汽车AMT离合器的非线性滑模控制

汽车离合器的减振器具有分段非线性的弹性和阻尼特性，给机构式自动变速系统的控制带来困难。针对离合器接合过程，建立系统的单输入单输出非线性动力学模型，应用基于微分几何的反馈线性化方法，将原非线性系统等价为具有零动力学的线性化模型，然后设计滑模变结构控制器，仿真结果表明，非线性滑模控制跟踪精度高，鲁棒性好。     

交流位置伺服系统自适应模糊PID控制器设计

为实现机电伺服系统的高精度位置跟踪控制,针对实际系统运行过程中所存在的转动惯量和负载力矩变化大等各种不确定因素,提出了一种基于滑模面的自适应模糊PID策略。利用梯度下降法实时修正PID控制器的参数,使用模糊逻辑系统逼近系统中不确定量,以使控制器能根据伺服系统运行过程中的负载特性实时调整速度给定值,从而减小系统参数变化和外部干扰对伺服系统性能的影响,最后通过Lyapunov方法推导出了模糊补偿器中不确定参数的自适应律。仿真结果表明：该控制策略与传统PID控制相比具有系统跟踪误差小,响应速度快,跟踪性能好的优点,对参数摄动及外界负载扰动具有较强的鲁棒性。     

四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器在复杂飞行条件下速度不可测的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在外界未知干扰和模型参数不确定的情况,提出了一种基于扩张观测器的轨迹跟踪控制方法。该方法设计了积分型反步法跟踪控制器,以降低系统的稳态误差,并引入了状态扩张观测器,来估计系统未知速度信息,同时对干扰和模型参数不确定因素进行实时估计并给予补偿;最后,选取李雅普诺夫函数证明了该控制系统的稳定性。以Quanser公司的Qball2四旋翼飞行器为研究对象和飞行实验平台,对所设计的控制器进行验证。实验结果表明,本文所设计的基于扩张观测器的轨迹跟踪控制器,能够有效地估计轨迹跟踪控制过程中的未知速度信息,解决外界未知干扰和模型参数不确定的问题,增强对环境的适应能力,有效提高了飞行器对未知干扰的鲁棒性和轨迹跟踪控制的精确性。     

基于微分器的伺服系统迭代滑模控制

针对不确定非线性伺服系统中周期性干扰抑制问题,提出一种基于微分器的新型迭代滑模控制器,实现了无需速度测量的迭代滑模控制。利用微分器对系统的状态进行实时估计,根据估计值设计迭代滑模控制器。其中滑模控制保证了系统的鲁棒性;迭代控制作为前馈补偿,改善了抑制抖振时带来的静差问题;微分器的引入节省了硬件成本,避免了以往差分法带来的噪声放大问题。最后将该方法应用到某三轴飞行转台伺服系统的控制,仿真结果表明该控制方法可实现伺服系统的高性能控制,具有良好的跟踪效果。     

基于反演设计的机械臂非奇异终端神经滑模控制

针对具有建模误差和不确定干扰的多关节机械臂的轨迹跟踪问题,设计反演非奇异终端神经滑模控制。该方案是采用能有限时间收敛的非奇异终端滑模面,根据滑模控制原理和反演方法设计反演滑模控制器;对于反演滑模控制系统中由于建模误差和不确定干扰造成的不确定因素的上界,设计径向基(Radial basis function, RBF)神经网络自适应律,在线估计不确定因素的上界;利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明,该方法具有良好的轨迹跟踪性能,提高对于建模误差和不确定干扰等因素的鲁棒性,削弱了抖动。     

机械臂反演非奇异终端的神经滑模控制

为了解决具有外部干扰以及建模误差的多关节机械臂的轨迹跟踪问题,提出了一种机械臂反演非奇异终端的神经滑模控制方法。采用非奇异终端的滑模面,基于反演方法以及滑模控制的原理,设计了反演滑模控制器。针对由于外部干扰以及建模误差引起的反演滑模控制系统中不确定的因素上界,设计了径向基(radial basis function,简称RBF)神经网络的自适应律,对不确定因素上界进行了在线估计,并对控制系统的稳定性使用了Lyapunov定理进行证明。仿真分析结果表明,所提出的方法不仅可以减少系统中存在的抖振现象,而且具有较好的轨迹跟踪性能和较强的鲁棒性。     

全自动泊车系统路径规划与非时间系滑模跟踪

为了提高全自动泊车系统的路径规划质量和跟踪精度,提出了微分平坦路径规划方法和非时间参考滑模的跟踪控制方法。分析了微分平坦系统原理,确定了车辆运动学模型的平坦输出,基于平坦输出量规划了泊车路径。分析了随时间单调递增的非时间参考量,建立了在非时间参考系下的路径跟踪误差模型;在非时间参考系下设计了滑模面和控制律,并证明了Lyapunov意义下的稳定性。经仿真验证可以看出,基于微分平坦原理可以规划出一条最优的泊车路径;同时使用PID控制器和非时间参考滑模控制器对泊车路径进行跟踪,PID控制器的最大纵向误差是滑模控制器的3.57倍,最大方位角误差是滑模控制器的1.67倍,证明了非时间滑模控制器对泊车路径具有更高的跟踪精度。     

机械臂关节空间轨迹的神经网络滑模跟踪控制

为了提高机械臂对给定轨迹的跟踪精度且削弱滑模控制抖振问题,提出了基于RBF神经网络滑模控制的轨迹跟踪方法。建立了多连杆机械臂系统的运动学和动力学模型。首先忽略由建模误差和系统扰动产生的系统不确定项,建立了全局PID滑模控制器,设计了由等效控制律和切换控制律组成的全局滑模控制律;而后使用单隐含层RBF神经网络逼近系统不确定项,使用神经网络对不确定项的逼近值补偿建模误差和系统扰动,达到提高控制精度的目的。经仿真验证,在机械臂初始位置误差较大的情况下,神经网络滑模控制器的调节时间、超调量、驱动力矩抖振远小于全局PID滑模控制器,证明了神经网络滑模控制器在机械臂轨迹跟踪控制中的有效性。     

差速驱动AGV建模和轨迹跟踪控制研究

针对应用于工厂物料运输的差速驱动AGV,在实际工作中轨迹跟踪控制将会受外界干扰等因素的影响,提出了一种自适应模糊滑模轨迹跟踪控制律.首先建立了差速驱动AGV的数学模型;然后针对AGV运动学模型设计了Backstep-ping方法控制律,得到虚拟控制速度;针对其动力学模型设计了以力矩为控制输入的自适应模糊滑模控制律,使得其能够对虚拟速度进行跟踪,其中利用模糊系统的万能逼近特性,逼近滑模控制器的切换部分来避免滑模控制的抖振现象;采用Lyapunov稳定性理论分析证明了控制系统的稳定性.最后仿真试验表明了所设计的控制律能有效的跟踪参考轨迹.     

非线性液压伺服系统的自适应控制

针对存在不确定参数的液压伺服系统,提出高性能位置跟踪控制器的设计方法。应用“反演”控制设计策略,给出了基于Lyapunov稳定的设计过程,其中系统负载、液压油缸及液压伺服阀的动力特性都包含于控制系统设计中。同时给出了基于液压系统不确定参数的自适应控制律,数值仿真表明了控制系统设计的正确性。     

高速数控加工中NURBS曲线拟合及插补技术的研究

通过分析现代数控系统中自由曲面插补算法的特点,提出了基于最小二乘法的NURBS曲线拟合算法和基于弧长参数补偿的NURBS插补技术。采用最小二乘法拟合NURBS曲线,能获得光滑的刀具加工路径,并且在一定范围内能复原曲线的设计轮廓。参数补偿的NURBS插补方法,以泰勒展开法得到的插补参数作为临时插补点,利用该插补法能显著减小速度波动,可将速度控制在理想的范围内,可进一步提高加工精度并减小数控机床的振动。仿真实验表明：该算法简明高效、易于实现,能够满足现代数控系统的要求。     

增程式电动汽车增程器转速切换/功率跟随协调控制

针对电动汽车增程器系统中的发动机、发电机协调控制问题,提出了一种转速切换/功率跟随增程器协调控制策略。首先根据发动机的最佳制动燃油消耗率曲线设计了发动机的功率-转速切换表。然后,分别设计了基于发动机平均值模型的发动机转速二阶滑模控制系统和基于电压定向直接功率控制的PWM整流器功率控制系统。通过对发动机转速和PWM整流器输出功率的闭环控制,使发动机沿着最佳制动燃油消耗率曲线运行。最后,在AVL Cruise和MATLAB/Simulink仿真环境下搭建了系统的联合仿真模型,仿真结果从增程器功率跟随效果,发动机转速控制效果,动力电池电压、电流和SOC波动范围以及发动机工作点分布等方面验证了该策略的有效性。     

中型卡车胀压成形桥壳预成形管坯的设计及成形分析

基于圆形管坯压制成异型截面的变形分析,提出了中型卡车胀压成形桥壳预成形管坯的设计准则。针对载重5t卡车桥壳,介绍了胀压成形的工艺过程,设计30组前盖半径、后盖半径不同的预成形管坯,使用ABAQUS软件进行整个成形过程的有限元模拟。通过对预成形管坯液压胀形过程和压制成形过程的成形性分析,确定了前盖系数Km、后盖系数Kn的取值范围。选取基准回转体及一种典型的非对称预成形管坯,分别进行胀压成形实验,结果表明：前者压制成形阶段后盖处胀裂,后者成功地试制出样件,成形状况好,而且成形过程中管坯壁厚值与模拟值基本吻合。     

基于敏感参数分析的变矩器叶片参数研究

运用试验设计技术,研究了叶片进出口角、液流偏离角和损失系数等液力变矩器敏感参数,综合考虑这些敏感参数对最高效率、启动变矩比系数和力矩系数的影响,得到了它们之间的影响趋势,确定了影响因素的特定范围。改变泵轮的入口角度后,通过相关试验验证了效率变化的趋势。     

无偏差最小二乘法伺服控制系统参数辨识

为准确辨识伺服控制系统参数,针对高性能运动控制算法的要求,在分析典型伺服控制系统结构模型基础上,基于“库仑摩擦+黏性摩擦”模型,设计了无偏差最小二乘方法,研究其在“工控机+运动控制卡”数控系统平台上的实现方法。实时采集电机角速度数据,利用设计的方法估算伺服系统转动惯量、黏性摩擦和库仑转矩,通过角速度重构,对比理论计算和实际测量角速度,验证参数辨识的有效性和准确性。理论分析和实验结果表明,所设计的参数辨识方法能够准确辨识系统参数。     

圆柱正弦活齿传动扭转振动系统刚度研究

针对圆柱正弦活齿传动过程中的受力情况,基于弹性小变形和变形协调假设,提出了理论状态下啮合作用力分析模型;根据赫兹理论和啮合副的几何关系,建立了啮合副的啮合刚度模型,推导出接触点处主曲率和啮合副啮合刚度计算公式;依据能量不变原理建立了系统扭转振动模型,给出了等效扭转刚度计算公式,形成了一套完整的系统刚度矩阵计算分析方法;结合具体实例进行了分析,发现该扭转振动是一个时变系统且系统刚度矩阵呈现周期分布的特点,求出了周期计算公式,并提出了两种简化求解该扭转振动系统固有频率的方法。分析结果可作为圆柱正弦活齿传动机构的结构设计、振动分析的基础。     

指数型产品多阶段可靠性增长的Bayes模型

基于D-S证据理论融合验前信息,建立了一种适用于小子样复杂系统多阶段可靠性增长分析的Bayes模型。选择Gamma分布作为失效率的先验分布,通过多源可靠性信息融合,将专家经验转换成概率分布, 利用D-S证据理论融合多个专家信息,确定了先验分布参数,结合产品研制阶段试验数据,根据Bayes统计推断理论,给出了失效率、平均故障间隔时间（MTBF）和可靠度的Bayes点估计和置信下限。以兆瓦级直驱式风力发电机研制试验验证了该模型的有效性。     

自卸车发动机舱内热流场分析及优化

自卸车发动机舱为半开放式,且舱内散热负荷大,为避免发动机舱内散热不足、局部热害等问题,结合实车测试与CFD仿真方法分析了舱内热流场散热特性,分析结果表明,发动机舱内风扇罩上部边缘处的回流和紧贴甲板的流动会导致舱内上部热源散热不足。在甲板上增加一组导流板,基于Kriging近似模型方法对其布局进行优化后,舱内热流场得到改善,流向上部热源的冷却气流增加了13.8%,空气温度高于370K的高温区域显著减小。     

液体润滑剂的黏度对边界滑移影响的实验研究

为了了解微纳米间隙中流体的流动特性,采用原子力显微镜对微纳米间隙中的固体和液体边界滑移进行了实验研究,主要研究了液体润滑剂的黏度对边界滑移的影响。实验中采用的固体样品为SiO2,液体样品为两种不同黏度的季戊四醇油酸酯,分子式为C77H140O8,黏度分别为32mm2/s和150mm2/s。采用相对速度法对实验数据进行了处理,结果表明,不同黏度的季戊四醇油酸酯和SiO2表面作用时都会发生边界滑移,黏度大,产生的滑移大。其原因是,随着黏度升高,邻近固体表面的液体分子与和固体表面相接触的液体分子之间的剪切力增大,可更加容易地克服固液界面间的作用力,更加容易产生边界滑移。     

随机变量和非独立区间变量下的可靠性序列迭代算法

针对机械系统中输入变量存在随机变量和区间变量混合的情况,考虑区间变量的非独立性,提出高效混合可靠性分析方法。区间变量使可靠性分析问题变为双层优化问题。为降低双层优化和非独立区间变量对可靠性计算效率的影响,提出了高效序列迭代计算策略,基于椭球模型描述的非独立区间变量,提出将非独立区间变量转换为独立区间变量的方法,并利用二次泰勒近似方法,将区间分析问题转换为易求解的二次规划问题。算例结果表明,所提出的可靠性序列迭代算法具有较高的计算效率和精度;可靠性分析结果受区间变量独立性假设的影响,区间变量独立可导致较保守的可靠性分析结果。