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针灸并联机器人虚拟仿真在线实验教学设计

实验室科学 2024年第2期27卷 118-122,127页

作者：王玲玲富立王秋生北京航空航天大学国家级机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心北京100191

为了提升学生的综合应用及创新实践能力,针对机器人实验教学存在的时间场地不可及、易受硬件条件约束等问题,在特定针灸任务驱动下,围绕机器人运动学模型、轨迹规划、姿态控制、位置控制等知识点,运用虚拟仿真技术构建了可扩展性强、界... 详细信息

为了提升学生的综合应用及创新实践能力,针对机器人实验教学存在的时间场地不可及、易受硬件条件约束等问题,在特定针灸任务驱动下,围绕机器人运动学模型、轨迹规划、姿态控制、位置控制等知识点,运用虚拟仿真技术构建了可扩展性强、界面直观、场景流畅、可交互操作的并联机器人在线实验教学系统,服务于机器人控制实践等课程教学。有效激发了学生的学习兴趣,提升了学生拓展迁移所学知识解决实际工程问题的能力,为培养满足国家需求的新工科创新人才提供了条件。

关键词：并联机器人在线实验虚拟仿真创新能力

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基于虚拟仿真平台的航天器编队实践课程建设

电气电子教学学报 2024年第1期46卷 192-195页

作者：郑建英胡庆雷崔勇李阳北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学机械与控制工程国家级虚拟仿真实验教学中心北京100191

北京航空航天大学开设的“航天器智能自主编队控制”课程较侧重于理论性,缺少有特色的创新实践模块,不利入学生直观理解理论知识的原理和应用方法。为激发学生对该前沿领域的兴趣和树立空天报国的航天梦,通过采用虚拟仿真设计技术,开发... 详细信息

北京航空航天大学开设的“航天器智能自主编队控制”课程较侧重于理论性,缺少有特色的创新实践模块,不利入学生直观理解理论知识的原理和应用方法。为激发学生对该前沿领域的兴趣和树立空天报国的航天梦,通过采用虚拟仿真设计技术,开发了航天器编队经典构型仿真实验平台以及航天器线性双脉冲交会仿真实验平台,构筑了理论课程与工程实践中的桥梁,培养了学生创新实践能力。

关键词：航天器编队虚拟仿真实验教学

连续纤维增强热塑性复合材料构件增材制造工艺力学及机制的多尺度模拟研究进展

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4502-4517页

作者：燕鑫王莘儒刘思琴常保宁刘斐祝颖丹张武翔丁希仑北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京航空航天大学宁波创新研究院中国科学院宁波材料技术与工程研究所

连续纤维增强热塑性复合材料由于优异的力学和化学性能，具有广阔的应用前景。针对高性能复杂结构零件自动化制造需求，以自动铺放及连续纤维3D打印成型技术为代表的连续纤维增强热塑性复合材料的增材制造技术引起广泛关注。增材制造过... 详细信息

连续纤维增强热塑性复合材料由于优异的力学和化学性能，具有广阔的应用前景。针对高性能复杂结构零件自动化制造需求，以自动铺放及连续纤维3D打印成型技术为代表的连续纤维增强热塑性复合材料的增材制造技术引起广泛关注。增材制造过程是一个包含多尺度、多物理场的复杂过程，工艺机制尚不明确，且热塑性聚合物具有熔点高、黏度大等特性，增大了加工难度，成型工艺控制极具挑战。由于成型过程包含一系列力学问题，采用多尺度工艺力学仿真，结合理论与实验研究可以构建成型工艺参数及成型工艺质量之间的关联，为优化工艺参数设计和装备模块设计提供理论支持。多尺度模拟工艺力学及机制研究涉及到对各类复杂物理现象的理解和捕捉，算法种类繁杂，模型构建难度大，使得多尺度工艺力学建模颇具挑战性。本文总结了近年来不同尺度模拟方法在自动铺放及连续纤维3D打印等连续纤维增强热塑性复合材料工艺机制研究方面的进展，并对未来的发展方向及应用前景进行了分析和展望。

关键词：连续纤维增强热塑性复合材料增材制造工艺力学工艺机制多尺度仿真

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DoS攻击下基于H的移动机器人系统鲁棒控制

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：季旭东陈友东魏洪兴北京航空航天大学机械工程及自动化学院

移动机器人系统入网逐渐应用到多种场景中，然而接入网络会使系统便面临着遭受网络攻击的风险，进而可能导致系统状态失稳，甚至发生功能失效的情况。针对移动机器人系统在受拒绝服务（Denial-of-Service，DoS）攻击下的系统状态稳定性... 详细信息

移动机器人系统入网逐渐应用到多种场景中，然而接入网络会使系统便面临着遭受网络攻击的风险，进而可能导致系统状态失稳，甚至发生功能失效的情况。针对移动机器人系统在受拒绝服务（Denial-of-Service，DoS）攻击下的系统状态稳定性，提出了一种基于H∞控制的移动机器人系统的鲁棒策略。首先将DoS攻击对系统的影响建模为具有伯努利分布的随机丢包，采用基于状态观测器的反馈补偿对移动机器人系统受到攻击时进行鲁棒控制；然后利用李雅普诺夫稳定性理论，得到满足闭环系统指数均方稳定和H∞控制的充分条件；基于此条件求解线性矩阵不等式约束，得到了观测器和控制器的增益矩阵，进而实现系统鲁棒控制，达到抗干扰的效果。最后，通过仿真对比实验验证了所提策略能够有效降低系统受DoS攻击的影响，保证系统状态稳定性。

关键词：移动机器人 DoS攻击 H 观测器鲁棒控制

DoS攻击下基于H的移动机器人系统鲁棒控制研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：季旭东魏洪兴陈友东北京航空航天大学机械工程及自动化学院

关键词：移动机器人 DoS攻击鲁棒控制

新型ADETCS下工业信息物理系统综合安全控制

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北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2704-2716页

作者：李炜程雪李亚洁兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州730050 兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心兰州730050

针对一类虚假数据注入(FDI)攻击与故障共存的工业信息物理系统(ICPS),在新型自适应离散事件触发通信机制(ADETCS)下,研究了综合安全控制与通信的协同设计问题。引入ADETCS取代传统离散事件触发通信机制,构建安全与通信可自适应协同优化... 详细信息

针对一类虚假数据注入(FDI)攻击与故障共存的工业信息物理系统(ICPS),在新型自适应离散事件触发通信机制(ADETCS)下,研究了综合安全控制与通信的协同设计问题。引入ADETCS取代传统离散事件触发通信机制,构建安全与通信可自适应协同优化运行的ICPS架构;通过对ADETCS中阈值函数的优化设计,获得一种可随系统动态行为双向连续变化的新型ADETCS;在该机制下,基于主动容侵和容错的思想,通过构造Lyapunov泛函,借助新型Bessel-Legebdre不等式、锥补线性化(CCL)等少保守性技术,在统一的自适应变采样框架下,推证出鲁棒估计器与综合安全控制器的求解方法,使ICPS可同时防御FDI攻击与故障,并具有更优的自适应通信调节能力。仿真结果表明:新型ADETCS中阈值函数的巧妙设计及CCL的应用,相较现存通信机制和设计方法,可使ICPS的综合安全控制性能与资源节约获得更优的折中平衡。

关键词：新型自适应离散事件触发通信机制工业信息物理系统综合安全控制锥补线性化动态优化平衡

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CMG框架超低速无电流环矢量控制研究

振动．测试与诊断 2024年第3期44卷 594-601,625页

作者：陈雷潘松徐张凡李华峰申友涛南京航空航天大学机械机构力学及控制国家重点实验室南京210016 上海航天控制技术研究所上海惯性工程技术研究中心上海201100

针对控制力矩陀螺框架在超低速工况下存在转速测量精度低、多源扰动力矩及非线性摩擦等问题,提出了基于无电流环矢量控制的超低速驱动控制方法。首先,建立超低速工况下的框架电机的机电模型,设计了无电流环磁场矢量控制器(field-oriente... 详细信息

针对控制力矩陀螺框架在超低速工况下存在转速测量精度低、多源扰动力矩及非线性摩擦等问题,提出了基于无电流环矢量控制的超低速驱动控制方法。首先,建立超低速工况下的框架电机的机电模型,设计了无电流环磁场矢量控制器(field-oriented control,简称FOC);其次,针对转速测量精度的问题,设计了转速观测器作为反馈环节。结果表明,与方波驱动法相比,该方法无换相转矩,提高了转速测量精度,且在面对多源扰动、非线性摩擦时具有鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

关键词：控制力矩陀螺磁场矢量控制卡尔曼滤波框架控制

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基于改进人工势场法的移动机器人路径规划

系统仿真学报 2024年

作者：张弛魏巍南昌航空大学航空制造工程学院北京航空航天大学机械工程及自动化学院

针对传统人工势场法存在目标区域不可达和易陷入局部最小值问题，提出一种改进的人工势场法，该改进算法通过对斥力场函数进行优化，引入障碍物角度因子和距离因子来控制斥力大小，同时添加朝向目标点的额外斥力，解决传统算法中目标区... 详细信息

针对传统人工势场法存在目标区域不可达和易陷入局部最小值问题，提出一种改进的人工势场法，该改进算法通过对斥力场函数进行优化，引入障碍物角度因子和距离因子来控制斥力大小，同时添加朝向目标点的额外斥力，解决传统算法中目标区域不可达问题；其次，当机器人陷入局部最小值时，通过引入转向障碍物和转向因子对机器人准确施加逃逸力，有效解决了机器人易陷入局部最小值的问题。仿真实验表明，在常规环境中和复杂环境中，该改进的算法均能克服上述问题并规划出一条平滑路径，并且相较于其他算法规划的路径质量更优、规划时间更短。

关键词：路径规划人工势场法移动机器人局部最小值逃逸力

基于语义分割与旋转目标检测的机器人抓取位姿估计

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控制与决策 2024年第9期39卷 2913-2922页

作者：孙先涛闻勇陈文杰智亚丽胡祥涛陈伟海安徽大学电气工程与自动化学院合肥230601 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对姿态任意、尺寸不一的物体以及抓取角度离散性问题,提出一种基于语义分割与旋转目标检测的单目位姿估计方法.阶段1:首先利用faster R-CNN (faster regions with convolutional neural networks features)进行抓取检测获取候选抓取框... 详细信息

针对姿态任意、尺寸不一的物体以及抓取角度离散性问题,提出一种基于语义分割与旋转目标检测的单目位姿估计方法.阶段1:首先利用faster R-CNN (faster regions with convolutional neural networks features)进行抓取检测获取候选抓取框;其次利用语义分割网络获取待抓取物体的轮廓信息;最后利用语义分割结果为每个待抓取物体筛选置信度最高的抓取框,同时完成角度粗估计.阶段2:利用旋转目标检测获取精细的抓取角度,以修正阶段1抓取框的偏转角.此外,考虑到抓取物具有多尺度的特点,提出一种多尺度特征融合模块,使金字塔的所有层共享相似的语义特征.针对智能算法求解逆运动学时出现迭代后期收敛速度慢的问题,利用牛顿法收敛速度快的优点,加快智能算法后期的收敛速度.基于V-REP仿真以及实际抓取检测实验表明,所提算法的抓取检测精度为98.4%,实际抓取成功率达到了88.3%,仿真抓取时的有害扭矩大小较修正前有所改善,能够满足机械臂抓取要求.

关键词：抓取检测语义分割特征金字塔 V-REP仿真