针对电液伺服双缸同步系统的控制复杂、非线性强等问题,提出了一种反步控制算法,利用半实物仿真技术完成电液伺服同步系统的同步精度和反步法控制器的仿真验证工作。首先,对电液伺服双缸同步系统数学模型进行了研究,根据阀控缸基本方程和横梁动力学方程,推导了电液伺服同步系统非线性状态空间方程,利用坐标变换,将方程整理成矩阵形式以及严格反馈形式,满足了反步法控制律的应用条件;然后,根据李雅普诺夫稳定性理论和反步法控制原理,推导了电液伺服双缸同步系统的反步法控制律,编写了C语言程序设计反步法控制器;最后,由工控机和研华USB-4704数据采集卡组成的半实物仿真平台,完成了电液伺服双缸同步系统反步法控制策略的试验。研究结果表明反步法控制电液伺服双缸同步控制系统,相比于常规PID控制,液压缸实际位移与期望位移误差更小...

无人机在交通运输领域有着广阔的应用前景,针对三翼式无人机的结构特点,建立了半实物仿真控制系统。首先,根据无人机飞行器的建立数学模型和控制原理,数学模型的关键参数通过辨识实验获取,提出了由模式切换策略、层次控制器和控制分配算法组成的无人机控制方案。最后为了验证控制方案的有效性,研制了包括自动驾驶仪、地面控制站和X-Plane在内的半实物仿真系统,结果表明飞行器在过渡模式下的姿态和高度具有较高的跟踪精度,验证了无人机控制方案的有效性。该仿真系统可以在飞行实验前发现并修改缺陷或问题,能够为无人机样机的研制提供一种可替代的验证方法。

针对阀口独立电液阀故障诊断与状态感知功能开发需求,设计搭建了一种基于高速开关阀与低惯量气缸驱动的高频阀芯-电磁铁加载与故障半实物仿真试验平台,并对试验台性能进行了初步测试。该仿真平台通过PWM信号驱动高速开关阀控制双作用气缸活塞杆位移与输出力,调控加载于阀芯比例电磁铁的模拟工况,实现电液阀阀内故障的半实物模拟。试验平台基于ARM平台建立,集成了场效应驱动电路与位移传感器、拉压力传感器与电流传感器等感知元件,可完成对模拟工况下阀芯的动态特征的捕捉。初步试验结果表明,通过设置不同PWM驱动信号可实现阀芯加载力调节、实现阀芯卡滞模拟,验证了平台功能。

多泵数字液压传动风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。但不同排量液压泵参与工作的切换会造成风力机液压传动系统流量发生突变并产生压力冲击,影响风力机工作特性和风轮对风能的吸收。在分析多泵数字液压传动风力机工作原理的基础上,对5 MW级多泵数字液压传动风力机的方案进行设计和AMESim仿真建模;进行恒定风速和变风速条件下液压泵工作切换的仿真研究,得到多泵切换时液压风力机的风能利用系数、液压系统流量、压力等工作特性的变化规律;搭建了5 kW风能能量多泵数字液压传递半实物仿真实验平台对仿真结果进行实验验证;研究结果为多泵数字液压传动风力机风能高效利用和稳定运行提供理论依据和技术参考。

为提升小型无人艇控制系统的系统集成度和自主控制能力,设计开发了一种基于STM32F103T8U6嵌入式微处理器和LabVIEW仿真软件的小型无人艇集成控制系统。文中详细阐述了该集成控制系统的硬件总体框架、各模块的详细电路设计、软件算法工作流程,在Matlab/Simulink工具箱中进行了无人艇的运动控制算法仿真实验,利用LabVIEW以及KeiluVision进行了小型无人艇的半实物仿真实验,确保系统设计的可行性和实际工作的可靠性。实验结果表明,所设计的小型无人艇控制系统可以实现无人艇的运动控制目标,实现了设计要求。

针对服务型机器人对系统的柔性、安全性提出的高要求,开展了气压驱动轻量型机械臂的伺服控制系统和碰撞检测方法研究。设计制作了二自由度轻量型机械臂样机,建立了机械臂的运动学和动力学方程,对系统的摩擦力矩进行了辨识。采用PID与加速度反馈和摩擦力前馈补偿控制策略,解决了机械臂关节旋转过程中的低速爬行问题。研究了基于被动柔顺控制和动力学方程的碰撞检测方法,实现了机械臂的防碰撞功能,提高了系统的安全性。通过对实验样机的试验测试,验证了机械臂的位置伺服控制策略和碰撞检测方法的有效性。

飞行器实弹、实机测试前必须先进行地面半实物仿真,而空气动力负载模拟器是半实物仿真系统里的必备设备,主要用来模拟飞行器舵面受到的气动力负载,进而检验控制系统在载荷影响下的控制性能;飞行器一般具有很强的机动性,对应的气动力载荷谱幅值范围大,变化极快,所以气动力模拟器的控制实时性能要求极高,控制周期要快至微秒的水平,对软件设计提出了很高的要求;模拟器系统的测控通道很多,工况需求多样,所以软件架构复杂,需要针对模拟器的工况进行详细设计;文章分析了一个典型的气动力模拟器的控制需求,搭建了软件结构,设计了一个通用的控制软件。

针对中风导致的人体上肢运动功能障碍,提出了一种气动上肢康复训练机器人系统,并研制了二自由度的机器人样机。以带位置检测传感器的摆动气缸作为机器人的关节驱动模块,用比例调压阀作为控制元件,采用PD+速度前馈的柔顺控制策略,对机器人的关节旋转角度实施精准控制。同时,设计了机器人的复合运动轨迹规划,以取水和擦玻璃动作为任务,带动手臂进行康复训练实验。通过样机的测试,验证了控制策略的有效性和康复轨迹规划的可行性。

为缩短产品开发周期,提出一种并联液压混合动力系统半实物仿真方法。通过转矩转速传感器实时采集液压混合动力实物系统的输入/输出扭矩、转速,利用压力传感器实时采集蓄能器压力,根据上位机中实时运行的后向仿真整车及控制策略模型,计算发动机扭矩和转速,实时获得整车循环工况油耗。该方法用到的实物部件少,控制系统简单。对比该方法与计算机仿真方法,结果表明:该方法电力测功机转速跟随误差较小,泵马达转矩、发动机转矩、蓄能器压力和整

系统仿真可分为物理仿真、数学仿真及物理-数学仿真(又称半物理仿真或半实物仿真).对于被控对象工作环境恶劣的系统宜采用半实物仿真.基于Matlab软件的xPC目标环境具有交互直观快速灵活实时性与远程控制等许多优点.本文以液压疲劳试验机控制系统为例介绍基于xPC目标的半实物实时仿真系统的设计及实现.