机构自由度公式的基本形式、自由度分析及其物理内涵

对近十年提出的7种自由度(Degree of freedom,DOF)公式及其主要特点进行回顾。给出基于约束分析的DOF公式的统一形式与基于运动分析的DOF公式的基本形式。给出基于运动分析的DOF计算方法与基于约束分析的DOF计算方法。基于DOF公式,确定机构的拓扑结构特征,如机构的DOF、动平台的方位特征集及其维数、独立位移方程数、过约束度、冗余自由度,判定消极运动副与选取驱动副等。揭示DOF公式的物理内涵,即DOF公式表述了机构DOF、拓扑结构与运动方位特征三者之间的映射关系,而机构的拓扑结构和方位特征的运动过程不变性是构建这一映射关系的理论基础。     

一种3-2-1正交布置的6自由度并联微动机器人分析

对一种 3 2 1正交布置的 6自由度并联微动机器人进行了分析。给出这种特殊构型并联微动机构的位置正解和逆解的显示方程 ,同时给出了该并联微动机构的力雅克比矩阵和速度雅克比矩阵 ,对速度和力传递的各向同性指标进行了分析。指出该并联微动机构可以产生 2种相互解耦的复合运动 ,一种是 3 DOF的Z tilts运动 ,另外一种是其相应的 3 DOF平面一般运动。     

模糊PID算法在余热回收装置中的应用

针对余热回收装置具有纯滞后、大惯性、参数时变的非线性特点,传统的PID控制往往不能满足其静态、动态特性的要求,提出了一种模糊PID控制的方法。认为该方法可以有效解决上述问题。计算机仿真结果表明,其控制效果明显优于传统的PID控制,更适用于余热回收装置。     

基于全状态观测器状态反馈的多轴转向极点配置

提出了一种利用观测器进行状态重构并利用重构状态进行反馈配置极点来改善多轴转向车辆性能的方法。建立了多轴转向车辆二自由度（2DOF）模型,基于系统输入和易测得的横摆角速度设计全状态观测器重构侧偏角,并根据系统希望极点和重构状态,设计状态反馈控制器进行极点配置。通过仿真验证,观测器能准确跟踪车辆状态,转向反应迅速而平稳,且在后轮转角±5°范围内具有鲁棒性,控制效果明显优于PID控制的控制效果。结果表明,控制器能有效改善多轴转向车辆动态品质,提高操纵稳定性。     

基于模糊PID控制的拉弯机控制系统的研究

针对一般控制方法对拉弯机难以达到预期的控制效果,提出了模糊自适应PID控制方法。用MATLAB仿真比较模糊自适应PID控制和常规PID控制效果,结果表明模糊自适应PID控制更能提高系统的动静态特性。     

基于模糊PID控制的拉弯机控制系统的研究

针对一般控制方法对拉弯机难以达到预期的控制效果,提出了模糊自适应PID控制方法。用MATLAB仿真比较模糊自适应PID控制和常规PID控制效果,结果表明模糊自适应PID控制更能提高系统的动静态特性。     

一种新型3T2R并联机构的降耦设计及其位置分析

基于方位特征方程(POC)的并联机构拓扑设计理论及方法,设计出了一种五自由度三平移两转动(3T2R)的并联机构,并对该机构进行了拓扑特征分析,发现其为拓扑强耦合(耦合度k =2),表明该机构的位置正解求解困难、复杂,不利于后续的尺度综合与优化、误差分析及动力学分析;为此,对其进行拓扑降耦设计,即在基本功能(DOF、PO...     

直流电机转速系统控制方法仿真研究

直流电机是一种多变量、非线性的复杂系统,为提高直流电机转速系统的动、静态性能,采用了传统PID控制、滞后补偿控制和模糊PID控制三种控制方法。在MATLAB仿真环境中建立直流电机转速系统模型,分别加入PID控制器、滞后控制器和模糊PID控制器,设置参数后,响应曲线达到期望值且得到最优响应。为测试系统的抗干扰能力,分别在PID控制、滞后补偿控制和模糊PID控制系统仿真2 s时加入阶跃扰动,三种控制方法具有抗干扰性,能恢复到期望稳定状态。仿真结果显示,加入三种控制器后,系统的调整时间、超调量减小,稳态误差降低,抗干扰能力得到增强。其中,模糊PID控制比传统PID控制、滞后补偿控制具有更小的调整时间和超调量。由此可见,模糊PID控制对直流电机转速能够达到良好的控制效果,具有一定的参考价值。     

基于遗传算法的PID型迭代学习控制增益的选取方法

针对PID型迭代学习控制算法,首先讨论了其收敛的充要条件和单调收敛的充分条件,然后给出目前利用单调收敛的充分条件确定PID增益的方法,并指出其不足。在此基础上,提出了基于遗传算法的PID型迭代学习增益选择方法（PID型GA-ILC算法）。利用该算法可以得到不满足PID迭代学习控制系统单调收敛条件但依然能使该系统单调收敛的PID增益,给出了数值仿真实例,证明了PID型GA-ILC算法的有效性。     

2-DOF冗余平面并联机构的奇异位形与冗余性研究

首先介绍一种 2 DOF冗余平面并联机构的奇异位形 ,然后分析了奇异位形对机构精度、刚度的影响 ,定义了一种机构性能的度量指标 ,最后阐述了采用驱动冗余减小和消除奇异位形影响方法及效果     

A novel self-decoupled four degree-of-freedom wrist force/torque sensor

Haptic based human–computer interaction (HapHCI) system is currently the frontier of robot research, which is widely used in virtual reality, rehabilitation, entertainment, and so on. The measurement of the multi-dimensional interactive force between human hand and interaction device such as hand-controller, joystick, limb rehabilitation device, etc., becomes an important component of the HapHCI. However, the existing commercial 6 degree-of-freedom (DOF) force sensors are too expensive and often over designed for HapHCI not only in axis but also in bandwidth. In this paper, a novel 4 DOF wrist force/torque sensor suitable for HapHCI is developed, which is self-decoupled without calculating the decoupling matrix. Thus this type of wrist force/torque can be called as direct output force sensor, which is quite different from the conventional ones called as indirect output force sensor. Its elastic body has a simple geometry which is easy to fabricate, and half the number of strain gauges compared to the existing commercial 6 DOF force/torque sensor. So the 4 DOF force/torque sensor is much lower in cost. This paper introduces the elastic body structure of the wrist force/torque sensors, and analyses the self-decoupled principle in detail. A prototype sensor is fabricated, and the calibration test results of the 4 DOF force/torque sensor validate the analysis and demonstrate the advantage of such a sensor.     

二自由度PID调节器的内模整定方法

本文针对典型的工业过程控制对象，提出了一种二自由度PID调节器的设计方法，所设计的调节器仅有两个可调参数，而且被调参数与系统的性能直接相关，可以使系统同时具有良好的目标值跟随特性和干扰抑制特性，仿真研究结果表明了它的有效性。     

Simulation of PID and fuzzy logic controller for integrated seat suspension of a quarter car with driver model for different road profiles

Passenger travel comfort is important while analyzing the vibration control of a quarter car model. To achieve the same, various control strategies are employed by the researchers for a 2 Degree of freedom (DOF) quarter car model. We analyzed travel comfort of the passenger by designing and simulating the PID controller and Fuzzy logic controller (FLC) for an 8 DOF quarter car with integrated seat suspension and driver model. While testing the performance of the controllers, the system was subjected to four types of road disturbance individually. The responses were compared with each other along with the passive system. The results show that FLC increases the ride quality better than the PID and passive system.

     

Kinematic Calibration and Forecast Error Compensation of a 2-DOF Planar Parallel Manipulator

Due to large workspace,heavy-duty and over-constrained mechanism,a small deformation is caused and the precision of the 2-DOF planar parallel manipulator is affected.The kinematic calibration cannot compensate the end-effector errors caused by the small deformation.This paper presents a method combined step kinematic calibration and linear forecast real-time error compensation in order to enhance the precision of a two degree-of-freedom(DOF) planar parallel manipulator of a hybrid machine tool.In the step k...     

基于二进制编码遗传算法的发电机PID励磁控制设计

随着电力系统的发展,传统PID励磁调节已经不能满足同步发电机运行的动态和静态性能要求。为了克服这一缺点,提出了基于二进制编码遗传算法的PID励磁控制,将发电机励磁系统简化为一个二阶系统,采用遗传算法的PID励磁控制,利用Matlab工具对参数的整定进行了仿真。根据仿真得到的阶跃响应曲线,得出了系统的超调量、响应时间等参数。结果表明,经过遗传算法优化的PID励磁控制具有较高的精度和较强的适应性,能获得满意的控制效果。     

十自由度假手结构设计及动力学建模仿真

针对传统假手运动不够顺畅和不够灵活的缺点,参考人手的结构,设计了一种五指十自由度的假手。该假手采用模块化的设计思想,除拇指外的四指尺寸结构完全相同,每个手指具有2个屈曲自由度;拇指具有屈曲和侧摆2个自由度。在此结构的基础上,针对拇指和食指进行了动力学建模,并通过Matlab数值仿真和ADAMS虚拟实验的对比,验证了动力学模型的正确性。     

一种压电式六维加速度传感器的快速原型及其特性

介绍了一种压电式六维加速度传感器,研究了其敏感单元的布局原理,建立了相应的六维加速度传感方程以实现对6只压电式单轴加速度传感器的输出进行解耦得到刚体运动的六维加速度.在此基础上,采用基于实时仿真系统(dSPACEDS1103和MATLAB/Simulink)的快速控制原型(rapid control prototyping,RCP)技术建立了压电式六维加速度传感器的快速原型.在六维随机振动激励和固定轴旋转振动激励情况下对开发的压电式六维加速度传感器的快速原型的传感性能进行了实验测试.研究结果表明该压电式六维加速度传感器的快速原型能够实现六维加速度的传感,建立的传感方程能够准确地解算出刚体运动的六维加速度.     

五自由度电液伺服机械手运动控制系统研制

针对电液液伺服机械手在实际应用过程中存在运动精度低、运动平稳性差,控制模型存在非线性的问题,利用电液液伺服机械手具有负载能力强,能量密度大的优势,对机械手运动控制系统进行了研制。首先采用闭链矢量法对TCP进行了准确的位置矢量表示;其次,引入5阶B样条插值方法和改进型粒子群优化算法,得到了连续的TCP空间位移轨迹,实现了TCP位置的最优轨迹规划;最后,引入常规PID,IL-PID,NDI等控制策略,采用分级控制管理方案,实现了机械手各关节的运动控制,并利用5自由度电液伺服机械手进行了仿真和实际实验。研究结果表明:该运动控制系统能够准确地控制机械手在高负载,高精度要求下进行规定运动。     

基于转速的磁轴承柔性转子系统模糊控制策略研究

建立了五自由度磁悬浮轴承柔性转子试验系统,利用Matlab工具箱对比分析了不完全微分PID和模糊自调整PID控制策略对系统动态性能的影响,设计制作了基于TMS320F28335 DSP的数字控制器硬件电路,在模糊自调整PID控制策略的基础上引入转速量,在不同转速区段采用不同的模糊自调整因子,以满足转子在各转速区段对支承特性的不同要求,编写了相应的软件,完成了系统的高速旋转试验。仿真和试验结果均表明,采用基于转速的模糊自调整控制策略,可以改善磁悬浮轴承柔性转子系统的动态性能。     

Robust tracking of robot manipulator with nonlinear friction using time delay control with gradient estimator

We propose an enhanced controller to improve the robustness of Time Delay Control (TDC) for a robot manipulator in the presence of nonlinear friction, such as Coulomb friction. The problem of TDC is first analyzed with TDC as a trajectory control for a robot manipulator in the presence of nonlinear friction. Gradient estimation is used to solve this problem. The proposed controller is called TDC with Gradient Estimator (TDCGE). Comparing with a prior research to improve the robustness of TDC, named TDCSA, the TDCGE is much simpler to design. Through 1 DOF linear motor experiment, it is verified that the TDCGE is more robust against nonlinear friction than TDC and the TDCGE has a similar robustness to the TDCSA. In addition, it is confirmed that the TDCGE is easily implemented in the multi degree-of-freedom robot manipulator through a 3 DOF spatial robot manipulator experiment.