Natural convection gas pendulum and its application in accelerometer and tilt sensor

It is discovered that the natural convection gas has the pendulum characteristic, which leads to the introduction of the new concept of gas pendulum. In this paper, the buoyancy lift of natural convection gas is analyzed in a hermetic chamber, and the relationship between the buoyancy lift and the change of temperature is formulated. The experimental results show that the gas pendulum, similar to the solid pendulum and liquid pendulum, can be utilized to sense the acceleration and the tilt angle.     

超低频精密隔振系统的新进展

：论述了国内外各种超低频隔振系统南研究状况。介绍了由单摆改进而成的倒摆、折叠摆、x摆和锥摆等超低频水平隔振系统。分析了刚度非线性的实现方法及正负刚度并联技术在超低频垂直隔振系统中的应用。同时介绍了自行研制的正负刚度并联超低频隔振系统。     

自然对流气体的摆特性与浮升力

发现了密闭腔中自然对流气体有摆现象。论证了自然对流气体的浮升力及其与温度变化的关系,指出利用在浮升力作用下自然对流气体的摆特性能敏感加速度和倾角。     

偏轴钟摆钻具组合力学特性分析

运用纵横弯曲连续梁理论和达朗伯原理 ,建立了偏轴钟摆钻具组合动力学分析模型。该模型能够用于求解钻头处的侧向力和转角以及偏轴接头处的侧向力 ,以评价钻具组合的防斜 (纠斜 )能力和偏轴接头附近的偏磨程度。计算结果表明 ,适当降低钻压或提高转速 ,有利于纠斜 ;增加偏轴接头偏心距或将偏轴接头位置上移 ,有利于纠斜 ,但不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;扶正器位置上移基本上不利于纠斜 ,也不利于控制钻铤 (或接头 )偏磨 ;偏轴接头处存在较大的接触力时 ,适当调整钻井参数或钻具结构能够避免或减轻钻铤偏磨     

基于LabVIEW的二级倒立摆控制系统三维仿真

倒立摆是控制理论研究和教学中广泛使用的典型模型,文章在LabVIEW环境下,以二级直线倒立摆为被控对象,利用虚拟现实技术,开发了倒立摆LQR三维仿真控制系统;使用LabVIEW的三维图形工具箱将倒立摆的三维模型导入LabVIEW中,并利用LabVIEW控制设计和仿真模块将数学模型和三维模型联系起来;通过倒立摆系统的仿真数据驱动倒立摆的三维虚拟模型,能够形象地反映真实倒立摆的运动状态。所开发的系统操作界面友好易用,用户可以方便地修改倒立摆模型和LQR控制器的参数。     

长江河口横沙小港泥沙浓度的观测及研究

用OBS－3浊度计在1998年2月12日至21日期间在长江河口横沙小港对悬浮泥沙浓度作了观测,同时也用ENDCO海流计测量了流速、流向、水温和盐度。观测数据表明不论潮还是小潮期间,在落潮过程中泥沙浓度的扰动比涨潮过程中更加频繁和强烈,存在着高频振荡。动力分析表明这是由潮扩散的不对称性造成的,即落潮期间垂向湍流扩散比涨得垂向切变不稳定增强。观测还指出泥沙浓度的变化与流速密切相关,存在着泥沙峰值滞后于流速峰值的现象。这是首次用先进的OBS浊度仪在长江口横沙小港观测在落潮期间泥沙浓度的高频扰动,并从动力成因上做出了解释。     

大角度单摆运动的周期研究

对单摆运动进行了讨论。单摆的周期是物理学中的一个基本问题,通过力学分析,建立了单摆的动力学方程,用机械能守恒定律分析了单摆周期,并给出了精确公式。利用三角函数作为一种近似方法,对单摆的动力学方程进行了简化,给出了大角度条件下单摆运动的周期的近似公式。对近似公式和精确公式进行了对比,最后进行了数值计算,结果表明,所得到的单摆运动周期的近似公式在大多数情况下都与精确公式符合的很好。     

电磁共振摆的实验设计与理论分析

设计出一个电磁共振摆,即周期性磁场作用下运动的复摆.通过实验对其周期、振幅、失稳范围等运动规律进行了研究,并从理论上建立该摆的运动方程,用Matlab进行了数值模拟.     

固体潮力触发地震的可能性

为验证固体潮力触发地震的可能性,通过理论推导计算了太阳和月球对地球的固体潮力及其作用范围。结果显示:太阳和月球对地球的固体潮力远远小于地壳岩石强度,单一的固体潮力不能使岩石破裂而引发地震;太阳和月球对地球的加卸载作用主要集中在低纬度地区,与地球地震带范围基本吻合。岩石力学实验结果表明,岩石在外力作用下达到非线性时,固体潮力的扰动也可以触发地震。该结果为地震预报研究奠定了基础。     

中国大陆境内的O1分波应变负荷潮

根据Schwideiski海潮图,本文根据作者提出的积分Green函数方法计算了全球海潮O_1分波在中国大陆产生的应变负荷潮,并绘制了应变负荷潮在中国大陆的分布图。分布图表明,中国大陆全境的O_1分波应变负荷潮受太平洋海潮的控制,在中国南部沿海地区南海海潮的作用非常显著,此处应变负荷潮的振幅可以接近甚至超过固体潮的振幅,即使在大陆西部内陆地区,负荷潮的振幅亦可达固体潮振幅的百分之几。要合理解释应变固体潮的观测结果,正确考虑负荷潮的影响是十分必要的。     

单摆摆锤偏心引起的测量误差分析

给出了偏心存在的情况下单摆的运动方程及其线性近似解，以及对测量精度和测量方法的影响．通过计算机数值计算，给出了典型参数下的单摆运动．结果表明，只要偏心量被控制在某一区域以外，单摆仍然以某一单一频率为主作振动，这时，偏心量导致的系统误差仍可控制在一定范围以内．     

转动参照系中的圆锥摆

讨论了在转动参照系中考虑科里奥利力的作用后，圆锥摆运动的轨迹、半径、速度和周期，并与惯性系中的圆锥摆进行了比较，在转动参照后，若摆锤以惯系中锥摆的初速度和半径开始运动，则其轨迹是椭圆，轨迹以一定的周期顺时针方向转动；若分别以惯性系中的初速度和半径开始作圆周运动，则半径和速度都与惯性系中的不同；在摆锤作逆时针和顺时针方向运动时，以上情况也不相同。     

基础位移作用下悬挂弹簧的非线性固有振动

研究基础位移作用下悬挂弹簧的非线性固有振动问题. 建立了基础位移作用下悬挂弹簧减振系统的非线性固有振动方程,采用L-P法推导出了悬挂弹簧非线性固有振动的近似解. 通过算例分析可知:随着基础位移激励频率的增大,悬挂弹簧减振系统时程曲线的振幅、振动周期降低,而基础位移激励振幅、悬挂弹簧减振系统的倾斜角增大,悬挂弹簧减振系统时程曲线的振幅也增大. 所以,悬挂弹簧几何非线性振动系统的减振效果优于弹簧垂安线性减振系统的减振效果.     

摆角、摆长和摆锤大小对摆的周期影响研究

采用理论分析和实验研究相结合的方法,分别研究了摆角、摆长和摆锤大小对摆的周期的影响。在摆角小于5°、摆长在1 m左右和摆锤半径较小时,并忽略空气阻力的情况下,两种理论方法计算的结果与实验测量结果相一致,可把这种摆当作单摆来处理。     

一个复摆模型合理性的证明

证明了当单摆中小球的半径远小于单摆悬线长度时 ,用复摆模型代替单摆模型以提高单摆频率精确度的做法是合理的     

基于Legendre伪谱法的3D刚体摆姿态轨迹跟踪控制

研究3D刚体摆在有初始扰动情况下的姿态运动最优控制问题。结合3D刚体摆转动的姿态与角速度特点, 针对外部扰动设计闭环反馈姿态跟踪控制器。首先, 利用Legendre伪谱法规划出3D刚体摆开环的姿态运动轨迹。然后, 将系统的运动方程线性化, 并以3D刚体摆的实际运动姿态轨迹与参考运动姿态轨迹之间的差值作为控制量, 将姿态跟踪问题转换为线性时变系统的姿态调节问题。最后, 对基于 Legendre 伪谱法的3D刚体摆姿态最优控制的闭环控制方法进行仿真分析, 验证在具有初始扰动情况下算法的有效性。     

月食期间扭摆运动的观测

本文论述了利用一个通过改进的高精密扭摆对1984年11月8日至9日武汉地区半影月食的观测结果,尽管这次的测量精度比Sax1原来的精度要高近三个数量级,但没有观察到如Saxl所报道的引力异常现象。     

逆系统轨迹控制二级倒立摆自动摆起

将逆系统轨迹控制应用于二级倒立摆的自动摆起控制系统,离线求解非线性方程两点边值问题,得到系统的参考轨迹;采用逆系统前馈控制和基于H∞控制的增益调度反馈控制对参考轨迹进行精确跟踪,实现二级倒立摆的自动摆起;当两摆杆摆起到竖直倒立位置后,采用变增益H∞反馈控制器进行稳定控制.仿真实验结果表明,该方案在较短的摆起时间内实现了二级倒立摆两摆杆的自动摆起,稳定性和鲁棒性明显提高.     

基于MSC.visualNastran 4D模型的直线一级顺摆实时控制与仿真研究

在基于动力学分析的MSC.visualNastran 4D界面上建立了一级顺摆三维模型.利用Simulink对其进行了仿真分析,控制小车按给定的运动规律运动的同时,保持摆杆的自由下垂状态.仿真分析结果表明了所提基于MSC.visualNastran 4D的直线一级顺摆模型Simulink仿真方法的有效性,为一级顺摆实验装置的工作参数和结构设计参数提供了理论依据.     

一阶倒立摆的LQR稳定控制研究

倒立摆是一个典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统,对倒立摆系统的稳定性研究在理论上和方法上具有深远的意义。本文首先叙述了对倒立摆系统稳定性研究的意义,综述了倒立摆的研究现状。其次着重介绍了LQR控制的相关理论,设计出一阶倒立摆系统的控制器。然后,对设计出的控制器进行Matlab/Simulink仿真并将仿真结果应用于固高倒立摆实时控制系统中,比较实验结果,最后得出结论。