用于切换机电动力学的多域框架

在每个领域，可持续性和能源效率都已成为紧迫的问题，机器人技术也不例外。

然而，直到现在，寻求预测机器人系统能源使用情况的研究人员都被迫依赖一种零碎的方法，只能在有限的条件下提供粗略的近似值。这是因为虽然致动器——将电能转化为机械力进而运动的装置——由多个部分组成，但目前的方法只关注电机本身，而不考虑也考虑在内的控制器。

“现有的执行器功耗模型通常忽略了方向、速度或扭矩控制所需的开关电源转换器电路的考虑，因此我们为开关机电动力学建立了一个多域框架，”纽约大学Tandon机械与航空航天工程副教授JooH.Kim谈到最近发表在《混沌：非线性科学的跨学科期刊》上的这项工作。

“伺服电机的开关机电动力学源自内部直流电机、齿轮系和H桥电路的各个模型。耦合模型全面集成了所有可能的开态、关态和死态的不同开关配置时间。”

由于这个以前从未发布过的模型，机器人专家将能够准确地预测执行器的整体功耗，并有效地将功耗降至最低。此外，正如Kim解释的那样，他的团队的革命性方法也适用于具有基于开关控制的通用机电系统，例如电动汽车中使用的系统。这项研究的最终目标是提高所有为复杂任务设计的高机动性系统的能源效率，该研究得到了美国国家科学基金会和三井美国基金会的部分支持。

该团队包括电气和计算机工程教授DariuszCzarkowski和博士。Kim的应用动力学与优化实验室的学生WilliamZ.Peng(该论文的第一作者，现为研究助理)和HyunjongSong一直在研究单摆等简单系统，现在正在将他们的新模型扩展到更复杂的领域。

“从事以前从未做过的事情是令人欣慰的，它有可能极大地改善许多领域的可持续性，”Kim说。“我认为它证明了跨学科合作实现共同目标的重要性。”