精密柔索传动是一种通过主、从动轮之间有适当预紧的传动介质来实现的挠性摩擦传动方式, 具有布局灵活、高精度、轻量化等特点, 在多种灵巧性精密机电装置和伺服机构中得到了广泛的应用。本文归纳了柔索传动技术在精密指向机构、人机交互机器人、跑步机器人、灵巧手和微创手术末端器械等方面的应用进展; 总结了亟待解决的基础理论和应用研究相关问题, 主要包括传动机理研究、伺服系统的应用研究、针对典型应用需求的工程设计方法研究等; 最后, 对进一步发展精密柔索传动理论分析与工程设计技术提出了建议。

为了缩短直驱伺服系统设计周期, 并保证所设计的系统的性能满足设计指标要求, 提出了一种直驱伺服系统机电联合建模方法。以典型的直驱伺服系统为例, 叙述了该建模方法的实现过程。建立了直驱伺服系统的动力学理论模型和基于Recurdyn和Matlab的机电联合仿真模型, 在不同条件下对机电联合仿真模型进行了时域和频域仿真分析, 并对仿真结果与系统实际测试结果进行了对比。结果表明: 系统开环时域与频域仿真结果与实验结果基本吻合, 幅频匹配度大于83%, 相频匹配度大于73%, 时域匹配度大于89%。得到的结果验证了提出方法的有效性和正确性, 表明利用该方法可在设计过程中对设计方案进行性能预测, 提高设计效率。

为克服模拟再平衡回路时由控制补偿和温度补偿引起的各种问题,研究了动力凋谐陀螺仪再平衡回路的数字化设计和实现方法.采用基于DSP的SVPWM数字化方法设计了频率可凋的高精度三相逆变电源,解决了传统陀螺电机电源频率调整困难、相位稳定性低、效率低等问题;基于dSPACE半实物仿真系统设计了双输入双输出频率特性分析仪,辨识出数字再平衡回路的开环离散传递函数矩阵;利用矩阵求逆法与经典控制器设计方法设计了数字解耦合校正环节,使陀螺系统能够获得更好的动态性能.实验结果表明:所设计的陀螺电机电源频率稳定性优于±1.5×10-6,波形失真度＜5%,满足陀螺使用要求;控制后的锁定回路带宽＞70 Hz,阶跃响应超调量＜5%,上升时间＜5 ms,输入信号频率为10 Hz时,两轴交叉耦合＜1%.在保证稳定裕度的前提下,实现了比模拟再平衡回路更好的系统动态性能,为深入研究现代控制方法在动调陀螺再平衡回路中的应用奠定了基础.