压电双晶片型冲击式直线精密驱动器及动力学特性

提出了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片作为驱动单元的新型冲击式直线精密驱动器．建立了基于Karnopp摩擦模型的驱动器动力学模型和仿真模型，利用Matlab采用4阶Runge-Kutta计算方法分析了驱动电信号频率、幅值对驱动器动态特性的影响，提出了压电双晶片型冲击式精密驱动器特定的定频调幅驱动方法．制作了驱动器样机，并进行了驱动器性能实验，实验结果表明，该驱动器具有结构简单、行程大、分辨率高等特点，特别是它的成本只是传统冲击式驱动器的1／100，因此具有广泛的应用前景．     

动梁式龙门机床的双驱同步控制系统建模

针对动梁式龙门双驱系统产生不同步误差的原因及机理进行了建模研究,提出了一种双驱动同步控制模型.其特色在于模型基于动力学理论分析,描述了双驱动两轴机械耦合特性及两轴摩擦力特性对于不同步误差的影响.为对所建模型进行验证,以动梁式龙门铣床DK-1200为例,测量机床匀速及S型加减速运动下的两轴不同步误差,并与Matlab/Simulink的模型仿真结果进行对比.结果表明,具两轴摩擦特性及机械耦合特性的双驱同步控制模型仿真结果与实测结果的相关系数达0.861 8,所建模型能够有效反映动梁式龙门机床双驱同步结构的运行状况,两轴机械耦合及摩擦力不同是解决双驱动不同步问题不可忽略的因素.     

提高控制精度的并联机构速度规划算法

利用并联机构的动力学模型，对机构在笛卡儿坐标中基于驱动器空间限制的速度规划算法进行了研究，提出了基于驱动器空间限制的S形速度规划算法．该算法不仅考虑了运动中的速度和加速度，还考虑了加速度的变化即加加速度，从而得到更为精确的速度规划．仿真实验表明，S形速度规划算法在笛卡儿坐标中能够获得具有更好的位置和速度跟踪性能的高速高精度运动．     

类人气动肌肉模型与实验研究

在理论分析和实验的基础上，建立了人工气动肌肉的数学模型．该模型中考虑了橡胶管弹性、类人气动肌肉壁厚、人工肌肉末端弧度、编织网线之间以及编织网和橡胶管之间的摩擦力对气动肌肉驱动特性的影响．设计实验系统对人工气动肌肉进行了等压实验、负载拉力恒定实验和等长实验，实验结果与改进后的模型仿真结果吻合较好．     

气动人工肌肉驱动多自由度平台的非线性特性

以气动人工肌肉为驱动器,构造了一个新型的多自由度平台实验系统,基于对其运动特性的分析。建立了以微分方程表达的系统的非线性动力学模型,并进一步将其变换成状态空间的仿射非线性表达形式．通过数字仿真结果和实验结果的对比,证明了所建立的数学模型的正确性,并得到了该系统的一系列非线性特性．结果表明,气动人工肌肉驱动的多自由度平台具有很好的可控性及稳定性．     

复合式后悬架轮胎偏磨损动态仿真

通过将轮胎偏磨损物理模型和轿车复合式悬架动力学模型结合起来，建立了可用于动态分析复合式悬架轮胎偏磨损的悬架-轮胎-地面动力学系统．轮胎偏磨损模型主要考虑了轮胎力学特性在胎宽方向的变化．采用正弦信号对悬架动力学模型进行激励，将采集到的各种参数的实时动态数据导人到物理模型中，通过计算胎宽方向的局部摩擦耗散能来预测轮胎的偏磨损．仿真结果与实际现象较一致，验证了模型的正确性．所建立的动力学系统可以帮助分析悬架动力学特性对轮胎偏磨损的影响．     

LVDS高速I/O接口电路设计

提出了一种用于传输高速数据的LVDS(Low Voltage Differential Signaling)驱动器及接收器的设计．基于MOS管的大信号模型计算了电路的参数，根据TSMC(台积电)的0．25μmCMOS工艺模型，在Candence环境下用Spectre仿真器模拟，调整各个MOS管的宽长比，确定了电路各参数．给出了驱动器和接收器互连的仿真结果，仿真结果表明该LVDS驱动器和接收器能稳定工作在1GHz的工作频率下，LVDS高速I／O接口电路能使计算机之间、芯片之间的数据传输带宽达到Gbit／s级．有广阔的应用前景。     

基于Kane方程的3SPS+1PS并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3SPS+1PS并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,基于凯恩方程法,从并联机构的运动学出发,建立了各主动支链与动平台中心点速度、加速度之间的关系。选取动平台中心点的速度和姿态角的导数为广义速率,得到了各构件的偏角速度、偏速度,考虑并联试验机的摩擦环节,建立了库伦摩擦模型;并通过得到的广义惯性力、广义主动力和广义摩擦力建立并联试验机的动力学模型。通过对动力学模型仿真得到主动支链的驱动力和驱动功率,并分析其动力学特性及摩擦力的影响。     

储罐轮式机器人转向磁吸附力

针对四轮爬壁机器人在铅垂壁面上转向失稳的难题展开研究。基于赫兹接触理论,提出一种摩擦力模型,利用面积分算法,求解出转向过程的纵向摩擦力、横向摩擦力、转向阻力矩;通过动力学建模,推导出转向过程中驱动力矩关系式。使用MATLAB仿真计算出了不同负载和不同驱动力矩所对应的吸附力变化趋势。通过实验得出,吸附力为759 N时,转向过程不会出现失稳。     

基于温差能源的水下滑翔器动力学分析与设计

水下滑翔器作为一种新型水下机器人系统，对于海洋环境监测与资源探测具有重要应用价值．与采用电能驱动方式不同，设计开发了一种海洋环境能源（温差能源）驱动的水下滑翔器，并应用Gibbs—Appell方程建立了动力学模型，仿真分析了水下滑翔器的垂直剖面运动特性，获得了相应的运动参数．依据动力学仿真结果，设计了基于温差能源的热机系统，以及姿态调整机构与控制系统．水域实验结果表明，水下滑翔器采用温差能源驱动，其原理是可行的，所设计的热机系统热交换功率达到47W，可以满足水下滑翔器驱动性能要求．     

A Miniature Large Displacement Linear Nanopositioning Piezoelectric Actuator

A miniature linear piezoelectric actuator which moves based on inertia- friction theory is described in this paper. The authors discuss its driving principle, dynamic model and experimental results. The piezoelectric actuator includes two piezoelectric elements. Through the sequentially deformations of the two piezo elements, the moving mass slides a miniature displacement. Many strokes will be added to be a large displacement. This type of piezoactuator has advantages in its dimension and motion type, so it can be miniaturized to do micro-manipulation or micropositioning in microspace.     

振动引起的界面切向相对运动对摩擦的影响

为了研究接触界面振动对摩擦的影响, 自主设计实验装置, 以在振动台上匀速滑动的滑块为对象, 采用理论与实验相结合的方法, 分析法向振动和切向振动引起界面切向运动减摩的机理。实验结果表明, 振动台的法向振动和切向振动经常同时存在。当界面振动, 且滑块与振动台之间的切向相对速度方向不变时, 滑块受到的平均滑动摩擦力与无振动时相同, 没有减摩作用; 当滑块与振动台之间切向相对速度的方向发生周期性变化或存在stick-slip (黏滑)时, 与无振动时相比, 滑块的平均滑动摩擦力有明显的减摩作用。根据Coulomb摩擦定律建立动力学模型进行仿真, 仿真结果与实验结果非常吻合, 说明在界面运动为已知的条件下, Coulomb摩擦模型能够反映界面间的摩擦作用。实验和仿真结果表明, 当法向振动和切向振动同时存在时, 振动引起的界面切向相对运动造成摩擦力方向的周期性变化或stick-slip是减摩的主要原因。     

低附着路面电动助力转向控制策略

车辆在低附着路面转向时转向阻力矩大幅降低,导致转向盘转矩随之减小,严重影响驾驶员的路感,易导致事故的发生.鉴于此,提出电动助力转向电流补偿控制策略以提高低附着路面驾驶员路感.利用扩展卡尔曼滤波方法估计出低附着路面前轴侧向力,进而计算出补偿电流值.在MATLAB/Simulink中建立系统仿真模型,利用实车试验数据与仿真数据对比,验证了仿真模型的准确性.不同行驶工况的仿真结果显示采用本文提出的控制策略后,转向盘力矩显著提高,使驾驶员在低附着路面下的路感与正常高附着路面相同,可以有效防止驾驶员的误操作,提高车辆行驶安全性.     

基于AMESim的振动沉桩系统的动力学仿真分析

通过AMESim软件建立了桩-土系统的动力学数值仿真模型,研究了振动沉桩过程中激振力频率和土质条件对桩-土系统的振动摩擦特性的影响.对比不同参数下沉桩位移、桩端阻力和桩侧摩擦力的变化曲线,得出激振力频率以及土质条件对沉桩效果的影响规律:激振频率越高,沉桩振幅越小;土的黏聚力越大,沉桩阻力初始值越大;土容重越大,沉桩阻力变化速率越快.从而获得摩擦力较小的激振频率区间,以提高土木建筑施工中桩-土系统的工作效率.     

含间隙三球销副机构的实验研究

为了验证间隙模型的合理性与仿真计算的可靠性 ,研制了含间隙三球销副的曲柄滑块实验装置 ,采用电涡流传感器、加速度计等对各种转速和不同间隙下的驱动力矩、附加位移、振动加速度等进行了测量。被测信号采用 DP16系统同步记录 ,直接编程处理。结果表明 ,实验结果与理论计算具有较好的一致性。另外 ,对可能影响实验结果的各种误差进行了分析。这些结果有利于进一步修正理论模型 ,并从实验角度更深入分析间隙对机构的动态作用     

大负载精密驱动超磁致伸缩直线电机动力学建模与仿真

基于一种新型的精密大负载超磁致伸缩直线电机进行了整机动力学建模和仿真,尝试分析巨磁致伸缩直线电机的频率特性和负载特性,提供了一种对于尺蠖运动超磁致伸缩直线电机进行整机建模和性能分析的有效方法. 在建模过程中,采用Jiles Atherton磁滞模型以补偿磁滞回对直线电机输出的影响,并提出了直线电机驱动大负载时的滚动摩擦修正. 通过建模与仿真,验证了直线电机结构设计方案的可行性. 仿真和实验对比结果表明,该动力学模型实现了超磁致伸缩直线电机的变激励、变负载运动的准确模拟.     

中间驱动装置对线摩擦带式输送机动态特性的影响

随着输送机向高速度、大功率、大运量发展,目前采用的静态设计法已不能满足应用要求。笔者采用增加中间驱动装置的方案,保证长距离的输送,利用RecurDyn软件建立了线摩擦驱动带式输送机样机模型,采用Harrison启动曲线进行仿真。结果表明:中间驱动装置的数量和长度的增加会降低输送带的最大张力,同时会影响输送带最大张力出现的位置,对头部滚筒紧边张力影响较大,而对尾部滚筒松边张力没有影响。线摩擦驱动带式输送机可以在不提高输送带强度和加大驱动功率的条件下实现长距离输送。     

连续挤压成形过程仿真中的摩擦模型

基于连续挤压成形过程中的摩擦特点,分析了该过程的摩擦影响因素,建立了连续挤压成形过程的摩擦驱动力学模型,推导出摩擦泛函对总体刚度矩阵和荷载列阵的贡献,并且对连续挤压成形过程进行了计算机仿真。得出了有关连续挤压全过程的应力场、应变场和温度场分布。仿真结果与连续挤压成形过程中的摩擦特点相吻合。     

基于系统响应的履带车辆路面识别方法

为提高履带车辆对不同路面适应能力,基于多体动力学仿真平台建立履带车辆及多种路面动力学仿真模型.通过履带车与路面模型的行驶仿真,采集车体质心动力学响应时域信号,并应用小波变换分解该信号.采用距离评估技术提取上述分解信号的敏感特征向量,利用BP神经网络基于上述敏感特征向量提出路面识别方法.搭建小型履带模型车测试系统,使模型车行驶于实际路面并进行现场测试,采集测试过程中履带模型车车体质心、负重轮及履带板动力学响应时域信号,对提出的路面识别方法进行验证.结果表明,该路面识别方法识别精度达到99%,该方法对路面类型具有高度识别能力.     

数控机床进给系统的仿真

根据机械动力学原理建立了数控机床进给传动系统的数学模型,利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建了机床进给系统的仿真模型,获得了反映系统性能的仿真曲线.利用仿真模型分析了非线性摩擦因素对系统精确的影响,并给出了提高传动系统性能的措施.为机械传动系统的设计和性能的改进提供了理论依据.