事件驱动多关节机械臂轨迹跟踪自适应鲁棒控制

针对具有不确定干扰和建模误差的多关节机械臂轨迹跟踪控制问题,基于自适应鲁棒控制算法提出事件驱动跟踪控制器。通过自适应鲁棒控制保证多关节机械臂轨迹跟踪精度,处理不确定干扰和建模误差带来的不确定性影响。利用事件驱动控制框架,以当前跟踪误差和期望状态等变量作为输入定义事件驱动系统的变量。根据Lyapunov稳定性理论获得了驱动条件,且证明了无Zeno现象发生,使系统在满足驱动条件时更新控制指令,从而减少系统能耗与通信频率,提高系统的可靠性,保证多关节机械臂跟踪控制系统半全局最终一致有界。通过仿真验证了理论结果的有效性。     

双电机驱动伺服系统的建模与分析

火炮伺服系统传动链存在传动齿隙,齿隙是影响火炮伺服系统动态性能和稳态精度的重要因素之一。为了减小齿隙对系统性能的不利影响,现代火炮开始采用双电机驱动方案,为采取电消隙方法消除齿隙影响奠定了基础。通过分析双电机驱动的火炮伺服系统的结构和组成,采用机理建模和仿真方法,建立了含齿隙的双电机驱动炮塔的动力学模型,给出了双电机驱动火炮伺服系统的动态结构图;采用Matlab软件对系统进行了仿真,并与实际系统进行比较,结果表明,所建模型能够反映实际系统的基本特性。     

一种基于风洞试验环境的轨迹捕获系统设计

为了对投放物（以下称外挂物）相对飞机的分离特性进行考察,设计了一种用于跨声速风洞试验的轨迹捕获系统,来模拟外挂物从飞机上释放时的运动轨迹。针对外挂物轨迹的捕获问题,设计出一种6自由度串联机械臂,并通过有限元方法分析其受气动载荷时的位置精度;对机械臂进行运动学分析,根据外挂物动力学方程设计出机械臂捕获外挂物轨迹的控制器,并对机械臂运动空间进行了仿真分析;对某外挂物运动轨迹和机械臂对该投放物的捕获轨迹进行了仿真模拟。结果表明：该试验系统的允许试验时间大于0.8 s,机械臂对外挂物各方向上运动轨迹的捕获误差不超过1 mm,满足试验精度要求,从理论上验证了所设计的风洞试验轨迹捕获系统对外挂物轨迹模拟的真实性。     

七自由度纤维铺放机后置处理算法及比较

为了使七自由度纤维铺放机按规划的铺放轨迹运动,必须研究铺放机的后置处理算法。通过比较七自由度冗余度机器人的各种逆解方法,结合纤维铺放的工作过程,铺放机后置处理算法采用位姿分离法,将7个关节分两个部分进行后置处理算法的研究:主轴关节部分和机械手臂部分。这种算法在保留机构冗余特性的同时,避开了冗余自由度机构的运动学分析、优化问题,简化了后置处理算法。通过分析主轴关节的不同处理方法,提出基于机械手臂末端运动轨迹和基于机械手臂末端施压方向2种算法。并对这2种算法进行分析比较,得出基于机械手臂末端施压方向的后置处理算法使机床运动平稳、关节变量变化范围小、关节角波动小、适用范围广的结论。通过铺放试验验证了后置处理方法的正确性。     

反步自适应控制

为了克服齿隙对传动性能的影响,选取死区模型表达齿隙传动效应,依据自适应控制理论提出反步自适应齿隙补偿策略;齿隙模型中主、从动轮结合处存在阻尼系数和刚性系数等未知参数,对其进行了在线估计,并推导设计出每个参数的自适应律;利用Lyapunov稳定性理论,采用反步积分方法,通过逐步递推选取Lyapunov函数,设计了基于状态反馈的自适应控制器;理论分析以及对反步积分自适应补偿控制方法与传统PID控制方法对比仿真表明:该方法有效地消除了齿隙对伺服性能的干扰,提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.     

绳驱准连续型机械臂的动力学研究

针对一种具有17个自由度的准连续型机械臂开展动力学研究,利用牛顿欧拉法建立动力学模型,并借助Matlab对机械臂进行动力学仿真,得到机械臂运动过程中,每个关节转动所需要的力矩,进而将力矩转换为驱动绳拉力.同时,针对关节力矩与驱动绳拉力之间的转换,优化了最优化模型中的目标函数,采用置信域算法解决了驱动绳拉力值曲线不光滑的...     

齿隙非线性研究进展

系统地介绍并总结了近年来齿隙非线性控制领域的研究成果。对不同齿隙模型作了分析,总结了目前齿隙非线性的补偿方法,结合齿隙位于被控对象中不同位置的控制系统,介绍了各种控制理论和控制策略在齿隙非线性控制领域的研究进展,并展望了该领域未来的研究方向。     

具有输入齿隙的一类非线性系统自适应控制

针对具有输入齿隙的一类非线性系统,设计了两种自适应控制器.将具有动态、非平滑特性的齿隙非线性模型线性化,等价为具有有界建模误差的全局线性化模型.针对具有未知输入齿隙、参数不确定以及未建模动态和扰动的情况,分别设计了一种自适应控制器和自适应鲁棒控制器.前者能实现闭环控制系统渐近跟踪稳定,但存在剧烈抖振而无法进行实际应用;...     

基于目标位置误差圆分布的反舰导弹捕捉概率计算模型

在把影响反舰导弹捕捉概率的主要误差综合为目标指示精度和侧向偏移两类误差的基础上,区别于传统方法,把目标机动范围、目标指示精度误差作为圆分布来处理,利用解析方法,建立了不同条件下反舰导弹捕捉概率的计算模型,对高亚声速反舰导弹的捕捉概率进行了计算.结果表明,两类误差对捕捉概率有明显的影响.按照捕捉概率不小于0.99的标准,得到了反舰导弹搜索角范围、目标指示精度误差、侧向偏移误差的要求,对反舰导弹的参数设计和确定有参考价值.     

基于椭圆概率误差的落点精度评定方法

制导导弹和炮弹的命中精度是衡量弹道武器等系统性能的一项重要评价指标,其中圆概率误差(Circular Error Probable,CEP)是最常用的落点精度评定方法。由于导航系统的偏差和其他随机因素的影响,实际导弹的落点分布通常沿不同方向不均匀并且方向相关,传统的CEP无法描述落点误差的方向性和相关性。根据落点分布的相关性和非等标准误差特点,提出了一种新的椭圆概率误差(Elliptic Error Probable,EEP)的落点精度评定方法,并给出了精确表达式。该方法利用椭圆的长轴、短轴和旋转角度3个参数描述落点精度,分别建立了沿原始坐标轴的两参数椭圆概率误差模型和沿标准差解耦坐标轴的三参数椭圆概率误差模型。通过仿真对比发现,相比圆概率误差和两参数椭圆概率误差,三参数椭圆概率误差模型面积最小。因此,椭圆概率误差能够更精准地描述导航精度在不同方向的差异及方向相关性,将为预估落点误差的方向性及目标摧毁概率范围提供依据。     

多维变量对机械加工误差影响系统分析

针对加工零件传统单一变量对加工误差统计分析,不能解决多关联变量之间的关系对加工误差的影响问题,提出一种多维随机变量的机械加工误差分析系统。通过分析加工零件的关联尺寸,用Matlab建立加工误差的分布规律图,分析产生有效加工误差的概率;用统计产品和服务解决方案(statistical product and service solution,SPSS)对测量出的关联尺寸组进行Q型聚类分析,分析加工误差易发生段;用3维点图法分析关联尺寸产生的系统误差和随机误差;建立环形轴类零件的加工误差系统分析模型。结果表明,该分析系统能提高机械加工误差分析的精确度。     

平面二自由度并联机器人结构优化与操作空间选择

针对毛坯锻造自动化生产等对高节拍低精度往复运动的搬运操作需求,提出一种基于平面双滑块机构的二自由度并联机器人。由平面上互相平行的2个直线运动滑块驱动机器人末端实现竖直平面内的物料搬运运动,建立机器人运动学模型,基于灵巧度和全局性能指数进行机器人结构参数设计,同时兼顾运动周期与运动精度,获得机器人操作空间。实验分析结果表明：机器人工作周期为1.5 s,竖直位移为245 mm,末端轨迹精度为±1.5 mm,证明机器人具有良好的运动精度和足够的运动位移,以及良好的工作效率。     

多分支非圆齿轮无级变速机构设计与分析

无级变速传动是车辆传动系统的重要组成部分。结合非圆齿轮传动特性,提出一种新型多分支非圆齿轮无级变速机构,采用非圆齿轮副、差速机构与传动选择机构的组合实现无级变速传动,且最终传动比取决于两对非圆齿轮副之间的相位角。分析多分支非圆齿轮无级变速机构的传动原理,针对单对非圆齿轮副,分别进行节曲线、齿廓和平衡特性设计,并基于仿真加工得到非圆齿轮齿廓与三维实体模型。通过ADAMS软件仿真和传动实验,将该机构整体传动比特性理论结果分别与仿真和实验结果进行对比,机构整体传动比仿真和实验结果与理论值的最大误差分别约为4.5%和5.6%;通过非圆齿轮加工与传动实验,对其传动比特性进行理论、仿真和实验对比,齿轮副传动比仿真和实验结果与理论值的最大误差分别约为3.5%和6.3%. 考虑加工误差、装配误差与测量误差等影响,仿真和传动实验的误差均在合理误差范围内,验证了理论分析方法的正确性。     

单轴旋转捷联惯性导航系统加速度计尺寸误差标定方法

加速度计尺寸误差在载体角运动情况下,会造成捷联惯性导航系统导航解算误差,这在单轴旋转捷联惯性导航系统中尤为显著。为提高导航精度,提出一种新的加速度计尺寸误差标定方法。通过分析单轴旋转调制下尺寸误差的作用机理,建立导航误差与尺寸误差的数学模型;为进一步提高标定效果,引入加速度计等效误差作为扩展观测量,利用可观测性分析方法设计具体的标定路径,通过滤波获取尺寸误差参数。仿真和实验结果表明,相比仅以速度误差为观测量的方法,该方法可以实现对加速度计尺寸误差的更高精度快速标定,导航速度解算误差可降低约50%.     

基于概率密度演化方法的火炮输弹过程不确定性分析

为分析火炮输弹过程不确定性参数对输弹一致性的影响，提出基于概率密度演化理论的输弹过程不确定性分析方法。建立某火炮输弹机的ADAMS动力学模型，根据概率密度守恒原理推导输弹过程的广义概率密度演化方程，以弹丸状态变量和输弹过程随机参数的联合概率密度函数建立状态空间与概率空间之间的联系。根据物理状态的演变引出概率密度的演化，并基于Lax-Wendroff格式的有限差分法求解输弹响应的概率密度函数。与文献［20］试验结果对比，输弹ADAMS 动力学模型的仿真位移曲线与试验数据基本吻合，验证了模型的准确性；分析了不同工况下参数不确定性对弹丸响应的影响，得到了响应均方差。结果表明：与蒙特卡洛（MC）方法的结果对比，该方法计算的响应概率密度函数在形式与精度上都比较准确，验证了该方法的适用性；随着输弹角的增大，响应的波动范围扩大。     

导弹质心定位设备测量误差分布研究

首先描述了导弹质心定位设备测量误差分布研究的背景和质心定位误差模型,接着分析称重传感器误差量和的概率密度函数,在此基础上讨论了商的概率分布,并给出了分布通式,最后在一定约束条件下,给出导弹质心测量误差的概率分布图和逼近式.     

基于FPCA与DEELM的弹药协调机械臂性能故障诊断

为了实现弹药协调机械臂定位精度超差的性能故障诊断,提出了一种基于函数型主成分分析(FPCA)与差分进化极限学习机(DEELM)结合的故障诊断方法.建立了协调机械臂的动力学解析模型,进行了标准状态下协调过程的仿真分析,同时对协调机械臂实验台架进行了相同状态的协调过程测试,二者输出的支臂角位移曲线吻合较好;利用协调机械臂的...     

一种异形的五自由度操作机设计

针对一些大型模型的风洞试验需求,在特定风洞环境中设计五自由度操作机,用于支撑试验模型开展风 洞试验。通过分析模型的重力及气动载荷、操作机的安装及使用空间、指标要求,采用串并联结构形式,实现特定 风洞环境中的五自由度操作机设计。有限元分析结果表明：该操作机满足刚度、强度指标,精度和行程满足要求, 能实现一类模型的风洞试验需求,具有重要价值。     

基于EKF的机载光电吊舱目标定位研究

为提高机载光电吊舱进行目标定位的精度,研究吊舱的设备测量误差对目标定位精度的影响,推导了目标定位方程,并建立了目标定位的扩展卡尔曼滤波(EKF)模型.通过在Matlab/Simulink中进行仿真,定量分析了吊舱的测距误差、高低角和方位角误差对目标定位精度的影响.结果表明定位误差可以在2 s的时间收敛到5 m,提高了定位精度和收敛速度;分析测量误差对定位精度的影响,可为吊舱的精度分配或改进提供理论依据.     

基于恒星几何构型分布的天文定位误差建模及误差特性分析

天文导航系统以天体为导航信标进行导航定位,其定位性能除了受天文测量仪器精度的影响外,和所观测天体几何构型分布亦有关联。从天文定位基本原理出发,推导建立了天文定位误差模型,分析了影响天文定位性能的因素,着重研究了恒星几何构型中恒星方位角对天文定位性能的影响,给出了在测量精度一定的条件下,可用于判别天文定位性能优劣的误差权系数k以及天文定位性能较优的恒星分布情况。仿真结果表明,所提出的天文定位误差模型可以有效用于分析天文定位性能。