全垫升气垫船垫升压力控制

在全垫升气垫船的航行过程中,垫升压力的稳定性对全垫升气垫船的操纵性和安全航行具有重要意义.本文运用基于改进粒子群优化算法的自适应PID控制方法,对全垫升气热船热升压力进行控制.首先建立全垫升气垫船垫升系统数学模型;其次,运用灰色模型预测方法,预测气垫船垫升系统的垫升压力;然后,基于粒子群优化算法,设计了一种新自适应PID控制器;最后,进行仿真实验,从而验证所设计的垫升压力控制系统的实用性和可靠性.     

基于反演自适应动态滑模的气垫船航向控制

针对全垫升气垫船运动非线性明显、可操纵性差,为改善操控水平,能够准确地按给定航向航行,设计了反演自适应动态滑模的航向控制算法。建立了三自由度全垫升气垫船平面运动数学模型,并给出了航向非线性控制模型。将反演方法与动态滑模相结合,设计新型切换函数,以实现航向的平滑、无抖振控制。最后,在不同外界扰动作用下进行了仿真,试验结果表明,所设计航向控制算法能够提高全垫升气垫船航向的控制精度,具有自适应性强、响应速度快、稳定性好等特点。     

潜射弹道导弹时潜艇运动仿真的数学模型

通过操纵潜艇使之满足水下发射弹道导弹时所需的条件,是影响导弹齐射时间间隔的重要因素.为了研究这一动态过程,需要对潜艇的运动过程进行仿真,而建立潜艇运动的数学模型是仿真的关键.潜射弹道导弹时潜艇要受到静力、艇体水动力以及复杂的激变力的作用.采用Gertler六自由度运动方程对潜艇的运动状态进行仿真时,需要充分收集潜射导弹试验数据,掌握潜艇的水动力系数和基本构造,在此基础上合理处理复杂激变力是建立潜艇运动仿真数学模型的关键.该文通过分析水下垂直发射弹道导弹阶段潜艇的受力情况,应用简化的Gertler六自由度运动方程建立潜艇空间运动的微分方程组,得到了用于潜艇运动仿真的数学模型.     

基于模糊自适应ADRC的全垫升气垫船航向控制

为改善全垫升气垫船航向控制,设计了基于模糊自适应自抗扰控制(ADRC)的全垫升气垫船航向控制器.一方面利用扩张状态观测器估计内、外扰动,并且根据总扰动估计量对系统进行补偿;另一方面利用模糊推理实时优化ADRC控制参数.仿真结果表明,在恶劣环境下基于模糊自适应ADRC的全垫升气垫船航向控制器具有自适应性强,响应速度快,稳定性好等特点.     

船舶运动仿真模型

船舶运动形成复杂的流场,难以建立准确的数学模型,因此对其操纵性能进行仿真和理论十分困难。该文根据实验数据,用神经网络辨识方法建立了某船的水动力模型,实践证明：用神经网络辨识方法所建立的数学模型能够真灾地反映船舶的运动特性。该文为研究非线性的水动力问题提供了一种行之有效的方法。     

气垫船视景模拟系统研究与设计

根据气垫船操纵模拟器的实际训练需要,给出其视景仿真的功能要求,确定了系统总体设计框架,基于软件平台Multi-Gen CreatorPro和Vega及OpenGL语言开发出气垫船操纵模拟器虚拟视景仿真系统.详细阐述了陆地场景构建、海浪生成、海岸带的生成、三点海面匹配法、六点地形匹配法等系统所采用的关键技术,最终建立了逼真的海陆环境,并实现了气垫船海面上和各种复杂陆地上的运动位姿实时调整,真实反映气垫船的运动姿态.仿真结果表明,该系统能满足气垫船操纵模拟器的逼真性、实时性和交互性要求.     

两栖车辆水上操纵运动建模与仿真

研究两栖车辆航行操纵预报精度问题,两栖车辆水上操纵性能目前仅以工程估算和实车试验预报,精度较差.基于水动力学理论与刚体动力学理论提出了一种两栖车辆水上操纵运动的仿真方法.车体运动由刚体空间运动方程描述,外力项按照物理特性分类求解.水动力项采用泰勒展开,水动力系数依据车辆形体特征和水动力学理论进行简化与计算,并采用龙格一库塔法解算运动方程.实现了准确预报了两栖车辆的操纵运动,计算结果与文献结果基本一致,表明方法可用于预报两栖车辆的水上操纵运动.     

潜艇操纵运动的舵效仿真研究

针对潜艇空间操纵运动数学模型的复杂性,运动方程中水动力系数难以全部取得以及方程解算难度大等问题,在不影响潜艇空间运动主要特性的前提下,通过理论分析和实操经验以及计算机仿真需要,从潜艇对称性和潜艇运动特性人手,对现有潜艇空间操纵运动模型进行了合理地简化和求解,并进行了计算机仿真验证.根据计算机仿真结果对潜艇舵效进行了研究分析,为通过控制潜艇方向舵角和首、尾升降舵角来联合操纵潜艇运动提供了良好的参考和依据.     

常规控制和模糊PID控制在全垫升气垫船航向控制中的应用

本文详细的介绍了常规控制和模糊PID控制在全垫升气垫船的航向控制中的应用。气垫船是一种高性能船,其航向较常规船舶更难于控制。本文设计了常规PID控制和模糊PID控制器两种控制方法,并对气垫船的航向控制进行了仿真,从仿真结果可以看出,在气垫船受风力的作用下,模糊PID控制器在克服干扰方面具有比常规PID控制更好的效果。     

潜艇应急上浮操纵运动仿真预报研究

研究潜艇在应急操纵过程中的姿态变化规律,在舱室破损情况下的供气挽回操纵的方法,采用可压缩气体的一维定常绝热摩擦管流理论建立了高压气吹除主压载水舱模型,并与潜艇大攻角运动数学模型结合,构建了潜艇应急操纵数学模型.对潜艇首部舱室破损时的挽回操纵过程进行了预报,使用车、舵、气动力抗沉的操纵模型进行仿真.仿真结果表明,建立的模型能够可靠地预报破损潜艇在应急浮起过程中的运动规律以及姿态变化,所采取的供气措施对实艇高压气的定量优化具有一定的参考价值.     

Trajectory Tracking Control for Quadrotor Robot Subject to Payload Variation and Wind Gust Disturbance

This work proposes a hierarchical nonlinear control scheme for quadrotor to track 3D trajectory subject to payload variation and fast time-varying wind gust disturbance. In terms of dynamics model, the 6 DOF dynamics model with parametric and nonparametric uncertainties is built up. Wind gust and propeller momentum drag model are implemented to quantify the wind impact (force and moment disturbances) on quadrotor. In terms of control design, adaptive robust controller is developed for dynamic subsystem to deal with moment disturbance and estimate the system parameters. Global sliding mode controller is implemented for kinematic subsystem to generate adequate desired attitude angles for tracking the planned 3D trajectory. Simulations and experiments under various conditions are carried out for verification, and the results indicate the effectiveness, adaptiveness and robustness of the control strategy.     

中国经济增长要素分析：1978～2012

改革开放三十年来,物质资本要素是中国经济主要的增长动力,并且重要性逐渐上升;人力资本增长动力在1982年左右达到峰值,此后不断下降;劳动力增长动力在1988年达到峰值,此后也不断下降;全要素生产率呈倒“w”型增长轨迹,三次TFP的快速增长都与中国几次重要的经济制度变迁有着重要联系。在1978年～2012年间,经济体制改革、对外开放、基础设施建设、研发对TFP的解释存在变动,不同时期对TFP的解释力度不同。本文预测2013年～2020年,物质资本、人力资本、TFP增长动力将有所下降,经济潜在增长率将会下降到6％～8％之间。在未来十年,中国潜在经济增长速度将会下滑。     

考虑行人相对速度的改进社会力模型的验证与评估

在人群仿真的研究领域中,社会力模型是由Helbing提出的一种非常经典的微观仿真模型,能够模拟一些常见的人群自组织现象。但社会力模型仍然存在行人震荡、行人重叠等问题,因此许多学者在参数设置、受力范围、算法优化等方面对社会力模型进行了丰富和改进。目前,Gao等提出的一种考虑行人相对速度的改进社会力模型依然是一些学者进行改进社会力模型研究以及各种仿真实验的基础和重要参考。由于Gao等仅通过两个实验就表明了他们的改进社会力模型的优势这一情况欠缺可靠性,以及没有进行更多的人群自组织实验来表明改进后的社会力模型仍然保留原始社会力模型能够模拟人群自组织现象这一能力,因此文中对Gao等提出的改进社会力模型进行了验证性和评估性实验。通过验证性实验验证了Gao等进行的两个实验,证实了该改进社会力模型的优势。文中通过评估性实验证实了Gao等的改进社会力模型保留了能够模拟人群自组织现象的能力,发现并分析了Gao等的改进社会力模型所存在的行人重叠问题。     

Whole-body motion planning and control of a quadruped robot for challenging terrain

Quadruped robots working in jungles, mountains or factories should be able to move through challenging scenarios. In this paper, we present a control framework for quadruped robots walking over rough terrain. The planner plans the trajectory of the robot's center of gravity by using the normalized energy stability criterion, which ensures that the robot is in the most stable state. A contact detection algorithm based on the probabilistic contact model is presented, which implements event-based state switching of the quadruped robot legs. And an on-line detection of contact force based on generalized momentum is also showed, which improves the accuracy of proprioceptive force estimation. A controller combining whole body control and virtual model control is proposed to achieve precise trajectory tracking and active compliance with environment interaction. Without any knowledge of the environment, the experiments of the quadruped robot SDUQuad-144 climbs over significant obstacles such as 38 cm high steps and 22.5 cm high stairs are designed to verify the feasibility of the proposed method.     

用于清洗绝缘子的四旋翼无人机抗回冲力控制

本文主要针对利用四旋翼无人机清洗绝缘子时受到的回冲力干扰及姿态控制问题,提出了一种用于清洗绝缘子的无人机抗回冲力控制方法.对于无人机系统,本文运用非线性控制方法中的反步法来设计姿态控制器,使其达到输入状态稳定,并对外部扰动具有鲁棒性.本文首先根据无人机运动模型建立了其动力学方程.之后,运用动量定理和流体力学中的伯努利方...     

一种被动力反馈阻尼器及其模型研究

根据力觉反馈的需要,设计了一种基于磁流变液的阻尼器,并建立了模型。介绍了磁流变液阻尼器的设计方法,该阻尼器由上、下盖组成密闭的壳体,转子通过轴设置于壳体内,壳体内充满磁流变液,在磁场作用下磁流变液屈服应力产生变化,转子相对于壳体转动时阻尼力连续快速变化,分析了阻尼器阻尼力构成及其可控性,运用较为简化的方法建立了阻尼器的逆动态模型,利用研制的阻尼器原型设计了实验系统并进行了挤压柔顺性物体和碰撞刚体力反馈实验,实验中阻尼器能够实现大范围的力觉反馈,因此表明设计方法有效、模型正确。     

3D stable biped walking control and implementation on real robot

A combination of walking control methods was proposed and implemented on a biped robot. The LIPM-based model predictive control (MPC) was adopted to generate a basic stable walking pattern. The stability of pitch and yaw rotation was improved through pitch and yaw momentum control as a supplementation of MPC. It is found that biped robot walking tends to deviate from the planned walking direction if not considering the rotation friction torque in yaw axis under the support foot. There are basically two methods to control yaw momentum, waist and swing arms rotation control. However, the upper body is often needed to accomplish other tasks. Therefore, a yaw momentum control method based on swing leg dynamics was proposed. This idea does not depend on upper body’s motion and is highlighted in this paper. Through experiments, the feasibility of the combination of the control methods proved to be practical in keeping biped robot walking stable both in linear and rotation motion. The pros and cons of the yaw momentum control method were also tested and discussed through comparison experiments, such as walking on flat and uneven terrain, walking with different payloads.     

基于矢状面质心角动量的人类行走步态周期阶段划分方法

认知人类的步行机理是双足机器人开发的重要基础.在人类行走过程中,外力力矩是影响行走稳定性的决定性因素,步态与外力力矩的相互作用是人类步行机理研究中的关键问题.尽管质心角动量可反映人体受到的外力力矩变化,但会随步态的演化呈现不同的变化规律.以人类自然行走步态为研究目标,通过准确获取人体行走过程中实时运动信息与质心角动量的变化,根据人体行走过程中的外力力矩与质心角动量的角度对人体步态进行力学分析,并结合人体行走过程中的足地关系与矢状面质心角动量变化规律,得出角动量特征点与步态特征点在时间上具有高度一致性的结论,最终实现基于矢状面质心角动量的人类步态周期阶段的精准划分.研究结果对于认知人类步行机理,指导行走康复医疗和双足机器人研发具有重要意义.     

基于系统阻力变化的手术微器械夹持力检测

针对手术机器人微器械的力检测问题,搭建了3自由度微器械的等效实验平台.基于柔索驱动微器械关节完整的动力学模型设计了驱动关节综合阻力模型,并根据实验结果进行了BP （反向传播）神经网络模型的数据拟合,给出综合阻力神经网络模型.最后根据驱动单元综合阻力的变化提出了一种夹持力估计策略,并通过连续加载和阶梯加载实验验证了夹持力检测方法的性能.实验结果显示,夹持力检测的最大绝对误差可以达到0.24 N,在稳定阶段夹持力检测的精度可以达到90%左右.该方法可以成为实现手术机器人微器械力反馈的基础.     

超声在机测厚接触力控制方法研究

针对接触式超声在机自动测厚中可靠接触难题,提出了超声探头与被测工件之间接触力控制方法,制定了基于接触力实时反馈的闭环控制策略,建立法向接触力计算模型,设计了接触力调控量向机床位移校正量转化的阻抗模型与接触力滑模变结构控制器,在Simulink环境下对控制模型进行了数值仿真,验证了算法有效性,可实现超声在机测厚中恒定接触力精确跟踪控制。在所研制的测量系统中进行了测量实验,结果表明超声在机扫描测厚接触力控制误差在4N以内,实现了超声在机自动扫描测量过程中的接触状态保持,保证超声传感器输出信号稳定,测厚误差明显减小。