基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统

移动载人月球车相关技术的研究是我国未来载人登月探测的重要任务.根据载人月球车的需求,本文从航天员操作舒适度和操作工作空间出发,设计了一种面向载人月球车操作的力反馈手柄,在具体的场景设计下可以带给航天员力触觉感受,辅助航天员进行安全、有效的驾驶行为.基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统包含力反馈手柄、硬件系统、软件...     

基于 PID 控制的月面巡视探测器坡度行驶仿真分析

通过月面巡视探测器爬坡轮与地面的相互作用分析,建立月面巡视探测器坡度行驶地面力学模型。根据双闭环直流调速系统工作原理,采用位置式PID控制算法编写了电机驱动仿真模块,并将电机驱动仿真模块融合到月面巡视探测器多体动力学仿真体系中,构建了完整的月面巡视探测器动力学仿真系统。对月面巡视探测器坡度行驶工况进行仿真分析,初步实现了对月面巡视探测器动力学模型的验证,为月面巡视探测器驱动控制算法、运动规划和路径规划仿真提供技术支持。     

悬挂式重力补偿系统精密跟踪方法

介绍了一种用于研究空间机器人微重力条件下的工作特性的悬挂系统——悬挂式重力补偿系统,并给出了悬挂模块的动力学模型.通过数值求解与仿真,运用非线性规化求出了一定条件下的最优控制参数;用正交试验寻优、基于时间最优控制的试凑法证明了优化模型的解正确性.该研究为空间机器人地面试验系统模拟微重力环境下精密跟踪运动提供了最优控制方法.     

Force Control of Electro-Hydraulic Servo System Based on Load Velocity Compensation

In an electro-hydraulic servo control system, the force servo system is an important component. However, due to the nonlinear characteristic of hydraulic systems, traditional control methods cannot achieve satisfactory control performances. To deal with this issue, a load velocity compensation algorithm based on the structural invariant principle is proposed in this paper. First, the theoretical analysis of the hydraulic and cylindrical force control system is presented, and the mathematical model of the force control system is established. Then the open-loop frequency response characteristics of the system are analyzed, in which the Bode diagram shows that the bandwidth of the system is obviously expanded after adopting the load velocity compensation algorithm. Finally, a practical hydraulic and cylindrical force servo system is introduced to validate the feasibility of the proposed controller, the experimental results demonstrate that the proposed method can improve the performance of force control and eliminate the influence of load stiffness on the dynamic characteristics of the system through a set of comparative experiments with different elastic loads.     

数控进给伺服系统摩擦补偿控制仿真

针对伺服系统传动机构中摩擦对系统控制精度的影响问题,提出了一种遗传算法与模糊控制复合方法.建立了Stribeck+静摩擦力模型,设计了一种基于遗传算法的模糊补偿控制器,并将模糊补偿控制器应用于伺服系统中进行仿真.仿真结果表明,此方法不仅可有效抑制摩擦力对数控进给伺服系统的非线性作用及系统的低速爬行现象,而且可提高进给伺服系统的动态性能.采用不同的初始控制规则进行分析后发现,设置的初始值对遗传算法的收敛速度和系统的摩擦补偿均具有良好效果.     

基于ADAMS的六轮月球车动力学建模与仿真

针对月球的复杂地形环境,利用ADAMS软件建立六轮摇臂-转向架式月球车的三维仿真模型,对其进行动力学仿真分析,获得了月球车各部件和整车的动力学特性曲线,为月球车控制系统的设计与数值计算提供了理论依据.     

基于刚柔耦合模型的月球车振动特性仿真

为了分析月球车在月表环境下的振动特性,将其作为一个刚柔耦合多体系统,基于三维实体造型和多体动力学分析软件建立了刚柔耦合动力学模型。根据美国国家航空航天局的研究,建立了月球表面位移功率谱数学模型,结合谐波叠加法获得了月表不平度。以六轮月球车样机JLUIV-6为研究对象,通过典型越障工况试验验证了所建模型的可靠性。以月面不平度作为振动激励对所建立的动力学模型进行了仿真,分析了月球车车体的振动响应及振动加速度幅频特性。结果表明,月球车在0.8～1.8Hz处存在明显的共振区域,为月球车系统设计及优化提供了依据。     

两轮并列式月球车的性能及其稳定性分析

随着国内外新一轮探月高潮的掀起,新型的月球车越来越受到人们的关注.文章提出了一种两轮并列式月球车结构以适应月球探测的特点和要求,并对两轮车的驱动原理和性能进行分析,为月球车的应用提供理论基础和参考依据.两轮车行走中箱体平台的稳定性是其在视觉导航及多车对接应用中的关键环节,针对箱体平台的稳定性对两轮车系统进行建模仿真并提出了两轮车系统的模拟控制方案.仿真结果表明采用状态反馈控制可以有效的实现两轮车系统的稳定性控制.两轮并列式月球车的特点和稳定性分析为新型探月车的研究提供新思路.     

低重力补偿下六轮独立驱动月球车的运动分析

为了在地球上模拟月球表面的低重力环境,需要对月球车进行重力补偿.提出了吊丝式双天车结构的重力补偿方案,确定了月球车在崎岖路面上行进的质心域,分析了低重力下吊丝倾角和质心变化对车轮垂直载荷的影响,绘制了车轮垂直载荷的仿真曲线,完成了低重力补偿下月球车的运动分析.研究结果表明,吊丝倾角越小,月球车的质心变化域越小,则因低重力补偿引起的月球车运动波动越小.该研究为月球车低重力实验环境的建立、月球车移动子系统的功能测试和可靠性实验奠定了理论基础.     

无模型动态摩擦的自回归小波神经补偿控制

针对低速伺服系统的摩擦补偿问题,提出一种基于自回归小波神经网络的智能控制算法,无需预知系统的动力模型参数,仅通过闭环位置反馈,网络即能利用极少的神经元和迭代次数实现对非线性摩擦的高精度补偿.Lya-punov稳定性分析结果证明了跟踪误差和网络权值的有界收敛性.某型机器人关节的伺服实验结果表明,引入自回归小波神经补偿算法后的伺服定位精度得以大幅度提高.     

液压矫直机液压伺服系统动态特性分析比较

根据矫直机矫直原理和矫直工艺要求设计了全液压矫直机液压伺服系统,在此基础上采用非对称伺服阀加位移传感器控制非对称液压缸位移的方法达到了矫直钢板的目的。通过求解出非对称阀控制非对称液压缸的系统传递函数和非对称阀控制恒背压液压缸系统的传递函数,用Hyvos软件仿真分析液压缸两种位置控制效果。通过仿真可以发现:非对称阀控制非对称缸的控制效果明显优于非对称阀控制背压缸。同时通过现场生产样机的液压缸位置控制精度和钢板平直度证实该液压系统的设计是先进的。研究结果对非对称阀控制非对称缸的设计、仿真及控制具有指导意义。     

月球车连杆式差速平衡机构的运动学分析

为了提高月球车运动时车体平稳性和车轮承力平衡性,设计了连杆式差速平衡机构,利用ADAMS软件建立了该机构的三维仿真模型,对其进行了运动学建模、计算和运动仿真,分别获得了机构主要构件运动计算数据曲线和运动仿真曲线,对比验证了建立的运动学模型的正确性和设计的差速平衡机构对车体运动平稳性的作用,样机实验结果与理论计算及仿真结果较好吻合,进一步验证了分析方法和结论的正确性.     

增量式数字阀控缸位置控制系统动态性能分析及实验研究

液压伺服控制系统具有功重比大、精度高和响应快等优点,在工业、农业、轻纺织业和交通运输中应用广泛。液压伺服控制系统多采用伺服阀和比例阀作为控制元件,但伺服阀和比例阀的结构复杂,造价高,对油液质量和清洁度要求高。而增量式数字阀具有结构简单、成本低、抗污染能力强且维护方便等优势,在液压伺服控制系统中具有较好的应用前景。本文以增量式数字阀控缸位置控制系统为研究对象,首先,对增量式数字阀的结构和工作原理进行分析,建立其位置控制系统数学模型,并基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了其位置控制系统仿真模型;然后,利用仿真分析典型输入信号和不同结构参数下增量式数字阀控缸位置控制系统的动态性能;最后,搭建增量式数字阀控缸位置控制系统实验平台,测试了典型输入信号和不同结构参数下的动态性能。通过仿真与实验相结合,验证了增量式数字阀原理的可行性,分析了增量式数字阀控缸位置控制系统的动态响应能力,并对影响其动态响应能力的因素进行分析,为增量式数字阀的后续结构改进和动态性能优化提供了理论和实验基础。.     

六圆柱-圆锥轮式月球车多轮协调运动控制研究

月球车的运动控制是月球车完成探测任务的前提.为实现月球车前进、后退和转向等基本运动功能,对六圆柱-圆锥轮式月球车的多轮协调运动控制进行了研究.根据六圆柱-圆锥轮式月球车的机构原理和结构特点,给出了月球车车轮的运动学约束条件,建立了月球车的运动学约束模型,针对月球车的基本运动要求,推导了月球车六轮协调运动的控制模型,并基于实时Linux和PC104总线计算机的车载计算机运动控制系统,对月球车的运动控制进行了实验研究.研究结果证实了六轮协调运动控制模型的正确性,为月球探测车的运动控制系统设计及月球车的自主避障功能等奠定了理论基础.     

专家式控制器气动位置力复合控制研究

在大量实验的基础上,根据系统响应特性,专家式控制器将误差分段：在大误差范围内用PID控制,以快速接近目标值;在小误差时用经验控制,以准确到达目标;在达到精度时电压置中以保持精度;控制器各参数由专家控制器的推理机给定．特别是在小误差时的经验控制,完全根据个人经验给定一个经验递减电压,此时控制电压与检测误差无关．通过该控制器对输出力为100N和150N位置力复合控制进行了实验,结果表明,该控制器能对气动位置力复合进行快速准确的控制,效果良好．     

模糊PD控制在伺服系统中的应用

为了提高伺服控制系统动态跟随误差的精度,在三环伺服控制系统的基础上提出了一种经典控制和智能控制相结合的方法.利用误差补偿的思想,在位置环上采用按给定输入补偿的复合控制方法进行误差补偿,以提高系统动态跟随精度.采用模糊PD参数自整定控制的思想,在位置环上设计了智能模糊控制器,对前向通道PD调节器的参数进行了优化.仿真结果表明,与PD控制系统相比较,改进系统的动态误差精度得到了提高,明显地增强了系统的动态跟随特性,并使系统具有较强的鲁棒性.     

分箱式月球车的预测控制

设计了适应月球探测的分箱体可折叠的月球车移动机构.具有很大的柔性和很强的环境适应能力.为解决该移动系统的控制复杂性.基于一定的规则对复杂的月球车非线性模型进行建模,采用有控制约束的准Min-Max模型预测控制,实现从一个位置到另一个位置的运动.通过求解线性矩阵不等式(LMI)的凸优化获得状态反馈控制律,而LMI的可行性保证了闭环系统的稳定性.仿真表明在满足控制约束的条件下,采用预测控制实现对月球车移动系统目标探测是可行的.     

宇航员训练机器人卧推模式建模与控制

针对微重力环境下宇航员的训练问题,设计了一种基于柔索驱动的宇航员训练机器人,帮助宇航员在失重状态下完成卧推训练.在对卧推训练运动特性进行分析的基础上,完成了机器人的构型设计.在该机器人构型的基础上,给出了机器人的可控工作空间并建立了柔索牵引力规划数学模型.针对控制系统的力控制任务,将基于位置的力外环控制策略应用于并联柔...     

基于小波神经网络的机械臂力/位置控制算法

基于小波神经网络,提出了一种新的受时变约束机器人力/位置控制算法。由系统约束关系推导了降阶的动力学模型,基于降阶模型设计了鲁棒小波神经网络力/位置控制算法。由Barbalat给出了系统的稳定性证明。数值仿真结果验证了本文控制算法的有效性。     

基于交替迭代的车辆主动悬架LQG控制器设计

针对主动悬架线性二次高斯控制(linear-quadratic-Gaussian control, LQG)控制器,提供一种快速确定其最佳控制加权系数及最优控制力的方法。 通过车辆行驶平顺性评价指标分析,利用无量纲归一化思想建立主动悬架最优控制目标函数,给出平顺性加权系数与控制加权系数间的关系;根据主动悬架力学模型,利用Newmark-β显式积分法,建立平顺性加权系数仿真分析模型。以路面不平度作为输入激励,以轮胎动位移和悬架动挠度为约束条件,借鉴交替迭代思想建立交替迭代优化算法,建立主动悬架LQG控制加权系数及控制力的优化方法。通过与现有LQG控制器设计方法的对比分析,对本设计方法的先进性和可靠性进行仿真验证,结果表明设计的LQG控制器能够显著改善车辆的乘坐舒适性。