摘要：伺服电机驱动系统中的弹性连接装置会引发机械谐振。该文提出基于转速负反馈的机械谐振抑制方法,该方法将转速中包含谐振频率的频率分量反馈补偿给电磁转矩处,使得系统阻尼系数增大的同时能够保证系统动态响应性能。并给出参数设计方法,首先利用负载转速/电磁转矩间传递函数、负载转速/给定转速间传递函数分析反馈系数对机械谐振抑制效果的影响,为了得到最优控制性能,提出利用权衡系数对反馈系数进行评估,权衡抑制效果和系统整体响应性能而得出反馈系数最优取值范围;利用转速增量与输出电磁转矩增量的相位关系,得出滤波时间常数取值范围与轴系刚度系数和谐振频率的定量关系,证明了转速负反馈抑制方法对负载惯量变化的鲁棒性,为该方法工程应用提供理论指导。仿真与实验研究表明按照该文提出的参数设计方法设计的转速负反馈能有效抑制机械谐振,该方法对负载惯量变化具有强鲁棒性。

摘要：将宏机械柔性铰链设计思想应用到硅微机械机构设计中,采用表面硅牺牲层工艺制作了结构层厚度为2 μm 的多晶硅薄膜型微机械柔性铰链及在线测试机构,对微米尺度柔性铰链的微机械性能进行了理论和试验研究。以直圆型多晶硅薄膜柔性铰链为例,对其转动刚度采用现有宏机械柔性铰链理论的计算值为8 N·μm／rad,试验测试结果为120N·μm／rad。宏理论计算和微机械测试结果之间的偏差较大,这表明在微尺度效应的影响下,宏机械柔性铰链理论模型不能直接用于薄膜型硅微机械柔性铰链的计算。根据试验数据对宏机械柔性铰链计算公式进行了修正,得到了描述薄膜型硅微机械柔性铰链静态特性的近似经验公式,可满足薄膜型硅微机械柔性铰链的设计与计算。

摘要：用光纤光栅(FBG)设计了曲面传感阵列,利用了空分复用和波分复用技术构建传感网络检测系统。传感器的数目根据检测仪器的最大解调范围确定;传感器的位置分布由振动波传播理论确定。综合考虑曲面应力状况和变形特点,在振幅最大的位置布置传感器,在曲面应变大的位置布置稠密,反之稀疏。根据曲面变形的有限元模型,实现了模拟太阳能帆板柔性曲面传感网络设计,并对传感网络的检测精度进行测试。实验表明,传感网络中传感器波长改变与曲面变形位移具有良好的线性关系,传感网络中传感器位置合理,传感网络能够检测帆板曲面样机的多种变形。传感器封装长度保持40 mm时,传感器测试误差仅为0.4%,柔性曲面测试误差<4%。

摘要：提出了一种基于姿态反馈的球面并联机构闭环控制方法,有效地解决了该机构输入与输出之间复杂的3维非线性强耦合映射关系给构建闭环系统带来的问题.同时将球面并联机构应用到机器人眼设计上,制作了类似人眼运动特点、比人眼尺寸略大、具有控制和视频信号接口的仿生眼实物;基于数字信号处理器(DSP)的控制系统实现了逆解和闭环控制算法的实时在线计算.实验结果表明,姿态闭环控制算法有效提高了仿生眼的定位精度.

摘要：在与眼球运动相关的解剖学和运动学的基础上,设计了一种符合Listing定理的基于混合驱动柔索并联机构的3自由度机器人仿生眼.通过矢量封闭方法建立了逆运动学模型,求解出柔索并联机器人的雅可比矩阵和结构矩阵.利用达朗贝尔定理建立柔索并联机器人的力矩平衡方程组,采用广义逆矩阵的相关理论,以柔索张力矢量的2范数最小为目标进行张力优化.用蒙特卡洛方法计算出仿生眼球可达工作空间.最后,在Simulink环境下进行仿真,规划运动轨迹并得到柔索并联机器人运动特性的仿真结果,证明了本文设计的机构符合Listing定理.结果表明:基于混合驱动柔索并联机构的机器人仿生眼结构合理,数学模型正确.

摘要：作为并网逆变器的重要组成部分,接口滤波器滤波特性的好坏直接决定着逆变器的并网性能和成本体积。从滤波器拓扑结构入手,在深入分析现有L型、LCL型和LLCL型滤波器特性的基础上提出了一种并网接口滤波器统一电路模型。根据该模型对五阶以下滤波器可能的拓扑结构进行推演、归纳与比较,提出了LLCCL1型和LLCCL2型两种新型滤波器拓扑结构。在逆变器侧高频谐波衰减特性、电网侧高频谐波抑制特性、参数设计及谐振尖峰无源阻尼等方面对新型滤波器和现有滤波器进行了详细地对比研究。理论分析和仿真结果均验证了所提出拓扑结构推演方法和新型滤波器结构的正确性和合理性。

摘要：为了扩大电机的恒功率电动或恒压发电的转速范围,提出一种结构新颖的独立磁路混合励磁电机。详细论述该电机的结构特征和工作机理。以一台12极、18槽、2单元的样机为例,运用Ansoft Maxwell 2D有限元软件,仿真分析该电机的磁场调节能力;运用ANSYS有限元软件,仿真分析该电机的离心应力、固有频率及其热性能,验证独立磁路混合励磁电机结构的可行性和合理性。样机试验结果表明:励磁磁势双向可调,磁场的调节范围宽广;由于结构紧凑,定子铁心和电枢绕组的有效利用率高,独立磁路混合励磁电机有较高的效率。样机试验数据与有限元仿真结果基本吻合,验证了多领域仿真方法的正确性。它有效地解决了新结构独立磁路混合励磁电机性能精确计算和优化设计的技术难点,进一步提升了独立磁路混合励磁电机的设计能力。

摘要：针对伺服电机驱动系统中由于弹性连接装置而引发的扭振现象,该文提出一种基于轴转矩扰动观测器的抑制策略,并给出了其结构参数设计方法和鲁棒性的证明。首先在双质量弹性系统模型的基础上,利用传统扰动观测器得到轴转矩观测量,并提出加入高通滤波器消除轴转矩观测量的直流分量,得到扭振频率分量,对电磁转矩进行反馈补偿,从而增大了系统阻尼,同时系统动态性能得以改善。在该抑制机理的基础上,根据转速增量和转矩增量的相位关系图,得出该轴转矩扰动观测器带宽取值范围与扭振频率和负载侧-电机侧惯量比的定量关系,并由此证明了轴转矩扰动观测器对负载惯量变化的鲁棒性,并给出了反馈系数的选取范围。仿真与实验研究表明该文提出的抑制策略能有效抑制扭振,并对负载惯量变化具有强鲁棒性。

摘要：基于四足生物动态步行时其柔性机体辅助腿机构的运动机理,设计了一种由气动人工肌肉、仿生脊柱、前机体和后机体组成的四足机器人仿生柔性机体.采用几何法分析仿生柔性机体运动学,建立四足机器人转向时仿生柔性机体弯曲角与气动人工肌肉长度变化间的关系,通过控制气动人工肌肉长度以控制机体弯曲.基于浮动坐标法和动量矩定理进行仿生柔性机体刚柔耦合动力学建模,对比分析了不同机体刚度下机体弯曲所需气动人工肌肉驱动力.设计仿生柔性机体弯曲控制实验系统,采用PID控制算法进行机体弯曲实验分析.四足机器人的仿生柔性机体分析,为提高其非结构化环境机动性奠定了基础.

摘要：研究无人旋翼机器人在干扰情况下的航向控制问题。无人旋翼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,难以建立精确的数学模型,并且易受外部扰动影响,很难达到良好的控制性能。针对这一问题提出基于线性自抗扰控制(linear adaptive disturbance rejection control,LADRC)的航向控制方法,通过设计扩张线性状态观测器对未知模型和外界干扰进行实时估计并进行在线补偿。以自主研制的无人旋翼机为例,建立其航向动力学方程,把通道间的交叉耦合影响视为不确定扰动,将其与外部干扰作为扩张状态,利用观测器带宽确定观测器增益,设计线性扩张状态观测器来跟踪各阶扩张状态变量,为说明LADRC的有效性,选用PD控制为非线性状态误差反馈控制律实现航向控制。仿真以及试验结果表明在外部扰动或模型结构参数发生变化时控制器仍可获得理想的动态性能,具有很好的适应性和鲁棒性。