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搭载手枪的旋翼无人平台发射动力学研究

兵器装备工程学报 2018年第6期39卷 58-61页

作者：卢思航庄培李忠新蔡红明南京理工大学机械工程学院南京210094

基于旋翼无人平台,为了实现侦查打击的应用,设计了一种以手枪为武器系统的六旋翼枪架方案,并对该枪架进行了发射动力学仿真。使用adams软件建立动力学模型,并通过matlab软件编程建立了作用于旋翼机旋翼的升力、后向力与旋翼转速、平台... 详细信息

基于旋翼无人平台,为了实现侦查打击的应用,设计了一种以手枪为武器系统的六旋翼枪架方案,并对该枪架进行了发射动力学仿真。使用adams软件建立动力学模型,并通过matlab软件编程建立了作用于旋翼机旋翼的升力、后向力与旋翼转速、平台线速度、平台俯仰角速度有关的空气动力学模型,并通过PID控制对旋翼转速进行控制。仿真模拟了旋翼机在空气动力学和发射冲击载荷作用下的飞行状态。结果表明,旋翼的阻尼有利于保证手枪在射击时旋翼机的稳定性,PID控制旋翼转速使得旋翼机可以在短时间内恢复稳定。仿真分析验证了旋翼无人平台的可行性,可为旋翼枪架的设计提供参考。

关键词：旋翼枪架发射动力学 adams与matlab联合仿真 PID控制

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基于力/位混合控制的机器人复杂形面打磨

基于力/位混合控制的机器人复杂形面打磨

作者：郭晓东内蒙古工业大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,人们对于工业产品的质量和性能指标提出了更高的要求,这对于生产制造领域的工作任务提出了新的挑战。而体现产品高质量、高性能的一个重要指标,就是对于产品表面光洁度要求的不断提高。在加工制造业中,打磨、抛光、去毛... 详细信息

随着社会的发展,人们对于工业产品的质量和性能指标提出了更高的要求,这对于生产制造领域的工作任务提出了新的挑战。而体现产品高质量、高性能的一个重要指标,就是对于产品表面光洁度要求的不断提高。在加工制造业中,打磨、抛光、去毛刺等成为了亟待提高的生产工序。传统打磨方法常使用手工打磨,手工打磨具有生产周期长,加工质量匀一性差等不足,并且对工人的身体健康造成极大的伤害。机器人打磨方法可以克服手工打磨方法的不足,成为了现代化生产力的一种发展趋势。为了确保机器人的打磨加工精度,本文对机器人的运动学以及控制规律进行了分析,制定了工业机器人力/位混合的控制方案,从理论到仿真实验详细论述了机器人力/位混合控制方案的实现方法。对工业机器人打磨的背景进行阐述,简要介绍工业机器人磨削的国内外研究现状以及目前研究中存在的难点,指出本文研究的工程意义及研究方法。针对德国库卡机器人KR16-2进行了建模,建立了KR16-2的D-H参数和各个关节的位姿变换矩阵。通过求解机器人的正、逆运动学方程,对机器人末端执行器的运动轨迹进行规划,将末端执行器的运动转换成各个关节上的旋转角度的运动。分析了库卡机器人的动力学模型,得出了机器人各个关节的运动与产生运动所施加的力矩之间的关系。介绍了力/位混合控制的基本原理,将机器人的打磨任务放到两个相互正交的方向上分别进行控制,利用选择矩阵在力控和位控之间进行转换,实现机器人的力/位混合控制。引入跟踪微分器的概念,设计了基于跟踪微分器的力控制方法,进一步提高了机器人的力控制精度,使机器人末端执行器的接触力更稳定。最后,使用adams虚拟样机和matlab进行联合仿真,得出库卡机器人末端执行器的力变化曲线以及各关节的运动变化曲线,通过仿真实验的方法验证了机器人力/位混合控制方法具有可行性。

关键词：力/位混合控制机器人打磨 adams与matlab联合仿真

基于主动悬架系统的整车虚拟样机设计与控制策略研究

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基于主动悬架系统的整车虚拟样机设计与控制策略研究

作者：陆叶青南京理工大学

学位级别：硕士

悬架系统是车辆最主要的构成元素之一,它是车辆车体与轮胎间所有传力装置的总和,用于缓冲并吸收来自车轮的振动,并传导路面的驱动力和制动力。车辆悬架的性能优劣紧密影响了汽车的操纵性能和乘员的舒适程度。传统的被动悬架受其结构形... 详细信息

悬架系统是车辆最主要的构成元素之一,它是车辆车体与轮胎间所有传力装置的总和,用于缓冲并吸收来自车轮的振动,并传导路面的驱动力和制动力。车辆悬架的性能优劣紧密影响了汽车的操纵性能和乘员的舒适程度。传统的被动悬架受其结构形式的约束,性能已难以得到明显的提升;而主动悬架系统,依靠受控的力触发机构,根据路面状况自动调整悬架特性,获得更好的性能,因而成为近年来的研究热点;同时,传感器和计算机技术的进一步发展,也为主动悬架系统的实现与控制提供了强有力的支持。但文献中常用的悬架系统建模方法考虑的因素并不完善,很多控制策略的建立也忽视了车辆存在强非线性和内外部扰动的实际特点,因此对其虚拟样机与控制算法的研究具有十分重要的理论与工程实践价值。本文以整车悬架系统作为研究对象开展设计研究。首先分析了四分之一车和半车模型的建模原理,建立了考量弹簧阻尼器非线性特征的七自由度非线性全车悬架数学模型;接着基于adams软件搭建了全车虚拟样机,与数学模型进行了比较和验证;然后针对悬架系统强非线性和存在扰动及未建模动态的特点,提出基于模糊滑模的自抗扰控制实现了对于乘车舒适性和操作稳定性的提升;最后基于adams和matlab进行了联合仿真。主要研究内容如下:1)车辆悬架系统和路面输入数学模型的建立。在对二自由度四分之一车和四自由度半车模型的分析基础上,建立了考虑弹簧阻尼器非线性特性的七自由度整车模型。通过对路面输入的频域和时域分析,建立了随机路面输入模型,并给出了悬架系统的性能评价指标。2)整车悬架系统虚拟样机的设计和搭建。悬架数学模型是一种简化的振动模型,在建模中忽略了悬架系统的物理结构,因此本章采用动力学仿真软件adams建立了整车悬架系统虚拟样机,并比较了它们的特性,结果表明二者在运动幅值和趋势上相近,虚拟样机的运动幅值和振动频率都小于数学模型,通过参数修正可使二者输出近似一致。3)悬架系统的基于模糊滑模的自抗扰控制器设计。首先根据天棚阻尼控制思想,提出了基于模糊可变天棚阻尼的参考模型,并建立了其整车模型。接着在对系统进行耦合分析和解耦后,针对车辆悬架系统强非线性及难以获取精确模型的特点,设计了线性自抗扰控制器（ADRC）进行悬架系统控制,将系统扰动和未建模动态都归结为“总体扰动”,利用扩张状态观测器（ESO）对其进行观测,并在状态误差反馈率（SEF）中予以补偿。接着,为了改善控制器的跟踪特性,并增强其鲁棒性,提出基于滑模控制进行改进,并利用模糊理论对滑模控制固有的“抖振”问题进行抑制,构成了基于模糊滑模的自抗扰控制器FSM-ADRC。4)悬架系统的联合仿真分析与控制验证。通过adams和matlab/Simulink的联合仿真,比较了随机路面输入下自抗扰控制器ADRC、基于滑模的自抗扰控制器SM-ADRC与基于模糊滑模的自抗扰控制器FSM-ADRC对整车虚拟样机的控制性能,并研究了系统参数变动下的所提出的控制器的有效与先进性。

关键词：主动悬架整车模型虚拟样机自抗扰控制滑模控制模糊控制 adams与matlab联合仿真

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一种双轮自平衡车的设计和实现

一种双轮自平衡车的设计和实现

作者：姜利彬东南大学

学位级别：硕士

双轮自平衡车是一种基于倒立摆模型设计的新型短途交通代步工具。其突出特点是体积小、结构简单、运动灵活、节能环保,能够零半径回转,适用在狭小空间内活动。其基本工作原理是依靠从姿态传感器实时获取的姿态信息,结合平衡算法驱动运动... 详细信息

双轮自平衡车是一种基于倒立摆模型设计的新型短途交通代步工具。其突出特点是体积小、结构简单、运动灵活、节能环保,能够零半径回转,适用在狭小空间内活动。其基本工作原理是依靠从姿态传感器实时获取的姿态信息,结合平衡算法驱动运动,纠正偏差,从而保持自身动态平衡。针对目前双轮自平衡车成本高,普及程度低的现状,本文基于低成本姿态传感器,提出了一套完整的双轮自平衡车设计方案,并通过组装样机验证该方案的可行性。首先,本文在系统需求分析的基础上,从机械结构、动力系统、控制系统硬件和软件、人机交互五个方面入手,提出了双轮自平衡车的总体设计方案。其次,设计了应用于双轮自平衡车的PD控制算法,并以此为基础,设计了模糊自适应PD控制算法,通过adams建立了双轮自平衡车的动力学模型,通过基于adams和matlab的联合仿真实验对两种算法进行验证和对比,为改进设计和控制策略提供理论基础。然后,设计了以时间片轮询为主的任务调度系统,从姿态信息读取和处理、Kalman滤波器设计、平衡算法实现和转向程序设计四个方面入手,设计了双轮自平衡车的软件系统,并基于Android开发了自平衡车APP,用于实现一定的人机交互功能。最后,利用实验室现有条件组装了样机，设计了相应的硬件和软件,对本文的设计方案和平衡算法进行了验证。实验结果表明该系统具有良好的控制效果,稳定性较高,从而验证了理论分析的正确以及该设计方案可行有效。

关键词：自平衡模糊自适应PD算法 adams与matlab联合仿真 Kalman滤波

自动导引运输车的多电机协调驱动控制系统研究

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自动导引运输车的多电机协调驱动控制系统研究

作者：胡颜冬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着政策的推动和技术的发展,自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)越来越多地出现在了如智能停车库、智能仓储物流、各类加工车间等场所中,具有很大的市场前景。而随着应用场景不断拓展与加深,对AGV的整体技术要求也越来越高... 详细信息

随着政策的推动和技术的发展,自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)越来越多地出现在了如智能停车库、智能仓储物流、各类加工车间等场所中,具有很大的市场前景。而随着应用场景不断拓展与加深,对AGV的整体技术要求也越来越高。在AGV的驱动技术上,当采用多台电机共同驱动、每个轮子都对应一台独立电机的驱动方式时,AGV可以更为灵活,在行进时能有更好的精度,而且整体的载重更大。本文主要研究了AGV的多电机协调驱动控制系统,首先对系统的整体进行了理论分析,阐述了其内涵。并在此基础上,针对多电机协调驱动控制系统的控制方式进行研究。对于独立运行、主从结构控制、交叉耦合控制、偏差耦合控制等多种基本的控制方式,进行了分析和仿真建模,并借助模糊控制,提出了一种改进的偏差耦合控制方式,仿真结果表明该算法对有扰动时的响应时间和超调量都有明显的改善,提高了系统的稳定性。其次,提出了利用支持向量机算法来提高AGV的多电机协调驱动控制性能,并通过网格搜索方法优化它的两个重要参数,利用采集到的数据进行仿真并将得到的结果与BP神经网络作对比,证明了它的有效性。提出了一种与遗传算法结合的改进粒子群算法,相对于普通的粒子群算法,支持向量机的精度得到了提高,它的泛化能力得到加强。最后,对AGV多电机协调控制系统进行了建模及仿真。分析了多电机AGV的各类行进模式,并着重对四轮转向的行进模式进行了运动学分析。通过adams软件对四轮驱动的AGV小车进行了实体建模,并借助adams与matlab的连接搭建了AGV多电机协调驱动控制系统,联合仿真的结果表明该系统可以使AGV在行进时更加灵活,行进精度更高,同时稳定性和抗干扰能力较强。

关键词：自动导引运输车多电机协调驱动控制偏差耦合控制 adams与matlab联合仿真

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新型3-PUU空间并联机器人运动控制研究

新型3-PUU空间并联机器人运动控制研究

作者：吴海燕重庆大学

学位级别：硕士

针对生产、农业、医药、电子等领域的自动化发展需求,本课题在并联机构之上研制新型3-PUU空间并联机器人,替换工人作业,实现低负载、高速、高精度的工况要求。由于新型3-PUU空间并联机器人三维平动是衡量性能好坏的关键所在,本课题对新... 详细信息

针对生产、农业、医药、电子等领域的自动化发展需求,本课题在并联机构之上研制新型3-PUU空间并联机器人,替换工人作业,实现低负载、高速、高精度的工况要求。由于新型3-PUU空间并联机器人三维平动是衡量性能好坏的关键所在,本课题对新型3-PUU空间并联机器人三维平动进行深入研究。通过研究,能使机构具有较好的性能,为新型3-PUU空间并联机构的设计以及控制方式的搭建给予理论方向的依据,对我国自动化水平提高有着重要价值。本课题在DELTA并联机构之上,对其运动控制研究。本课题涵盖了机构的运动学、机构动力学、奇异性、工作空间、轨迹方面的规划以及控制方法。其中轨迹规划和控制策略是保证机器人高速、高精度运动的基础,是本课题的研究重点。论文首先简化新型3-PUU空间并联机器人结构,然后对位置逆解分析,运用矢量法获得新型3-PUU空间并联机器人位置逆解的表达式,并建立了matlab系统与adams系统的联合仿真,来检验机构的合理性及逆解的正确性,并建立了逆向动力学方程;其次进行了任务工况空间与奇异性方面的理论研究,运用matlab/SimMechanics的仿真方式得到机构的工况空间,接着对新型3-PUU空间并联机构的奇异性进行分析,获得该机构奇异位置的一些必要条件,并提出规避奇异位形的措施;再次进行了机构运动曲线的规划与控制方式的研究,对新型3-PUU空间并联机构末端执行器的运动轨迹和路径进行了规划;基于逆向动力学模型的基础上,进行力矩控制器的构建;建立第二套基于matlab与adams联合仿真系统平台,结果表明,采用计算力矩控制策略满足应用需求。最后通过机械手抓取频次实验和负载特性实验验证了动力学模型。

关键词：运动学动力学 adams与matlab联合仿真计算力矩控制

面向机载光电平台的串联球面机构运动学建模与验模

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光学精密工程 2020年第8期28卷 1725-1732页

作者：王玫羽田大鹏郭立红中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033

传统机载光电平台框架结构限制了其载荷比,采用新型串联球面机构可以解决这一问题但缺少运动学模型作为设计支撑。基于D-H参数法,建立面向机载光电平台的串联球面机构正、逆运动学模型;采用matlab进行运动学模型的解算,并与多体动力学... 详细信息

传统机载光电平台框架结构限制了其载荷比,采用新型串联球面机构可以解决这一问题但缺少运动学模型作为设计支撑。基于D-H参数法,建立面向机载光电平台的串联球面机构正、逆运动学模型;采用matlab进行运动学模型的解算,并与多体动力学分析软件adams进行比对验证模型的正确性;搭建了实验装置对实际传感器数据进行采集并进行运动学模型验证实验。实验结果表明,运动学模型在实验装置上的计算值与实测值之间的误差在5%以内且主要来自实验系统的机械加工装调误差和传感器测量误差。建立的模型为基于球面机构的光电平台视轴指向控制等应用研究奠定了基础。

关键词：串联球面机构 D-H参数法运动学模型 adams与matlab联合仿真