基本信息科学研究教育教学研究方向论文专著
基本信息


姜洪洲，男，1971年6月生，博士，教授，博士生导师。中国宇航学会会员（Chinese Society of Astronautics）。IEEE Transactions on Robotics, Nonlinear Dynamics, Mechanism and Machine Theory，Mechatronics，浙江大学学报，振动与冲击，兵工学报，宇航学报，沈阳工业学院学报，哈尔滨工程大学学报，动力学与控制学报审稿人。

共发表科技论文70余篇，其中SCI检索9篇，EI检索30余篇。作为项目负责人和主要参加者，共参加了20多项国家、国防以及省部级的科研项目。其中921工程项目2项、军863项目1项、国家高新项目5项、国防科工委十五技改项目5项、95保障项目2项，国家自然科学基金2项，总装预研基金1项。获得国防科学技术奖二等奖一项（2004年），三等奖一项（2007年）。

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。

工作经历
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
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


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


奖项成果

奖项名称舵机加载系统设计加工制造

获奖时间2004

完成人李洪人，刘义成，韩俊伟，黄亚农，姜洪洲，刘忠铭，孙铁成

所获奖项国防科学技术奖二等奖



奖项名称专用车桥（车轮）加载试验台

获奖时间2007

完成人韩俊伟、胡晓涛、丛大成、张建峰、姜洪洲

所获奖项国防科学技术奖三等奖



研究领域
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
XX艇舵机加载试验系统，中船重工，2004.12，主要参加人车辆质量质心测试台，北方车辆研究所，2004.4，主要参加人三自由度联调检测装置，兵器447厂，2004.6，主要参加人对接机构综合试验台大回路攻关，上海航天805所，2004.12，主要参加人六自由度运动模拟器，兵器207所，2004.12，主要参加人三轴六自由度液压振动实验系统，中国工程物理研究所，2005.6，主要参加人车轮、车桥加载试验台，国防科工委鉴定，2005.12，主要参加人xxx-xxx自行武器动态试验模拟设备，总装31基地，2006.7，主要参加人六自由度运动模拟器，国家高新工程，2006.12，负责人三自由度摇摆台，兵器6409厂，2006.10，主要参加人三自由度摇摆台，兵器2765厂，2006.10，主要参加人机载武器站综合模拟台，兵器203所，2006.9，主要参加人舰船运动模拟系统，航天科技集团二院，2006.9，主要参加人飞行模拟关键技术试验与测试平台，985二期，2008.6，负责人飞行模拟高逼真度动感技术研究，总装预研，2010.12，负责人伺服机构谐振特性分析与抑制，上海航天803研究所，2011.6，负责人飞行模拟机六自由度运动系统解耦控制研究,项目编号:**,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: **，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: **，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
机电液系统动态分析与设计（本科）液压传动系统计算机辅助设计（本科）快速控制原型技术（本科创新研修课）


学生培养
硕士生：

No.姓名年级论文题目备注
1陈安平2003三自由度运动平台系统建模与分析 2005年毕业
2杨宇2003飞行模拟机俯仰通道操纵负荷系统的研制 2005年毕业
3刘小初2004六自由度运动模拟器结构参数分析设计 2006年毕业
4黄会林2004飞行模拟器视景系统云层的特效模拟 2006年毕业
5魏名建2005 基于位姿优化的六自由度运动平台的运动学标定 2007年毕业
6李阳阳2005 基于DSP的电液伺服嵌入式控制器 2007年毕业
7刘福龙2005 飞行模拟器自动驾驶仪的研究与开发 2007年毕业
8张振涛2006振动台功率谱复现控制算法的研究 2008年毕业
9侯伟钦2006飞行模拟中飞行管理计算机系统CDU组件设计与仿真 2008年毕业
10张涛2006三自由度并联机器人分析与设计 2008年毕业
11李蕊2007飞行模拟器俯仰模式动感逼真度评价方法的研究 2009年毕业
12刘丽娇2007基于GL-Studio的飞行模拟机虚拟座舱开发 2009年毕业
13苏光磊2008汽车模拟器车辆动力学仿真软件的设计 2010年毕业
14任长伟2008飞行模拟器操纵负荷系统机构分析与设计 2010年毕业
15刘显峰2008某型战机飞行模拟器三自由度运动平台的设计 2010年毕业
16王伟2009 两自由度液压振动台设计 2011年毕业
17齐玙珂2010六自由度运动系统的模态空间解耦控制器的适用性研究 2012年毕业
18禹啸林2010基于单叶双曲面的并联机构各向同性研究 2012年毕业
19刘常海2011 两级力反馈喷嘴挡板伺服阀建模与仿真 2013年毕业
20崔祚2011 摆动推进柔性机器鱼的设计与实验研究 2013年毕业
21刘志悦2012 基于8-8型并联机构摆动推进装置设计与实验研究

2014年毕业
22胡庆刚2012 基于冗余镜像对称并联机构的摆动推进装置游动特性研究 2014年毕业
23郭江峰2013气动人工肌肉驱动的柔性冗余并联机构的实验研究 2015年毕业
24顾兴士2013气压调节变刚度柔性仿生机器鱼机理及实验研究 2015年毕业
25李永强2014基于振动推进机理的柔性仿生机器鱼设计与实验研究2016年毕业
26李婉辰2014直驱式自行火炮弹药输送车载供弹电液伺服系统研究2016年毕业
27聂东豪2015流体驱动柔性仿生机器鱼变刚度机理研究

2017年毕业
28黄群2015BCF型柔性仿生机器鱼三维游动模型与实验验证

2017年毕业
29俞剑敏2016
30
王思雨
2016



博士生:No. 姓名 年级 研究方向 备注
1Ogbobe Peter Okwudilichukwu 2008春六自由度运动仿真平台模态空间解耦控制研究 副导师，2011年毕业
2田体先2011春消除阻尼影响的六自由度并联机构模态空间设计及控制2015年7月毕业
3崔祚2013秋身体/尾鳍游动模式鱼体波复模态特性及其推进性能研究

2017年7月毕业
4张琛阳2013秋变刚度仿生摆动推进机构关键技术研究
5李康康2014秋平面超冗余串并联机构设计及其变刚度机理
6陈巍巍2015秋基于平面套叠式超冗余串并联机构的流体静力骨骼
7韩英进2015秋流体驱动少自由度并联机构朝鲜
8
陈炳兴
2016秋



9
刘砚文
2017秋






六自由度并联机构设计与控制
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
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。

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
鱼类以其快速、高效、高机动性吸引了众多学者的关注，鱼类摆动推进机理已成为鱼类仿生学的研究热点。生物学研究表明，鱼体生理结构为一种由骨骼，肌肉纤维，胶原蛋白，皮肤等组织共同构成的复杂串并联结构。鱼类可通过肌肉改变其身体刚度使尾鳍摆动频率与其身体自然频率相匹配，从而达到快速高效的游动性能。

根据鱼体的生理结构，以平面转动铰链连接的‘T’型多刚体模型模拟鱼体脊椎，以弹簧、阻尼器的并联结构模拟鱼体肌肉，建立了具有平面串并联结构的柔性鱼体数学模型。以Lighthill的“大摆幅细长体理论”为指导，提出了以模拟鱼体波包络线为优化目标的柔性鱼体刚度的优化设计方法。提出了柔性鱼体变刚度原理，获得了不同驱动频率与身体刚度的匹配关系，即身体刚度之比等于驱动频率之比的平方，从而简化了不同驱动频率下柔性鱼体刚度的设计过程，并且为进一步研究柔性鱼体变刚度摆动推进机理提供了理论依据。

在基于平面串并联柔性鱼体模型的基础上，建立了能够反映水动力学特性的柔性鱼体的SimMechanics仿真模型。保持鱼体身体刚度不变，采用不同驱动频率的激励信号对鱼体特定部位进行振动激励，对其稳态巡游速度和斯特鲁哈数等游动特性进行研究。仿真结果表明，当驱动频率与鱼体自然频率一致或接近时，柔性鱼体能够达到最大游动速度。改变鱼体身体刚度，其能够达到的最大稳定速度与驱动频率成线性关系，且斯特鲁哈数在0.25~0.35之间，这一特性与生物观测所获得的数据完全一致。这也验证了本文所建立的平面串并联结构柔性鱼体数学模型以及鱼体刚度设计方法的正确性。采用粘弹性材料制作了柔性机器鱼，通过实验研究验证了柔性鱼体驱动频率与其自然频率的匹配关系。









论文期刊

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

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.

期刊名称Mechanism and Machine Theory

期卷46



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

期刊名称Mechanism and Machine Theory

期卷46



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

期刊名称Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B. EngineeringMechanical & Material Engineering

期卷35 (M2)



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

期刊名称Mechanism and Machine Theory

期卷45(4)



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

期刊名称Simulation Modelling Practice and Theory

期卷16(9),



论文标题PC Based High Quality and Low Cost Flight Simulator

作者L. Zhang, H.Z. Jiang, H.R. Li

期刊名称International Conference on Automation and Logistics



论文标题PC-Based Human-In-the-Loop Simulation for Flight

作者L. Zhang, H.Z. Jiang, H.R. Li

期刊名称Applied Mechanics and Materials

期卷10-12



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

期刊名称Journal of Vibration and Control

期卷DOI: 10.11



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

期刊名称Robotica

期卷DOI:10.101



论文标题Spacecraft docking simulation using hardware-in-the-loop simulator with parallel platform

作者Huang Qitao, Jiang Hongzhou

期刊名称Journal of Chinese Mechanical Engineering

期卷18 (3)



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

期刊名称中国机械工程

期卷(11)



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

期刊名称中国机械工程

期卷(05)



论文标题Modal Space Control for a Hydraulically Driven Stewart Platform

作者Hongzhou Jiang； Jingfeng He；Zhizhong Tong

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

期刊名称Robotica

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

期刊名称Chinese Journal of Aeronautics

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
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] CN**2.3_ 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] CN**8.0_ 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] CN**2.2_ 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] CN**3.3_ 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] CN**2.1_ 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] CN**3.8_ 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] CN**1.3_ 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] CN**2.3_ 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] CN**7.X_ 哈尔滨工业大学 2012年3月26日