基于机构动力学-控制系统协同仿真与优化的凸轮廓线优化设计

为了降低高速吹瓶机中凸轮机构带动的模具合模时出现的接触力,提出了基于机构动力学-控制系统协同仿真和优化的凸轮廓线优化设计方法.首先,建立吹瓶机模具运动控制系统模型,目标函数是在最大接触力约束下运动时间最短.其次,根据赫兹接触理论中接触力与变形量的关系,引入位移状态变量,将高速无冲击凸轮廓线设计问题转化为位移无超调的最速...     

Fuel efficient model predictive control strategies for a group of connected vehicles incorporating vertical vibration

This paper presents a decentralized fuel efficient model predictive control(MPC) strategy for a group of connected vehicles incorporating vertical vibration. To capture the vehicle vibration dynamics, the dynamics of the suspension system is integrated with the longitudinal dynamics of the vehicle. Furthermore, a MPC framework with finite time horizon is formulated to calculate the optimal velocity profile that compromises fuel economy, mobility and ride comfort for every individual vehicle with the safety and physical constraints considered. In the MPC framework, the target velocity is calculated using signal phase and timing(SPAT)information to reduce the number of stoppage at red lights, and the vertical acceleration is calculated parallel to the calculation of the fuel consumption. The MPC optimal problem is solved with fast-MPC approach which enhances the computational efficiency via exploiting the structure of the control system and approximate methods. Simulation studies are conducted over different SPATs and connectivity penetration rates and the results validate the advantages of the proposed control architecture.     

Anti-Dead-Zone Integral Sliding Control and Active Vibration Suppression of a Free-floating Space Robot with Elastic Base and Flexible Links

Under the conditions of joint torque output dead-zone and external disturbance,the trajectory tracking and vibration suppression for a free-floating space robot( FFSR) system with elastic base and flexible links were discussed. First,using the Lagrange equation of the second kind,the dynamic model of the system was derived. Second,utilizing singular perturbation theory,a slow subsystem describing the rigid motion and a fast subsystem corresponding to flexible vibration were obtained. For the slo...     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

Optimal design method for force in vibration control of multi-body system with quick startup and brake

1INTRODUCTION Inpracticalengineering,lotsofmachine equipments,suchasphotoetchingmachine,wirebonderandautodispenser,hastostopattheother positionafterstartupatoneposition,andthen theyperformatask.Theywillstartatanotherpo sitionagainaftercarryingitout.Theyareallkey equipmentofmicro electronicsmanufacture.This kindofpreciseequipmentisverysteadyduringop eration,andtheaccuracyoffixedpositionisvery highwhilestopping.Theaccuracyofphotoetching machinesisscoresofnanons,andtheaccuracyoffuse keymatch…     

双连杆柔性臂自适应模糊滑模控制

为使控制系统在负载和杆长变化时仍能快速、准确地跟踪期望轨迹,基于奇异摄动模型将双连杆柔性臂系统分解为慢变、快变2个子系统,提出了一种慢变子系统采用自适应模糊滑模控制、快变子系统采用最优控制的混合控制方法。其中自适应算法在线估计未知参数,模糊控制用来抑制由滑模控制引起的振动。仿真结果表明,该方法不仅能实现柔性臂轨迹的快速、准确跟踪,而且能有效地抑制弹性振动,并且对系统参数的变化具有较强的鲁棒性。该方法的特点是对系统中各个等效的摄动参数分别进行自适应估计和补偿,因而控制算法简单,易于工程实现。     

挠性航天器预设性能自适应姿态跟踪控制

为研究存在外界干扰及未建模动态的挠性航天器姿态跟踪问题,提出了一种基于预设性能方法的自适应姿态跟踪控制策略.预设性能方法利用性能函数和一种误差变换方式,将系统的跟踪误差限制在预先设定的约束范围内,以保证系统响应具有期望的超调、收敛速度以及稳态误差.采用径向基函数(RBF)神经网络来处理由干扰和附件挠性振荡产生的模型未知动态.考虑到存在未知的神经网络逼近误差,为减小控制参数选取的保守性,进一步对逼近误差的上界进行自适应估计.结合权值和逼近误差上界的自适应律,设计了预设性能自适应姿态跟踪控制器.仿真结果表明,使用本方法可以有效补偿干扰及挠性振动所产生的影响,同时使姿态控制系统获得快速平稳的动态过程和给定的稳态跟踪精度.与未采用预设性能的方法相比,所提出的方法在收敛速度、跟踪精度与振荡抑制效果等方面均具有较明显的优势,并且对控制器参数选取的依赖性更低.     

压缩机振动与辐射低噪声结构分析

针对某往复压缩机噪声偏高问题,采用虚拟预测技术对压缩机进行了低噪声结构分析研究。首先建立了由柔性机体、柔性曲轴和刚性连杆、活塞及飞轮组成的往复压缩机的多体动力学模型。通过动力学仿真求解得到传递给机体的各种激励载荷,再根据直接积分法法求解出压缩机机体的振动响应结果,仿真得到的机体部分测点结果与实验结果吻合较好。最后根据有限元动态结果来预测其机体表面辐射噪声,计算出机体的辐射声功率与实测结果相一致。     

基于最优刚性子图的势博弈无线传感器网络拓扑优化算法

为了高效地利用网络资源,均衡网络拓扑能耗,剔除网络拓扑冗余链路,以降低节点负载及最大化的延长网络的生命周期.通过势博弈和最优刚性子图的概念,综合考虑节点的剩余能量、节点的负载及网络拓扑链路的冗余性,作者设计了一种基于最优刚性子图的势博弈无线传感器网络拓扑优化算法(PGOSG).首先,根据节点间通信的功率变化,构造节点的...     

风力发电机齿轮箱虚拟样机建模与动态特性分析

为预测750 kW风力发电机增速齿轮箱的动态特性,在Romax环境下对其进行多体动力学虚拟样机建模,在考虑传动轴、箱体及轴承柔性变形的基础上,通过Romax Dynamics模块对增速箱整机进行模态分析与振动特性分析.仿真结果表明,行星架一阶模态是整机振动的主要来源,改善行星轮系的均载状况和调整箱体支撑结构可有效降低整机振动幅度.     

高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化

为提高高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化问题求解速度和精度,提出了一种将改进的麻雀智能优化同参数化设计相结合的再入轨迹方法。首先,通过Tent混沌映射和精英反向种群方法初始化种群,利用黄金正弦策略进行种群的位置更新,并通过余弦策略减少侦察者数量,采用贪婪策略对种群的最优解进行选择和更新,在增强算法全局搜索能力的同时,不影响收敛速度。然后,将高超声速再入轨迹优化问题转化为攻角剖面和倾侧角剖面的参数化设计问题,将路径约束转化为阻力加速度再入飞行走廊,保证再入过程中始终满足路径约束,利用罚函数法处理终端约束,从而使得飞行器精确命中目标。最后,采用改进的麻雀智能优化算法对设计参数进行寻优,使得目标函数最优。仿真实验表明：本研究所提出的改进麻雀算法相较于原始麻雀算法、鲸鱼算法和粒子群算法收敛速度快,得到的高超声速滑翔飞行器再入轨迹精度有了进一步的提高;蒙特卡洛仿真实验说明,本研究所提出的高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化算法具有一定的鲁棒性。     

随机振动最小为目标的齿轮系统优化

提出一种新的齿轮系统优化设计模型,模型中包含两个相互冲突的目标:系统随机振动和齿轮系统重量.首先构造协调函数,然后采用基因遗传算法和派立托系列,来处理相互冲突的设计目标和同时含有连续变量、离散变量的复杂优化问题.     

多连杆柔性机械手控制的遗传算法

讨论了多连杆柔性机械手末端位置的控制问题,因为基于逆动力学的控制不易保证系统的稳定性,给出了一种非线性预测与刚性运动PD反馈相结合的混合控制器,由于控制器的参数较多,且呈复杂的非线性关系,传统设计方法难以保证控制器稳定性。提出一种基于遗传算法的设计方法,采用遗传算法选择控制器的参数,配置系统的极点,通过一个双连杆柔性机械手的仿真表明,采用遗传传算法设计的系统可实现多连杆预柔性机械手末端轨迹的准确跟踪,同时能消除柔性机械手的弹性振动。     

冗余度柔性杆机械臂自运动规划减振

提出了利用冗余度来减轻柔性杆机器人臂运动过程中的末端振动变形新方法,通过寻优确定机器人臂最佳的自身运动,使机器人臂末端在沿着预定轨迹运动的同时,具有最小的振动变形.平面三柔性杆机械臂动力学数值模拟显示了该方法的有效性.     

粒子群算法在求解天然河道水面线中的应用

在天然河道水面曲线计算中,传统的试算法、迭代法和图解法等,计算过程中存在误差的累积问题。为此,可将天然河道水面曲线计算问题转化为求解全河段总的计算误差最小化问题;从而提出了用粒子群算法来处理这一仅给出隐含表达式的复杂非线性优化问题。实例计算的结果表明粒子群算法是可行的、通用的和简便的,可以有效控制全河段总的计算误差。     

柔性生产中人员配置模型及其调度算法

为减少柔性生产企业的劳务费用,提高运营效益,以合理的人工分配方案和最佳作业排序为目标建 立了数学模型,并设计一种多目标混合算法．将作业分解为子作业层和父作业层,采用遗传算法和动态规划 法获取最佳的人工分配方案．在人工优化模型的基础上利用模拟退火遗传算法,将搜索空间限制在第一工位 工件投产序列的置换向量空间内,并采用交叉算子和变异算子对选择算子进行了重新设计,生成最优作业排 序计划．一组测试问题的求解结果表明了所提出方法的有效性及鲁棒性     

An efficient method for collision-free and jerk-constrained trajectory generation with sparse desired way-points for a flying robot

In this paper, an efficient approach is developed to plan jerk-constrained smooth trajectories passing through desired way-points with allowable accuracy for an autonomous quadrotor. First, based on the B-spline model, we introduce the sequential convex programming(SCP) into the flexible path planning method to satisfy the way-points constraints. By approximating the quadrotor and obstacles as spheres and directed planes, the length-optimal and collision-free path planning problem is formulated as a nonconvex optimization problem and solved by SCP. The initial C~3 continuous path curve for optimization is constructed efficiently based on a proposed strategy of generating new way-points near the obstacles without the need to calculate the embedding distance between the curve and the obstacles. On this basis, the time-optimal speed planning problem is addressed in two steps. In the first step, the forward-backward approach is introduced to solve the problem under the chord error, velocity, and acceleration constraints by changing the variables and deforming the constraints. Then by relaxing the constraints appropriately,the problem under jerk constraints is formulated into a linear programming(LP) problem. The feasibility of the proposed approach is verified through simulations and an indoor navigation experiment. The proposed approach can generate a C~3 continuous collision-free trajectory that passes through the sparse desired way-points with allowable accuracy while guaranteeing the chord error, velocity, acceleration, and jerk constraints. When the number of sample points is 3000, the proposed speed planning method reduces the calculation time by 40% compared to an existing method.     

基于分力合成方法的航天器闭环反馈控制

为了增强分力合成主动振动抑制方法抵抗外界干扰的能力,将分力合成方法与闭环反馈控制相结合同时进行设计.用非约束模态级数方法建立解耦的姿态动力学方程和挠性附件振动方程,通过选取合适的反馈量,在设计闭环反馈参数时将挠性附件的振动和分力合成方法同时加入到约束条件中,得到最佳性能解.通过对单挠性杆模型的仿真,在满足系统各项性能指标的条件下,调整时间较分步设计方法明显减少,证明本文方法的有效性.     

双Buck-Boost集成DAB型三端口直流变换器电流应力优化

针对双Buck-Boost集成双有源桥型三端口直流变换器高频链的电流应力优化问题,提出相应的控制方法. 为了实现对各个端口电压与功率的调节,高频变压器原边采用占空比控制,原、副边之间采用移相控制. 副边2个桥臂之间的内移相角可以作为第3个控制量,以实现优化控制目标;提出在传统控制方法的基础上引入副边桥臂间的内移相控制,实现优化高频链电流应力的效果. 建立三端口直流变换器高频链各模式下电流应力优化问题的数学模型,给出电流应力优化的实现条件. 搭建500 W的实验样机,对所提的电流应力优化控制方法进行实验验证. 结果表明,利用该方法可以有效地降低高频链的电流应力,提升系统效率,负载端口轻载时的效果更加明显.