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考虑伺服阀零偏补偿的电液振动台随机振动模型参考滑模控制策略

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机械工程学报 2022年第13期58卷 119-128页

作者：范大莽关广丰熊伟王海涛大连海事大学机械工程系大连116026

电液振动台随机振动控制方法是大型结构振动环境模拟的关键技术。基于线性模型设计的经典三状态控制策略难以补偿非匹配干扰力对随机振动系统控制精度的影响。滑模控制方法能够在一定程度上抑制干扰力的影响,但现有控制器设计过程中忽... 详细信息

电液振动台随机振动控制方法是大型结构振动环境模拟的关键技术。基于线性模型设计的经典三状态控制策略难以补偿非匹配干扰力对随机振动系统控制精度的影响。滑模控制方法能够在一定程度上抑制干扰力的影响,但现有控制器设计过程中忽略了伺服阀的零偏,难以应用于加速度随机振动控制系统中。针对上述问题,建立单轴电液振动台非线性状态空间模型,基于反步法和Lyapunov第二法,分别设计针对非匹配干扰力和伺服阀零偏的控制律,利用参考模型生成期望信号及其各阶导数,构建模型参考滑模控制器,实现干扰力抑制和伺服阀零偏补偿。将模型参考滑模控制器与三状态顺馈控制器相结合,实现振动台系统的加速度随机振动控制。位置阶跃响应及加速度随机振动仿真分析和实验研究表明,模型参考滑模控制器能够明显改善电液振动台的瞬态性能指标,提高加速度随机波参考信号的跟踪精度。

关键词：电液振动台加速度控制模型参考滑模控制干扰力抑制零偏补偿

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基于椭圆双β喷枪模型的喷涂轨迹优化

清华大学学报（自然科学版） 2020年第12期60卷 985-992页

作者：华霄桐张思敏刘兴杰陈志良王国磊陈恳清华大学机械工程系北京100084

喷涂轨迹优化是保证最终涂层高质量的重要环节,直接作用于涂层的成形过程。该文针对平面喷涂提出一种轨迹优化方法,通过互补喷枪模型的优化求解,实现高效、高质量的平面喷涂,并在此基础上针对NURBS(non-uniform rational B-spline)自由... 详细信息

喷涂轨迹优化是保证最终涂层高质量的重要环节,直接作用于涂层的成形过程。该文针对平面喷涂提出一种轨迹优化方法,通过互补喷枪模型的优化求解,实现高效、高质量的平面喷涂,并在此基础上针对NURBS(non-uniform rational B-spline)自由曲面喷涂,受启发于绘画时人们采用不同尺寸的画笔描绘不同精细程度的物体,提出可变尺寸画笔的喷涂概念,利用喷涂距离的变化实现喷幅尺寸大小的变化,同时利用变速喷涂,增强喷涂优化方法对各种复杂曲面的处理能力。通过仿真与实验验证,该文提出的方法喷涂平面时,膜厚均匀度损失了1.64%,而漆料利用率提升了13.54%;喷涂自由曲面时,膜厚均匀度由31.68%提升到4.79%。实验结果验证了该文提出方法的有效性。

关键词：喷涂优化互补喷枪模型 NURBS曲面可变尺寸画笔变速变距喷涂

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高速铣合金铸铁实验结果的稳健设计优化分析

中国机械工程 2019年第5期30卷 554-559页

作者：杜茂华王军华张建飞王神送昆明理工大学机械工程系昆明650500 清华大学机械工程系北京100084

针对高速切削新型合金铸铁类难加工材料时,因刀具磨损严重而导致刀具成本高的问题,采用成本较低的硬质合金刀具对Cr15Mo工件进行了铣削实验,研究了切削参数对切削力和表面粗糙度的影响,获得了可达到磨削加工效果(Ra=0.4μm)的最佳参数组... 详细信息

针对高速切削新型合金铸铁类难加工材料时,因刀具磨损严重而导致刀具成本高的问题,采用成本较低的硬质合金刀具对Cr15Mo工件进行了铣削实验,研究了切削参数对切削力和表面粗糙度的影响,获得了可达到磨削加工效果(Ra=0.4μm)的最佳参数组合,即切削速度v_c=800 m/min,轴向切削深度a_p=0.4 mm和进给量f=0.6 mm/r。基于稳健设计优化原理对实验结果进行了理论分析,研究结果表明:理论分析结果与实验结果具有很好的一致性,为同时实现高速、高质量和低成本加工的多目标参数优化方法提供了一种有效的途径。

关键词：高速铣切削力表面粗糙度多目标参数优化切削机理

用于复杂管道内表面喷涂的冗余机器人轨迹避障规划

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机器人 2019年第5期41卷 690-696页

作者：华霄桐王国磊张思敏刘兴杰陈恳清华大学机械工程系北京100084

本文旨在系统地解决长臂冗余机器人喷涂复杂管道内表面的避障问题.首先基于空间插值提出在线碰撞检测方法,该方法不仅适用于不同形状的管道,而且检测精度随着模型采样密度的增加而增加.机器人末端连杆位姿由目标点位姿约束确定,不能通... 详细信息

本文旨在系统地解决长臂冗余机器人喷涂复杂管道内表面的避障问题.首先基于空间插值提出在线碰撞检测方法,该方法不仅适用于不同形状的管道,而且检测精度随着模型采样密度的增加而增加.机器人末端连杆位姿由目标点位姿约束确定,不能通过机器人的冗余自由度进行避障调节.针对喷涂机器人末端必然碰撞情况,提出放宽目标点姿态约束的方法,利用碰撞检测确定末端最快避障方向,计算最小姿态变化矩阵,达到该情况下的避障要求.同时利用管道虚拟轴线与各关节最快避障方向优化冗余机器人其他关节的避障能力.喷涂复杂管道内表面的仿真实验验证了本文方法的有效性,解决了机器人末端必然碰撞问题,优化了机器人的避障能力.与现有方法相比,该方法可以处理更为复杂的管道避障问题.

关键词：管道内表面冗余机器人姿态修正在线碰撞检测投影梯度法

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风电装备行星轮系过盈接触特性分析

振动与冲击 2017年第5期36卷 17-22页

作者：向东沈岗朱戡沈银华蒋李清华大学机械工程系北京100084

风力发电对于保障我国能源安全具有重大意义,但我国风电装备发展中还存在巨大技术瓶颈,如何进一步提高装备可靠性及寿命是亟需解决问题。以行星轮系过盈配合面接触特性与微动磨损关系为切入点,针对NGW型行星轮受力分析,计算获取过盈配... 详细信息

风力发电对于保障我国能源安全具有重大意义,但我国风电装备发展中还存在巨大技术瓶颈,如何进一步提高装备可靠性及寿命是亟需解决问题。以行星轮系过盈配合面接触特性与微动磨损关系为切入点,针对NGW型行星轮受力分析,计算获取过盈配合接触分析的载荷边界条件;通过对比不同过盈量在无外载工况下的配合面压力值,理论计算与仿真分析结果的平均误差约为5.74%,验证了仿真的可信度;通过对比不同过盈量在无外载下的变形量,行星轮内孔面与轴承外圈变形占比分别为89.5%和10.5%,定量描述了行星轮相较于轴承的变形程度,更易损伤;稳态载荷工况下,通过对比不同配合公差P6和R6下的最大微动滑移量可知,P6公差带下最大微动量随载荷变化幅度较大,因此风电行星轮配合公差应选R6更合适;非稳态载荷工况下,通过数值积分计算获取不同过盈量下的配合面打滑极限载荷,该极限值作为评定实际服役工况下出现剧烈"打滑现象"的准则,因此设计时应考虑该极限工况。

关键词：风电装备过盈配合配合公差微动滑移打滑现象

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一种移动喷涂机器人的高效站位优化方法

机器人 2017年第2期39卷 249-256页

作者：于乾坤王国磊任田雨华霄桐陈恳清华大学机械工程系北京100084

为喷涂飞机等大型工件,通常使用移动平台将6DOF喷涂机器人输送到不同站位进行喷涂.本文旨在为当前喷涂路径寻找使得机器人运动学性能最佳的站位.首先提出并利用外腕心的概念对喷涂机器人的空心手腕做球形近似,解决机器人不可解耦问题,... 详细信息

为喷涂飞机等大型工件,通常使用移动平台将6DOF喷涂机器人输送到不同站位进行喷涂.本文旨在为当前喷涂路径寻找使得机器人运动学性能最佳的站位.首先提出并利用外腕心的概念对喷涂机器人的空心手腕做球形近似,解决机器人不可解耦问题,并获得了其封闭形式的逆运动学解及位置、姿态和避奇异约束的具体表现形式.而后,基于约束和关节可用度指标,建立了关于站位的单点和连续喷涂任务代价函数,用以定量评估站位对机器人运动性能的影响.最后,通过内罚函数法最小化代价函数,对应的站位即为最佳站位.在平面、圆柱面和圆台面上的仿真实验结果验证了近似模型的准确性和此方法的有效性,且与现有方法相比,算法效率提升了百倍以上.

关键词：移动机器人喷涂机器人站位任务规划内罚函数法

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基于多周期迭代滑模控制的直线电机干扰抑制

电机与控制学报 2017年第1期21卷 8-13页

作者：严乐阳叶佩青张辉李方清华大学机械工程系北京100084

针对多叶准直器系统中直线电机受到往复直线运动和旋转运动带来的多周期干扰问题,提出一种多周期迭代滑模控制(MLVSC)算法用于提高直线电机的控制精度。该算法将迭代学习和滑模控制结合起来,利用多个迭代学习项来逼近并抑制多周期干扰,... 详细信息

针对多叶准直器系统中直线电机受到往复直线运动和旋转运动带来的多周期干扰问题,提出一种多周期迭代滑模控制(MLVSC)算法用于提高直线电机的控制精度。该算法将迭代学习和滑模控制结合起来,利用多个迭代学习项来逼近并抑制多周期干扰,同时采用滑模控制来抑制未知干扰以保证系统的稳定性。通过构造合适的Lyapunov函数,可以证明MLVSC算法的渐近稳定性。在此基础上,基于MLVSC算法设计了直线电机系统的控制器。实验结果表明,MLVSC算法能够对直线电机受到的多周期干扰进行抑制,抑制后的控制误差迅速减小,控制精度提高了81%。

关键词：直线电机迭代学习滑模控制多周期干扰推力波动

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轮式多机协同搬运机器人轨迹跟踪控制器设计

机械工程学报 2024年

作者：何华刘全申屠舒展宫昭中国机械工业集团有限公司清华大学机械工程系

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束，对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法，设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器，实现输入饱和约束可... 详细信息

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束，对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法，设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器，实现输入饱和约束可沿广义速度空间边界滑动，在保证控制信号不超出机器人广义速度空间的前提下，提升轨迹跟踪控制器的响应速度。研究轨迹跟踪控制器对不同目标轨迹的跟踪误差规律，提出以门限角度为分界的状态机，控制机器人对目标参数的响应顺序，减小跟踪过程误差。基于模糊控制器，实现轨迹跟踪控制器增益系数的动态调节，有效降低对不同目标速度的跟踪稳态误差。通过多机协同搬运负载试验验证控制器的正确性和有效性。

关键词：轮式移动机器人轨迹跟踪控制器模糊控制输入饱和状态机

聚晶金刚石螺旋刀电火花刃磨自适应测量路径规划

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应用基础与工程科学学报 2014年第4期22卷 804-817页

作者：樊文刚史少华张翔叶佩青张辉闫虹清华大学机械工程系北京100084

针对聚晶金刚石螺旋刀电火花刃磨加工,提出一种自适应测量路径规划算法.基于数控解释器对宏指令和宏子程序的支持,综合考虑测量过程中复杂情况,通过使用带有逻辑判断及执行控制功能的数控程序来完成对刀具复杂刃口曲线的实际在线测量.... 详细信息

针对聚晶金刚石螺旋刀电火花刃磨加工,提出一种自适应测量路径规划算法.基于数控解释器对宏指令和宏子程序的支持,综合考虑测量过程中复杂情况,通过使用带有逻辑判断及执行控制功能的数控程序来完成对刀具复杂刃口曲线的实际在线测量.算法操作性强,只需要用户为每个待测刀片提供一个测量参考点,而且对参考点位置也没有任何要求.加工仿真和切削实验结果表明,自适应测量路径规划算法能够使加工后的刀片刃口平整,外圆最大径向圆跳度保持在0.01mm内,满足质量和精度要求;同时算法可以有效减少人工操作时间,提高加工精度稳定性.

关键词：聚晶金刚石电火花刃磨螺旋刀测量路径