基于反馈线性化的无人直升机航向控制

本文着重解决小型无人直升机航向自适应控制问题．通过求非线性函数导数,把原始系统扩展为一个带有伪状态变量的新系统．这种方法不必求解非线性函数的逆,并且降低了计算量．证明了该方法的稳定性．针对实际模型直升机实验平台航向动力学模型,仿真结果表明了该方法的有效性．     

形状记忆合金驱动器的自适应滑模反步控制

形状记忆合金(SMA)作为一种智能材料,相对于传统的驱动器具有功率重量比大、驱动电压低、质量轻、干净、无噪音等特性,被广泛应用在各领域.然而,非线性、迟滞、时变等因素影响了形状记忆合金的控制精度,限制了它的应用.为此,本文提出了自适应滑模反步控制方法,用于解决精确控制问题.文中首先搭建了实验装置,建立了形状记忆合金的机理模型;然后,采用最小二乘算法辨识了模型参数;最后,基于机理模型设计了自适应滑模反步控制器.实验结果表明,本文提出的方法具有动态响应快、跟踪精度高和抗干扰能力强的特性.     

一种基于谐振与抗谐振特性的柔性关节参数辨识方法

为了获取柔性关节精确的物理参数,提出了一种基于系统谐振与抗谐振特性的参数辨识方法.首先建立柔性关节的数学模型,利用该模型推导柔性关节的谐振、抗谐振频率特性与待辨识参数的数学关系,然后基于此关系建立误差回归模型,设计实验采集不同负载条件下的输入与输出数据,计算得到系统的谐振、抗谐振频率及幅值,代入回归模型并基于最小二乘法求解参数.最后,通过仿真与实验将本文方法与一般的频域特性拟合方法进行对比,结果表明在含有噪声的情况下本文方法将参数辨识平均精度从75.34％提高到90.35％,方差从25.34％降低到8.07％,验证了所提方法的可行性与有效性.     

面向康复外骨骼的串联弹性关节设计与控制

串联弹性关节为下肢康复外骨骼提供了柔顺化设计方案,但其结构与控制的设计上仍存在诸多挑战。针对康复外骨骼的人机交互需求,本文首先提出了一种集成了新型弹性元件的串联弹性关节,该关节能够在实现结构柔顺性的同时,根据外部载荷实现线性/非线性刚度切换。其次,针对模块化关节建立了刚柔耦合动力学模型并对物理系统进行了分步解耦辨识。在模型预测控制框架下,通过一种迭代线性化方法对非线性非凸优化问题进行控制算法设计。最后,设计了多组轨迹跟踪实验、扰动实验,并对系统控制带宽进行了讨论。实验结果表明,所提出的控制方法在控制约束的条件下实现了不同参考轨迹的跟踪,有效降低了控制能耗并抑制了外部扰动。     

帕金森病康复机器人研究综述与展望

总结了目前帕金森病康复机器人的研究现状,并探讨了相关技术的未来发展方向。首先,通过与脑卒中对比,重点介绍帕金森病的病理特点、运动症状、康复机理和治疗原则。然后,从上肢运动康复、下肢运动康复、震颤抑制以及病情评估等4个方面对目前帕金森病康复机器人及相关技术进行综述。进而,讨论分析了现有研究的局限性,并对机器人辅助帕金森病康复技术进行展望。特别指出,基于帕金森病的病理特点和康复机理,需要着重突破“脑—肌—肢”协同的专病康复技术。     

面向水下抓取作业的复合腔体仿生软体手设计

水下机械手在水生物采样、考古打捞等水下作业中起着关键作用,而现有水下机械手存在耦合安全性差、适应性弱及抓取不稳定等问题,使得作业效果并不理想。针对以上问题,本文开展了新型水下软体手的设计与研究。首先提出了具有密封管结构的复合腔体仿生软体驱动器,基于该驱动器设计出一种三指包络型水下软体手;硅胶材料的弹性和流体的可压缩性能够保证目标物的无损抓取,密封管结构可提高深水高压适应能力,保持腔和弯曲腔的复合结构及指纹、指甲的仿生结构提升了软体手耦合适应能力。利用基于Yeoh模型的有限元分析方法及注塑、3D打印等加工技术对软体手进行了结构优化和制作。设计了一套具有较高精度的水压驱动系统来提高软体手耦合稳定性。最后,针对影响机械手水下作业能力的重要因素,模拟相应实验场景对软体手进行了实验测试,实验结果显示软体手纵向抓取力达到26 N,驱动深度可达3000 m,较现有水下软体手均有较大提升;水下目标物抓取测试及与传统水下刚性手的对比实验证明了所提出软体手具有稳定的抓取性能和更好的适应性及安全性,适用于水下目标物的无损抓取作业。     

基于自调整神经元的无人直升机航向控制方法

直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主－尾旋翼之间的强耦合,传统的比例积分微分(Proportional integral differential, PID)方法很难达到良好的控制性能。基于以上原因,通过把自调整神经元与滑模控制相结合,提出一种能够解决带有输入非线性的航向自适应控制方法。与常规自适应控制相比,用滑模条件代替误差函数作为目标函数,使控制器在保证闭环稳定性的同时,能够进一步使跟踪误差满足期望精度。证明了该方法的稳定 性,针对实际模型直升机试验平台航向动力学模型的仿真结果,以及与传统PID方法的比较都表明了该方法的有效性。     

卫星通信行波管发展现状及趋势

卫星通信是人类重要的通信方式,人类不断增长的通信需求不断促进卫星通信的发展。本文根据卫星通信的特点简要介绍了广泛应用于卫星通信中的空间行波管和地面通信行波管的现状及发展趋势。     

气动人工肌肉拮抗关节的力与刚度独立控制

针对柔性仿生关节难以实现力与刚度独立控制的问题,建立了一种新的气动人工肌肉等效弹簧模型及关节力和刚度模型,设计了一种双输入双输出滑模控制器,来实现对气动人工肌肉拮抗关节力与刚度的独立控制．最后,搭建了气动人工肌肉驱动的拮抗关节实验平台,在关节位置固定和开放两种状况下进行了实验研究,验证所提方法的有效性;在不同负载情况下进行了对比实验,验证所提方法的通用性．所提出的建模和控制方法综合考虑了仿生关节位置、力和刚度相对独立控制,在机器人与人或环境互相作用的场合有很好的应用前景．     

十二烯基琥珀酸淀粉酯的制备工艺研究

通过比较干法、水相法和有机相法,确定了水相法是制备十二烯基琥珀酸淀粉酯的适宜方法。研究了水相法制备十二烯基琥珀酸淀粉酯（SSDS）的工艺,最佳反应效率条件为：反应温度40℃,淀粉乳浓度20％,pH值8.5,反应时间8h。