基于Modelica多领域建模仿真研究现状与思考

Modelica 语言是为解决多领域物理系统的统一建模与协同仿真的一种基于方程的陈述式建模语言。对Modelica 语言进行了简单介绍,主要介绍了目前国内利用Modelica 语言进行复杂系统多领域建模与仿真研究现状,并对基于Modelica混联机器人多领域建模与仿真进行了思考,说明了混联机器人多领域建模与仿真的主要内容与关键技术,为混联机器人多领域建模与仿真提供参考。     

电力推进 模拟系统 实时仿真 时延分析 MATLAB

分析了电力推进负载模拟系统的原理,采用MATLAB实时仿真工具RTW和多功能数据采集卡PCI-1711实现负载模型到模拟变流器的控制.基于MATLAB/Simulink对模拟系统的时延影响进行了仿真,分析了负载模型时延对模拟电机转矩控制的准确性和稳定性的影响.通过建立模拟电机转矩控制的闭环传递函数和频域的Bode图,进一步分析了时延影响,采用修正闭环增益的方法对时延进行了补偿,达到与理想时延下近似的控制效果,并得以仿真验证.     

基于液压驱动的拟人机器人上肢机构设计

为提高拟人机器人的集成性与负载能力,对拟人机器人上肢机械结构及其控制系统进行研究.运用CREO软件对拟人机器人上肢各主要关节进行三维模型,并完成虚拟装配.对液压驱动拟人机器人液压驱动系统实现了集成式模块化控制,液压管路布线均匀整齐.基于MATLAB软件对机器人手臂工作空间进行仿真分析,得到了机器人手臂末端执行结构的工作空间云图,并采用FluidSIM液压仿真软件对液压系统原理进行建模,验证液压系统设计的合理性.利用LabVIEW软件设计拟人机机器人上位管理界面,实现了其控制功能,为拟人机器人的设计、改进提供一定的理论基础.     

斜拉桥索无损检测驱动系统内模解耦控制方法

针对在役斜拉桥索只能进行无损检测,且检测信号受外界干扰较大的特点,为保持机器人平稳运动,设计了基于内模解耦空间矢量脉宽控制方法的驱动系统。仿真结果表明,驱动系统采用内模解耦空间矢量脉宽调制方法,可有效抑制电磁惯量扰动与参数模型不相匹配对输出激励电流的影响,克服传统的PI控制不能动态解耦以及对电机参数敏感的问题,可为桥梁斜拉索检测机器人提供稳定动力。     

面向末端刚度提升的机器人手臂关节角路径优化

针对六自由度串联关节机器人手臂,采用D-H法对手臂的操作空间进行了描述,得到了正、逆解运动学模型,建立了机械臂运动学方程.在各运动角度优化指标下,优选末端关节角度来增加手臂的刚度和稳定性,从而实现机械臂路径规划的优化.引入目标函数和遗传算子,提出了一种基于遗传算法的多目标机械臂路径规划算法.通过Matlab工具箱进行仿真验证,证明了该算法的有效性与可行性.     

压电陶瓷驱动微小型机器人的运动分析与仿真

为满足桌面工厂对机器人在平面内大行程、高精度和全方位运动的要求,研制了一种压电陶瓷驱动的微小型机器人.该机器人采用stick-and-slip运动原理,通过压电陶瓷和电磁铁的配合动作,在铁磁性工作表面上实现了前进、后退、左转、右转和原地旋转运动.在假设平行配置的压电陶瓷驱动器在每一步的运动过程中保持平行基础上,分析了一步运动中机器人的4个支撑脚的坐标变化情况,进而推导出在该条件下反映机器人位姿变化的运动学差分模型.计算结果显示,机器人直线运动最大步长为0.042 0 mm,旋转运动最大偏转角度为0.185°/步.通过开环轨迹控制、点-点位姿控制和路径跟踪闭环控制实验,验证了机器人应用于桌面工厂时的可行性.     

基于多连杆的机器人步行机构运动特性分析

在研究设计机器人步行系统过程中,对所设计机器人步行机构的运动特性进行了理论分析和仿真实验,得出了步行机构落足点的运动轨迹曲线.步行机构为多连杆机构,共6组,每组结构相同.该机构采用1台电机,通过机构传动,来实现落足点周期性的运动,从而实现机器人的前进、后退以及一定范围内的越障.该步行机构满足落足点运动轨迹的一般要求：前半个周期实现迈步动作,落足点尽可能的高于地面,并有一定的水平位移;后半个周期使落足点回到初始位置,并保证其轨迹尽可能的与地面平行.     

下肢外骨骼机器人的刚度调控与仿真分析

老年人容易引起下肢偏瘫,下肢外骨骼机器人能够帮助老年人重新站立和行走,为了解决下肢外骨骼机器人与穿戴者的运动协同、刚度调控等问题,采用Motion Analysis三维动作捕捉分析系统,记录人体以不同速度在平地行走的运动过程,获得人体下肢的刚度特性.参考人体下肢的刚度特性,利用仿生学原理,设计下肢外骨骼机器人,根据外界环境和运动方式自适应调节刚度.利用三维建模软件Catia建立穿戴者与下肢外骨骼机器人的三维模型,进行动态仿真分析.研究结果表明:穿戴者与下肢外骨骼机器人以运动速度0.8 m/s在平地行走的过程中,下肢外骨骼机器人左侧大腿均值刚度增大6.84 kN/m,下肢外骨骼机器人右侧大腿均值刚度增大7.03 kN/m,为穿戴者提供稳定支撑;下肢外骨骼机器人左侧小腿均值刚度减小1.55 kN/m,下肢外骨骼机器人右侧小腿均值刚度减小1.26 kN/m,产生柔顺化的运动效果,缓冲和吸收地面的冲击力;下肢外骨骼机器人的刚度调控范围满足穿戴者下肢的刚度变化范围,能够提高穿戴者的运动灵活性.     

仿树袋熊爬杆机器人的结构设计与仿真分析

分析树袋熊的攀爬步态,获得树袋熊关节角度的变化规律,揭示树袋熊的攀爬机理.根据树袋熊的攀爬特性,利用仿生学原理,提出爬杆机器人的结构设计,用于清洗和维护电线杆、路灯杆和斜拉桥等高层杆状建筑.采用三维建模软件Creo建立爬杆机器人的三维模型,利用动力学仿真软件ADAMS进行爬杆机器人的仿真分析.结果表明,爬杆机器人上层底板与下层底板在竖直方向的移动距离均为150 mm,爬杆机器人上层底板与下层底板在竖直方向的速度变化范围均为0～20 mm/s,爬杆机器人齿轮与齿条的最大接触力950 N,为后续的结构优化提供参考.     

基于电机动力吸振的高速列车蛇行运动控制

复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式, 在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡, 首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率, 从而避免引起车体弹性模态共振; 考虑悬挂参数和轮轨接触非线性, 建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型, 通过悬挂模态计算和动力学时域仿真, 分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律; 基于将电机作为动力吸振器的原理, 优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼; 考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素, 组合400种轮轨随机匹配状态, 仿真分析了动车的动力学性能; 开展动车组长期线路动力学跟踪试验, 研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明: 牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值, 说明电机起到了动力吸振器的作用; 将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性, 具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km·h-1; 动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近, 远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz, 避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振; 动车组在轨道随机不平顺激扰下, 构架端部横向加速度小于0.5g, 平稳性指标小于2.5, 轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。      

智能果蔬分拣机器人系统设计

农业机器人的广泛应用是农业机械化得以实现的必由之路与重要标志，也是我国跻身世界农业强国之列的基本前提。基于虚拟样机与3D打印技术，研究建立果蔬分拣机器人运动模型，设计一种多功能欠驱动末端执行器，可对条形和类球形果蔬实施有效抓取；采用运动仿真等相关软件对重要工作部件进行结构分析和优化，确定其最佳参数值；最后搭建试验平台进行验证，并对农业机器人的发展前景进行展望。     

舰船电力推进系统的矢量控制及其仿真

针对舰船电力推进系统的螺旋桨特性,采用矢量控制方法对舰船推进电机进行调节,给出异步电机矢量控制框图,在空间矢量脉宽调制环节引入等效调制函数以简化控制环节并提高控制效率,分析并给定舰船推进电机的螺旋桨特性曲线.利用PSCAD/EMTDC对实际系统进行仿真,计算了不同工况下电机起动和调速时系统的暂态稳定状况,并结合试验进行验证,结果表明两者变化规律相吻合,证明仿真模型的正确性和所选方法的可行性.     

新能源汽车永磁同步电机控制策略及仿真研究

以新能源汽车的永磁同步电机作为研究对象,根据电机坐标变换原理来建立电机数学模型。基于电机直接转矩控制方法,结合并设计超螺旋二阶滑模控制策略来同时对车用永磁同步电机进行控制,利用Matlab/Simulink软件建立整体电机控制策略模型并进行仿真。通过仿真结果表明所设计的电机控制策略可以有效对永磁同步电机进行控制,提高了对电机的控制精度和整个控制系统的鲁棒性,也验证了所建控制策略模型的有效性,为新能源汽车永磁同步电机控制策略的开发提供一定的研究基础。     

机器人空间路径规划的ACO算法特性分析

为进一步研究机器人的移动空间路径规划方法,分析蚁群算法的主要系数对路径规划的影响,根据蚁群优化算法的主要特点,对机器人的移动空间信息采用栅格法进行全局描述。对蚁群优化算法的主要系数如蚁群数量m和信息素蒸发系数ρ等进行选择,以路径长度和迭代次数为目标,仿真分析其对规划路径的长度和路径规划效率的影响,找到最佳匹配系数组。仿真结果表明:合理选择算法系数能够缩短机器人的移动空间路径规划长度,且能提高路径规划效率。     

机器人的三维运动仿真

通过对一个机器人机械手三维实时运动仿真系统实例的介绍和分析，阐述了利用OpenGL图形库实现机器人运动仿真的有效方法，重点分析了机器人运动学模型的构建及仿真过程的动态显示，并且讨论了该仿真系统的主要功能模块构成。最后总结了该仿真系统的主要特点，指出了OpenGL在机器人运动仿真中的应用前景。     

基于指数函数的开关磁阻电机磁链非线性模型

开关磁阻电机（SRM）的双凸板结构导致其运行时磁链具有非线性特点,因而精确建立电机的数学模型比较困难.在分析开关磁阻电机的非线性特性和磁链曲线后,提出了利用一种指数函数来构建磁链曲线的新型数学模型.结合Ansoft软件的电磁分析功能,利用Matlab软件搭建一台3 kW、12/8极SRM的控制仿真模型,在角度位置控制（APC）模式下进行了仿真分析,并与实验结果进行了比较,验证了该磁链非线性模型的准确性.     

考虑旅客选择行为的高铁席位动态控制策略

利用基于选择行为的网络收益管理原理研究高铁席位动态控制策略.首先,针对多列车多停站的高铁网络建立考虑旅客选择行为的席位控制动态规划模型.然后,设计两阶段控制机制：第一,采用近似动态规划技术,对价值函数进行线性近似,设计策略迭代算法离线获得时间依赖的投标价格;第二,采用能够描述多种选择行为机理的马尔科夫链选择模型刻画旅客选择行为,将投标价格作为输入参数,在线运行品类优化算法获得实时控制策略.最后以京沪高铁为背景设计仿真实验,结果表明该机制在需求水平较低时能够明显改善收益,且保护长途票额.该机制不仅可获得实时动态控制策略,而且通用性好,还可利用历史数据进行参数学习与更新,实现更为精细地连续优化.     

地铁车辆直线电机恒隙控制仿真

为了研究直线电机悬挂方式对车辆动力学性能的影响,以及通过主动悬挂以减小直线电机气隙变化和轮轨冲击力,建立了基于多体动力学的地铁车辆仿真模型。采用经典电磁场理论建立了直线电机电磁力仿真模型,以及机电作动器驱动的直线电机恒隙控制系统模型。采用数值仿真研究了直线电机恒隙控制方法及其对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明:直线电机采用架悬结构并选择大挠度的一系垂向弹簧时,气隙变化主要是由载荷变化引起的,变化频率很低,易实现恒隙控制。恒隙控制可以保证车辆在不同荷载工况下满足气隙要求,降低轮轨垂向作用力10kN左右,减小车体垂向平稳性指标0.1左右。车辆动力学性能较传统直线电机车辆得到改善,并能提供平稳的牵引力。     

人口—能源—经济多目标递推规划仿真模型

讨论了我国人口嗵源－经济多目标递推规划仿真模型ＰＯＰ－ＥＮＥＣ的构成原理及其计算机仿真长法，并根据其仿真结果对我国人口，能源，经济等三方面的关系进行了分析。     

永磁同步电机矢量控制策略的研究与实现

以永磁同步电机为控制对象,为实现高性能稳定控制,采用id为0的矢量控制策略设计了永磁同步电机控制系统,先搭建仿真模型对控制策略性能进行分析,然后在基于TMS320F28335的电机控制系统上测试,仿真及试验结果表明:系统鲁棒性好且静态性能稳定,动态响应迅速,适用于电机在基速以下的恒转矩控制。