空间机器人执行器自适应分散容错控制算法设计

针对执行器发生部分失效故障的漂浮基空间机器人系统，提出了一种自适应H_∞分散容错控制算法。利用拉格朗日第二类方程建立了系统的动力学模型。根据分散原理将系统分解为以基座或臂杆为单元的多个子系统，并将表示执行器控制能力的有效因子融入到每个子系统，使得单个子系统的执行器故障不会影响相邻执行器的正常运行。通过对每个故障子系统设计形式一致的自适应容错算法实现对整个系统的容错控制。仿真结果表明，与现有某非奇异终端滑模容错算法相比，本文算法具有更快的跟踪速度和更高的跟踪精度。     

一类模糊T-S模型互联系统的自适应容错跟踪控制

针对一类带有执行器故障的T-S模糊互联的容错跟踪控制问题,提出了一种模糊自适应容错控制器。该控制器由一个模糊控制器和一个自适应控制器组成,模糊控制器能够保证系统没有故障时闭环系统渐近稳定,而自适应控制器能够补偿系统的执行器故障。所提出的容错控制方法不但使得闭环系统渐近稳定、系统的输出渐近跟踪给定的参考信号,并获得H∞控制性能。最后应用Lyapunov函数和线性矩阵不等式的方法,给出和证明了带有执行器故障的T-S模糊互联系统的稳定的充分条件。仿真结果进一步验证了所提出方法的有效性。     

压电智能环形板的主动控制

对在不同位置粘有任意多组压电传感器和压电执行器的轴对称弹性环形薄板的振动控制进行了研究．根据压电执行元件的等效作用量得到了压电智能环板的振动控制方程和传感方程,再利用分离变量法以及由传感器测得的电量和作用在执行器上电压之间的控制模式得到振动方程的全解．实行了对整体结构的主动控制．对不同的压电片布置进行了数值计算．结果表明：当离散分布压电元件布置越密,振动衰减的效果越佳     

非线性压电效应下压电弯曲执行器的弯曲

研究压电弯曲执行器在强电场作用下的非线性弯曲行为。考虑电致伸缩和电致弹性的非线性压电效应,导出了压电悬臂执行器自由端挠度或激励力和作用电场之间的非线性关系。结果表明,考虑非线性压电效应在很大的电场范围内都与实验结果吻合得很好,而线性压电效应只适合于低电场的情况。     

非线性压电效应下压电弯曲执行器的动力分析

研究压电弯曲执行器在强电场作用下的非线性动力行为．考虑电致伸缩和电致弹性的非线性压电效应，导出了压电悬臂执行器变刚度的弯曲振动控制方程．利用非定常振动的渐近理论，讨论了弯曲压电执行器的动力特征．根据目前的非线性模型可以计算压电悬臂执行器的固有共振频率与电场的变化关系．结果表明压电执行器端头挠度谐振幅度随作用电场振幅的增大而增大，以及力学品质因数随电场振幅的增大而减少，并且与实验结果非常吻合．通过数值比较得到在电场频率随时间变化非常缓慢的情况下非定常振动问题可以近似地用定常振动来处理．     

带边缘驱动的214单元单压电变形镜仿真与实验

为了提高用于天文自适应光学系统的单压电变形镜的校正能力,提出了一种直径为75 mm且包含214个单元的带边缘驱动的单压电变形镜,单压电变形镜的边缘由数个压电堆栈执行器支撑.首先,通过有限元方法对变形镜进行仿真建模,分析比较三点、六点能动支撑对变形镜性能的影响.之后制备了三点、六点边缘驱动的变形镜样机.最后,利用波前传感器测试了边缘执行器对低阶像差的校正能力.实验结果表明:在0~100 V电压下,三点能动支撑与六点能动支撑变形镜均可重构大于12μm的倾斜像差,对应的归一化残余误差小于0.06,六点致动对像散和三叶草像差也具有较好的校正能力,证明边缘执行器可提高单压电变形镜的校正能力.     

稀土超磁致伸缩材料的应用

本文重点介绍稀土超磁致伸缩材料在声学方面，特别是在水声换能器方面的应用。     

基于TEDS接口的智能传感网络系统

为了扩展测试系统挂接传感器的数量,使不同类型传感器在配置时实现即插即用,提出了一种基于TEDS接口的智能传感网络系统;此网络系统采用温度传感器和倾角传感器分别对-55～+125 ℃环境温度和-90°～+90°的倾角进行实时测量;通过TEDS(Transducer Electronic Data Sheets)技术实现了传感器的智能化要求;传感器采集到的信号,经过FPGA进行相关的处理,通过RS485总线传输到总的网络适配器,网络适配器的控制单元通过USB接口上传给上位机;实验结果证明,温度测量精度达到0.1 ℃,倾角的测量精度达到0.5°,验证本系统的稳定性和可靠性。     

航天器有限时间饱和姿态跟踪控制

针对刚体航天器系统,对存在模型不确定性、外界干扰力矩和控制器饱和等条件下的姿态跟踪控制问题进行了研究。首先,考虑未知模型不确定性和外界干扰,且总干扰上界为未知常数,结合快速非奇异终端滑模、快速终端滑模趋近律以及辅助系统构造了基本的鲁棒有限时间饱和控制器,并通过辅助系统直接补偿了控制器饱和;其次,针对系统总干扰具有多项式上界的情形,进一步结合自适应控制算法,对其上界函数中的未知参数进行在线估计,并设计了自适应有限时间饱和控制器。同时,基于Lyapunov稳定性理论证明了所提出控制算法的有限时间收敛特性。最后,通过数值仿真验证所提出控制算法的控制效果,在两种控制器作用下姿态的跟踪精度分别为5×10-5和1×10-5,证明了所提出控制算法的有效性。     

手-眼视觉动态目标定位方法研究

提出了一种机器人手-眼视觉分步动态目标定位方法,实验中保持摄像机图像平面与工作台平面平行,通过摄像机在不同高度对工作台上目标的分步拍摄并获取目标位置信息,将目标定位的三维关系简化为二维关系处理。在摄像机对目标定位的过程中,目标位置信息被不断修正,最终将目标定位在图像的中心位置,进而引导末端执行器完成对目标的准确抓取。实验结果显示该手-眼视觉分步动态目标定位方法定位准确、可靠性高。