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关键词： 二自由度飞行器   线性矩阵不等式   轨迹跟踪   多变量控制器参数整定   三步法控制策略   扩张状态观测器  

摘要： 随着航空航天、国防安全、地形测绘以及陆地巡航等领域的快速发展,二自由度飞行器得到了广泛的应用。为了提升飞行器的轨迹跟踪能力,使其能够在无人干预的情况下做出复杂的导航任务和在执行搜索、侦察、救援等关键任务时,能够实现更好的飞行控制和任务执行效率。而现有的飞行器编队以及航空拍摄二自由度飞行器领域等,存在精度不高的现象,导致飞行器轨迹跟踪出现偏差,并且在飞行过程中易受外界干扰等方面展现出了不足的问题。因此为了实现二自由度飞行器高精度、快速响应、强稳定的轨迹跟踪控制,本文开展基于LMI的二自由度飞行器的轨迹跟踪控制方法研究具有重要的实际意义与研究价值,主要研究内容如下: 研究了二自由度飞行器的工作机理以及模型构建方法,为确保二自由度飞行器的数学建模精度,通过广义坐标系统并运用拉格朗日力学推导二自由度飞行器的运动微分方程。利用旋转和平移的方式将二自由度飞行器的空间坐标转换,将其局部坐标系中的位置转换到全局坐标系中,通过一个旋转矩阵和平移向量,将局部坐标中的点转换为空间坐标系中对应的点,并基于牛顿第二定律和转动动力学方程,构建了非线性模型。最后将非线性模型转化为线性系统,完成了对二自由度飞行器的非线性动态分析,为后续的控制方案设计提供良好的基础。 针对二自由度飞行器的非线性、强耦合和对干扰的敏感性,本文提出了一种基于线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality,LMI）的多变量控制策略。利用LMI方法和凸优化理论,设计多变量PID控制器,将PID控制问题转化为LMI求解最优问题,并进一步将性能指标转化为LMI形式的数学约束。利用动力学方程建立了飞行器的状态空间表达式,并设计了一种多变量控制律,通过李亚普诺夫理论和极点配置法,整定控制器参数并确保得到全局最优解,最后对所提出方案的有效性进行验证。 针对二自由度飞行器稳定性的问题,提出了二自由度飞行器鲁棒三步非线性控制方法,设计了类稳态控制率、参考动态前馈控制率及误差反馈控制率。然后,提出了一种强鲁棒的三步非线性控制器参数整定方法,该方法将控制系统转换为误差模型,并利用线性矩阵不等式的可行性问题来确定初始值。使得闭环系统具备稳定性和最佳的H∞性能,并利用粒子群算法寻找到最优参数,提升了控制系统的鲁棒性。最后针对上述问题对该控制方案进行鲁棒性以及轨迹跟踪精度进行分析验证。 针对二自由度飞行器运行过程中存在外部扰动导致轨迹跟踪易受不确定因素的影响以及传感器易失灵等问题,研究了基于扩张状态观测器的二自由度飞行器三步法控制策略,将系统外存在的外部因素以及未知动态扩张成一种新的状态输出,通过扩张状态观测器来观测系统的状态输出和总扰动并实现补偿。将扰动补偿控制率带入原三步法控制率中,得到二自由度飞行器多变量控制系统的总控制率,并通过菲波纳奇数列方法选择带宽参数,以及计算观测器增益来确定最终的参数值。最后验证了控制系统性能,实现了快速、精准、稳定的轨迹跟踪。

关键词： 精密旋转轴   六自由度误差   同时测量   多波长相移干涉   微纳结构特征样件  

摘要： 针对现有精密旋转轴运动精度检测技术无法兼顾高精度、高效率、动态连续、误差完整测量等问题，提出一种基于绝对测量的精密旋转轴六自由度误差同时测量方法。使用多波长相移干涉技术对跟随旋转轴运动的微纳结构特征样件进行瞬时绝对位姿测量。建立精密旋转轴六自由度运动误差模型，确定各自由度误差与标准微纳结构特征空间位姿变换之间的映射关系。通过对微纳结构特征空间位姿进行解析，分离出精密旋转轴六自由度误差，实现精密旋转轴六自由度误差同时、连续、高精度测量。对精密气浮旋转台的测量结果表明，测得的角度定位误差为2.98"，倾斜误差为0.91"，径向误差为399 nm，轴向误差为37 nm。

关键词： 运动学研究   D-H法   湿喷机械臂   七自由度  

摘要： 以七自由度湿喷机械臂为研究对象，对其进行运动学特性的研究。建立湿喷机械臂的运动学模型，得到七自由度机械臂的运动学方程。运用MATLAB软件研究机械臂在关节空间中的轨迹规划，采用数值法求解机械臂的工作空间。运用ADAMS软件建立机械臂的仿真模型，对机械臂进行运动学仿真，得到机械臂末端的运动曲线。建立各关节运动参数间的转换关系，验证运动学方程的正确性。仿真结果表明机械臂能够完成预定的运动轨迹，可达到宽12m、高11 m的工作空间，机械臂运动平稳，连续性好。

关键词： 绳牵引式巡检机器人   2自由度弹性缓冲机构   弹性系数   整体设计   ADAMS  

摘要： 针对现有的绳牵引式巡检机器人自身抖动较大影响图像识别准确率的问题，设计了一种有效减少巡检机器人自身抖动的2自由度弹性缓冲机构，用于连接绳索和巡检机器人。介绍了巡检机器人的现状，对带式输送机往复巡检系统总体方案进行了研究和设计。据此，使用ADAMS建立虚拟样机模型，重点仿真分析机器人在水平匀速巡检工况下，2自由度弹性缓冲机构的减振效果，并得出其最佳弹性系数。最后搭建实验测试平台，通过实验和仿真的结果表明：2自由度弹性缓冲机构能够大幅减少巡检机器人主体的上下抖动，提高巡检机器人图像及其他传感器识别准确率。

关键词： 能量法   船舶结构力学   应变能   虚位移原理  

摘要： 本文通过研究应变能与虚位移原理的理论，结合船舶中静不定桁架进行实例分析，讨论了能量法在船舶结构力学中的应用。