Compensation for dead band of force measurement based on the coefficient of restitution in a hybrid simulator

In order to develop space robotic technologies, the feasibility and reliability of the systems have to be verified by repetitive operation tests. A hybrid simulator (also referred to as a Hardware-in-the-loop simulator) is one of the effective ways to examine orbital operations on the ground. The simulator embeds a hardware experiment in a numerical simulation loop. However, it is known that the hybrid simulator has a serious problem that energy increase arises in contact with a hardware experiment in the loop. In general, the energy increase in the hybrid simulator occurs due to the dead time in the system. However, this paper presents that dead band in force/torque measuring also causes the energy increase. The dead band in the force/torque measuring is necessary to avoid unexpected motion of the hybrid simulator due to the noise data in the force/torque sensor. This paper proposes two compensation methods for the energy increase problem due to the dead band. The first method is to insert a virtual damper to absorb the increased energy during the contact. The second method is to extrapolate force/torque data that is lost through the dead band processing right after the contact. The experimental verification with uniaxial contact in hybrid simulator is carried out to validate the proposed compensation methods.     

基于恢复系数的碰撞过程模型分析

论述了恢复系数的含义及作用,并在此基础上介绍了几种碰撞过程模型.通过详细推导恢复系数与模型参数之间的关系,使得不同的碰撞过程模型可统一用恢复系数表示能量损失,并用接触刚度表示变形.这也阐明了碰撞过程模型与刚性模型之间的区别和联系,把动态接触理论和古典碰撞理论统一了起来.通过对一个单球碰撞系统进行数值仿真,不仅验证了关系推导的正确性,而且对各种模型从精度、效率、微观接触过程等方面进行了比较.     

基于移相法的结构主动控制时滞补偿效果分析

结构控制中由于信号传输及作动器机电转换必然引起时滞,对控制效果产生不利影响.本文提出了结构主动控制移相法时滞补偿策略,以单自由度结构为算例,分析了时滞大小、采样间隔、主动控制中权矩阵取值、结构阻尼比以及速度与位移不同时滞等情况下移相法的补偿效果.结果表明,移相法对结构时滞情况具有很好的补偿效果,时滞大小、权矩阵取值和速度与位移不同时滞时,会影响移相法对结构时滞补偿效果;但采样间隔,结构阻尼比不会影响移相法对结构时滞补偿效果.     

共线三球链问题的碰撞动力学研究

共线三球链的碰撞动力学问题能够展示多刚体系统碰撞问题的困难之一：非唯一解的问题.本文建立了三球链碰撞的Hertz接触模型,研究对其求解的数值算法,并用有限元模型（FEM）对其进行验证,研究表明：同线性模型比较,采用Hertz接触力模拟小球之间的接触力更接近有限元计算结果;在Hertz接触模型基础上,分析碰撞过程中接触力的变化过程;研究刚度比和质量比对于碰撞结束后各个小球运动状态的影响,并研究了两种刚体模型下碰撞次序假设成立的条件.     

基于时间窗的AGV动态避碰路径规划方法

为了解决多AGV在动态不稳环境下的无碰撞路径规划和系统效率提升的问题,提出了基于时间窗的AGV无碰撞路径规划方法。首先建立了多AGV的避碰模型,并结合时间窗模型,将多AGV的无碰撞路径规划分为预先规划和实时规划两阶段,预先规划阶段进行多AGV无冲突时间窗的计算和最大化系统中AGV的流通量,实时规划阶段通过改变AGV在避碰模型上的占用优先级和局部重规划的方法进行动态避碰。最后以某智能仓储为应用案例进行仿真实验,证明了该算法能有效避免多AGV的碰撞,提高AGV的流通量,同时在动态环境下具有较好的鲁棒性和柔性。     

基于时延估计组合模型的NCS控制方法研究

在对网络传输时延的组成和特性进行分析的基础上,针对双边网络控制系统,提出了一种时延估计组合模型,并对该组合模型的有效性进行了评估。利用该模型进行网络时延估计,估计结果用来设计网络时延补偿控制器,以实际网络时延为实验数据进行了仿真实验,实验结果表明网络控制系统的动态性能有了明显改善,同时进一步证实了时延估计组合模型的有效性。     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

具时滞的非线性纵向飞行模型稳定性和分支分析

研究一类具有时滞的非线性飞行模型的稳定性和分支问题。首先考虑数据测量的时间延迟,给出了含时滞的大迎角纵向多项式飞行模型;然后应用泛函微分方程Hopf分支理论和中心流形等非线性方法给出了该模型稳定性和分支的解析分析,得到了由时滞引起的Hopf分支存在条件、分支点计算公式以及分支周期解的稳定性判别准则;最后利用所得结论进行了飞行实例分析,分析结果表明,数据测量延时可能会引起飞行稳定性的改变,而且延时超过一定临界值时将产生Hopf分支,出现纵向周期振荡,其结论具有实际参考意义。     

Novel horseback riding simulator based on 6-DOF motion measurement,a motion base,and interactive control of gaits

This article describes the development process of a horseback riding simulator capable of generating a close to natural riding sensation. The development process started with 6-DOF motion measurement of the dynamics of the rider’s saddle during riding. Six-dimensional measurements during riding are required to fully understand the character of the saddle dynamics during different gaits. The measured quantities, i.e. translation accelerations and angular velocities, were transformed and filtered to form position references for a hydraulic Gough–Stewart platform. The presented novel motion measurement method is easy to use and makes it possible to measure gaits of several individual horses in a short time. It also provides a straightforward approach to produce motion data for the motion platform. In the second phase of the study, an artificial horse body made of glass fiber was mounted on the motion platform. The developed simulator realizes all three basic gaits walk, trot, and gallop. The rider is able to control the behavior of the simulator via sensors and an interactive interface. The control aids sensed by the interface are reins tension, calf pressure, and stirrup angle. A novel intelligent algorithm mimicking the real rider–horse interaction to vary the gaits and their frequencies was developed and tested.     

基于混合包围盒与三角形相交的碰撞检测优化算法

碰撞检测的速度与准确性是众多计算机应用程序的关键难题之一。为了提高检测速度同时兼顾准确性,将检测分为两个阶段：预处理检测阶段首先均匀剖分待测空间以确定相邻对象,然后对相邻的对象构造AABB-OBB混合层次包围盒,改进包围盒的构造方式,同时改善任务结构加速遍历过程;详细检测阶段在M?ller算法基础上加以改进,构造新的计算坐标系,对空间几何三角形进行投影降维,在二维平面上解决空间问题,从而减少算法总的计算量。实验结果表明,在保证碰撞检测准确性的前提下其检测速度大幅提高。     

基于最小相关系数的扩散去噪的最优停止时间选取

讨论了图像去噪的扩散方程模型中所存在的最优停止时间选取问题。通过对图像点乘一个与梯度成反比的作用系数来构造一个新的去噪后的图像与去掉的噪声之间的相关系数,最优停止时间的选取就等价于极小化该相关系数。该准则能有效抑制图像中高频信息的存在对相关系数计算的影响,获得准确的最优停止时间,并无需预先知道图像中的噪声水平。仿真计算结果表明采用该准则所得的停止时间非常接近于基于最优峰值信噪比所得的停止时间,且广泛适用于各种噪声水平。     

基于混合优化算法的压力传感器温度补偿

针对压阻式压力传感器存在温度漂移,其测量精度受温度影响很大的问题,使用最小二乘拟合方法与RBF神经网络共同建立压力传感器温度补偿模型.针对低温和高温区域使用RBF神经网络进行补偿,对中间线性区域使用最小二乘拟合方法进行补偿.同时为了提高RBF神经网络拟合效果,使用进化算法和下降梯度算法优化RBF神经网络参数.实验结果表明,本文使用方法与单纯使用RBF神经网络或最小二乘拟合方法进行温度补偿,具有更高的训练效率和温度补偿效果,能够提高压力传感器在各种环境下的测量精度和工作可靠性.     

基于二维谱向量的中段弹道目标平动补偿

弹道目标中段的运动是微动与平动的复合,为了提取目标的微多普勒信息,必须先进行平动补偿.首先分析并建立了弹道目标中段的运动模型,说明了将平动近似描述为二阶多项式的合理性,在此基础上,提出了一种基于二维谱向量的平动参数估计方法.利用频域特征与平动参数对应的关系,对细化后回波信号频谱的能量分布和重心位置进行了量化,从而分别实现了加速度和速度的高精度补偿.仿真实验结果表明:在多目标和强噪声的环境下,该方法具有良好的估计性能.     

基于自抗扰技术的网络化无刷直流电机控制系统时延补偿

采用自抗扰控制技术解决网络化无刷直流电机转速控制系统的时延补偿问题. 首先, 建立含有时变网络诱导时延的无刷直流电机控制系统模型, 并将时变时延引起的不确定动态描述为系统模型的不确定性; 然后, 设计自抗扰控制器, 对时延引起的不确定动态进行动态线性化补偿, 从而消除时变时延对系统性能的影响; 最后, 通过仿真研究表明了所设计的自抗扰补偿方法的有效性和优越性.

     

基于SVPWM的逆变器死区补偿方法

在传统的PWM逆变器死区补偿方法的基础上,提出了一种新的低成本的基于参数整定的在线死区补偿方法。死区效应和输出电流存在非线性关系,通过参数整定得到这种非线性关系并建立查找表,在软件中通过查表得到与误差对应的补偿电压,加到输出额定电压上轻松实现。通过英飞凌公司的XMC4500芯片实现补偿算法,并在3.7 kW异步电机矢量控制系统中验证了死区补偿算法的有效性。     

基于冗余小波变换的自适应运动估计与补偿算法研究*

为进一步提高运动估计和补偿的效果,提出了一种基于冗余离散小波变换（RDWT）的自适应运动估计算法。该算法提出了一种自适应块匹配和用于划分块运动状况的自适应阈值的计算方法;对静止块不进行估计,只对运动块采用自适应搜索起点预测方法和自适应阈值算法进行运动估计与补偿。实验结果表明,该方法能在保持较高峰值信噪比的情况下提高运动估计效率,且重建图像主观质量很好,较现有RDWT域运动估计算法有明显优势。     

一种基于遗传算法的欠驱动机器人避障运动规划新方法*

对平面欠驱动机器人的避障运动规划问题进行了研究,提出了一种利用遗传算法解决此类系统避障问题的新方法。通过引入虚拟弹簧—阻尼系统,在障碍物存在的情况下对系统非完整约束方程的广义力进行修正,采用部分稳定规划器进行运动规划,建立了基于能量的适应度函数,并利用遗传算法对提出的适应度函数进行全局优化,得到了部分稳定规划器的最优切换顺序,进而实现了欠驱动机器人的无碰撞路径规划。最后以平面3R欠驱动机器人为例进行了仿真实验,验证了该方法的有效性。     

一种基于遗传算法的欠驱动机器人避障运动规划新方法*

对平面欠驱动机器人的避障运动规划问题进行了研究,提出了一种利用遗传算法解决此类系统避障问题的新方法。通过引入虚拟弹簧—阻尼系统,在障碍物存在的情况下对系统非完整约束方程的广义力进行修正,采用部分稳定规划器进行运动规划,建立了基于能量的适应度函数,并利用遗传算法对提出的适应度函数进行全局优化,得到了部分稳定规划器的最优切换顺序,进而实现了欠驱动机器人的无碰撞路径规划。最后以平面3R欠驱动机器人为例进行了仿真实验,验证了该方法的有效性。     

一种基于区间分割的网络控制系统时延补偿方法

网络控制系统中的时延是影响系统稳定性和动态性能的一个关键因素．本文在对网络时延进行大量测量分析的基础上，通过改进传统网络控制系统结构，提出了基于区间分割的时延补偿方法．仿真结果表明该方法可以显著改善网络控制系统的性能．     

基于漂移补偿的数字水印方法

在压缩的视频码流中嵌入数字水印时,如果选择在I帧图像的DCT系数中嵌入数字水印,那么后面的P帧和B帧图像的质量会受到很大的影响。提出了利用新的漂移补偿方法来减小I帧图像中的数字水印对后面的P帧图像和B帧图像的影响。实验结果证明该方法明显地提高了P帧和B帧图像质量,同时所需计算量较小。