船舶横向受扰力的周期图建模预测

用五级海浪功率谱加权的方法建立船舶横向运动所受的扰动力模型,再用周期图建模的方法对海浪扰动下的船舶横向运动的优动力作出估计,并加以分析比较,给出仿真结果,最后得出结论.     

海浪扰动下电液3-UPS/S舰船并联稳定平台振动特性分析

针对电液驱动的舰船并联稳定平台在实际工况下的振动问题，以电液3-UPS/S舰船并联稳定平台为研究对象，在考虑铰链刚度的基础上应用虚功原理建立稳定平台的动力学模型；通过海浪谱函数，计算了随机海浪激励下船舶的运动响应，进而得到稳定平台跟踪舰船运动的响应规律；分析了稳定平台在随机海浪激励条件下和初始工作空间内的固有频率变化特性；最后，为验证动力学模型的正确性，采用脉冲激励法对稳定平台样机进行模态试验，固有频率理论值与试验值的最大误差为4.66%,可以验证动力学模型的正确性。     

基于Terminal的船舶动力定位系统控制器设计

滑模变结构控制是一种特殊的非线性控制,它具有快速响应、实现简单、对扰动不灵敏、无需在线辨识等优点。船舶动力定位系统属于不确定、非线性的系统,本文对一船舶动力定位系统的数学模型进行了Terminal滑模控制器设计、通过Matlab中的Simulink进行仿真,仿真的结果验证了滑模变结构控制对船舶动力定位系统控制的有效性。     

工程船锚泊动力定位系统设计与仿真分析

工程船舶通常需要通过定位操作来完成特定的作业。锚泊定位与动力定位是目前船舶海上定位操作过程中应用最为广泛的定位技术。锚泊定位系统由于具有结构简单、造价低廉等优点而被大量采用。但该系统受外界环境影响较大,定位精度较差,缺乏主动性和灵活性,因此在锚泊系统中增加辅助推进器以构成锚泊动力定位系统能够实现主动定位操作,提高了定位精度。针对某双体工程船锚泊动力定位系统的结构总体设计问题,给出了系统组成方案,并应用模型试验和经验公式对该系统在风、浪、流等环境载荷作用下的响应情况进行了仿真分析,通过仿真结果能够对系统方案进行验证,并指导最终实船样机的制造与调试。     

精密双层气浮直线电机动力学响应分析

高分辨率步进扫描投影光刻机中的精密双层气浮直线电机采用气浮轴承支撑,实现亚微米级定位的高速高精运动。考虑其气固耦合特性以及对运动精度产生的影响,通过有限元的方法建立了精密双层气浮直线电机的有限元模型。在该模型的基础上,应用模态叠加法分析了该系统在各种条件下的动力学响应,得到了在X、Y、Z三个方向的加速度响应曲线;同时,借助实验模态方法,验证了该系统动态响应,从而得到了该系统的谐振频率。仿真计算结果和模态实验结果的偏差小于10％,证明了该模型是正确有效的,为下一步的动态优化和控制设计打下基础。     

船舶运动预报仿真系统设计

详细介绍了船舶运动预报仿真系统的组成原理及硬件和软件的工程实现.提出三自由度仿真平台可以独立模拟升沉、纵摇、横摇运动.介绍了实船运动仿真的原理和在线预报船舶姿态运动的算法,AR在线建模预报方法,该方法简单实用.最后给出了船舶纵摇运动预报结果并与实船纵摇运动进行了比较.幅值预报与相位预报精度均优于5%.     

一种简单的鲁棒控制器的设计

当今大部分船舶航向保持器的设计都采用Nomoto线性模型,忽略了船舶操纵运动的非线性因素,未能彻底解决船舶的航向控制问题.选择状态反馈精确线性化方法,将响应型船舶运动的非线性数学模型进行线性化,再利用鲁棒控制器进行控制,然后在Matlab的Simulink下进行系统仿真.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的控制能力.     

船舶纵向运动水动力参数模型的建立及分析

针对船舶在海上运动的全天候情况,在分析442T水面舰艇水动力参数的基础上,提出了一种建立船舶纵向运动水动力参数模型的方法.基于船模水池实验,依据切片理论得到典型海况下的水动力参数,采用最小二乘法和插值法建立船舶纵向运动全天候水动力参数模型并进行仿真研究.结果表明该模型合理并且实用;该模型可实时在线的计算出船舶在任何航向、航速及海情下的且与频率无关的水动力参数,从而构造出船舶纵向运动控制模型.     

一种新型波浪观测系统——测波鱼的设计

波浪观测是海洋观测的主要内容之一，对海浪的现场观测和深入研究对准确预报海浪具有十分重要的意义。针对传统测波仪器体积大、灵活性差和不易维护等问题，文中提出一种新型波浪观测系统——测波鱼。在现有仿生机器鱼的设计基础上，在该测波鱼上增加压力传感器，通过内置单片机及无线通信模块，支持远距离实时观测波浪数据；添加稳固装置和浮力控制组件，保证测波鱼在水中平稳运动，减小测波误差。     

船舶纵向运动建模及广义预测控制

研究船舶纵向运动从而实现有效控制是非常必要的.以442T水面舰艇为仿真研究对象,依据切片理论,利用在不同航速、航向和不同频率的规则波扰动下水池实验测量的数据算得水动力参数,从而得到船舶纵向运动数学模型;利用Kalman滤波对船舶纵向运动进行状态估计;将广义预测控制应用于船舶减纵摇.仿真结果表明该方法可行并有效,减摇效果达到52%～75%.     

船舶运动模拟器阀控非对称缸液压系统神经网络辨识

本文在分析船舶运动模拟器阀控非对称缸液压系统存在较大非线性的基础上,利用神经网络具有逼近任意非线性函数且具有自学习与自适应能力,应用BP算法对液压系统进行辨识。辨识结果表明,辨识模型接近于实际系统,为模拟器液压系统控制奠定了基础。     

Practical control of precision positioning mechanism with friction

This paper describes the practical control of precision positioning mechanisms with friction. In a controller design, the microdynamic characteristic of these mechanisms is taken into account. First, the behavior of an experimental mechanism immediately before stopping is examined experimentally and its characteristics, namely, the micro- and macrodynamic ones are modeled. Next, a practical control method is proposed for the mechanism. The controller is designed based on the nominal characteristic trajectory following (NCTF) controller design procedure. It consists of a nominal characteristic trajectory (NCT) and a PI compensator. The NCT is determined using an open-loop time response of the mechanism and is represented on a phase plane. The compensator is used to make the mechanism motion follow the NCT and to stop the motion at the origin of the phase plane. Although the compensator is designed based on the microdynamic characteristic, it is useful in a wide working range. The positioning performance of the system with the proposed controller is examined in comparison with those of the system with conventional PID controllers. These results prove that the system with the proposed controller has a better positioning performance than those with conventional PID controllers and its positioning resolution is higher than 50 nm.     

船舶起重机半主动升沉补偿控制特性研究

针对大吨位波浪补偿系统响应滞后导致的位置补偿不足的问题,提出船舶起重机半主动升沉补偿系统补偿控制方法,即当系统工作于半主动升沉补偿工况时,采用多状态反馈的复合控制方法实现对负载升沉运动的高精度补偿,建立复合液压缸、活塞蓄能器、比例阀组成的补偿控制系统数学模型,并考虑速度、加速度反馈和船舶升沉速度前馈,进行仿真与实验分析,得到不同负载、运动幅值、运动周期条件下系统位置补偿控制的响应特性,验证了船舶起重机半主动升沉补偿控制方法的有效性。     

A method for fine positioning of diagnostic packages in inertial confinement fusion experiments

A method based on binocular vision servoing for positioning of a diagnostic package in inertial confinement fusion (ICF) experiments is presented. The general diagnostic instrument manipulator will provide precision three dimension positioning and alignment-to-target capability in ICF experiments. In this work, we focus on the final precise automatic positioning with a binocular vision system. A three dimension image projection vector (IPV), which has an almost linear relationship with the target position in 3D space under the condition of weak perspective, is introduced to extract target position information from binocular image. The difference of the IPV between the current image and the desired image will be used as the input of servo controller. A differential motion model was found for the hybrid manipulator with three degrees of freedom. With this model and the said IPV, the servo strategy will be dramatically simplified compare with general image based visual servo in which the image Jacobian matrix needs estimated online. The experiment result implies that the locating accuracy of the manipulator is less than two pixels. This method can also be used in micromanipulation visual servo field.     

基于光学动作捕捉的室内移动机器人轨迹跟踪

以基于麦克纳姆轮的全向移动机器人为研究对象,首先对基于标记点的光学动作捕捉系统的定位原理进行研究,然后对移动机器人的驱动原理和位姿误差进行分析,建立运动学模型和位姿误差模型,通过反演法设计虚拟反馈,并结合李雅普诺夫函数构造出具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器。接着对测试环境和试验样机进行搭建,将光学动作捕捉系统采集的位姿信息反馈到机器人的控制回路中,最后对直线和圆周轨迹进行跟踪仿真。通过在试验样机上实验验证,总结出利用光学动作捕捉系统对移动机器人采集的定位信息,可令移动机器人拥有良好的轨迹跟踪性能。     

压电微动工作台动态迟滞模型研究

为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受到工作台动态特性和迟滞特性的影响。在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii (PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识方法。实验研究表明,动态迟滞模型的模型精度在压电工作台大行程、快速运动定位时较以往线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16μm,最大误差为0.38μm,为下一步高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了必要的模型基础。     

并联稳定平台电液驱动单元复合内模控制研究

针对液压驱动舰船稳定平台样机的运动控制要求,提出了一种基于速度前馈结构的复合内模控制方案。以舰船稳定平台的单通道液压驱动单元为研究对象,采用机理建模和参数辨识相结合的方法得到了控制对象的数学模型,在模型的基础上完成了基于速度前馈结构内模复合控制器的设计,并对提出的控制方法进行了仿真和实验研究。仿真和实验研究结果表明：基于速度前馈结构的复合内模控制可以改善系统的跟踪性能,提高系统的抗干扰性和鲁棒性。     

甲板上浪船舶的横摇运动

应用数值方法研究甲板上浪时船舶的横摇运动特性。基于修正的伯努利方程,建立了船舶甲板上浪水量的计算模型。根据甲板上浪水的不同横截面形状,推导了甲板上浪水重心及上浪水高度的计算公式。考虑甲板上浪水引起的横倾力矩,建立了规则波浪中船舶的横摇运动方程。以一条艉滑道拖网渔船为例,计算了在不同初始甲板积水量、波浪频率和波浪激励幅值时船舶的横摇响应,分析了甲板上浪对船舶横摇运动的影响。研究结果表明,在初始积水量大于零、波浪激励频率较低时,甲板上浪使船舶的横摇幅值大幅增加。     

压电微动工作台的动态迟滞模型

为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型.压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii (PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识途径.以TRITOR100型压电工作台为例进行实验研究,结果表明:当压电工作台在30 μm的定位范围内以±900 V/s的输入电压速率进行快速运动定位时,动态迟滞模型的模型精度比以往常用的线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16 μm,最大误差为0.38 μm,为高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了模型基础.