姜洪洲

基本信息 科学研究 教育教学 研究方向 论文专著 新建主栏目 基本信息 名称 姜洪洲，男，1971年6月生，博士，教授，博士生导师。 自从2000年以来，一直从事电液伺服仿真与试验技术方面的教学与科研工作。主要研究方向：并联机构设计与控制、液压控制系统、飞行实时仿真技术、仿生游动、张拉机器人技术。 作为项目负责人和主要参加者，共参加了20多项国家、省部级的科研项目。获得省部级二等奖一项（2004年），三等奖一项（2007年）。共发表科技论文100余篇，参编专著1部，申请专利20项，授权专利6项。 工作经历 名称 时间 工作经历 2000年4月 哈尔滨工业大学机电学院流体控制及自动化系，讲师 2002年7月 哈尔滨工业大学机电学院流体控制及自动化系，副教授 2006年12月至今 哈尔滨工业大学机电学院流体控制及自动化系，教授 2010年4月 哈尔滨工业大学机电学院流体控制及自动化系，博士生导师 教育经历 名称 1993年6月，大连铁道学院机械工程系获得学士学位； 1996年3月，哈尔滨工业大学能源学院获得硕士学位； 2001年3月，哈尔滨工业大学机电学院获得博士学位； 科研项目 项目名称 飞行模拟机六自由度运动系统解耦控制研究 项目来源 国家自然科学基金 开始时间 2010-01-01 结束时间 2012-12-01 项目经费 32万元 担任角色 负责 项目类别 纵向项目 项目状态 完成 简单介绍 项目名称 基于超冗余串并联机构的变刚度仿生摆动推进装置机理及其关键技术研究 项目来源 国家自然科学基金 开始时间 2013-01-01 结束时间 2016-12-01 项目经费 80万元 担任角色 负责 项目类别 横向项目 项目状态 完成 简单介绍 奖项成果 研究领域 名称 并联机构设计与控制 液压控制系统 飞行实时仿真技术。 参与与主持的科研项目列表 名称 飞行模拟机六自由度运动系统解耦控制研究,项目编号:50975055,国家自然科学基金面上项目, 起止年月:2010年1月-2012年12月，负责人 基于超冗余串并联机构的变刚度仿生摆动推进机理及关键技术研究，项目编号: 51275127，国家自然科学基面上项目，起止年月:2013年1月-2016年12月，负责人 复合单叶双曲面上动态各向同性并联机构理论分析与优化设计，项目编号: 51105090，国家自然科学基金青年基金，起止年月:2012年1月-2014年12月，主要参加人 讲授课程 名称 机电液系统动态分析与设计（本科） 机械工程流体力学基础-B（本科） 快速控制原型技术（研究生） 基于超冗余串并联机构的变刚度仿生摆动推进装置机理及其关键技术研究 名称 2012年，在国家自然科学基金的支持下，开展了《基于超冗余串并联机构的变刚度仿生摆动推进装置机理及其关键技术研究》（51275127） 2018年，课题组在主被动刚度解耦思想的指导下，研制了一条能够自主游动的单关节的大范围变刚度机器鱼。该机器鱼工作在0.8 Hz到2.4 Hz驱动频率范围之内，变刚度倍数（相对鱼体初始被动刚度）最大可达16倍。仿生机器鱼游动性能实验表明，当机器鱼刚度与摆动频率匹配时，可使其达到最大游速、最大推力和最大摆幅。在这样的工况下，所需匹配的刚度至少要达到初始刚度的9倍，这也充分说明了大范围变刚度对于阻抗特性研究的重要性。虽然该柔性仿生机器鱼只实现了身体局部刚度的大范围在线调整，但已经充分表明此种变刚度机器鱼能够为身体刚度与游动性能研究提供有效的实验手段。 2019年，课题组在前期研究中提出了一种新型张拉式柔性关节，并研制了一条基于张拉关节的张拉机器鱼用于初步探索其游动性能。采用张拉关节作为机器鱼的椎间关节来连接刚性构件，以构造柔性鱼体。虽然该机器鱼还无法实现变刚度调节，但其游动特性实验表明，该机器鱼的某些指标，如游动步长达到0.5Body Length/s，斯特哈鲁数在0.45-0.55范围之间等等，与身体尺寸相近的鲹科鱼类生物学数据相当。这充分显示了张拉柔性关节在机器鱼领域的潜在应用价值。 2020年，课题组研制了一条刚度分布可控的张拉机器鱼。利用运动奇异位型对抗刚度理论，结合刚度各向异性设计理论，设计了预张力张拉柔性关节，基于此构造了张拉柔性鱼体，实现了鱼体高刚度分布可控。 六自由度并联机构设计与控制 名称 一直从事空间并联机构的设计与控制方面的研究，主要就六自由度并联机构耦合特性分析、动态各向同性设计、模态空间控制等基础理论及关键技术展开了研究。 主要贡献如下： 1）在设计方面，提出了基于频率特性的动态各向同性设计方法，使设计者在设计阶段就能够充分考虑结构参数、质量特性、阻尼特性对系统动态特性的影响，从而为解耦控制的设计留下了充足的发挥空间。针对广义Gough-Stewart六自由度并联机构，假设其为粘性比例阻尼系统，提出了动态耦合特性和基于频率特性的动态各向同性的评价指标；发现了关节空间逆质量阵的解析表达式，揭示了惯性参数对耦合特性的影响。针对标准六自由度并联机构，发现其关节空间逆质量阵中位时具有中心对称特性，并利用该特性得到了其特征值与特征向量关于结构参数的解析表达式，进而发现了标准并联机构解耦中心公式；针对旋转、平移、完全、组合等动态各向同性条件，提出了动态各向同性的设计方法；发现了用圆柱单叶双曲面描述标准六自由度并联机构的新定义，该定义对标准并联机构的系统分类、无量纲设计提供了理论支持；考虑被动关节粘性阻尼的影响，提出了一种通过调整并联机构结构参数使得非粘性比例系统转化为近似粘性比例阻尼系统的设计方法，从而大幅提高了模态空间控制的适用范围。针对多环旋转对称并联机构，提出了基于复合圆柱单叶双曲面的新定义；基于该定义，系统地发现了满足完全动态各向同性的并联机构。 2）在控制方面，提出了基于动压反馈的模态空间控制方法，即在传统关节空间控制器的基础上，把控制量、反馈量以及控制器参数从关节空间映射到解耦的模态空间中去，并结合动压反馈技术，使得自由度频宽可以独立调整达到或接近各阶模态液压固有频率；提出了一种新的惯性参数辨识方法，可以消除被动关节粘性阻尼和干摩擦导致的自由度相位差对惯性参数辨识的影响；发现了标准六自由度并联机构中位时模态变换阵的解析表达式，并提出了一种基于中位的模态空间控制的解析设计方法；针对现有模态参数求解算法在处理姿态变化时产生的“模态跃迁”现象，提出了一种基于模态参数连续性的迭代求解算法，从而使得基于全局工作空间的模态空间控制器的实现成为可能。 伺服阀建模与仿真 名称 经过学者们几十年的努力，两级力反馈喷嘴挡板伺服阀的研究已经趋于成熟。但是，我们认为仍然有一些理论问题需要澄清。我们试图完善两级力反馈喷嘴挡板伺服阀数学模型，用于指导伺服阀的特性分析与优化设计。目前的主要成果简述如下： 1）两级力反馈喷嘴挡板伺服阀力矩马达力矩系数与磁弹簧刚度公式的修正 伺服阀力矩马达数学模型的研究，可以追溯到上世纪60年代美国学者Merritt给出的伺服阀力矩马达理想数学模型。这一模型曾经被广泛应用，但由于过于简化，其实际应用受到限制。本世纪初，日本学者Urata在Merritt研究的基础上，考虑了永磁体磁阻和漏磁的影响，对伺服阀力矩马达进行了磁路分析和电磁力矩的推导，得出了一种修正的力矩马达数学模型，给出了电磁力矩系数和磁弹簧刚度的修正的表达式，分析了永磁体磁阻和永磁体漏磁对力矩马达性能的影响。该模型之所以没有考虑导磁元件与衔铁磁阻的影响，是因为认为该部分磁阻相比气隙部分的磁阻小几个数量级可以忽略。但是，实际中，很多型号的伺服阀力矩马达的导磁体与衔铁采用软磁材料制造，如果忽略其磁阻会使力矩马达电磁力矩的计算产生较大的误差。为了解决该问题，我们将永磁铁、导磁元件、衔铁的磁阻以及永磁体的漏磁考虑在内，给出了力矩马达输出电磁力矩线性化的表达式，并对磁弹簧刚度和电磁力矩系数的计算公式进行了修正，分析了导磁元件磁阻对伺服阀力矩马达的影响。通过加深对力矩马达工作机理的认识，可以为今后开发高可靠高响应两级伺服阀提供理论上的支持。 2）动压反馈伺服阀时间常数计算 动压反馈伺服阀是在普通流量伺服阀的基础上增加了动压反馈组件的液压高通滤波装置，动压反馈组件包括反馈活塞、反馈弹簧组成的微分网络与一对反馈喷嘴。它相当于加速度反馈，起到了增加系统阻尼的作用，能有效的改善大惯量负载所引起的系统振荡现象。动压反馈时间常数的计算，一般是按照反馈喷嘴处流体流动状态为紊流的假设进行的。但计算值与实测结果存在较大的误差，一般认为该误差是线性化造成的。为了解决以上问题，我们提出了层流假设，给出了时间常数的解析的理论计算公式，并与仿真以及实测结果进行对比。分析表明采用我们提出的时间常数计算方法得到的结果与仿真及实测结果非常接近。 论文期刊 论文标题 Body Stiffness Variation of a Tensegrity Robotic Fish Using Antagonistic Stiffness in a Kinematically Singular Configuration 作者 Bingxing Chen and Hongzhou Jiang. 发表时间 2021在线发表 期刊名称 IEEE Transactions on Robotics 期卷 2021:10.1109/TRO.2021.3049430 简单介绍 论文标题 Swimming performance of a tensegrity robotic fish 作者 Chen, B. , Jiang, H. . 发表时间 2019 期刊名称 Soft Robotics, 期卷 6(4), 520-531. 简单介绍 论文标题 Producing negative active stiffness in redundantly actuated planar rotational parallel mechanisms. 作者 Chen, B. , Cui, Z. , & Jiang, H. 发表时间 2018 期刊名称 Mechanism and Machine Theory 期卷 128, 336-348. 简单介绍 论文标题 Characteristics analysis of joint space inverse mass matrix for the optimal design of a 6-DOF parallel manipulator 作者 H.Z. Jiang, J.F. He, Z.Z. Tong 发表时间 期刊名称 Mechanism and Machine Theory 期卷 45(5): 简单介绍 建立了包括并联机构、液压执行机构、液压控制系统的整体动力学模型。在动力学模型的基础上，进行简化。简化后的模型，主要反应负载质量特性的影响，用于机构动态各向同性设计。并联机构各向同性设计一直是国内外学者关注的热点。各向同性分为三类，包括运动学、静力学以及动态各向同性。课题组针对广义Gough-Stewart并联机构，提出了基于频率特性分析的动态各向同性设计概念，给出了动态各向同性的评价指标和交叉耦合指标，发现了关节空间逆质量阵的解析表达式，揭示了惯性参数对耦合特性的影响；针对标准Gough-Stewart并联机构，发现了中位时其关节空间逆质量阵具有中心对称特性，从而使其特征值问题从六阶化简为三阶问题，进而求出了特征值与特征向量关于结构参数的解析表达式；通过特征值分析，首次得出了标准并联机构解耦中心（柔顺中心）公式，揭示了质心位置对耦合特性以及动态各向同性的影响，而文献只给出了特殊情况下的解耦中心位置；深入研究了旋转、平移、完全、组合等动态各向同性条件，发现了标准Gough-Stewart并联机构动态各向同性条件下的不变量，提出了动态各向同性的设计方法。 论文标题 Dynamic isotropic design of a class of Gough-Stewart parallel manipulators lying on a circular hyperboloid of one sheet 作者 H.Z. Jiang, Z.Z. Tong, J.F. He. 发表时间 期刊名称 Mechanism and Machine Theory 期卷 46 简单介绍 论文标题 Dynamic isotropic design of modified Gough-Stewart platforms lying on a pair of circular hyperboloids 作者 H.Z. Jiang, J.F. He, Z.Z. Tong 发表时间 期刊名称 Mechanism and Machine Theory 期卷 46 简单介绍 论文标题 Formulation and Evaluation of Coupling Effects Between DOF Motions of Hydraulically Driven 6 DOF Parallel Manipulator 作者 O. Peter, Z.M. Ye, H.Z. Jiang, C.F. Yang, J.W. Han 发表时间 期刊名称 Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B. Engineering Mechanical & Material Engineering 期卷 35 (M2) 简单介绍 论文标题 PD control with gravity compensation for hydraulic 6-DOF parallel manipulator 作者 C.F. Yang, J.F. He, H.Z. Jiang, J.W. Han 发表时间 期刊名称 Mechanism and Machine Theory 期卷 45(4) 简单介绍 论文标题 Object-oriented landing gear model in a pc-based flight simulator 作者 L. Zhang, H.Z. Jiang, H.R. Li 发表时间 期刊名称 Simulation Modelling Practice and Theory 期卷 16(9), 简单介绍 论文标题 PC Based High Quality and Low Cost Flight Simulator 作者 L. Zhang, H.Z. Jiang, H.R. Li 发表时间 期刊名称 International Conference on Automation and Logistics 期卷 简单介绍 论文标题 PC-Based Human-In-the-Loop Simulation for Flight 作者 L. Zhang, H.Z. Jiang, H.R. Li 发表时间 期刊名称 Applied Mechanics and Materials 期卷 10-12 简单介绍 论文标题 Study on Dynamic Isotropy of a class of Symmetric Spatial Parallel Mechanisms with Actuation Redundancy 作者 Jingfeng He, Hongzhou Jiang, Zhizhong Tong, Bao-ping Li, and Jun-wei Han 发表时间 期刊名称 Journal of Vibration and Control 期卷 DOI: 10.11 简单介绍 论文标题 Optimal design of a class of generalized symmetric Gough-Stewart parallel manipulators with dynamic isotropy and singularity-fre 作者 Zhizhong Tong, Jingfeng He, Hongzhou Jiang and Guangren Duan 发表时间 期刊名称 Robotica 期卷 DOI:10.101 简单介绍 论文标题 Spacecraft docking simulation using hardware-in-the-loop simulator with parallel platform 作者 Huang Qitao, Jiang Hongzhou 发表时间 期刊名称 Journal of Chinese Mechanical Engineering 期卷 18 (3) 简单介绍 论文标题 VRML在六自由度并联机器人设计中的应用 作者 姜洪洲,赵慧,韩俊伟,李洪人 发表时间 期刊名称 中国机械工程 期卷 (11) 简单介绍 论文标题 数字式多功能泵的实现策略研究 作者 姜洪洲,曾祥荣 发表时间 期刊名称 中国机械工程 期卷 (05) 简单介绍 论文标题 Modal Space Control for a Hydraulically Driven Stewart Platform 作者 Hongzhou Jiang； Jingfeng He；Zhizhong Tong 发表时间 期刊名称 Journal of Control Engineering and Technology (JCET) 期卷 2(3) 简单介绍 A novel modal space controller is developed for hydraulically-driven Stewart platforms. By exploiting properties of the joint-space inverse mass matrix of hydraulically driven Stewart platforms, through a mapping of the control and feedback variables from the joint space to the decoupling modal space, the new method transforms the highly coupled six-input six-output dynamics into six independent single-input single-output (SISO) 1-DOF hydraulically driven mechanical systems. On the basis of the conventional joint space controller, a novel modal space control concept leads to a design method of modal space control with dynamic pressure feedback, which is used to solve the problem that the conventional controller could not make a damping on each degree of freedom separately. Simulation results indicate that the proposed controller is practical and yields good performance. 论文标题 Modal space decoupled optimal design for a class of symmetric spatial parallel mechanisms with consideration of passive joint da 作者 T.X. Tian, H.Z. Jiang, Z.Z. Tong, J.F. He 发表时间 期刊名称 Robotica 期卷 简单介绍 In this study, we analyze the influence of passive joint viscous friction (PJVF) on modal spacedecoupling for a class of symmetric spatial parallel mechanisms (SSPM). The Jacobian matrixrelating the platform movements to each passive joint velocity is first gained by vector analysis andthe passive joint damping matrix is then derived by applying the Kane method. Next, an analyticformula index measuring the degree of coupling effects between the damping terms in the modalcoordinates is proposed using classical modal analysis of dynamic equations in task space. Based onthe index, a new optimal design method is found which establishes the kinematics parameters forminimizing the coupling degree of damping and achieves optimal fault tolerance for modal spacedecoupling when all struts have identical damping and stiffness coefficients in their axial directions.To illustrate the effectiveness of the theory, the new method was used to redesign two configurationsof a specific manipulator. 论文标题 Seventh-order model for dynamic response of an electro-hydraulic servo valve 作者 Liu Changhai, Jiang Hongzhou 发表时间 期刊名称 Chinese Journal of Aeronautics 期卷 简单介绍 In this paper, taking two degrees of freedom on armature-flapper assembly into account, a seventh-order model is developed and proposed for dynamic response of a two-stage electro-hydraulic servo valve. The coefficients of this seventh-order model are derived in terms of the servo valve physical parameters and fluid properties explicitly. For validating the results of the proposed model, an AMESim simulation model and the existing low order models are used to compare with this seventh-order model. The results show that this seventh-order model can reflect the physical behavior of the servo valve more explicitly than the existing low order models, and it could be easier to provide guide for linear control design approach and sensitivity analysis than the AMESim simulation model 专利 名称 防止模态跃迁的六自由度并联机构全局模态空间控制方法 [发明专利] CN201310054212.3_ 哈尔滨工业大学 2013年1月31日 变刚度的平面串并联仿生摆动推进机构 [发明专利] CN201310141208.0_ 哈尔滨工业大学 2013年4月6日 具有使能保护控制功能的电液伺服阀阀控器 [发明专利] CN201210564302.2_ 哈尔滨工业大学 2012年12月12日 动态各向同性广义Stewart容错并联机构及其设计方法 [发明专利] CN201210504493.3_ 哈尔滨工业大学 2012年11月30日 一种动压反馈伺服阀动压反馈装置的设计方法 [发明专利] CN201210312722.1_ 哈尔滨工业大学 2012年8月21日 适用于模态空间控制的六自由度并联机构参数优化方法 [发明专利] CN201210216663.8_ 哈尔滨工业大学 2012年6月19日 液压驱动六自由度并联机构模态空间控制器解析设计方法 [发明专利] CN201210154881.3_ 哈尔滨工业大学 2012年5月18日 一种变刚度仿生摆动推进装置 [发明专利] CN201210152122.3_ 哈尔滨工业大学 2012年5月7日 一种六自由度并联机构惯性参数的辨识方法 [发明专利] CN201210097457.X_ 哈尔滨工业大学 2012年3月26日