2014年, 第50卷, 第3期　
刊出日期：2014-02-05

  

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  并联机构中运动/力传递功率最大值的评价

  陈祥;谢福贵;刘辛军

  . 2014, 50(3): 1-9.

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  并联机构的本质作用之一是在机构的输入端和输出端之间传递运动和力。对并联机构的性能分析需要从该本质功能出发，考虑机构运动和力的传递特性。在螺旋理论中，当运动旋量和力旋量进行互易积运算时，其结果表示该力在运动方向上的瞬时传递功率。结合能效系数法，可将瞬时传递功率和可能的最大传递功率之比定义相关的评价指标，用以分析并联机构的运动/力传递特性。该指标能否实用的关键问题之一是如何理解和求解可能的传递功率的最大值。根据并联机构中可能存在的不同形式的运动旋量和力旋量的组合，将功率最大值的求解问题分为五种情况，对每种情况的计算模型进行详细的推导与解释，尤其是当刚体的力和运动均为浮动的旋量(力旋量/运动旋量)时，提出改进后的特征点法，建立有效的求解模型。此外，以三个常见的并联机构为例，对机构中运动/力传递功率的最大值进行求解，以进一步说明所提计算模型的合理性和实用性。
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  面向直接示教的机器人零力控制

  游有鹏;张宇;李成刚

  . 2014, 50(3): 10-17.

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  提出基于力矩控制的零力控制方法应用于机器人直接示教。针对机器人连杆重力矩和关节摩擦力矩难以直接建模计算，分析机器人关节力矩与连杆自重、关节位姿、负载大小、库仑摩擦力、黏滞摩擦力等因素的关系，提出基于自测量的重力矩及摩擦力矩计算方案，并给出重力矩、摩擦力矩求解所需参数的具体测量方案。在自行研制的直流电动机驱动机器人样机上验证所研究补偿算法，力矩补偿效果明显。与现有基于位置控制的零力控制方法相比，该方法无需多维力传感器，系统简洁、成本低、示教灵活，为各类运动轨迹复杂的机器人示教开辟了新途径。
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  共轭曲线齿轮齿面的构建

  陈兵奎;高艳娥;梁栋

  . 2014, 50(3): 18-24.

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  在共轭曲线原理的基础上，提出以适当半径的球面沿曲线的指定等距线包络出啮合管的等距包络法，建立共轭曲线齿轮管状齿面的构建理论。推导一对共轭曲线的等距线方程、啮合管方程等，通过截取含有曲线部分的啮合管构建齿轮的啮合齿面，得到具有曲线接触特性的管状齿面；根据啮合管等距距离和等距方向的不同，构建三种不同接触形式的管状齿面：凸凸接触、凸平接触和凸凹接触，其中凸凹接触形式的管状齿面在接触点处的相对曲率半径最大，赫兹接触应力最小。以常用的圆柱螺旋线为例，介绍共轭曲线齿轮齿面构建理论的应用，求解该曲线及其共轭曲线的等距线方程和啮合管方程，并根据运算结果建立精确的共轭曲线齿轮实体模型。
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  滚动轴承支撑人字齿轮传动系统动力传递过程分析研究

  王峰;方宗德;李声晋

  . 2014, 50(3): 25-32.

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  为能更有效地分析滚动轴承支撑人字齿轮传动系统的振动传递特性，提出基于轮齿承载接触分析、同时考虑齿轮轴扭转变形及安装误差的人字齿轮左右轮齿啮合刚度计算方法，建立综合考虑时变啮合刚度、啮入冲击激励的人字齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。在提出的考虑轴承内部载荷分布的滚动轴承支撑系统载荷分配计算方法以及包含承载滚子、内外圈的滚动轴承动力学模型基础上，较完整地分析人字齿轮传动系统的齿对啮合振动经由齿轮轴分配到支撑滚动轴承，最后再由轴承内圈传递到外圈的传递过程。以某滚动轴承支撑人字齿轮传动系统为实例进行的仿真计算结果表明：该振动传递计算方法较科学合理地计算出人字齿轮系统的动载荷传递过程，更精确地得到箱体轴承孔内壁的振动载荷，为下一步有效地分析人字齿轮箱体振动特性提供了保障。同时滚动轴承在传递载荷的过程中起到类似浮筏隔振系统的隔振降噪作用。
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  一种模块化机器人的标定方法研究

  高文斌;王洪光;姜勇;潘新安

  . 2014, 50(3): 33-40.

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  对一种可重构模块化机器人系统进行定位精度标定方法研究。采用装配映射矩阵描述任意给定的模块化机械臂组成模块间的装配关系，并根据装配信息自动生成指数积形式的运动学模型。根据指数积公式中关节旋量坐标的理论值和实际值之间的伴随变换关系将运动学模型改写成包含关节约束条件的等价形式。对运动学方程取微分得到机械臂末端定位误差与关节旋量误差及零位位置误差间的线性化模型。给出了一种基于最小二乘法的运动学参数标定模型及其生成方法。通过程序生成一种5自由度模块化机械臂的标定模型并采用激光跟踪仪作为测量设备进行运动学参数标定试验。试验结果表明标定过程能够快速收敛到稳定值。测试结果表明经参数标定机器人的平均定位精度提高了近4倍。
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  外骨骼型下肢康复机器人结构设计与动力学分析

  史小华;王洪波;孙利;高峰;徐震

  . 2014, 50(3): 41-48.

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  针对当前下肢瘫患者众多而康复师和智能化康复设备短缺的状况，设计出多关节、坐/卧式下肢康复机器人。该机器人包括一个靠背角度可自动调节的座椅和两条外骨骼型机械腿，可适应不同身高和胖瘦的患者。详细介绍了该机器人的结构及功能，包括机器人的技术参数；机械腿髋、膝、踝三个关节及足部的结构和驱动方式；大腿和小腿长度调节机构；关节旋转角度的三重安全保护措施；电测、电控硬件的布置。建立人/机一体化模型，对机器人的运动学和动力学进行理论分析，并结合ADAMS软件进行运动学和动力学仿真；临床试验表明该机器人设计方案的可行性、安全性，并验证计算和仿真结果的正确性，但是其疗效还需要进一步验证。最后分析关节力矩产生测量误差的主要原因。
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  参数化直线共轭内啮合泵齿廓设计方法

  魏伟锋;张广鹏;杜真一;康宁

  . 2014, 50(3): 49-55.

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  针对直线共轭内啮合泵齿廓设计，建立通用齿廓法线反转法求解共轭齿廓点数学模型，给出由啮合线求滑动率、啮合角、压力角的方法，揭示距离参数l对传动性能的影响规律；形成以齿厚系数k为参数的整体齿廓构成方法，提出重叠干涉的判定条件及齿根、齿顶干涉的解决方案。建立流量脉动及困油特性模型，通过对直线共轭内啮合泵性能仿真分析，结果表明该类泵具有流量脉动小、不易困油等优势，为系统性解决直线共轭内啮合泵齿廓设计提供方法。
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  一种新型6自由度运动平台的控制研究

  施昕昕;常思勤

  . 2014, 50(3): 56-63.

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  针对一种新型6自由度运动平台的控制问题，提出基于改进型自抗扰控制器的高性能轨迹跟踪控制算法。采用基于运动学的控制方法对6自由度运动平台进行控制研究，利用参考加速度前馈量对常规自抗扰控制器进行改进，在Matlab/Simulink中进行仿真研究，分析经典比例积分微分控制器、常规自抗扰控制器和改进型自抗扰控制器对正弦轨迹的跟踪性能及其对系统参数变化和外部扰动的抑制能力，并构建基于dSPACE的运动控制试验系统。对比仿真和试验结果表明，改进型自抗扰控制器能有效提高轨迹跟踪精度，使新型6自由度运动平台较好地实现给定的目标运动。
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  自适应总体平均经验模式分解及其在行星齿轮箱故障检测中的应用

  雷亚国;孔德同;李乃鹏;林京

  . 2014, 50(3): 64-70.

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  总体平均经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition, EEMD)是针对经验模式分解(Empirical mode decomposition, EMD)存在的模式混淆问题而提出的，对分解信号加入高斯白噪声，改善信号的极值点分布，经过多次平均，从而达到减小模式混淆的目的。然而，EEMD分解效果取决于添加噪声的幅值、筛选次数等参数的选择。目前的研究通常是人为选择这些参数，具有较大的盲目性和主观性，因此分解结果差强人意。为了解决以上问题，提出一种新的自适应总体平均经验模式分解方法。该方法基于EMD的滤波特性，在提取本征模式分量(Intrinsic mode function, IMF)的过程中自适应改变加入噪声的幅值，并对每个IMF自动选择不同的筛选次数，可以更好地削弱模式混淆。通过仿真试验验证了该方法的有效性，并将该方法应用于行星轮故障检测中，取得了比EEMD更好的故障检测结果。
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  高速磁悬浮电动机对拖试验中转子不平衡量在线辨识与振动控制

  冯锐;郑世强;房建成

  . 2014, 50(3): 71-77.

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  针对高速磁悬浮电动机对拖试验中两台电动机转子轴不对中导致的转子不平衡振动加剧问题，提出一种基于简化广义陷波器的转子不平衡量在线辨识与振动控制方法，通过把联轴器之间的扰动力看作同频扰动，对电动机转子轴建立数学模型，采用简化广义陷波器对转子不平衡同频分量进行辨识作为位移补偿信号，使转子轴绕其惯性轴旋转，并使用广义根轨迹分析加入陷波补偿后磁轴承控制系统的稳定性和算法收敛性。电动机对拖试验结果表明：该方法有效地抑制了电动机转子轴的不平衡振动，保证了磁悬浮转子在对拖试验中高速稳定运行，在转子额定转速36 000 r/min时，转子位移跳动降低80%，控制电流峰峰值降低65%，同频振动减小为原来的28.7%，磁轴承系统的功耗也略有降低。
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  基于机电耦合动力学模型的电主轴系统软起动特性

  吕浪;熊万里

  . 2014, 50(3): 78-91.

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  电主轴实现快速平稳起动对缩短加工辅助过程，提高加工效率，降低系统冲击非常重要。针对现有电动机起动性能分析计算方法的不足，如传统基于等效电路的起动电流迭代法不能反映出起动电流和起动转矩的动态变化，且在降压降频条件下迭代不收敛，不适合研究电主轴的软起动；有限元计算效率较低，工程上不实用；基于电动机模型和Park变换的动力学分析方法仅考虑电动机本身，不足以真实反映电主轴系统降压降频软起动性能。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统降压降频软起动特性分析方法。采用提出方法研究磨用电主轴系统降压降频软起动过渡过程机电耦合机理，分析磨用电主轴系统机电参数对起动电流、起动转矩、脉动转矩等的影响，并在电主轴试验台上进行起动性能试验。揭示机电耦合物理机理。提出通过优化逆变器工作参数、电动机电磁设计参数和砂轮机械参数抑制机电耦合振动，提高系统软起动平稳性，缩短起动时间的具体策略。通过仿真与试验证实了提出方法的正确性和有效性。
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  基于特征空间降噪的局部保持投影算法及其在轴承故障分类中的应用

  张绍辉;李巍华

  . 2014, 50(3): 92-99.

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  实际机械振动信号不可避免受到各种各样的噪声干扰，导致机械状态诊断结果误判等问题。目前的降噪算法主要都是针对时域振动信号，所需计算时间较长、占用存储空间较大。流形学习算法处理对象是样本特征空间数据，提出一种直接对样本特征空间进行奇异值分解降噪方法，再对降噪后的特征空间利用局部保留投影算法进行维数约简，通过1NN算法对设备运行状态进行识别。轴承故障仿真试验表明，与直接对时域信号进行降噪相比，所提方法能有效保证局部保持投影算法的降维效果，同时加快计算速度及减少所占存储空间。
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  非线性振动系统基于频率俘获现象的谐振同步分析

  李小号;陈述平;刘杰

  . 2014, 50(3): 100-107.

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  基于单质体非线性振动系统的机电耦合动力学模型，在对非线性振动系统起动过程中出现的频率俘获现象定量描述的基础上，考虑非理想振动系统的激振源与系统非线性振动运动的相互影响，研究了双激振源非线性振动系统基于频率俘获作用，实现谐振同步的理论条件。并依据激振电动机驱动系统与振动机械系统之间的耦合动力学模型及试验测定的试验台机械特性参数，通过数值仿真及试验，验证和解释了非线性振动系统频率俘获现象下，系统双激振源的谐振同步问题，指出非理想非线性振动系统的频率俘获现象，以及该现象下的多激振源谐振同步运动与振动系统的非线性强度、刚度、阻尼等参数之间的关系。研究结果对多激振源激励非线性振动系统的谐振同步运动现象分析，提供一定的理论支持和试验依据。
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  基于分层理论的层合板结构声辐射模态传感器设计

  吴锦武;赵龙胜;黄凌志

  . 2014, 50(3): 116-122.

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  在低频时控制振动板结构的声辐射模态幅值是降低结构辐射声功率的一种有效策略。提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量复合材料层合板结构声辐射模态幅值。通过聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride, PVDF)传感器阵列输出信号设计加权系数，使PVDF传感器阵列输出信号为所需结构声辐射模态幅值。加权系数取决于复合材料层合板结构振动模态表达式。由于复合材料层合板结构复杂动力学特性，通过分层理论结合有限元法得到离散结构模态值，并对有限元离散结构模态进行最小二乘法的曲线拟合，从而得到层合板结构振动模态表达式。数值结果表明该方法计算层合板结构模态以及PVDF声辐射模态传感器设计是可行的。对试验数据进行分析比较。
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  类均值核主元分析法及在故障诊断中的应用

  李学军;李平;蒋玲莉

  . 2014, 50(3): 123-129.

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  核主元分析在应用过程中，通常采用累积贡献率法确定核主元个数，舍弃一些贡献率较小的核主元，导致数据样本部分信息的损失，影响故障诊断的效果。针对这一情况，提出一种类均值核主元分析法，它将输入空间的数据样本映射到高维特征空间后，先求出各类映射数据的类均值矢量，然后在类均值矢量张成的子空间上对类均值矢量进行主元分析，利用构建的类均值核矩阵，建立类均值核主元算法。由类均值核主元形成的特征矢量包含原数据样本的全部变异信息，并且维数低于故障类别数，能够在类均值矢量基础上实现无信息损失的数据降维。将改进算法应用于滚动轴承故障诊断，结果表明，它具有比传统核主元分析更强的综合原始变量信息的能力，能更好地提取数据样本的类别信息，快速实现故障模式的准确识别。
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  考虑多间隙影响的轧机主传动系统扭振分析

  高崇一;杜国君;张忠健

  . 2014, 50(3): 130-136.

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  打滑是大多数轧机传动系统产生扭转振动的主要因素，是导致轧机主传动系统异常破坏的原因之一。基于理论建模和数值模拟方法，针对5 000 mm厚板轧机，研究打滑状态下主传动系统含多个间隙及不同间隙简化形式对系统振动特性的影响规律。根据该轧机主传动系统的实际结构形式，将主传动系统简化为四自由度含多间隙非线性扭振模型，采用龙格-库塔方法进行数值计算，并利用Matlab软件编程进行仿真，得到考虑多间隙影响的系统动态响应数值计算结果。比较分析不同间隙简化形式对系统动态响应及各轴段扭矩放大系数的影响，以及不同间隙大小和位置对系统扭矩放大系数的影响。研究结果可为控制和分析工程实际中轧机间隙的影响提供理论参考。
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  旋转轴唇形密封混合润滑理论模型和试验验证

  郭飞;贾晓红;黄乐;王玉明

  . 2014, 50(3): 137-144.

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  基于旋转轴唇形密封的反向泵送机理，采用流量因子统计学方法同时考虑密封唇表面粗糙峰接触的影响进行唇封性能的理论分析，建立唇封的混合润滑模型，模型耦合考虑流体力学分析，粗糙峰接触力学分析以及变形分析。求解雷诺方程得出油膜压力和切应力，利用GREENWOOD-WILLIAMSON接触模型计算粗糙峰与轴之间的接触压力，采用影响系数法进行变形分析。基于所建立的混合润滑模型，结合一种典型的唇封结构，对评价唇封性能的泵送率和摩擦扭矩进行数值计算，并通过自主研制的台架试验验证了唇封混合润滑模型的正确性。由于表面粗糙峰是导致旋转轴唇形密封产生泵送效果的原因，利用验证的理论模型对粗糙度对泵送率、摩擦扭矩和接触面积的影响进行分析。
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  人体皮肤摩擦感知基于偏最小二乘回归方法的量化评定

  庞强;李炜;徐萍;石磊

  . 2014, 50(3): 145-150.

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  针对以往试验过程中皮肤不舒适感觉难以量化的问题，在UMT-II多功能摩擦磨损试验机上进行皮肤摩擦试验，利用NeXus-10生理反馈系统采集试验过程中受试者的各项生理数据(皮肤温度、皮肤电导、脑电)，并以评分形式记录受试者在试验过程中出现的疼痛、牵扯和灼热感觉，分析各项生理指标与主观感觉之间的相关性，采用偏最小二乘回归方法(Partial least-squares regression, PLS)建立人体不适度感觉与各生理指标和摩擦刺激之间的模型公式，实现了人体皮肤在摩擦试验过程中对不适度感知的数值量化。
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  干式气体密封端面型槽仿生设计的相关性

  彭旭东;江锦波;白少先;李纪云

  . 2014, 50(3): 151-157.

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  基于统计学原理和气体润滑理论，建立飞鸟翼翅外形结构特征与干式气体密封端面型槽特征两者的相关性数学模型，建立干式气体密封端面膜压控制方程；基于模糊数学知识提出界定端面型槽几何结构特征的隶属度参数及其计算表达式，并依据隶属度参数对干式气体密封进行分类；采用有限差分法求解密封端面膜压控制方程，获得了端面气膜刚度，对比分析飞鸟翼翅长短和宽窄与飞行速度之间的相关性及端面型槽长短和宽窄与不同运行转速下干式气体密封运行稳定性的相关性。结果表明：表征端面型槽或飞鸟翼翅的长短和宽窄程度与其运行或飞行速度之间呈中度正相关关系，即长翼翅的鸟类具有较好飞行稳定性，而细长翼翅的飞鸟具有更佳的高速飞行稳定性；相应地，长槽端面干式气体密封具有良好的运行稳定性，而细长槽则具有更好的高速运行稳定性。结果揭示了飞鸟生物模型和干式气体密封工程模型之间的相互关联规律，证明基于飞鸟翼翅外形结构特征的端面型槽仿生设计的可行性，为密封的仿生设计提供重要理论依据。
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  基于高精度轮廓误差估计的交叉耦合控制

  赵欢;朱利民;丁汉

  . 2014, 50(3): 158-164.

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  在交叉耦合控制中，轮廓误差估计公式不仅用于估计轮廓误差大小，而且用于确定交叉耦合系数。估计公式的准确性直接影响轮廓控制精度，传统公式在大曲率位置存在明显估计误差。针对平面自由曲线的轮廓误差估计，研究点-曲线距离函数的微分特性，利用距离函数的Taylor展开提出高精度二阶估计方法，并指出基于密切圆近似的传统二阶方法在象限切换时存在的计算问题，同时对传统公式进行修正。在此基础上设计综合位置闭环反馈和交叉耦合控制器的轮廓跟踪控制器，并结合NURBS曲线进行两轴控制试验。试验结果表明：所提出的二阶方法相比于传统公式轮廓误差估计精度更高；基于所提出的二阶方法和传统公式设计的交叉耦合控制器，前者相比于后者可以显著提高轮廓控制精度。
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  基于双层更新Kriging模型的机械结构动态特性稳健优化设计

  李小刚;程锦;刘振宇;吴震宇

  . 2014, 50(3): 165-173.

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  针对现有机械结构优化设计未考虑材料特性参数的不确定性和结构动态特性对综合性能的影响、优化求解效率低下等不足，提出基于双层更新Kriging模型的机械结构动态特性稳健优化设计方法。将机械结构动态特性指标的均值和方差作为优化目标，将机械结构变形量作为约束条件，建立机械结构动态特性稳健优化的数学模型。利用拉丁超立方试验设计、误差最大区域和近似最优解邻域的局部样本点加密技术和双层更新策略，建立能准确高效地获取稳健优化目标和约束函数值的Kriging模型。在此基础上，基于邻域培植遗传算法和双层更新的Kriging模型求出机械结构动态特性稳健优化问题的所有Pareto最优解。某型号大型汽轮发电机定子端部绕组锥环固定结构动态特性稳健优化设计实例验证了方法的有效性和相对于确定性优化设计方法的优越性。
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  面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型

  王志斌;刘检华;刘佳顺;宁汝新

  . 2014, 50(3): 174-183.

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  针对多分支电缆的柔性特征以及复杂拓扑结构导致的装配仿真困难的问题，提出一种面向电缆虚拟装配仿真的多分支弹簧质点模型，该模型在弹簧质点模型的基础上，通过增加分支点连接多个电缆分支，从而表达具有拓扑结构的电缆，同时考虑电缆的抗弯曲、拉伸以及重力等物理属性；提出经典控制理论与运动学相结合的模型求解方法，使用控制变量法拟合出经验公式来实现电缆装配仿真中的“定长约束”，采用定点约束算法实现对电缆的固定与捆扎操作仿真；提出球体层次包围盒构造柔性电缆的碰撞模型，通过细分碰撞模型、剔除冗余碰撞等方法实现了柔性电缆的干涉检测，满足了柔性电缆碰撞检测的效率和精度要求。设计并开发了基于多分支弹簧质点模型的电缆虚拟装配仿真原型系统，并通过实例验证了相关算法的可行性。
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  离心压缩机再制造叶轮结构特征三维建模方法及应用

  舒林森;曹华军;许磊;李浩

  . 2014, 50(3): 184-190.

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  再制造叶轮是再制造离心压缩机的核心功能部件，具有结构特殊、转速高、载荷复杂等特点。其特征三维建模是后续有限元分析、服役载荷求解、再服役安全验证、再制造工艺优化等问题求解的基础和载体，但目前叶轮原有三维模型常常缺失或者已有三维模型无法反映叶轮再制造特征，不能直接用于再制造叶轮的仿真分析。针对该问题基于结构特征测量点和NURBS曲线曲面理论提出离心压缩机再制造叶轮结构特征重构方法。应用研究中，采用该方法建立某型号离心压缩机再制造叶轮三维模型，并对其进行几何质量分析。分析表明：重构的再制造叶轮误差小(1×10－4 mm)，且光顺性好，所建再制造叶轮三维模型与叶轮实物几何特征、再制造修复工艺相符合。研究结果可为再制造叶轮的二次服役载荷求解、再制造工艺残余应力分析、再服役寿命预估等方面提供基础信息。
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  三维CAD模型检索驱动的快速数控编程方法

  黄瑞;张树生;白晓亮;张聪聪;张曦卯

  . 2014, 50(3): 191-198.

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  为了实现对已有零件数控(Numerical control, NC)工艺设计成果的有效重用，提高NC加工工艺编制效率，提出一种三维CAD模型检索驱动的快速NC编程方法。通过建立一种以制造特征为核心的工艺信息模型，实现对已有零件NC工艺设计成果的有效表征；引入基于内容的三维CAD模型检索方法，从工艺信息模型库中检索出具有相似制造语义的制造特征，实现零件特征级制造语义层面的相似性评价；根据特征的相似度值选择不同的工艺重用方法，实现基于三维CAD模型检索的快速NC编程。将三维CAD模型检索驱动的快速NC编程方法在原型系统中对数百个零件进行验证和应用。试验结果表明，该方法能够有效地实现对已有零件NC工艺设计成果的有效重用，可以提高NC加工工艺编制效率，满足企业的实际应用需求。
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  曲轴连杆颈圆度准在线测量与补偿系统

  俞红祥;潘旭华;张昱

  . 2014, 50(3): 199-205.

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  提出一种曲轴连杆颈圆度准在线测量与补偿系统，依据随动过程连杆颈中心与砂轮中心距离恒定的运动特征设计基于砂轮同心摆臂、V形基准块的圆度测量机构，通过摆臂自重力实现连杆颈偏心旋转驱动下的跟随扫描，采用柔性牵引索实现磨削过程V形基准块对连杆颈的捕捉与分离操作，继而实现连杆颈圆度状况的准在线测量。从运动学角度分析V形基准块中线上测量探头的扫描角与随动磨床引导轴转角位置的精确几何关系，通过微变等效模型建立从探头位移信号求解圆度偏差信号的方法。在MQG1000型数控曲轴随动磨床上的应用测试以及JL4G15D型曲轴试样的圆度分析数据表明，所研究准在线测量与补偿系统具有结构紧凑、检测效率高、连杆颈圆度补偿效果好的特点。
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  基于功率及转矩约束的大惯量伺服系统速度规划

  郝仁剑;王军政;李静;赵江波

  . 2014, 50(3): 206-212.

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  针对大惯量伺服系统提出基于功率及转矩约束的速度规划，解决约束条件下响应速度慢和定位精度差的问题。提出一种基于三角函数的全程柔性加减速算法，使速度与加速度曲线连续可导。同时采用二次曲线拼接，保证不完全过程加速度仍然连续。以电动机驱动系统为模型，利用过载特性，设计基于额定功率及最大转矩双重约束下的速度规划，使约束方式在最大转矩点平滑切换，并以加减速角位移为给定，确定匀速速度与加减速时间关系，满足不同速度的加减速要求，缩短速度响应时间。基于平均速度计算单个脉冲周期，给出利于编程的左端点实现算法，并引入间隔阈值变量，大幅降低计算量，算法适用于脉冲给定的伺服驱动系统。试验结果能够验证算法的有效性，在实际应用中，算法提高了定位精度，得到很好的应用。