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锻造操作机相似模型逆动力学建模与非线性控制器设计

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机械工程学报 2010年第11期46卷 55-61页

作者：关立文程宁波清华大学精密仪器与机械学系北京100084

锻造操作机是自动化锻造作业当中不可缺少的重要装备之一,在提高生产效率、保证加工质量等方面发挥了重要作用。为了提高锻造操作机的工作性能,针对某一型号的锻造操作机设计相似机构以便于开展试验研究。针对此相似机构,采用虚功原理... 详细信息

锻造操作机是自动化锻造作业当中不可缺少的重要装备之一,在提高生产效率、保证加工质量等方面发挥了重要作用。为了提高锻造操作机的工作性能,针对某一型号的锻造操作机设计相似机构以便于开展试验研究。针对此相似机构,采用虚功原理方法建立其逆动力学模型。为减小机构动力学非线性对响应性能的影响,采用动力学前馈方法将钳杆按期望轨迹运动时所需的驱动力分配给各液压缸驱动单元,并以液压缸驱动单元位置动态性能的提高来改善钳杆的位姿跟踪性能。为此,考虑液压系统的非线性,利用反馈线性化方法将液压缸驱动单元转化为一个二阶线性系统,通过4个参数的设定来确定液压缸驱动单元的自然频率及阻尼比以及改善系统的动态响应过程。仿真结果表明了这种控制方法的有效性。

关键词：锻造操作机动力学前馈控制非线性控制液压伺服控制

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基于运动捕捉的骑行运动中人体皮肤形变分析

纺织学报 2018年第9期39卷 120-126页

作者：程宁波吴志明徐存东江南大学教育部针织技术工程研究中心江苏无锡214122

为揭示在骑行运动过程中人体尺寸变化以及皮肤的形变规律,首先运用Opti Track运动捕捉系统采集了骑行运动中人体标记点的位置变化及其运动轨迹,对人体动态变化做定性分析,然后采用体表画线法对骑行运动中人体皮肤形变规律作进一步研究... 详细信息

为揭示在骑行运动过程中人体尺寸变化以及皮肤的形变规律,首先运用Opti Track运动捕捉系统采集了骑行运动中人体标记点的位置变化及其运动轨迹,对人体动态变化做定性分析,然后采用体表画线法对骑行运动中人体皮肤形变规律作进一步研究。结果表明:在骑行运动周期过程中,腰部及以上部位的点波动较小,尺寸变化较小,下肢部位点的波动较大,尤其膝部,且垂直方向变化大于水平方向;腿部变化复杂,且在骑行运动中不同区域的变化存在差异,其中围度变化率约在(-8%,16%)区间,长度变化率在(-60%,40%)区间;膝部的变化最为明显,变化率最大值达-60%左右,大腿和小腿处的变化较小。

关键词：骑行动作运动捕捉人体皮肤形变

基于决策树与模糊神经网络的双机协调控制设计

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吉林大学学报（工学版） 2010年第5期40卷 1350-1354页

作者：姜琳刘衍珩关立文程宁波吉林大学计算机科学与技术学院长春130022 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

在两个巨型操作装备夹持一个工件水平操作时,需要对其协调控制,以防止对工件的损伤。本文将协调控制过程整体设计为决策和执行两层,首先用适应于过程辨识的模糊神经网络为决策树提供对象模型,然后设计了分类结果为模糊隶属度的针对时间... 详细信息

在两个巨型操作装备夹持一个工件水平操作时,需要对其协调控制,以防止对工件的损伤。本文将协调控制过程整体设计为决策和执行两层,首先用适应于过程辨识的模糊神经网络为决策树提供对象模型,然后设计了分类结果为模糊隶属度的针对时间有序的决策树,为双机提供上层协调策略,并为单机控制器提供了输入,最后由模糊神经网络控制器根据决策树的分类决策执行单机控制,从而完成整个双机的协调控制过程。通过双操作机仿真及双液压缸实验与被动柔顺及PID控制进行了对比,均证明了该方法更优越。

关键词：计算机应用决策树模糊神经网络巨型重载操作装备协调控制

基于稳定补偿状态观测器的旋转导向钻井轨迹跟踪控制

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电机与控制学报 2018年第2期22卷 89-97,107页

作者：高俊山张弛程宁波邹伟哈尔滨理工大学自动化学院黑龙江哈尔滨150080 中国科学院自动化研究所北京100190

旋转导向钻井是近年来应用于钻井作业中的一种新型导向钻井技术,具有成本低、钻速高、井眼轨迹平滑、可延长水平段等优点。针对一种旋转导向钻井系统的井眼轨迹跟踪问题,分析了系统模型的渐近稳定性;实现了一种基于状态反馈的二维井眼... 详细信息

旋转导向钻井是近年来应用于钻井作业中的一种新型导向钻井技术,具有成本低、钻速高、井眼轨迹平滑、可延长水平段等优点。针对一种旋转导向钻井系统的井眼轨迹跟踪问题,分析了系统模型的渐近稳定性;实现了一种基于状态反馈的二维井眼轨迹跟踪控制器。为了克服滞后项所导致的状态观测器稳定问题,提出了一种基于稳定补偿的状态观测器设计方法。控制系统设计的整体思路是利用基于指数趋近律的积分滑模变结构方法实现稳定补偿控制,保证了状态观测器的渐近稳定性;同时为提高系统整体性能,进一步使用遗传算法对系统控制器和观测器参数进行了优化。通过对不同的给定钻井轨迹进行对比仿真实验,验证了所提的控制系统设计方法的有效性。

关键词：旋转导向钻井系统状态反馈积分滑模控制稳定补偿状态观测器遗传算法

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服装压力对男子骑行运动中肌肉疲劳的影响

纺织学报 2019年第8期40卷 130-135页

作者：程宁波吴志明柯思成江南大学教育部针织技术工程研究中心江苏无锡214122 上海工程技术大学服装学院上海201620

为研究骑行运动中骑行裤产生的服装压力对人体肌肉疲劳的影响,以11名骑行爱好者为实验对象,受试者穿着不同号型样衣,借助服装压力测试系统和全无线表面肌电测试系统,分别采集在骑行过程中穿着不同程度紧身骑行裤下肢主要肌肉部位的服装... 详细信息

为研究骑行运动中骑行裤产生的服装压力对人体肌肉疲劳的影响,以11名骑行爱好者为实验对象,受试者穿着不同号型样衣,借助服装压力测试系统和全无线表面肌电测试系统,分别采集在骑行过程中穿着不同程度紧身骑行裤下肢主要肌肉部位的服装压力值和表面肌电信号,对主观体力感觉等级(RPE)值和客观时域指标均方根振幅(RMS)、频域指标的中位频率(MF)进行相关性分析,对服装压力和肌电指标进行方差分析。结果表明:表面肌电时域指标RMS和频域指标MF与受试者主观疲劳感有一定的相关性,且2个指标的相关性有差异;RMS、MF均可作为生物力学角度评价肌肉疲劳的重要指标;高服装压力可减少肌肉能量损耗,对肌肉疲劳有一定的缓解作用,尤其在骑行运动中后期较为明显;服装压力对不同部位肌肉的影响存在差异,对大腿外侧和内侧的肌肉影响较为明显,对臀大肌无明显影响。

关键词：服装压力骑行运动表面肌电肌肉疲劳

基于GSM和ARM的家庭服务移动机器人控制系统设计

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基于GSM和ARM的家庭服务移动机器人控制系统设计

作者：程宁波哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着机器人技术及其支持技术的迅速发展,机器人的应用已经逐渐从工业领域向军事、医疗、农业、服务等领域渗透。人们生活水平的提高,对家庭服务机器人需求的增加及其要求的不断提高,也促使了家庭服务机器人的迅速发展。目前,家庭服务机... 详细信息

随着机器人技术及其支持技术的迅速发展,机器人的应用已经逐渐从工业领域向军事、医疗、农业、服务等领域渗透。人们生活水平的提高,对家庭服务机器人需求的增加及其要求的不断提高,也促使了家庭服务机器人的迅速发展。目前,家庭服务机器人中清洁机器人、保安机器人和娱乐机器人已经有了很大的市场,国内外不少组织都在进行这方面的研究。本课题根据家庭服务机器人的实际需求设计了系统的总体模型,该总体模型可划分为三大模型,即PC服务器模型、远程人机交互子系统模型和半自主决策移动机器人模型。根据本课题的实际情况,以双驱动轮移动机器人为载体,对半自主决策移动机器人模型进行了实现。首先建立了移动机器人的运动学模型,针对使用低性能直流电机和低分辨率编码器在采用传统PWM调速方式时所产生的驱动轮速度控制的不准确性问题,利用Petri网建立了事件驱动的双驱动轮同步控制模型。其次,以ARM核微控制器LPC2124为核心建立了移动机器人控制的硬件系统,对半自主决策移动机器人模型中部分子系统进行了硬件设计,以GSM无线通讯模块和近距离无线通讯模块为载体实现了移动机器人的远程和近程控制与通讯。最后介绍移动机器人的软件开发,重点对移动机器人无线通讯部分驱动程序的开发进行介绍。实验表明,采用所建立的同步控制模型进行运动控制时,不仅提高了移动机器人速度控制和位置控制精度,而且节省了大量CPU时间;在通过机器人实现家居室内环境的远程监控方面也取得了良好的效果。

关键词：家庭服务机器人移动机器人 GSM ARM

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基于表面肌电信号的骑行裤压力舒适性研究

基于表面肌电信号的骑行裤压力舒适性研究

作者：程宁波江南大学

学位级别：硕士

在提倡“健康、绿色”生活方式的大环境下,各种骑行赛事在世界各地火热进行,健身越来越受欢迎,骑行人数迅猛增加,骑行俨然成为了一种仅次于跑步的高频运动项目。骑行运动是人与自行车相互协同的运动,骑行运动环境复杂多变,而骑行裤是骑... 详细信息

在提倡“健康、绿色”生活方式的大环境下,各种骑行赛事在世界各地火热进行,健身越来越受欢迎,骑行人数迅猛增加,骑行俨然成为了一种仅次于跑步的高频运动项目。骑行运动是人与自行车相互协同的运动,骑行运动环境复杂多变,而骑行裤是骑行运动的主要装备之一,不仅使得骑行更加专业化而且具有较好的防护功能。舒适性和功能性是消费者选购骑行裤的重要指标,压力舒适性是舒适性的重要组成部分之一,服装压力与运动肌肉疲劳密切相关。本课题以市场常见骑行裤款式为依据,采用相同面料依次制作同一型号四个不同规格的样裤表示不同紧身程度,在骑行裤市场调研和骑行运动下人体皮肤形变分析的基础上,研究骑行裤压力大小对肌肉疲劳的影响,并进行优化设计和评价,为运动服装的产品设计和开发提供参考和依据。本课题通过对骑行裤的服用现状进行问卷调查和分析消费者需求,为后期课题的展开提供数据支撑和现实依据。运用OptiTrack运动捕捉系统采集了骑行运动中人体标记点的位置变化及其运动轨迹,对人体动态变化做定性分析,再采用体表画线法对骑行中人体皮肤形变规律进行进一步研究。为研究骑行运动中骑行裤对人体产生的服装压力对肉疲劳的影响,选取多名175/78A体型的骑行爱好者为实验对象,受试者穿着四件相同型号不同规格的骑行裤,通过服装压力测试系统和无线表面肌电测试系统分别获取在骑行中各个测试部位的服装压力值和表面肌电信号,记录各个时刻的心率值和主观疲劳RPE值,以及对每条样裤舒适性进行主观评价,将RPE值和客观指标RMS、MF进行相关分析,服装压力和肌电指标进行方差分析。最后,在调研分析和实验结果的基础上对骑行裤进行优化设计和验证。本课题研究表明:(1)骑行时易出汗部位依次为裆部>大腿内侧>后腰部>前腰腹部>臀部>膝窝>大腿外侧>大腿后侧>大腿前侧,易产生疲劳或酸痛感的部位依次为小腿后>膝部>小腿前>大腿根部>臀部>大腿内侧>腰腹部>大腿外侧>大腿后侧>大腿前侧;(2)在骑行运动周期中,腰部及以上部位的点波动较小,下肢部位点的波动较大,且垂直方向变化大于水平方向变化;腿部变化复杂,各区域的在不同动作下的变化存在差异,围度上,膝围变化率达15%左右,小腿处变化幅度较小;膝盖前面呈拉伸状态,后面收缩,可在膝盖处进行收省或设置分割线来调节松量;在长度上,纵向线段的变化量整体呈现负值,最大变化率的绝对值达到60%左右;(3)表面肌电时域指标RMS和频域指标MF与受试者主观疲劳感有一定的相关性,两个指标的相关性有差异;RMS、MF均可作为在生物力学角度对肌肉疲劳进行评价的重要指标;心率与骑行裤压力无显著相关性,与运动负荷的相关性呈高度显著;高服装压可减少肌肉能量损耗,对肌肉疲劳有一定的缓解作用,尤其在骑行运动中后期较为明显;服装压对不同部位肌肉的影响存在差异,对大腿外侧和内侧的肌肉影响较为明显,对臀大肌无明显影响;(4)分区优化设计的骑行裤舒适性较好,可有效降低肌肉疲劳度,为紧身运动服装设计改良提供参考和依据。

关键词：骑行裤设计皮肤形变肌电信号服装压力肌肉疲劳

提高锻造操作机工作速度的鲁棒非线性控制器设计

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高技术通讯 2011年第11期21卷 1171-1177页

作者：程宁波关立文王立平姜琳清华大学精密仪器与机械学系北京100084 吉林大学计算机科学与技术学院长春130012

锻造操作机中控制钳杆位置和姿态的机构是锻造操作机机构中的一个重要机构，它对锻造操作机的工作速度起到决定性作用。为了在锻造操作机机械系统不变及液压系统基本不变的情况下提高该机构的响应速度，基于滑模控制方法为该机构设计了... 详细信息

锻造操作机中控制钳杆位置和姿态的机构是锻造操作机机构中的一个重要机构，它对锻造操作机的工作速度起到决定性作用。为了在锻造操作机机械系统不变及液压系统基本不变的情况下提高该机构的响应速度，基于滑模控制方法为该机构设计了鲁棒非线性控制器。该控制器考虑了液压系统非线性及机构逆动力学两个影响显著的因素。针对某二型号锻造操作机的相似简化机构进行了该控制器和PID控制器的控制仿真，仿真结果表明，该鲁棒控制器可以在很大程度上提高该机构的响应速度，并且在负载质量大范围内变化时能够保证钳杆的位姿跟踪性能基本不变。

关键词：液压机械手锻造操作机鲁棒控制非线性控制

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基于模糊神经网络与动态规划的控制优化方法

仪器仪表学报 2010年第10期31卷 2228-2234页

作者：姜琳刘衍珩关立文程宁波吉林大学计算机科学与技术学院长春130022 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

为了保证巨型重载操作装备在运动过程中操作杆输出速度的平稳,通过构造一种新型层内神经元之间带有向链接的适用于过程辨识的模糊神经网络,来辨识操作机的对象模型,为动态规划提供非线性关系模型,然后设计一种具有优化比例因子的动态规... 详细信息

为了保证巨型重载操作装备在运动过程中操作杆输出速度的平稳,通过构造一种新型层内神经元之间带有向链接的适用于过程辨识的模糊神经网络,来辨识操作机的对象模型,为动态规划提供非线性关系模型,然后设计一种具有优化比例因子的动态规划算法对操作杆液压缸的速度与力进行寻优,继而通过液压缸的闭环速度控制完成操作杆的主动顺应过程,使其实际速度得到控制优化。仿真与实验结果表明,该方法有效消除了控制优化前实际输出的震荡,为重载操作装备的双机协调控制提供了单机基础。

关键词：模糊神经网络动态规划巨型重载操作装备控制优化