考虑限位器的汽车非线性系统振动特性

建立了考虑限位器的悬架非线性隔振系统的数学模型.对引进弹性限位器且不考虑限位器接触问题的弹簧阻尼系统悬架进行了力学分析,利用系统动力学和随机振动理论,将汽车简化为1/2的四自由度模型,建立了考虑悬架隔振系统非线性特性的整车系统在路面随机激励下的非线性动力学方程,最后用Monto Carlo法模拟路面随机激励谱,在时域内对整车非线性系统振动特性进行仿真,并与传统的考虑线性悬架系统的整车动力学特性进行对比,以研究悬架隔振系统非线性特性对汽车平顺性的影响.     

平行四杆联动式管道机器人弯管过渡阶段的速度控制

为提高平行四杆联动式管道机器人弯管过渡阶段的通过能力,提出一种基于机器人过弯偏角变化的速度控制模型。通过对机器人弯管过渡阶段的运行状态的分析,建立了机器人在该阶段运行的位姿模型,求解该位姿模型可得到机器人各驱动轮的轮心以及驱动轮与管壁接触点的位置坐标。以建立的位姿模型为基础,结合无干涉条件下的驱动轮运行速度与驱动转速之间的关系,得到各驱动轮驱动转速基于偏角变化的速比关系,即速度控制模型。对所提出的基于偏角变化的速度控制模型进行仿真验证,仿真结果与理论计算基本一致,验证了该控制模型的正确性。     

基于模型预测反馈技术的救援车辆液压悬挂系统控制方法

针对现有救援车辆的液压悬挂系统存在作动器非线性、参数不确定性以及对动力学模型依赖性较强等问题,提出了一种液压主动悬挂系统控制方法——基于扩张状态观测器的模型预测控制方法（ESO-MPC）。首先,通过车载惯性导航系统实时获取车辆位姿信息,并基于位姿偏差方法计算出各个液压作动器的输出位移量。其次,完成救援车辆液压悬挂系统动力学建模,通过扩张状态观测器估计系统中的非线性扰动和未知输出信号。最后,基于扩张状态观测器的模型预测控制方法,使每个液压作动器的输出在限制范围内对期望位移信号进行有效追踪。为验证该控制方法的有效性,搭建了液压悬架整车试验平台,并与被动悬架和传统PID控制方法进行了多种路面对比试验。结果表明,相比于被动悬挂和传统的PID控制方法,本文提出的基于扩张状态观测器的模型预测控制方法可以降低垂向高度均方根值35%,俯仰角度均方根值17%,侧倾角度均方根值23%,显著提升了车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

基于于滚动时域优化的移动舞台机器人位姿估计

为了解决舞台文化发展背景下移动舞台机器人的位姿估计问题,提出了一种基于滚动时域优化的移动舞台机器人位姿估计算法。结合移动舞台机器人的运动学模型和预设的参考位姿,采用ＰＤ控制实现了机器人对参考位姿的跟踪,建立了移动舞台机器人闭环误差系统模型。在此基础上,采用滚动时域估计算法实时估计机器人的跟踪误差,该算法在一个固定时域窗口内利用误差系统参数和测量数据进行迭代估计,结合参考位姿实现了对移动舞台机器人位姿的实时估计。以移动舞台机器人进行曲线运动为测试场景,仿真验证了该算法的有效性。     

基于粒子群优化的半整车半主动模糊PI 控制悬架研究

针对不同路况下车辆悬架力学性能复杂多变的问题,利用数值分析方法研究半整车半主动悬架的性能特征。根据半整车半主动悬架的力学原理,建立半整车半主动动力学数学模型;利用2个模糊PI控制器分别控制车辆的前后轮,得到模糊PI控制悬架系统;利用粒子群算法对模糊PI控制悬架系统进行优化,得到不同悬架的车身质心加速度、车身俯仰角加速度、前后轮变形量与前后悬架动挠度性能参数的变化规律与均方根值,并分析悬架性能参数对车辆性能的影响以及各性能参数之间的内在联系。对2种PI控制悬架的可靠性进行研究,结果表明:2种PI控制悬架性能与被动悬架相比,均有很大改善,且利用粒子群优化后的模糊PI控制悬架的综合性能最好;当车辆在不同的路面行驶时,2种PI控制悬架均具有较好的可靠性。     

车辆主动悬架耗散状态反馈控制器设计与仿真

通过建立1／4车辆模型和路面输入模型,应用耗散系统理论进行了车辆主动悬架严格（Q,S,R）-耗散状态反馈控制器的设计,并在Matlab／Simulink环境中建立系统模型并进行仿真研究,将主、被动悬架的车身加速度、悬架动行程和轮胎动位移3项指标进行了对比分析。仿真结果表明,具有严格耗散控制器的主动悬架对车辆乘坐舒适性和行驶平顺性的改善有良好的效果。     

轮腿式全地形移动机器人位姿闭环控制

轮腿机器人在越障及振动时,不可避免地会出现位姿(质心位置和俯仰、侧倾姿态)的变化。为实现对其位姿的控制,将汽车的多连杆悬挂系统应用到轮腿机器人设计当中,设计了一款新型轮腿式全地形移动机器人,降低复杂地面对轮腿机器人姿态的影响,保证轮腿机器人在复杂环境下自身姿态的稳定性。首先,建立了轮腿机器人的单腿运动学模型,并搭建了单腿试验台架,验证了模型的正确性。接着,针对轮腿机器人的位姿问题分别建立俯仰和侧倾模型,并对轮腿机器人的位姿进行解耦运算,在满足轮腿机器人各质心位置分量(x、y、z)不变的情况下实现其姿态的闭环控制。然后,采用比例控制(P控制)在Simulink中搭建轮腿机器人位姿控制策略。最后,在Adams中创建轮腿机器人虚拟样机,并建立适用于大外倾角的PAC轮胎模型,利用Simulink与Adams联合仿真验证轮腿机器人在立体坡面上的位姿控制效果,仿真结果表明,本文控制算法对轮腿机器人的质心位置和姿态均有很好的跟踪效果,可将质心位置误差、姿态误差分别控制在4.3%和5%以内,验证了本文控制算法的有效性。     

液压四足机器人关节驱动节能

针对液压四足机器人作动器能耗较大问题,分析液压四足机器人各关节驱动力在摆动相和支撑相特点,提出变供油压力作动器作为液压机器人关节驱动方案,给出变供油压力作动器的构成、工作原理及参数设置方法,应用增益切换方法实现变供油压力作动器控制.此变供油压力作动器具有结构简单、控制方便、节能效果显著、便于应用到其他载荷变化较大的场合.采用MATLAB、AMESim联合仿真平台进行所提方案验证,仿真结果表明,变供油压力作动器与固定供油压力作动器具有相同性能,且能够实现系统节能,最后通过机器人单腿测试平台验证了所建仿真模型的正确性.     

变形路面上越野汽车悬架优化的仿真分析

为了提高越野汽车的平顺性，研究了不同类型越野路面变形程度与悬架振动参数之间的关系.应用载荷沉陷理论建立了地面非线性离散模型.综合动态轮胎力、悬架动挠度、越野地面沉陷等因素建立了简化越野车辆模型的动力学方程.通过改变土壤类型和越野路况，对松软路面上悬架参数与车身垂向加速度的关系进行仿真.以平顺性为目标，分析了松软路面不同变形程度对优化的悬架阻尼值的影响.仿真结果表明，增大系统刚度比可以显著减小车身垂向加速度，但刚度比不宜超过临界值；在变形较大的路面上行驶时，应采用较大的悬架阻尼以改善平顺性.     

基于神经网络的冗余度二重八面体变几何桁架机器人运动学求解

应用ＢＰ神经网络对冗余度二重八面体变曲何桁架机器人的位姿正解进行训练产,解决了二重八面体变几何桁架机器人的位姿反解问题。并利用网络模型求得运动学中的一、二阶影响系数矩阵,将关节极限优化指标引入机器人的运动学规划中,提出了一种轨迹规划方法。并对双二重八面体变几何桁架机器人进行了仿真计算。     

转向架动态模拟试验台避撞模型的构建

利用齐次坐标矩阵和齐次坐标变换矩阵建立3个六自由度运动平台位姿反解模型,采用包围盒方法对运动平台和垂向作动器周围障碍物进行简化。根据空间运动学及空间凸多面体数值表述理论,建立运动平台及垂向作动器与周围障碍物之间的避撞检测模型,通过计算两物体之间的最短距离来判断某位姿下两物体是否发生碰撞。结合实例,利用Matlab仿真,验证了所建避撞模型的正确性,从而为运动平台及运动平台的垂向作动器避免发生碰撞提供有效数据。     

3-RPS并联机器人静力学研究及SimMechanics仿真

针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用Matlab的SimMechanics和Simulink模块库构造出该3-RPS并联机器人的仿真模型,对该模型进行受力仿真,验证了静力学模型的正确性.该研究同样适用于其他种类的3自由度并联机器人.     

一类串行关节式机器人逆运动学建模与仿真研究

针对实验室一类串行关节式机器人,本文在正运动学模型的基础上,运用解析法对机器人的各个角度变量进行求解,建立逆运动学模型;同时对逆运动学进行仿真验证,将机器人末端姿态带入求解公式,与机器人实际的位姿进行对比。仿真结果表明,在误差允许的范围内,与输入正运动学的角度一致,但如果两组数据得到同一个位姿,说明机器人有两组运动学逆解,通过与机器人实际到达位置的变化进行比较,验证了该结果的可靠性。该研究为更深层次的机器人运动规划和编程系统设计奠定了理论基础。     

基于扩展Kalman滤波的无人机位姿校正

无人机姿态控制问题是无人机稳定性飞行的关键,针对无人机在位姿参数不确定条件下制导控制器姿态定位精度不高的问题,提出了一种基于扩展Kalman滤波的无人机位姿校正方法,进行制导系统稳定性控制律设计.建立无人机飞行动力学模型,构建飞行弹道方程,分析无人机制导系统被控对象的约束参量,采用加速度计、陀螺计和磁力计进行位姿参量测量.考虑到位姿参数的不确定性,采用扩展Kalman滤波算法进行姿态参数的整定性处理,实现角度校正.将校正后的位姿参数输入模糊神经网络系统中,实现无人机制导控制律的优化设计.仿真结果表明,采用该方法进行无人机位姿校正和飞行制导控制,定姿精度较高、抗干扰能力较强,实现了飞行的稳定性控制.     

汽车半主动空气悬架自适应模糊神经网络控制

考虑空气悬架弹簧刚度可调的特性,建立了车辆5自由度的半主动悬架非线性动力学模型.提出了一种基于自适应模糊神经网络系统结构的模型,参考自适应控制方法来研究汽车半主动空气悬架的非线性控制问题,并考虑半车模型前后悬架的输入时滞,对其进行了仿真分析.研究结果表明:该控制方法能够使人体垂直加速度、车身垂直加速度和俯仰角加速度都得到很大的衰减,可在一定程度上减少路面对车身的振动冲击,提高汽车的行驶平顺性.     

主动控制电致伸缩液压悬置隔振特性仿真

采用电致伸缩材料作为主动控制作动器的智能悬置,利用Matlab软件,并考虑了惯性通道、解耦通道以及电致伸缩作动器的非线性,建立了该悬置的仿真模型。选择滤波后的 x LMS算法作为控制算法,通过仿真计算研究了该悬置的隔振性能。采用查表的办法由控制位移求解控制电压,能有效地避免作动器非线性对系统性能的不良影响。研究结果表明:对系统施加控制后,传递到车身上的振动大大减弱,在6 s内振动力降到未施加主动控制时的3%,20s后降到未施加主动控制时的1%。说明采用主动控制能有效地改善悬置的隔振性能。     

基于动力学理论的轿车悬架参数优化

为提高麦弗逊式独立悬架设计效率,解决悬架的参数对悬架稳定性产生的不良影响,针对某轿车麦弗逊前悬架,应用动力学理论建立轿车的1/4悬架模型,进行车轮随机激励的跳动仿真,验证模型的准确性,然后分别对悬架弹簧刚度、阻尼、前束角、前轮外倾角和主销后倾角进行优化,研究结果表明,该悬架布置方案的优化较好地解决了模型的不合理性.     

工业机器人校正技术及软件设计

机器人末端执行器准确到达预先指定位姿的能力是其重要的技术指标之一,而机器人位姿误差校正补偿技术正是提高机器人位姿精度的有效方法.本文采用机器人位姿误差局部校正方法,建立了机器人工作空间位姿转换矩阵及误差模型.以AdeptOne机器人为对象,利用光电检测手段,自行设计研     

4自由度轮式悬架移动机械手动力学

结合轮式悬架移动机械手的约束方程,提取了系统独立坐标变量和关联坐标变量,建立了系统运动学模型;综合利用拉格朗日原理和牛顿-欧拉方程,计算出包含构件坐标变量的轮式悬架移动载体的驱动力模型,建立轮式悬架移动机械手的动力学模型.该动力学模型综合考虑移动载体的线弹性-阻尼悬架、路面扰动和电机的集中质量对整体系统动力学的耦合影响,最后采用数值方法给出4自由度轮式悬架移动机械手动力学模型的仿真结果.通过对比牛顿-欧拉方程得到的计算转矩与作为数值仿真输入条件的驱动转矩,两者完全吻合,进一步验证了轮式移动载体驱动力模型和轮式悬架移动机械手动力学模型建立的正确性.     

基于正交设计的协作机器人全域结构优化设计

为解决时变位姿和建模精度对机器人结构优化的影响,提出了一种有限元与解析法相结合的机器人实时模态分析方法,能够实时、高效、高精度地获得机器人任意位姿下的固有频率和振型.同时为降低计算量,实现全域结构优化,基于正交设计提出了一种以机器人质量与全域一阶固有频率比(M/GF)为优化目标、以机器人结构尺寸为优化变量的全域动态性能结构优化设计方法.优化结果表明:优化后的M/GF指标比优化前提高了9.90％,优化后的全域一阶固有频率指标比优化前提高了0.91Hz.