近壁面水动力干扰下的AUV运动控制研究

按自治式水下机器人(AUV)需要接近水下工作站并实现坐落的要求,依据平壁面对AUV水动力干扰的力学机理,建立了AUV在平壁面附近运动时的数学模型,并设计了五个自由度运动PID控制器.在海流影响下,通过系统仿真,实现了AUV的五自由度运动控制和准确坐落,仿真结果验证了控制策略的可行性.     

吊舱推进器安装平台的液压同步控制策略

针对吊舱推进器安装平台四缸同步运动过程中缺乏有效控制策略的问题,提出基于BP神经网络的主从同步控制策略.通过对安装平台顶升液压系统进行分析,推导出四缸同步控制系统的数学模型.根据该数学模型设计基于BP神经网络的PID控制器,并通过AMEsim与MATLAB的联合仿真求解液压系统的同步控制精度.仿真结果表明,该控制策略能有效实现四缸同步运动控制,且同步精度达到±0.1 mm.     

基于交叉耦合的浮筏举升系统模糊PI同步控制

针对某浮筏电液举升系统多缸运动同步控制问题,基于阀控液压缸的位置伺服系统数学模型,采用交叉耦合模糊PI同步控制方式,设计了一种形式简单的四缸同步控制策略,仿真与实验结果验证了该控制方法的有效性。与传统的"等同式"PID同步控制策略进行的对比结果表明,本文提出的控制策略具有较高的同步运动精度和较强的鲁棒性。     

六相双机共轴驱动系统的主从式控制策略研究

双电机共轴驱动是针对传船舶电力驱动的一种有效途径,为解决快速跟踪性和容错性问题,根据双Y移30°六相异步电机的结构,建立两相旋转坐标系下的电机数学模型,并利用Matlab/Simulink完成共轴双电机S函数建模。在单电机矢量控制基础上,研究六相双电机共轴驱动系统主从控制策略并进行仿真分析。仿真结果表明：主从控制式六相双机共轴驱动系统在正常工作情况下,跟踪性能良好,具有较好的抗负载扰动能力;在故障情况下,能合理改变两电机输出比例,确保故障电机不过载。     

一种DC-DC变换器的控制策略及仿真分析

PWM变换器是典型的时变非线性系统,本文通过模糊控制策略建立了该变换器精确的数学模型,并对该模型在模糊控制下的特性进行了仿真分析,并对比分析了PID控制的特性。通过仿真试验,验证了模糊控制自身的独特优势,更加深入地研究了该型控制策略的规律特征,为下一步研制样机奠定了理论基础。     

基于模糊神经网络滑模控制的船用螺旋桨磨抛并联机器人抗抖振研究

为了解决船用螺旋桨高阶曲面打磨问题,避免传统手工操作生产效率低、劳动强度高、精度难以保证的问题.采用并联机器人控制系统,考虑了模型外部扰动的非线性多变量系统,提出了基于模糊神经网络的非线性系统自适应滑模控制策略,设计了滑模控制法控制器.通过比较控制的多种方式,建立了RBF的辨识模型,仿真分析其逼近能力,在此基础上,设计神经网络滑模控制器,并进行仿真验证.在保证机器人控制系统具有抗干扰性和鲁棒性的基础上,削弱常规滑模控制的抖振问题.仿真结果证明:非线性系统自适应滑膜控制策略具有良好的抗负载扰动、参数摄动的特点,为智能控制在并联机器人滑模控制中的应用提供了很好的理论依据.     

十五相感应电机带螺旋桨负载的矢量控制仿真研究

推导了十五相电机的数学模型,并建立了其仿真模型。分析了螺旋桨非线性负载特性,建立了螺旋桨的数值仿真模型。进行了十五维广义派克变换的推导并研究了变换矩阵的物理意义,在此基础上设计了十五相电机转子磁场定向矢量控制策略。通过MATLAB/Simulink中的仿真实验,验证了多相电机模型和螺旋桨模型的合理性,也验证了多相电机矢量控制策略的有效性。     

面向模块化设计的水下机器人集群编队控制

针对在近海环境下,利用“以机代人”进行自主特种作业的实际需求,设计研发模块化可重构水下机器人,并提出一种基于领航者-虚拟结构的编队策略。首先针对几种不同的典型水下作业任务,依据重构方案设计异构水下机器集群;然后根据水平面三自由度运动学和动力学方程,推导水下机器人集群的动态误差模型;针对路径已知的集群编队问题提出领航者-虚拟结构策略,其中跟随者水下机器人采用基于通信时延补偿的滑模控制器进行跟踪。结果表明,该控制策略可以快速形成队形且轨迹误差小于5%。最后应用3种已开发完成的水下机器人,在可视化仿真平台中进行实验验证,证明该异构水下机器人集群编队方法合理高效。     

乒乓球机器人最优击球规划

针对目前乒乓球机器人击球水平不高,对于快球、旋转比较大的球不能很好回击的问题,根据牛顿运动定律,分析乒乓球在空中的受力情况,建立乒乓球的飞行模型和碰撞模型,通过仿真实验验证了模型合理性;然后,对乒乓球运动轨迹进行分析和预测,结合机器人自身限制条件确定最优击球点,遵循和平球原则,规划乒乓球回球轨迹;最后,将击球点位置和初始速度,结合乒乓球碰撞模型,反推算得到球拍即机器人末端执行器的击球速度和姿势.用MATLAB进行仿真实验,验证了乒乓球以规划速度和姿势能够到达对方期望击球点.     

基于直流电网的异步发电系统控制策略

针对异步直流发电中变转速控制与变转矩控制相结合的新颖综合控制模式,介绍其发电系统的结构、变转速模式特性、转速寻优策略和转矩控制特性并给出具体方法。以柴油机组万有特性为着眼点,提出分级阶跃变转速策略和控制程序流程,通过Matlab/simulink搭建系统模型进行仿真试验以验证变速控制策略的正确性;以异步发电机和变换器为对象,提出基于直接转矩控制策略(DTC)的转矩控制模式,以实现单机直流电压的稳定;最终通过小比例试验验证转矩控制模式实现的可行性。     

Global robust and adaptive output feedback dynamic positioning of surface ships

A constructive method was presented to design a global robust and adaptive output feedback controller for dynamic positioning of surface ships under environmental disturbances induced by waves, wind, and ocean currents. The ship’s parameters were not required to be known. An adaptive observer was first designed to estimate the ship’s velocities and parameters. The ship position measurements were also passed through the adaptive observer to reduce high frequency measurement noise from entering the control system. Using these estimate signals, the control was then designed based on Lyapunov’s direct method to force the ship’s position and orientation to globally asymptotically converge to desired values. Simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control system. In conclusion, the paper presented a new method to design an effective control system for dynamic positioning of surface ships.     

深水试验水池大型升降平台多电机同步控制

深水试验水池是开展深海装备开发必不可少的试验手段,大型升降平台是其中的关键设备.大型高精度、高转速传动系统的多电机同步控制是最为核心的问题之一.同步控制算法的优劣直接影响系统的性能与可靠性.提出深水试验水池大型升降平台多电机同步协调控制系统构成方案,并提出一种新的基于拉力死区误差均衡及中心耦合误差的升降平台多电机同步协调控制策略,实现了拉力控制和位置控制的解耦;同时,提出了多电机控制的升降平台仿真系统,其仿真结果表明:所提出的控制策略同步稳定性能高、收敛速度快,具有很高的应用价值.     

变质量俯仰系统分区间PID位置跟踪控制方法研究

变质量俯仰系统随载荷质量和俯仰角位移的变化,其俯仰体质心位置随之变化,进而其驱动转矩等因素也随之变化.为设计变质量俯仰系统的自适应控制策略,提出了俯仰机构驱动电机的分区间PID控制方法.以位置随动精度和随动时间为目标,设计了位置环三区间PID控制方法.基于ADAMS与Simulink联合仿真技术,建立了变质量俯仰系统虚拟样机模型.通过仿真与物理样机试验,对比分析经典PID和分区间PID控制算法的位置控制准确性和快速性.研究结果表明,分区间PID控制算法在规定响应时间范围内,误差精度不超过0.5°,能有效提高变质量俯仰系统的控制精度.     

应用零航速减摇鳍的海洋机器人近水面时的横摇减摇控制(英文)

A zero-speed fin stabilizer system was developed for rolling control of a marine robot.As a robot steering device near the sea surface with low speed,it will have rolling motion due to disturbance from waves.Based on the working principle of a zero-speed fin stabilizer and a marine robot’s dynamic properties,a roll damping controller was designed with a master-slave structure.It was composed of a sliding mode controller and an output tracking controller that calculates the desired righting moment and drives the zero-speed fin stabilizer.The methods of input-output linearization and model reference were used to realize the tracking control.Simulations were presented to demonstrate the validity of the control law proposed.     

舰船除锈喷漆机器人的研究与设计

为了改进舰船修造行业除锈、喷漆工作落后的、传统的人工作业方式,设计了一种具有除锈、喷漆功能的机器人装置。该机器人采用直角坐标和柱坐标相结合的设计方法,通过主从遥控控制或自动轨迹规划控制,能够实现平面和曲面作业。详细介绍了该机器人的本体结构、驱动方式和控制系统构成,并对机器人自动工作方式的轨迹规划作了阐述。实践表明,使用该机器人代替人工作业,不仅可以减轻操作工人的劳动强度,还可提高工作效率和施工质量,具有较强的应用价值。     

船舶舵机加载系统多余力抑制控制策略

为了提高船舶舵机加载系统的加载精度,需有效抑制多余力的干扰。以液压缸作为加载系统,建立了精确模型,采用内模控制和速度补偿的复合控制策略抑制多余力。基于MATLAB仿真平台对提出的多余力复合控制策略与传统的速度补偿进行了对比仿真验证,仿真结果表明,提出的复合控制策略使抑制多余力的频率范围增加。     

基于状态反馈控制的逆变器电流控制器的设计

采用传统控制策略对低脉冲逆变装置的交流电流控制器进行设计时,控制器系统带宽通常会接近系统的基波频率,导致系统动态响应变差。提出了一种改进的电流控制策略,通过状态反馈控制的极点配置方法克服了这一难题,从而大大提高线性控制器的增益。电流控制器的设计以离散条件下的线性状态空间设计为原则,可使控制系统的动态响应和稳定性能更加优越,且系统具有更强的鲁棒性。最后,对设计结果进行了仿真。结果表明,基于状态反馈控制规律的极点配置法所设计的电流控制器比传统的PR设计方案具有更好的动态性能。     

基于蠕动原理拱泥机器人方案研究

本文针对目前沉般打捞作业中潜水员手工攻打千斤洞的现状，首次提出了拱泥机器人的概念。它基于蚯蚓在泥土中爬行的运动机理，可以在水下泥土环境中按预定轨迹从沉船底部一侧向另一侧蠕动爬行，并随时根据检测到的位置和力信息调整运动位置和姿态。将地下穿孔机的冲击原理与蚯蚓的蠕动机理相结合，提出了一种头部冲击式的拱泥机器人的方案。研究了拱泥机器人的运动控制与位姿检测方案，并建立了拱泥机器人在水下泥土环境中作业的力学模型。     

用于提高修船效率的绳牵引并联机器人之设计

随着世界修船业的繁荣，中国修船业飞速发展，但也存在不少问题，其中之一就是由于技术水平和装备落后导致修船的效率不高。飞毯是由美国国家标准局提出，它是一个能有效提高修船效率的基于Stewart平台的绳牵引并联机器人。在给定干船坞尺寸参数的情况下，文章设计一套可用于维修11000t级江海直达货船的绳牵引并联机器人系统（即飞毯）；着重介绍其主要部分的布局设计，并探讨其自动化控制策略；为以后飞毯的研制打下理论基础。     

双馈风力发电系统最大风能捕获控制研究

针对应用于风力发电系统的双馈异步发电机,构建了同步旋转坐标系下的数学模型.结合风力机 输出功率与转速关系,采用速度负反馈控制代替有功功率负反馈控制,简化了调节器参数的工程设计过程.将有功和无功控制上的耦合项通过前馈补偿实现了基于定子磁链定向的功率解耦控制.利用双馈异步电机运行可逆性,通过双馈发电机运行状态的转换实现了风速跟踪控制过程中最大风能捕获的快速跟随性能.基于仿真软件构建仿真模型仿真进行了双馈风力发电机组最大风能捕获控制和功率解耦控制的仿真验证,仿真结果表明了所设计控制策略和参数的正确性与有效性.