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基于自适应卡尔曼滤波的侧滑移动机器人运动模型估计

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电子与信息学报 2015年第12期37卷 3016-3024页

作者：吴耀王田苗王晓刚刘淼北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

精确实时在线的运动模型对于侧滑移动机器人的运动控制和轨迹规划至关重要,相比于离线模型估计,该文在基于速度瞬心(ICRs)的侧滑移动机器人运动学模型基础上,采用扩展卡尔曼滤波(EKF),在同一特定地形下在线准确得到ICRs的参数值;并针对... 详细信息

精确实时在线的运动模型对于侧滑移动机器人的运动控制和轨迹规划至关重要,相比于离线模型估计,该文在基于速度瞬心(ICRs)的侧滑移动机器人运动学模型基础上,采用扩展卡尔曼滤波(EKF),在同一特定地形下在线准确得到ICRs的参数值;并针对不同的地形情况,采用k-近邻法对地形进行分类,实时判别机器人当前运行的路面,采用自适应的卡尔曼滤波器(AKF)调整滤波器参数。仿真和实验对比表明,该方法在同一地形和变化地形下均能快速估计出侧滑移动机器人的运动学模型,收敛时间均为3 s以内,可以满足实际使用的需要。

关键词：移动机器人侧滑移动自适应卡尔曼滤波速度瞬心 k-近邻法

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一种改进的定频数字滞环电流控制策略

北京航空航天大学学报 2017年第1期43卷 26-35页

作者：邵云滨付永领郭建文杨荣荣北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

针对机载电动静液作动器(EHA)用20 k W级大功率无刷直流电机,提出了一种改进的定频数字滞环电流控制策略(HCCS)。在此控制策略中,通过对PWM_ON调制模式下相电流数学模型的构建以及相应电流环控制模式的分析,对一种综合三角载波控制和滞... 详细信息

针对机载电动静液作动器(EHA)用20 k W级大功率无刷直流电机,提出了一种改进的定频数字滞环电流控制策略(HCCS)。在此控制策略中,通过对PWM_ON调制模式下相电流数学模型的构建以及相应电流环控制模式的分析,对一种综合三角载波控制和滞环电流控制的混合滞环电流控制进行改进,设计了一种实现简单、控制稳定、具有过流保护功能以及功率元件开关频率有条件固定的改进的准定频滞环电流控制策略,并通过数字化处理,引入数字化规则,实现完全的定频控制。仿真和实验结果表明,此控制策略能够实现大功率无刷直流电机控制时固定的功率元件开关频率以及高频率响应,将为高性能大功率无刷直流电机高效的电流控制提供一条新路径。

关键词：无刷直流电机电流控制滞环三角载波定频

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基于遗传算法的护理机器人逆运动学求解方法

北京航空航天大学学报 2022年第10期48卷 1925-1932页

作者：张立博李宇鹏朱德明付永领北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

护理机器人结构复杂、耦合度高且机械臂不满足PIEPER准则,标准遗传算法难以精准地对其逆运动学进行求解,以至于机器人手臂末端位姿误差较大。针对标准遗传算法求解过程中早熟和局部搜索能力差的问题,采用等分区间替代随机命令产生的初... 详细信息

护理机器人结构复杂、耦合度高且机械臂不满足PIEPER准则,标准遗传算法难以精准地对其逆运动学进行求解,以至于机器人手臂末端位姿误差较大。针对标准遗传算法求解过程中早熟和局部搜索能力差的问题,采用等分区间替代随机命令产生的初始种群个体,划分5个小区间以提高种群个体的分散程度和搜索效率;在适应度函数中引入可变权因子,将位置误差的变化值作为可变权因子的变量,进化过程中可变权因子在0.5~1.0之间变化,且实时有效分配位置和姿态误差权重,确保解的收敛。通过仿真和实验验证,结果表明:改进后的遗传算法能够大幅提升收敛精度和速度,并且可以同时实现对位置和姿态的精确控制,极大地减小了机器人手臂的位姿误差。

关键词：遗传算法逆运动学适应度函数护理机器人姿态控制

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基于Z网络的升降压DC/DC变换器

北京航空航天大学学报 2011年第6期37卷 658-664页

作者：齐铂金杜青张瑾马骏北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流... 详细信息

基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流尖峰,讨论了工作在电感电流连续模式(CCM,Current Continuous Mode)下的3种开关模态并分析了其工作原理,依照效率最优原则对升压和降压模式的开关模态进行简化,从而优化了变换器的控制方法,提出了一种通过合理选择电感电流纹波系数确保变换器工作在CCM模式下的方法,给出了各元器件的设计规则,并通过仿真和实验加以验证,结果与理论分析相吻合.

关键词：升降压变换器二极管反向恢复 Z源电感电流连续模式

用于直驱式机电作动器的PMSM自抗扰控制研究

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四川大学学报（工程科学版） 2011年第2期43卷 121-127页

作者：付永领刘和松庞尧王利剑北京航空航天大学机械工程与自动化学院北京100191

基于永磁同步电机(PMSM)的直驱式机电作动器,要求电机位置控制精度高、鲁棒性强,且具有极高的抗负载冲击能力。针对以上需求,设计了实用的PMSM自抗扰控制器。首先,采用线性控制率实现误差反馈控制,并应用扩张状态观测器(ESO)估计交、直... 详细信息

基于永磁同步电机(PMSM)的直驱式机电作动器,要求电机位置控制精度高、鲁棒性强,且具有极高的抗负载冲击能力。针对以上需求,设计了实用的PMSM自抗扰控制器。首先,采用线性控制率实现误差反馈控制,并应用扩张状态观测器(ESO)估计交、直轴电流交叉耦合及电量参数摄动所引起的扰动以进行前馈补偿,实现id=0的矢量控制及交轴电流随动控制;然后,应用跟踪微分器安排位置响应的过渡过程,用ESO估计出系统状态及负载和摩擦转矩引入的总扰动,分别用于实现非线性状态反馈控制及扰动补偿,完成以交轴电流为内环的位置伺服控制。仿真及实验结果表明,PMSM自抗扰控制系统精度高,响应快速无超调,刚度大,算法本身计算量小,且易于工程实现,具备可行性。

关键词：自抗扰控制直驱式机电作动器永磁同步电动机

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基于运动灵活性的蟑螂机器人机构参数优化

北京航空航天大学学报 2010年第5期36卷 513-517,528页

作者：张建斌宋荣贵陈伟海张广萍北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

从仿生蟑螂机器人机构特点出发,基于运动灵活性,选择椭圆形身体布局,分别以单腿工作空间和整机雅克比矩阵的条件数倒数作为灵巧度指标,在兼顾运动灵活性和可靠性的基础上,对机器人机构参数进行优化配置,选择了最优的杆长比例.利用分析... 详细信息

从仿生蟑螂机器人机构特点出发,基于运动灵活性,选择椭圆形身体布局,分别以单腿工作空间和整机雅克比矩阵的条件数倒数作为灵巧度指标,在兼顾运动灵活性和可靠性的基础上,对机器人机构参数进行优化配置,选择了最优的杆长比例.利用分析得出的优化尺寸建立ADAMS参数化仿真模型进行实验研究,仿真结果与理论分析相吻合,验证了优化配置的可行性和正确性,为样机的研制和机器人的驱动及控制等进一步研究奠定了基础,也为其他六足机器人的开发提供了参考.

关键词：仿生蟑螂机器人灵活性优化雅克比矩阵

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虚拟随机车路场下驾驶人驾驶能力机理分析

机械工程学报 2020年第16期56卷 166-180页

作者：孙博华邓伟文吴坚李雅欣吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京430071

为解决智能汽车人机协同共驾驾驶权仲裁的普适性和规模可控性问题,提出虚拟随机车路场下的驾驶人驾驶能力机理分析及评估体系。作为适应于驾驶人驾驶能力机理分析的评估环境,虚拟随机车路场模型通过耦合车辆运动模型及车路可行驶区域空... 详细信息

为解决智能汽车人机协同共驾驾驶权仲裁的普适性和规模可控性问题,提出虚拟随机车路场下的驾驶人驾驶能力机理分析及评估体系。作为适应于驾驶人驾驶能力机理分析的评估环境,虚拟随机车路场模型通过耦合车辆运动模型及车路可行驶区域空间拓扑结构的时空状态,得到可揭示微观驾驶场景下人-车-路耦合机理及车路协同规律的驾驶场景。驾驶能力机理分析体系在严格定义驾驶能力的基础上,建立满足高阶非线性驾驶能力属性的离线辨识模型。模型中关键参数经解耦和降维组成的样本集,为表征驾驶能力内在属性的关键依据。采用主客观相结合方式分类驾驶能力,采用基于混合高斯隐马尔科夫过程实现驾驶能力的实时辨识。结果表明,所提出的虚拟随机车路场模型可以客观地反映交通流的波粒二象性,通过虚拟随机车路场下的驾驶能力机理分析,可以得到准确且可靠的驾驶能力评价结果。虚拟随机车路场下的驾驶人驾驶能力机理分析体系,优化了驾驶权仲裁机制的合理性,提高了人机协同共驾系统的安全性和驾驶人可接受性。

关键词：车辆工程随机车路场驾驶能力机器学习系统辨识

火箭发动机喷管伺服机构负载模拟系统设计与实验

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兵工学报 2014年第9期35卷 1495-1502页

作者：张朋付永领郭彦青北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对火箭发动机喷管伺服机构的半物理仿真需要,设计一种可对惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、伺服机构安装刚度进行模拟的电液负载模拟系统。依据伺服机构负载特点,由机械的方式实现惯性负载、摩擦负载以及安装刚度的模拟,由阀... 详细信息

针对火箭发动机喷管伺服机构的半物理仿真需要,设计一种可对惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、伺服机构安装刚度进行模拟的电液负载模拟系统。依据伺服机构负载特点,由机械的方式实现惯性负载、摩擦负载以及安装刚度的模拟,由阀控伺服马达实现弹性力矩的模拟;分别建立伺服机构系统和马达加载系统的数学模型,并为马达加载系统设计基于速度前馈补偿和力矩前馈的控制系统;进行负载模拟器的现场实验,实验结果表明,各种加载负载满足精度要求,验证了负载模拟器设计的合理性和实用性,以及控制策略的有效性。

关键词：兵器科学与技术负载模拟伺服机构数学模型力矩前馈速度补偿

基于刚柔-机电耦合的机床直线电机进给系统动态性能仿真研究

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振动与冲击 2011年第1期30卷 191-196页

作者：姚延风刘强吴文镜北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

以某新型直线电机驱动的车铣复合机床Z轴进给模块为研究对象,在多刚体动力学仿真模型的基础上,考虑导板柔性和结合面参数,构建了Z轴模块刚柔耦合模型,采用快速正弦扫描实验对仿真模型进行了实验验证进一步,将直线电机伺服控制系统考虑进... 详细信息

以某新型直线电机驱动的车铣复合机床Z轴进给模块为研究对象,在多刚体动力学仿真模型的基础上,考虑导板柔性和结合面参数,构建了Z轴模块刚柔耦合模型,采用快速正弦扫描实验对仿真模型进行了实验验证进一步,将直线电机伺服控制系统考虑进来,提出了一种综合考虑刚柔-机电耦合作用的数控机床进给系统动态性能研究方法,并对其进行仿真分析。仿真结果表明,机床机械结构和伺服控制系统共同对机床进给系统的动态性能产生了重要的影响。

关键词：刚柔耦合机电耦合动态性能联合仿真