基于气动肌肉驱动的下肢康复机器人设计与仿真

为实现气动肌肉在多自由度康复机器人中的应用,设计一种用于步态康复训练二自由度下肢康复辅助训练机器人,驱动器由气动肌肉和拉伸弹簧并联驱动关节以实现节能辅助行走。建立人体下肢运动学和动力学模型,并以标准CGA步态曲线作为关节输入,通过SolidWorks/Motion进行运动学仿真,验证所设计的模型符合人体下肢运动规律。针对气动肌肉伸展时存在非线性使得关节控制困难,提出了模糊自适应PID控制算法。在MATLAB/Simulink中进行仿真控制实验,仿真结果表明：相比传统PID算法,模糊PID自适应控制算法使外骨骼达到更好的跟随效果。最后通过实验平台验证了模糊PID自适应控制算法能够满足患者主动康复训练的需求。     

超高压卸压系统建模及控制算法研究

利用先进的数学算法与计算机控制技术对温等静压机压力控制系统进行设计,建立了组合式卸压阀的数学模型。针对温等静压机卸压系统的非线性特性,采用模糊和PID双模控制算法控制压力,并在MATLAB平台上对该控制算法进行了Simulink仿真。数值分析和仿真结果表明:所建立的组合式卸压阀的数学模型准确,所选用的模糊和PID双模控制算法可行、有效。     

融合光纤感知的气动执行器夹持力控制策略研究

为了降低气动执行器夹持力/气压迟滞的影响,提高夹持力跟踪控制精度,提出一种基于Prandtl-Ishlinskii （P-I） 逆模型的前馈补偿结合模糊PID的控制策略。分析气动执行器的夹持力/气压迟滞特性,通过初载曲线法辨识迟滞模型参数,建立P-I逆模型;设计融合FBG力感知的模糊PID控制算法,基于自制的FBG传感器实现夹持力反馈,通过标定实验验证传感器的静态特性。在Simulink中构建前馈补偿和融合FBG力感知的模糊PID相结合的复合控制器,完成与传统PID以及模糊PID控制器的夹持力控制仿真对比。仿真结果显示：前馈补偿可以降低稳态误差,提高控制精度。最后,在气动执行器夹持力控实验平台上开展动态跟踪实验,验证了所设计复合控制器的有效性。     

飞机起落架自适应模糊神经PID控制方法的研究

针对传统PID控制与模糊PID控制的飞机起落架控制系统存在达不到理想控制精度以及控制速度的问题,提出一种基于模糊控制和神经网络的模糊神经PID控制算法。通过对起落架运动特点以及动力学相关的理论分析建立飞机起落架的运动模型,将此智能PID控制方法应用到飞机起落架的姿态控制系统中。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,并基于树莓派装置进行了起落架单腿实验。仿真和实验结果表明：模糊神经网络PID控制系统的响应速度和抗干扰能力相较于传统PID和模糊PID都有了较大的提升,系统稳定性更强。在飞机起落架控制系统中,应用模糊神经PID控制可进一步提升系统的响应速度,降低系统运动的惯性冲击,提高整体机构的稳定性。     

超高压卸压系统建模及控制算法研究

利用先进的数学算法与计算机控制技术对温等静压机压力控制系统进行设计,建立了组合式卸压阀的数学模型。针对温等静压机卸压系统的非线性特性,采用模糊和PID双模控制算法控制压力,并在MATLAB平台上对该控制算法进行了Simulink仿真。数值分析和仿真结果表明：所建立的组合式卸压阀的数学模型准确,所选用的模糊和PID双模控制算法可行、有效。     

基于全液控油气弹簧动态车姿调节关键技术研究

以某4×4轮式车为例对基于全液控油气弹簧动态车姿调节关键技术进行研究,指出车辆行驶过程中油气弹簧内的动态油压是动态车姿调节的关键。通过数学建模和仿真分析得出油气弹簧规格、路面等级和车速等参数都对动态油压有影响,且当激励频率为车身固有频率时油气弹簧内的动态油压最大。通过实车试验验证了动态油压模型及计算方法的正确性,指出在进行车姿调节系统设计时需要根据实际情况对动态油压进行校核计算并决定是否安装液压增压装置,从而保证动态车姿调节可靠。     

某轻型无人平台车姿下降缓慢故障机制及解决方法研究

某轻型无人平台无法靠自重实现预期的车姿快速下降功能。为了探究其故障机制并查找原因,以该平台为研究对象,基于FLUENT流体仿真软件建立了车姿下降回油路仿真模型并进行了仿真分析。仿真结果表明:该平台车姿下降缓慢是由于车姿回油路油气弹簧端存在较高背压所致,而该背压的形成是由于主溢流油路与车姿回油路串连并共同作用所产生。根据仿真分析的结果,对该平台车姿的液压系统回油路进行优化,将主溢流油路与车姿回油路断开并单独引回油箱,解决了该平台车姿下降缓慢的故障,并通过实车试验得到了验证。     

基于并联机构的船舶运动模拟控制器设计与仿真

基于Stewart并联机构设计六自由度船舶运动模拟器,推导模拟器在给定运动位姿下驱动支链伸缩量的逆解算法。以垂荡-纵摇耦合运动为例,联合MATLAB/Simulink和SimMechanics构建运动模拟器仿真模型,并建立基于PID控制算法的驱动模型。为有效提高模拟器运动精度,基于模糊PID控制算法,应用模糊规则和推理方法对PID参数进行在线整定,设计相应的模糊控制器。结果表明：对波浪运动模拟器实施模糊PID控制后,计算得到的驱动支链伸缩位移误差能较快达到稳定值,稳定后误差明显比经典PID控制算法低。     

基于自适应模糊PID的连续管作业机注入头速度控制研究

连续管作业机工作过程中起/下管速度控制主要依赖手动调节注入头泵的排量、马达压力等。为解决操作复杂、自动化程度低等问题,将连续管作业机注入头液压系统简化为闭式泵控马达系统,将传统手动控制方式改进为自动控制方式。分析泵控马达系统的工作原理,在AMESim中构建泵控马达系统的液压仿真模型;利用MATLAB/Simulink设计出AMESim仿真模型的PID及自适应模糊PID控制模型,从而构成整个系统的闭环控制联合仿真平台。采用PID算法及自适应模糊PID控制算法对系统响应进行仿真分析。结果表明：采用自适应模糊PID控制方式后,液压模型的响应速度更快、无超调和滞后现象、稳态误差更小,泵控马达系统具有良好的动态特性。     

电液伺服系统自适应模糊PID的设计与仿真

针对电液伺服系统存在非线性、参数时变等问题,设计了一种具有在线实时调节PID参数的自适应模糊PID智能方法,以实现对被控对象的位置追踪和准确定位。首先利用AMESim建立控制系统仿真模型,然后基于Lab VIEW设计自适应模糊PID控制器,对系统进行联合仿真,最后基于PCI-6221为硬件核心,结合DAQ技术对控制系统进行实验分析。仿真和实验结果表明,该方法比传统的PID控制方法具有更好的鲁棒性和自适应性,明显提高了系统的稳态精度和动态响应速度。     

电控空气悬架车身高度调节的模糊PID控制

针对电控空气悬架车辆车身高度调节过程中出现的振荡和偏离设定目标高度的问题,建立了车身高度调节过程的数学模型,设计了车身高度调节的模糊PID控制器并应用Matlab/Simulink软件进行了仿真.结果表明:应用该控制方法可以有效地解决上述问题,使车身高度精确到达设定的目标高度.     

基于Speedgoat的dVRK机械臂控制系统开发

为提高dVRK外科机器人控制系统的快速响应性和控制实时性,开发一种基于实时目标机Speedgoat的机器人实时控制系统。通过搭建宿主机-目标机机器人控制平台,设计UDP Real Time通信模型块,建立宿主机、目标机的运行模型,实现对机器人的实时控制。结果表明：实时控制系统可准确地完成对dVRK机器人的数据采集和相关控制算法验证;搭建的Speedgoat实时控制平台具有在线调参、实时仿真、目标代码快速原型化、仿真精度高、可靠性好等优点,大大缩短了dVRK机器人控制算法的研制周期。     

基于配点法的智能车实时轨迹跟踪研究

针对智能汽车在实际行驶过程中的轨迹跟踪问题,提出了一种基于配点法的非线性模型预测控制实时优化算法。建立车辆二自由度非线性动力学模型和轨迹跟踪最优控制问题的数学模型,采用配点法将最优控制问题转化为带约束的非线性规划问题,并运用序列二次规划法实现了快速求解,通过滚动优化和反馈校正达到了对智能车实时轨迹跟踪的效果。在Prescan自动驾驶仿真环境中进行了基于ROS操作系统的硬件在环试验。结果表明:所提出的方法在保证精度的情况下,计算速度快,可以达到实时轨迹跟踪优化的要求。     

竖井掘进机纠偏过程撑靴液压系统控制策略研究

为解决全断面竖井掘进机在钻进过程中的角度偏斜问题，提出纠偏过程撑靴液压系统控制策略。考虑到钻进过程中姿态测量的实时性，重点提出针对小角度偏斜的纠偏原理，将竖井掘进机的纠偏过程规划为绕钻头顶点旋转和向下钻进的交替配合；将各支撑液压系统的作用独立开来，以单个撑靴液压缸为对象，建立了含不确定干扰的纠偏过程撑靴液压系统动力学模型，设计基于模型补偿和角度误差符号积分的鲁棒控制策略，并通过李雅普诺夫稳定性分析证明了控制器可理论实现渐近跟踪性能；基于MATLAB/Simulink平台建立系统仿真模型和控制算法模块，选择两类转角指令，完成控制策略对比仿真。结果表明：在不确定干扰下所提出控制策略具有较高的偏斜角度调节精度。     

变频燃油加油机系统节能与控制研究

针对普通燃油加油机泵送效率低和能耗大的问题,提出将变频技术引入加油机系统中。分析了变频燃油加油机的结构和原理,通过理论分析推导了系统数学模型。针对变频燃油加油机系统存在的超调量大、动态响应慢、稳态精度不足等问题,提出了一种模糊自适应PID控制策略,建立相应的数学仿真模型,并搭建变频泵送系统实验平台,进行了能耗测试。仿真和实验结果表明:采用模糊PID控制的变频控制系统超调量小、稳定性好,该方法对输入信号变化的响应具有更好的鲁棒性和快速性,显著改善了系统控制效果。随着电机频率的增大,燃油加油机的泵送效率先增大后减小,证明了加油机系统引入变频技术的必要性。与普通燃油加油机相比,采用模糊PID自适应控制的燃油加油机大大降低了系统能耗,节能率达43%以上,加注精度可控制在0. 2%内。     

基于遗传算法的磁流变半主动悬架最优控制

针对车辆悬架使用最优控制时,评价指标难以客观选取加权系数的问题,提出一种基于遗传算法的半主动悬架最优控制方法。在MATLAB/Simulink环境下,首先建立1/4半主动悬架模型、被动悬架模型及随机路面模型。其次,进行磁流变阻尼器的标定试验,得到不同工况下的阻尼器位移、速度曲线。利用参数拟合工具箱和BP神经网络建立修正的Dahl参数化正向、逆向模型,并进行拟合验证。再次,在最优控制理论的基础上,应用遗传算法对半主动悬架评价指标的加权系数进行选取,建立遗传最优控制器。最后,进行仿真验证与分析。结果表明:应用遗传算法来确定最优控制器的加权系数,提高了车辆的平顺性。     

基于BOM的排故过程组件化建模研究

针对现有的排故过程模型建模方法复杂,模型开发效率低的问题,提出基于基本对象模型(BOM)的排故过程组件化建模方法.该方法将排故任务视为排故过程的基本组成模块,并从建模需求出发抽象排故任务建模要素,确定排故任务模型要素与BOM模板元素间的映射关系,建立排故任务BOM模型,借助BOM间的聚合机制,将排故任务模型聚合,从而构建排故过程模型.以探头加温计算机故障的排故过程为例进行实例建模,在自主研制的飞机维修仿真训练平台上进行仿真验证,结果表明:该方法所建模型满足人员培训需求,同时能够利用已有的排故任务模型实例快速组建新的排故过程模型,提高了模型的开发效率.     

液压支架电液控制实验平台设计与立柱压力控制方法研究

设计搭建了液压支架电液控制实验平台,并在此基础上对立柱的压力控制方法进行研究,提出了基于改进遗传算法优化的模糊PID立柱压力控制方法。使用正切赌轮法与自适应交叉变异概率方法对遗传算法进行改进,并将改进的遗传算法用于优化模糊PID的隶属函数,仿真结果表明该方法优于PID控制、模糊PID控制和模糊控制。测试实验结果表明:该方法调压性能良好,稳态误差小,平均响应速度达13.4 MPa/s,满足立柱压力控制要求。     

基于跟踪微分器的移动机器人轨迹规划与跟踪控制研究北大核心

针对移动机器人的轨迹规划和轨迹跟踪控制问题,提出一种加速度和速度约束情况下,通过贝塞尔曲线拟合参考轨迹,再利用跟踪微分器规划平滑速度的轨迹规划新方法;基于Backstepping方法,建立机器人位姿误差方程并进行控制器的设计,同时分析了控制参数对轨迹跟踪性能的影响;将轨迹规划方法和控制算法结合,并在仿真平台和移动机器人实物平台上进行实验验证。实验结果验证了轨迹规划算法和控制器的可靠性及有效性,相比于未进行速度规划、速度不连续和滑模控制等方法,提出的方法控制平稳且有效减少了位姿误差。