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两转一移冗余驱动并联机构构型综合新方法研究 被引量:8
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作者 李永泉 张阳 +2 位作者 郭雨 李旭冉 张立杰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第23期25-37,共13页
在铣削、钻铆、焊接等领域需要2R1T三自由度执行机构,特别是在高刚度、大工作空间、良好驱动稳定性等场合需要引进冗余驱动来改善2R1T并联机构的性能,为此基于Grassmann线几何和图谱法提出了一种系统有效且简单实用的2R1T冗余驱动并联... 在铣削、钻铆、焊接等领域需要2R1T三自由度执行机构,特别是在高刚度、大工作空间、良好驱动稳定性等场合需要引进冗余驱动来改善2R1T并联机构的性能,为此基于Grassmann线几何和图谱法提出了一种系统有效且简单实用的2R1T冗余驱动并联机构构型综合新方法。根据机构的运动模式确定动平台的自由度线图,然后根据对偶法则得到动平台约束线图,通过在动平台约束线图增加冗余线得到冗余约束线图及其等效线图,根据支链约束分配原则将其分为7种方案;采用图谱法基于约束方案构造相应支链,并根据支链选取和配置准则综合机构的初步构型,每种方案分别综合了12、67、96、0、12、48、16种新构型,共综合出251种新构型,其中包含了一些文献所提出的2R1T冗余驱动并联机构;通过图谱法对已综合机构进行瞬时性分析,发现方案1和方案2所综合机构具有瞬时性,提出将该类机构中的一对平行力约束共轴布置的改进方法可消除其瞬时性,通过瞬时性分析验证该综合方法的可行性和合理性。该方法同样适用于4、5、6自由度冗余驱动并联机构构型综合。 展开更多
关键词 图谱法 并联机构 冗余驱动 型综合
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可重复使用天地往返飞行器中的多输入控制问题 被引量:7
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作者 黄頔 郝宇清 段志生 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期878-889,共12页
本文从5个方面对新一代可重复使用天地往返飞行器(reusablelaunchvehicle,RLV)中存在的多输入控制问题进行了讨论:1)RLV增加冗余输入通道后,对飞行器系统性能的影响;2)RLV存在冗余输入通道时的控制分配问题;3)RLV再入大气层时,舵面和喷... 本文从5个方面对新一代可重复使用天地往返飞行器(reusablelaunchvehicle,RLV)中存在的多输入控制问题进行了讨论:1)RLV增加冗余输入通道后,对飞行器系统性能的影响;2)RLV存在冗余输入通道时的控制分配问题;3)RLV再入大气层时,舵面和喷流反作用系统(reaction-jet control system,RCS)异类执行机构的复合控制问题;4)RLV三通道关联耦合效应对控制的影响;5)RLV为抑制机体弹性振动而面临的执行器位置寻优问题.开展RLV多输入控制课题的研究,不仅能挖掘出控制科学中的新问题,推动控制理论的进一步发展,而且也能为工程实践提供重要的理论支撑. 展开更多
关键词 可重复使用天地往返飞行器(RLV) 冗余输入 控制分配 异类执行机构 耦合 位置寻优
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基于加权矩阵的过驱动并联机构驱动力矩调节法 被引量:6
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作者 闫彩霞 闫楚良 陆震 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1215-1219,共5页
建立了一种平面三自由度过驱动并联机构的运动学方程,并基于虚功原理和等效力方法得出了其动力学模型。分析了过驱动机构动力学方程逆解问题的特点,提出用一种新的优化目标(即加权范数最小方法)来协调分配驱动力矩。将驱动器的额定输出... 建立了一种平面三自由度过驱动并联机构的运动学方程,并基于虚功原理和等效力方法得出了其动力学模型。分析了过驱动机构动力学方程逆解问题的特点,提出用一种新的优化目标(即加权范数最小方法)来协调分配驱动力矩。将驱动器的额定输出力矩与实际工作力矩之间的差值定义为该驱动器的继容力矩,在此基础上给出了加权系数的选择准则。根据所提出的局部调节或全局调节准则来选择加权系数可以调节相应驱动器输出力矩,在一定程度上可以均衡各驱动器的继容力矩。数值计算结果表明,该方法对于防止部分驱动器输出力矩过大和保证系统稳定有一定的作用。 展开更多
关键词 自动控制技术 并联机器人 过驱动 驱动力矩调节 加权矩阵
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Closed-loop dynamic control allocation for aircraft with multiple actuators 被引量:5
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作者 Gai Wendong Wang Honglun 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第3期676-686,共11页
A closed-loop control allocation method is proposed for a class of aircraft with multiple actuators. Nonlinear dynamic inversion is used to design the baseline attitude controller and derive the desired moment increme... A closed-loop control allocation method is proposed for a class of aircraft with multiple actuators. Nonlinear dynamic inversion is used to design the baseline attitude controller and derive the desired moment increment. And a feedback loop for the moment increment produced by the deflections of actuators is added to the angular rate loop, then the error between the desired and actual moment increment is the input of the dynamic control allocation. Subsequently, the stability of the closed-loop dynamic control allocation system is analyzed in detail. Especially, the closedloop system stability is also analyzed in the presence of two types of actuator failures: loss of effectiveness and lock-in-place actuator failures, where a fault detection subsystem to identify the actuator failures is absent. Finally, the proposed method is applied to a canard rotor/wing (CRW) aircraft model in fixed-wing mode, which has multiple actuators for flight control. The nonlinear simulation demonstrates that this method can guarantee the stability and tracking performance whether the actuators are healthy or fail. 展开更多
关键词 Canard rotor/wing aircraft Closed-loop control allocation Dynamic inversion Flight control systems redundant actuators
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基于驱动或结构冗余的并联机器人容错方法 被引量:5
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作者 闫彩霞 战强 陆震 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期1407-1411,共5页
研究了并联机器人利用驱动冗余进行驱动器故障容错及利用结构冗余进行关节故障容错的方法.结合冗余驱动并联机构的力矩分配问题的多解性,分析了部分驱动器故障后在剩余正常工作驱动器之间重新分配驱动力矩以实现容错的方法.结合结构冗... 研究了并联机器人利用驱动冗余进行驱动器故障容错及利用结构冗余进行关节故障容错的方法.结合冗余驱动并联机构的力矩分配问题的多解性,分析了部分驱动器故障后在剩余正常工作驱动器之间重新分配驱动力矩以实现容错的方法.结合结构冗余并联机构的特点,分析了放弃部分结构自由度以完成操作任务的方法.从运动学和动力学角度讨论了两类冗余机器人的特点及容错的可能性,以一种平面三自由度并联机构为实例,针对驱动器及关节故障分别分析了故障后机构运动学和动力学性能的变化,验证了采用驱动及结构的冗余进行容错的可行性. 展开更多
关键词 并联机器人 冗余驱动 结构冗余 容错
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连杆机构KED平衡的一种新方法 被引量:2
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作者 林晶 余跃庆 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第4期390-393,共4页
用冗余驱动的新方法解决了连杆机构弹性动力(KED)平衡的问题.推导出具有冗余驱动的弹性机构动力学方程;网述了冗余驱动主动平衡的原理和方法.并通过一平面4R机构例子充分说明了这种新方法对弹性机构动力平衡的良好效果和优越性.
关键词 连杆机构 弹性动力平衡 冗余驱动 弹性机构动力学 KED平衡 主动平衡原理
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过驱动并联机器人驱动力矩的特解构造法 被引量:3
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作者 闫彩霞 何广平 陆震 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期725-728,733,共5页
以一种平面三自由度过驱动并联机构为研究对象,分析其运动学方程,并采用虚功原理和等效力方法推导了该机构的动力学模型.讨论过驱动机构的容错性,给出了故障前后驱动关节力矩突变的定义.分析过驱动机构逆动力学方程解的不确定性,从提高... 以一种平面三自由度过驱动并联机构为研究对象,分析其运动学方程,并采用虚功原理和等效力方法推导了该机构的动力学模型.讨论过驱动机构的容错性,给出了故障前后驱动关节力矩突变的定义.分析过驱动机构逆动力学方程解的不确定性,从提高机构的可靠性以及容错性角度出发,提出一种新的过驱动机构驱动力矩分配思路,以驱动器集可靠度作为系数乘子,采用故障后力矩分配的确定解构造过驱动机构输入力矩的不确定解.将这种方法与传统的力矩分配方法所得到的各关节力矩突变之和进行比较,数据计算结果表明该方法具有更好的容错性能. 展开更多
关键词 过驱动 并联机器人 动力学 容错 可靠性 特解构造法
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基于冗余执行器的航空发动机推力快速响应控制方法研究
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作者 李睿超 虞超 +3 位作者 姚竞豪 郭迎清 王兵 王向阳 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期260-268,共9页
面向飞/推一体化控制需求,开展涡扇发动机推力快速响应控制研究,提出了适用于推力最小相位系统的冗余控制方案。研究内容包括:(1)借鉴阀位控制思想,提出在传统燃油流量(Wf)回路基础上增设尾喷口喉道面积(A8)回路,通过挖掘冗余执行器变... 面向飞/推一体化控制需求,开展涡扇发动机推力快速响应控制研究,提出了适用于推力最小相位系统的冗余控制方案。研究内容包括:(1)借鉴阀位控制思想,提出在传统燃油流量(Wf)回路基础上增设尾喷口喉道面积(A8)回路,通过挖掘冗余执行器变化速率潜力,提高推力响应速度,降低了对于燃油泵快速作动的需求,同时该方法可以使喷口在推力响应过程逐渐回中,系统具备持续的推力快速调节能力;(2)分析了A8调节推力的物理机理,指出容腔压力动力学主导的部件间流量匹配过程使得A8对推力具有直馈作用,是提高推力响应速度的有效途径。基于发动机部件级模型的评估结果表明,本文提出的方法在执行机构存在速率限制的情况下,实现了推力10 rad/s闭环带宽和A8回中的设计目标,方法可行、有效。在推力响应过程中,A8直馈作用对推力变化的贡献度最高时超过50%。随着对于推力控制模式和推力响应速度的日趋关注,应对容腔内的压力动态过程给予充分的重视。 展开更多
关键词 航空发动机 推力控制 推力快速响应 冗余执行器 最小相位系统
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基于实时控制分配策略的航天器姿态跟踪 被引量:3
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作者 郭颢萌 《计算技术与自动化》 2018年第2期6-11,54,共7页
针对含有冗余执行器的航天器姿态跟踪控制系统,首先将故障观测器得到的执行器部分失效因子估计矩阵的逆作为权值矩阵,改进了开环伪逆控制技术,并进一步考虑执行器饱和以及响应速率约束,设计了基于向量二次最优规划的开环动态控制分配方... 针对含有冗余执行器的航天器姿态跟踪控制系统,首先将故障观测器得到的执行器部分失效因子估计矩阵的逆作为权值矩阵,改进了开环伪逆控制技术,并进一步考虑执行器饱和以及响应速率约束,设计了基于向量二次最优规划的开环动态控制分配方案。考虑到执行器安装矩阵偏差会导致开环实时控制分配策略方案产生的执行器实际力矩与控制器期望力矩误差,设计了实时控制分配策略的系统结构,并给出了实时控制分配策略系统稳定的一个充分条件。最后,通过MATLAB仿真实验,从结果中看出在保证实时控制分配策略系统角速度误差和姿态四元数误差快速收敛的同时,各执行器的输出力矩均能满足输入饱和受限及响应速率约束,验证了本文设计的实时控制分配策略方案的有效性和可靠性。 展开更多
关键词 航天器 姿态跟踪控制 控制分配 执行器部分失效 冗余执行器
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考虑容错的平面二自由度过驱动机构力矩分配 被引量:2
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作者 闫彩霞 何广平 陆震 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期244-248,共5页
针对过驱动机器人的故障驱动器数目不多于驱动冗余个数的情况,探讨如何进行故障前后的驱动力矩分配以保证机构具有容错能力.以平面二自由度过驱动并联机器人为研究对象,基于达朗伯原理和等效力方法建立其动力学模型,在此基础上分析了部... 针对过驱动机器人的故障驱动器数目不多于驱动冗余个数的情况,探讨如何进行故障前后的驱动力矩分配以保证机构具有容错能力.以平面二自由度过驱动并联机器人为研究对象,基于达朗伯原理和等效力方法建立其动力学模型,在此基础上分析了部分驱动器故障后机构的动力学方程,并进一步推导故障后容错力矩再分配方法.为减小故障后驱动力矩瞬时突变对机器人末端操作的影响,提出以故障前后的力矩差值平方和最小作为优化目标来进行过驱动机构力矩分配的方法.通过数据计算比较了采用传统方法和优化方法的各关节驱动力矩的突变量之和,结果表明所提出的优化力矩分配方法可以改善容错性能. 展开更多
关键词 过驱动 并联机器人 动力学 容错
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非相似余度作动系统静态力均衡控制策略 被引量:8
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作者 付永领 范殿梁 李祝锋 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1492-1499,共8页
由功率电传作动器EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)与EMA(Electro-Mechanical Actuator)构成的非相似余度作动系统取消了中央液压源和遍布机身的液压管路,同时克服了共性故障,是飞机多电化的发展趋势.阐述了非相似余度作动系统的结构... 由功率电传作动器EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)与EMA(Electro-Mechanical Actuator)构成的非相似余度作动系统取消了中央液压源和遍布机身的液压管路,同时克服了共性故障,是飞机多电化的发展趋势.阐述了非相似余度作动系统的结构组成与工作原理,考虑舵面空气负载和连接刚度,建立了在主动/主动工作模式下闭环系统数学模型.在此基础上,论述了非相似余度作动系统静态力纷争的产生机理,提出了采用调整电气参数偏差的方法补偿静态力纷争的思想,基于上述原理提出了3种减小静态力纷争的力均衡控制策略,并对其进行理论和仿真分析.最后,对3种力均衡控制策略在静态力纷争消除性、隔离性等方面进行了综合对比分析.分析结果对非相似余度作动系统的设计及力纷争的解决提供了理论依据. 展开更多
关键词 非相似余度作动系统 功率电传作动器 非相似余度 静态力纷争 力均衡控制策略
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运载火箭大功率多余度电静压伺服机构技术研究 被引量:8
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作者 陈克勤 赵守军 +2 位作者 刘会祥 赵迎鑫 张朋 《导弹与航天运载技术》 CSCD 北大核心 2020年第4期79-84,122,共7页
针对新型运载火箭对大功率推力矢量控制的需求,提出了大功率多余度电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuators,EHA)技术方案,研制了双余度原理性样机进行技术验证。采用高集成一体化的模块化设计,伺服电机泵并联实现大功率输出,单... 针对新型运载火箭对大功率推力矢量控制的需求,提出了大功率多余度电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuators,EHA)技术方案,研制了双余度原理性样机进行技术验证。采用高集成一体化的模块化设计,伺服电机泵并联实现大功率输出,单个伺服电机泵满足基本摇摆功能,同时实现一度故障容错能力。建立了伺服系统控制模型,进行了数学仿真分析,完成了样机设计制造和大惯量负载试验研究,-45°相频带宽达到25.8rad/s,质量仅65kg,动态性能好,功重比高,验证了中国未来三或四余度等更高余度等级和更大功率级别的航天电静压伺服机构的技术可行性。 展开更多
关键词 大功率 多余度 电静压伺服机构 伺服电机泵
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Design of Electrical/Mechanical Hybrid 4-Redundancy Brushless DC Torque Motor 被引量:8
13
作者 郭宏 王巍 +1 位作者 邢伟 李艳明 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第2期211-215,共5页
This article presents a novel electrical/mechanical hybrid 4-redundancy brushless DC torque motor (BLDCM), which has found applications in direct drive actuators (DDA) of aerial vehicles. This motor is characteris... This article presents a novel electrical/mechanical hybrid 4-redundancy brushless DC torque motor (BLDCM), which has found applications in direct drive actuators (DDA) of aerial vehicles. This motor is characteristic of electrical/mechanical hybrid 4-redundancy by securing two stators along with two rotors on the same shaft. Each stator contains two sets of windings embed- ded in separated slots. Furthermore, compared to the scheme of two electrical dual-redundancy BLDCMs linked by a mechanical transmission, the proposed motor has lower volume and lighter weight, eliminates the nonlinearity caused by the gap of the me- chanical transmission, moderates the requirement for the torque balance between redundancies and reduces the cogging torque by shifting the magnets. Both magnetic circuit calculation and the finite element analysis (FEA) of the electromagnetic field are conducted to optimize the design process. A prototype motor has been produced and tested. The results indicate that its perform- ances comply with the requirements presented by designers. Moreover, the position frequency response of the prototype in the DDA's unloaded situation has also demonstrated the fulfillment of desired dynamic characteristics. 展开更多
关键词 brushless DC motor redundANCY actuators electric motor design finite element method
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Multi-agent Control of High Redundancy Actuation 被引量:2
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作者 Jessica Davies Roger Dixon +1 位作者 Roger M.Goodall Thomas Stefen 《International Journal of Automation and computing》 EI CSCD 2014年第1期1-9,共9页
The high redundancy actuator(HRA)concept is a novel approach to fault tolerant actuation that uses a high number of small actuation elements,assembled in series and parallel in order to form a single actuator which ha... The high redundancy actuator(HRA)concept is a novel approach to fault tolerant actuation that uses a high number of small actuation elements,assembled in series and parallel in order to form a single actuator which has intrinsic fault tolerance.Whilst this structure afords resilience under passive control methods alone,active control approaches are likely to provide higher levels of performance.A multiple-model control scheme for an HRA applied through the framework of multi-agent control is presented here.The application of this approach to a 10×10 HRA is discussed and consideration of reconfguration delays and fault detection errors are made.The example shows that multi-agent control can provide tangible performance improvements and increase fault tolerance in comparison to a passive fault tolerant approach.Reconfguration delays are shown to be tolerable,and a strategy for handling false fault detections is detailed. 展开更多
关键词 Fault tolerance actuators intelligent control redundANCY intelligent actuators cooperative systems
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输油站场ESD触发分析 被引量:1
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作者 武建伟 贾海东 史昊 《自动化应用》 2011年第9期61-62,66,共3页
介绍输油站场ESD系统的设置原则和结构组成,对其双重冗余配置和电液联动执行机构进行说明,分析系统的触发条件和系统特点。
关键词 ESD 双重冗余 执行机构 触发条件
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