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关键词： 推力矢量飞行器   自抗扰控制   扩张状态观测器   控制分配   自由度  

摘要： 推力矢量飞行器具有气动舵、推力矢量等改变本体姿态的多类控制输入,这使得推力矢量飞行器具备在日益复杂的空天环境下的高机动控制能力.同时,推力矢量飞行器的控制系统模型为非仿射非线性结构,并且包含复杂的不确定性,这使得其控制问题具有挑战性.本文针对三自由度推力矢量飞行器的角速度跟踪控制问题,采用自抗扰控制方法,实现了飞行过程中不确定性的主动补偿;基于气动舵优先和误差最小的准则,得到了控制输入最优解具有显式表达式的条件;针对控制输入最优解无法得到显式表达式的情况,证明了最优解一定在约束边界上,且可通过有限步求解;结合实际控制分配,定量给出了闭环系统的跟踪误差和估计误差的特性.在典型仿真环境下,本文提出的控制方法表现出有效性和鲁棒性,能够在强非线性和大范围不确定性下实现角速度跟踪目标.

关键词： 水稻插秧机   并联机构   旋量理论   自由度  

摘要： 【目的】针对水稻插秧机的作业效率,课题组提出一种并联机构来提高水稻插秧机的作业稳定性和可重复性。【方法】建立2UPR/SPS并联机构,通过螺旋理论对该机构的每条支链的自由度类型进行了分析,由于动平台两个R副和一个S副的布置,对每条支链建立了坐标系,建立了每个支链的运动螺旋系,根据互易原理,分析了每个支链的约束螺旋系。根据每条支链的约束螺旋系,列出并联机构的约束螺旋系,再进行互易,最终得到动平台的运动螺旋系。【结果】该并联机构具有两个自由度,可实现动平台在z轴方向的移动,在移动的过程中可实现绕着z轴旋转,符合水稻插秧的动作要求。【结论】由于该并联机构具有良好的稳定性和可重复性,将其应用于水稻插秧机,将有利于提高水稻插秧机的作业效率和稳定性,而且对此并联机构的分析为今后水稻插秧机结构的研究奠定了一定的基础。

关键词： 纳米晶体   周期性结构   X射线衍射   纳米晶粉末   模拟软件   对称性   自由度  

摘要： 为了深入理解超薄晶态材料的结构和对称性的独特性,本文在充分考虑超薄晶态材料堆积自由度的情况下,从数学和晶体学角度对介于二维与三维之间的超薄纳米晶体的对称性和X射线衍射进行了探讨.认为超薄纳米晶体的对称性需要用数学层群(layer group)来描述;另外,由于其层堆叠方向上不具有周期性结构,超薄纳米晶体可能产生特异衍射特征.为了验证这一观点,研究了三类在层堆叠方向不具有周期性的典型超薄纳米晶体的X射线衍射,从实验上观察到了超薄纳米晶体与其体相三维晶体粉末X射线衍射的不同;针对基于三维晶体的X射线衍射模拟软件不再适用于超薄纳米晶体的情况,发展了超薄纳米晶体的全结构X射线衍射分析方法,很好地模拟了超薄纳米晶粉末X射线衍射图.该研究对超薄纳米晶态材料的结构及对称性提出了新见解,将有益于推动相关材料的构效关系研究和新功能开发.

关键词： 机械臂   前后左右   任意角度   关节   肘部   手臂   自由度  

摘要： 天和核心舱机械臂简称天和机械臂,是一款模仿人类手臂的七自由度机械臂。天和机械臂的“肩部”设置了三个“关节”,“肘部”设置了一个“关节”,“腕部”设置了三个“关节”,一共七个“关节。每个关节”对应一个自由度,就如同人类的手臂一般,具有七自由度的活动能力。各个“关节”的旋转,能够实现前后左右任意角度与位置的抓取和操作。

关键词： 多自由度   波能转换装置   机械整流  

摘要： 为提高波能俘获效率,提出了一种由固定平台、垂直轴对称浮体、管状结构和三个动力输出(PTO)机构组成的多自由度波能转换装置,其中管状结构与固定平台之间采用万向接头连接,浮体与管状结构间采用运动导向机构连接使两者具有相同的纵摇和横摇运动,浮体沿管状结构滑动的能量俘获采用机械整流PTO系统使与之连接的发电机实现单向旋转,其余两个PTO安装在铰接轴处;利用势流理论建立了该装置水动力分析的时域计算模型,其中静水力和Froude-Krylov力采用沿浮体静浮时湿表面积分的线性和沿瞬时湿表面积分的非线性两种方法分别计算;为考虑可能出现的大幅纵/横摇运动的影响,垂向机械整流PTO负载力分解到纵荡、横荡和垂荡方向时不作线性化处理;分析了随浪规则波作用下,波高、垂向PTO和纵摇PTO阻尼系数的影响。结果表明:在相同参数下采用非线性方法所得垂向PTO的波能浮获效率及装置总效率均小于线性方法所得结果,而纵摇PTO的波能浮获效率则大于线性方法结果;波高越大,两种方法所得结果之间的差值越大。

关键词： 仿人机械臂   运动规划   任务约束   高斯过程   自运动流形  

摘要： 为解决基于随机采样的算法在任务约束下运动规划存在计算量大、效率低且不考虑拟人的问题,提出一种任务约束下七自由度机械臂拟人运动规划方法.本方法在任务空间中采样,首先为机械臂末端规划出一条满足任务约束的无碰撞路径,采用高斯过程学习的方法得到机械臂末端路径点与拟人臂构型间的关系;然后完整描述机械臂自运动流形,为不满足关节限位或碰撞的拟人臂构型对应的末端路径点选取次拟人臂构型,得到任务空间与关节空间的映射关系;最后将此映射关系与任务空间下的无碰撞路径相结合用于机械臂拟人运动规划.实验结果表明:与改进快速扩展随机树(RRT*)和基于投影的方法相比,本方法规划的路径长度分别减少了55%与38%,速度分别增加了39%与68%,满足任务约束,且运动更加拟人.

关键词： VCR发动机   二自由度可调机构   型综合   尺度综合  

摘要： 针对现阶段VCR发动机的设计方法存在不完整、不透明的问题,本文提出一种基于二自由度可调机构的新型VCR发动机方案的设计方法。首先使用拓扑缩图插点法对二自由度9杆及构件数低于9的机构进行型综合,并系统地为新型VCR发动机进行机构选型。其次,根据给定的设计指标,对新型VCR发动机机构进行尺度综合,提出能同时满足机构传动角和机构整周转需求的几何计算方法,确定了二自由度可调构件位置变化与压缩比变化的函数关系,实现了压缩比范围的精确控制,为VCR发动机的创新设计提供了相应的理论依据,同时还拟定出完整的设计流程。

关键词： 双有源桥变换器   四自由度   自抗扰控制  

摘要： 采用变频加三移相(TPS)的四自由度调制可以提高双有源桥(DAB)变换器工作效率。为改善四自由度调制下DAB变换器动态响应性能,提出了一种基于虚拟功率控制的自抗扰控制(ADRC)策略,建立了从虚拟功率到系统输出电压的数学模型,设计了一种四自由度调制下DAB变换器ADRC结构,并搭建了实验样机进行验证。

关键词： 组合机构   自由度   计算   基本机构   公共约束  

摘要： 用修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式,计算组合机构的自由度,有时会产生错误的结果。为了正确计算组合机构的自由度,并考虑计算组合机构自由度的方法便于工程技术人员学习和应用,根据修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式,导出组合机构自由度的计算公式,得到机构自由度的一般计算公式;提出计算组合机构自由度的注意事项,给出了组合机构划分为基本机构的方法,并给出了算例。修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式只能用于1个基本机构的自由度计算及各个基本机构的公共约束相同的机构自由度计算;对于一般的组合机构,要用组合机构自由度的公式计算其自由度。组合机构自由度等于各个基本机构自由度的和。