摘要:针对五自由度气浮台星体模拟器的姿态平台和位移平台,分别设计分数阶滑模控制器和分数阶PDμ控制器. 首先,针对具有重力不平衡力矩和执行机构安装偏差的姿态平台模型,设计了模糊参数自整定的分数阶滑模控制器. 利用分数阶微分算子的信息记忆性与遗传特性,在传统滑模控制中引入分数阶微分算子,利用模糊推理机制进行开关增益参数的自整定,使新型控制器具有模糊控制、分数阶微分和滑模控制等多重优点. 利用分数阶Lyapunov稳定性定理,证明了系统的稳定性. 其次,针对与姿态平台有耦合效应的位移平台模型,设计了分数阶PDμ控制器;最后,在仿真过程中考虑执行机构的实际运行特性,以数值仿真的形式进一步说明了所提出控制器的有效性和良好的控制性能.

摘要:为研究离心机闭合误差对陀螺加速度计标定精度的影响,分别从离心机自身姿态误差、主轴角速率误差、地球自转角速度等三方面进行研究,推导了存在闭合误差时,陀螺加速度计输入比力以及输入角速度的相应表达式,并结合加速度计的离心机试验以及各误差的允差计算了实际的输入比力和输入角速度误差. 结果表明,控制闭合角误差的大小,选择合理的主轴旋转周数可以使得在各项误差作用下,陀螺加速度计的标定精度满足要求.

摘要:针对高超声速飞行器三维约束再入轨迹规划问题,提出一种基于拟平衡滑翔条件的数值预测再入轨迹规划方法．该方法在以倾侧角为控制量的基础上,增加对攻角的控制作用,能够充分利用再入飞行过程中的拟平衡滑翔条件．根据飞行路径角剖面和攻角剖面分别对再入航程和终端速度进行数值预测; 借助拟平衡滑翔条件计算能够保持平衡滑翔飞行的倾侧角,同时将飞行过程约束转化为对倾侧角的约束; 以CAV-H再入飞行器为例进行仿真分析．仿真结果表明,该数值预测轨迹规划算法不仅能够使CAV-H的再入轨迹具备平滑弹道的优良特性,而且对目标点的改变具有很强的适应性．

摘要:研制一种新型机械臂模块化旋转关节. 为使模块化关节结构更紧凑,采用电机、编码器和制动器轴线平行的布置方式,具有标准的机械、电气接口,可以根据需求组装成不同构型的机械臂；针对模块化机械臂运动学不具有通用性的问题,基于构型平面匹配的方法,将空间构形转换为平面几何关系,实现对机械臂的模块化运动学求解；设计了机械臂运动学仿真平台,能够快速获得不同构型机械臂的运动学；结合该模块化旋转关节的特点,构建分布式控制系统,实现了对各种构型机械臂的控制.

摘要:为减缓机器人脚底冲击,设计、研制带有挠性驱动的10自由度仿人双足机器人,该机器人髋关节俯仰关节由FDU-II型挠性驱动单元驱动；搭建FDUBR-I型仿人双足机器人控制系统硬件和软件,组建上位机与两块运动控制卡的交换式以太网络用来实现上位机与运动控制卡的实时通信,该控制系统包括FDU-II型挠性驱动单元的张力反馈和关节全闭环控制子系统；进行FDUBR-I型仿人双足机器人稳定步行实验,验证FDU-II型挠性驱动单元对机器人髋关节的驱动能力以及基于黏弹性动力学模型反馈的关节全闭环和张力反馈控制器的控制效果,机器人在0.1 km/h的步速下实现双足稳定步行.

摘要:针对齿轮故障振动信号的非线性、非平稳和多分量的特征,在定义了瞬时频率具有物理意义的本征时间尺度函数(intrinsic time-scale function, ITF)的基础上,结合固有时间尺度分解中基线信号的构造方法,提出自适应时间尺度分解(adaptive time-scale decomposition, ATD)的时频分析方法,该方法可以自适应地将一个复杂信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的本征时间尺度分量之和.仿真分析验证了ATD方法的有效性以及定义本征时间尺度函数方法的合理性. 分别将ATD、经验模态分解(EMD)、局部均值分解(LMD)和固有时间尺度分解(ITD)与包络解调分析相结合应用于斜齿轮故障诊断中,实验结果表明：自适应时间尺度分解方法在保证分解结果正确性的前提下,计算效率方面具有明显优势,将该方法与包络解调相结合能够有效提取到齿轮的故障特征.

摘要:为提高平面铰链四杆机构轨迹综合的速度与精度,提出基于B样条曲线的综合方法. 采用三次非均匀B样条曲线对连杆曲线进行拟合,将B样条曲线控制多边形各相邻两边的夹角作为连杆曲线的特征参数,将大量连杆曲线特征参数和对应的机构尺寸参数存入计算机以建立电子图谱库；当输入一定数目的有序离散数据点时,通过B样条曲线拟合得到期望曲线,提取期望曲线的特征参数；再利用神经网络将期望曲线的特征参数与电子图谱库中特征参数进行匹配,从而找到满足要求的机构,最终达到轨迹综合的目的. 设计实例表明,该方法可快速实现四杆机构的轨迹综合,综合的精度高且所提取的特征参数与连杆曲线方位、缩放比例无关,减少了图谱库的数据冗余.

摘要:为解决超冗余振动台在带负载工作时自由度间出现耦合运动的现象,提出一种基于模态空间的解耦控制策略. 建立液压伺服系统的线性化模型,将液压缸视为液压弹簧,分析超冗余振动台的振动模态方程；通过标准模态矩阵及其逆矩阵,将超冗余振动台由自由度空间转到无耦合的模态空间进行控制；在模态空间应用三状态反馈控制,通过极点配置,实现自由度间的解耦控制. 仿真结果表明,该模态解耦控制策略在时域和频域内均可有效降低超冗余振动台自由度间的动力学耦合,提高位姿的跟踪精度.

摘要:基于非结构化网格与Gama-Theta转捩模型,将全三维NS方程组与热传导方程进行耦合求解,采用直接耦合以及LUSGS隐式求解方法,开发了气热耦合求解系统. 采用能保证通量守恒的面积加权类的插值方式,保证精度,实现交界面处温度的准确传递. 对MARKII叶片5411工况进行气热耦合数值模拟,并与实验结果进行了对比验证. 开发了基于二次单元的热弹耦合求解器,通过导入气热耦合计算的边界温度实现对位移和热应力的有限元求解. 计算结果表明：采用转捩模型后计算的涡黏系数在压力面的大部分和吸力面转捩点之前的区域与真实流动吻合更好,由于涡黏系数主要通过影响温度扩散项系数影响边界层的传热,因此在该区域计算的温度与实验值误差更小,热传导计算的精度更高,同时静压的计算结果与实验值吻合较好；得到的MARKII叶片位移和热应力分布趋势比较合理,采用Gama-Theta转捩模型在提高热传导计算精度的同时,能够获得更加合理的热弹耦合计算结果.

摘要:为解决深井井下环境仿真系统的温度场分布不均匀问题,对具有大长径比、大时滞以及多种复杂传热方式的系统温度场进行数值模拟,得到使釜内温度场分布均匀的有效方法. 介绍了仿真系统的组成和工作原理; 根据传热学原理给出了系统传热学模型; 分别在不同边界条件下,数值模拟了系统的温度场分布情况,并与实际升温曲线进行对比,证明了仿真结果的有效性.

摘要:为将虚拟时间机制应用于数据竞争检测,提出描述虚拟时间3种基本实现形式的统一模型. 先建立分布式执行的抽象模型,在此模型下统一描述虚拟时间的3种基本实现形式,即标量时间系统、向量时间系统和矩阵时间系统,并以向量时间系统和矩阵时间系统为例介绍虚拟时间的4种优化技术,最后讨论将虚拟时间应用到共享内存并发系统的数据竞争检测中需要解决的问题以及4个应用实例. 结果表明,提出的模型能统一描述虚拟时间的不同实现形式,并能降低基于虚拟时间检测数据竞争的应用难度.

摘要:分析总结了基于图优化同步定位和地图构建(SLAM)前端图构建过程的各种方法. 对现有SLAM研究方法进行分类,指出基于Kalman滤波器、粒子滤波器、图优化方法的优缺点；重点介绍SLAM问题的3种图建模方法,即动态贝叶斯网络的图建模方法、基于因子图的建模方法、基于Markov随机场的建模方法；对图优化SLAM方法前端图构建的核心环节——帧间数据关联和环形闭合检测方法进行了分析；讨论了特征提取、特征匹配、运动估计、环形闭合检测等方面的最新研究成果.

摘要:基于D分割法研究了挠性系统弱阻尼谐振频率的摄动范围问题. 由于挠性系统的谐振频率分别出现在一次项和二次项中,因此其摄动是非线性的. 通过引入两个摄动因子,将问题转化为二维参数鲁棒摄动问题,设计了一种基于D分割法的几何分析方法,求得两个因子的鲁棒摄动区域,该区域与特定直线的交点即为谐振频率的摄动边界值. 通过算例验证了该方法的有效性,解决了挠性系统中谐振频率的摄动范围求解问题,同时揭示了谐振频率摄动与H∞范数的对应关系.

摘要:针对小推力借力轨道设计问题,给出一种基于自动微分与伪谱法的优化方法. 借力模型采用B平面模型,提高了轨迹优化设计的鲁棒性. 用高斯伪谱法对整个小推力借力轨道进行离散,将发射时间的搜索包含在同一计算框架内,避免了传统混合方法中随机搜索算法收敛慢、精度低的缺点. 将得到的大规模非线性规划(NLP)问题采用序列二次规划(SQP)法进行求解,为实现NLP问题的快速收敛,提出了串联优化以及弹性约束策略. SQP需要的导数信息通过自动微分获得,保证了计算的高精度和快速收敛. 对地球-金星-火星小推力借力轨道进行了优化设计,验证了本文方法的正确性和有效性.

摘要:在免拆卸条件下,为实现实时监测倾斜安装在惯性测量单元(IMU, inertial measurement unit)中的液浮陀螺一次项漂移系数DI、Ds,提出一种利用惯性测量单元标定参数解算液浮陀螺一次项漂移系数的系统级分离算法．通过对液浮陀螺结构和斜装原理的分析,给出了液浮陀螺单表和系统的误差模型,并基于误差模型和已经获取的斜装IMU的误差参数,设计了液浮陀螺一次项漂移系数的系统级分离算法,该算法不需要设计复杂的倾斜标定工装,同时免去了液浮陀螺从惯性测量单元上拆卸的麻烦,减少了误差积累,参数的分离精度高、残差小,与单表一次项漂移系数分离结果的极差优于1.301×10-3(°)·(h·g₀)-1,完全满足工程应用中高精度惯性测量单元对液浮陀螺一次项漂移系数的分离精度要求．

摘要:为给花键连接磨损分析和寿命预估提供精确的数值基础,对渐开线花键的非线性动力学特性进行研究.利用集中质量模型建立具有齿侧间隙的花键连接四自由度非线性动力学方程,计算花键连接实际接触齿对数及综合时变啮合刚度,采用四阶Runge-Kutta法求解花键连接非线性动力学方程.计算结果表明:花键副啮合刚度随时间呈周期性变化,随扭矩呈分段线性分布;当系统转速为300 r／min时,系统呈简谐响应;转速为348 r／min时,系统呈两周期响应;转速为360 r／min时,系统呈5周期响应;转速为1 080 r／min时,系统进入混沌响应;花键副的动载系数也呈周期性变化,并随扭矩及齿侧间隙的的增大而增大．减小渐开线花键链接的齿侧间隙,有利于降低动态载荷,提高花键副工作的稳定性.

摘要:针对无人艇航速高及实时性要求高的特点,为满足路径规划需要,在经典快速扩展随机树（RRT）算法的基础上,设计一种基于改进RRT算法的局部路径规划方法,引入抑制因子、限定转角和距离启发信息,改进生长点和探索点的选择,提高了算法速度. 为兼顾航行距离最短和无人艇操控性能的特殊要求,对规划路径采取多余航点处理以及考虑回转性能的平滑处理. 以海上和湖上典型雷达图像的处理结果为环境模型,进行局部路径规划试验. 试验结果表明：该方法可以快速完成路径搜索,在提高搜索效率的同时缩短了规划距离,优化处理后的航线更适用于无人艇的跟踪,满足无人艇规划系统的要求.

摘要:为使系统长时间保持较高精度,惯导系统启动后需要对惯性器件误差进行标校. 本文利用全局可观测性分析方法,建立了旋转式惯导系统的运动状态与其可观测性之间的关系,提出船用旋转式捷联惯导初始对准与自标校的转位原则,利用该原则并结合惯导系统的实际,设计出了一种绕两水平轴旋转的八位置标校方案, 仿真结果表明绕两水平轴旋转方案优于其他绕任意两轴旋转方案; 在实验室环境下对该标校方案进行了试验验证, 结果表明:采用该方案后系统的定位误差由18 nm／10 h减小到5 nm／10 h, 系统定位精度大幅度提高,验证了该标校方案的有效性.

摘要:为便于工程应用,提出一种非对称环形桁架空间索网天线预张力设计的解析算法. 给出主网在与环形桁架中心线垂直的平面内平衡预张力的投影方程,再根据平面索网结构预张力优化的极小范数法计算公式求出主网绳索中的预张力；根据主网节点的张力纵向平衡方程计算出张力阵绳索预张力；将主网绳索中的预张力分别与特定的系数相乘,即可得到副网中对应绳索的预张力. 分别用理论分析、非线性有限元数值仿真以及与其他索网结构预张力优化算法相比较的方式证明了所提算法的正确性、可行性和有效性.