为绳传动的设计准则,通过对实际绳传动系统设计验证了笔者提出设计方法的可行性。     

高速高精度数控进给驱动的机电联合系统仿真

结合C++语言、Matlab软件和ADAMS软件,从整体上设计了一种复杂机电系统仿真方案,建立了数控进给驱动系统的机电联合仿真平台。该仿真方案包括了复杂运动指令的生成、交流伺服控制和多体系统动力学。利用所建立的联合仿真平台对数控进给驱动动态特性进行了仿真分析,并与实验结果进行了对比,最后对两种典型的加减速指令方法进行了仿真比较。表明该仿真平台能够分析和评价高速高精度数控进给驱动的整体动态特性,为数控进给驱动的整体设计提供参考。     

大射电望远镜馈源精调平台控制系统的研究与开发

为了保证 FAST射电望远镜的馈源能达到 4 mm的空间位置精度 ,其馈源跟踪采用了粗、精两级调整方案 [1 ] ,精调平台采用以 Stewart机构为原型的 BKX- I。本文主要对精调平台的控制系统进行研究 ,以“PC+PMAC”构成系统的开放式硬件平台 ,并以 Windows+VB为软件平台开发了相应的控制软件 ,包括利用串行通讯组件Ms Com m开发的精调系统与总控计算机通讯的软件和用 Delta Tau公司提供的控件 Ptalk DT开发的精调系统指令执行软件。所开发的系统开放性强 ,可靠性高 ,主要用于 FAST项目的联调试验     

精密柔索传动天线座结构设计

通信技术向高频段、窄波束方向发展,对天线的指向精度提出了更高的要求。传动回差对天线的指向精度具有重要影响,为满足未来通讯技术的发展需求,文中研制了具有低空回特性的精密柔索传动天线座。基于柔索摩擦的欧拉公式推出了钢丝绳预紧力和天线座负载的关系,进而根据天线座负载力矩计算出钢丝绳的结构参数和预紧用碟形弹簧的结构参数。结构布局选用传统的俯仰–方位型座架,方位位于俯仰上方。张紧装置采用碟形弹簧从钢丝绳的端部进行预紧,可对多股存在长度误差的钢丝绳同时实现预紧。对原理样机的回差检测结果显示,该天线座具有明显的低空回特性,因此精密柔索传动在提升天线指向精度方面具有很大的应用潜力。     

基于规则的分布式电驱动车辆驱动系统失效控制

针对分布式电驱动车辆在进入失效控制工况下,传统控制策略存在的纵横向控制目标无法满足、驱动能力降低、安全性变差等缺点,设计并考虑动力性和稳定性的驱动系统失效协调控制策略。该策略利用分布式电驱动车辆各轮无机械连接、各轮独立驱动以及驱动单元冗余配置的结构特点,依据不同的失效状况和车辆状态制定基于规则的驱动系统失效控制算法。对所设计的算法进行实车试验验证,试验结果表明,在发生驱动系统失效后,所设计的基于规则的驱动失效控制策略通过协调控制各驱动轮驱动能力,在低速小转向阶段改善了车辆的纵向驱动能力,在高速或者大转向阶段保证了车辆的横向稳定性。     

液压控制系统在传动轴装配中的应用

介绍了液压控制系统在汽车传动轴装配工艺中的应用。分析了该工艺在国内外的应用,特别是它在质量控制方面的特点和长处。     

光伏产业化跟踪系统与驱动方案的比较分析

太阳光线与光伏电板垂直时,光伏电板发电效率最高.设计光伏跟踪系统,能有效提高光伏电板发电效率.本文对现有的光伏跟踪系统进行对比研究,从经济性角度分析现有光伏跟踪系统可行性,为先伏产业化中跟踪系统选择提供参考.     

驱动轴失效案例分析

采用化学、金相及扫描电镜(SEM)等方法对两根表面具有裂纹的驱动轴的裂纹产生的原因进行分析。结果表明:A驱动轴的裂纹属于淬火裂纹,是热处理过程中产生的;B驱动轴的裂纹是钢材本身的内部杂质所致。     

基于矩阵式变换器的多驱动混合电气传动系统研究

提出了一种适合全电动战车的基于矩阵式变换器的多驱动混合电气控制系统,该系统由一个矩阵式的整流单元、多个逆变单元和其它单元组成;矩阵式的高频整流可以获得单位输入功率因数的输入电流,多个单元接在同一直流母线上,可以同时驱动和控制多路负载,在多个逆变单元中采用空间矢量调制,可以获得不同频率和幅值的PWM正弦输出电压;直流母线上还有蓄电池组,作为发电机故障时提供逆变用的直流电源。这个系统具有多驱动、体积小、集成度高、单位输入功率因数、输出多路可调和对主动力系统要求低的优点,适合车辆的全电动化,提高车辆的机动能力,仿真实验结果证实了所提出理论的正确性。