大范围运动柔性梁的连续力法撞击动力学分析

该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题.采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程.采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型,导出柔性梁含碰撞的动力学方程.文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的柔性梁的动力学进行了探讨.     

柔性变胞机构动力学建模及仿真研究

基于柔性变胞机构由于特殊的结构和运动形式,其动力学方程是非线性的,基于第一类拉格朗日方程,推导出柔性变胞机构任意构态柔性体的质量矩阵、刚度矩阵及广义主动力矩阵,建立柔性变胞机构任意构态的动力学控制方程,为实现对柔性变胞机构的精确控制打下基础;另外,根据杆件增加和减少两种情况下的构态变换矩阵推导出全构态柔性变胞机构的动力学模型.以4构态的柔性变胞机构为例,建立动力学方程并仿真验证所建立的全构态动力学模型的正确性和有效性.     

考虑热效应的柔性板的刚-柔耦合动力学特性

研究考虑热效应的柔性板的刚-柔耦合动力学规律.根据柔性板的运动学关系和本构关系,用Jourdain速度变分原理建立了作空间运动的柔性体的动力学变分方程.引入与应变率有关的耦合项,建立了连续的热传导变分方程.用三维空间的有限元法分别对变形场和温度场进行离散,建立了动力学和热传导耦合方程.研究温度变化对系统的刚-柔耦合动力学特性的影响,发现在周期性热流作用下的共振频率与频谱分析得到的系统固有频率之间的内在关系,揭示了热传导方程中与弹性变形有关的耦合项对温度变化的影响.最后从温度场的泰勒多项式出发,对三维空间的温度场和变形场建立了精确的二维有限元模型,并对二维线性近似有限元模型的适用性进行了研究.     

基于奇异摄动法的受约束双连杆柔性机械臂组合控制

建立了受约束双连杆柔性机械臂动力学方程,基于奇异摄动理论,将系统模型分解为慢变及快变两个子系统。对慢变和快变两个子系统分别设计控制器,达到了力/位置精确控制的目的。仿真结果验证了采用组合控制方案的正确性。     

考虑摆弹臂柔性的中腹摆弹机构动力特性分析

在中腹摆弹机构的设计中,计及摆弹臂的柔性效应,应用一致质量有限元离散化方法,将中腹摆弹臂划分为若干单元,并建立中腹摆弹机构的混合坐标．采用连续介质力学的几何变形关系描述柔性摆弹臂的非线性变形场及运动关系．在变形场的描述中计人柔性摆弹臂纵向变形的二次耦合项,最后应用Hamilton最小作用原理建立中腹摆弹机构的一次近似刚一柔耦合动力学方程．通过MATLAB对动力学方程进行数值仿真,得到不同射角和不同摆弹质量情况下中腹摆弹臂的变形量,并对仿真结果进行分析,为中腹供弹系统的工程研究提供了理论依据．     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

结构柔性对系统碰撞动力学响应的影响

针对在重力场下作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生斜碰撞的情况,根据Hertz接触理论和非线性阻尼项建立法向碰撞接触模型。引入线性切线接触刚度建立切向碰撞接触模型,以考虑接触过程中由于切向相对速度的换向作用引起的摩擦力的变化。利用假设模态法和Lagrangian方程建立系统含碰撞过程的一致线性化的动力学模型。最后根据不同刚度下的柔性梁的动力学仿真计算,探讨了结构柔性对系统碰撞过程动力学行为的影响。     

柔性体碰撞阻尼模型的适用性分析

用理论和实验相结合的方法研究柔性梁和刚性球正碰撞过程中2种碰撞阻尼模型的适用性.基于Euler Bernoulli假设,考虑几何非线性,用绝对节点坐标法建立了平面柔性梁的动力学模型.用非线性弹簧阻尼模型建立了柔性多体系统的碰撞动力学方程;在考虑局部残余变形的前提下,用弹塑性模型建立了柔性多体系统的碰撞动力学方程,将碰撞过程分3个阶段（弹性碰撞,弹塑性碰撞,弹性恢复）进行分析.设计了柔性梁和刚性球的碰撞实验,将仿真计算与实验数据对比.结果表明,弹塑性模型更适用于碰撞分析.
     

柔性倒立摆远程控制实验系统

通过对柔性连接倒立摆系统的一级摆实物远程控制研究,采用拉格朗日方程法进行系统建模,建立了一级柔性连接倒立摆系统的数学模型并进行了定性分析. 探讨了利用Matlab与Simulink实现系统的实物控制及加权矩阵 Q和R 的选取方法. 结合Matlab和C语言,实现了柔性倒立摆系统以互联网为介质的远程控制实验系统.     

柔性多体机械臂动力学仿真

本文介绍基于Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理的柔性多体机械臂动力学方程的单向递推组集方法，并根据该方法开发了柔性多体系统动力学仿真软件ＦＭＳ，文末对空间四连杆机械臂机器人操作手进行了动力学仿真．     

柔性多体系统碰撞动力学研究进展

介绍了柔性多体系统碰撞动力学建模与数值分析方面的主要进展,其中包括柔性多体系统动力学方程的描述、碰撞模型的建立及数值计算方法.同时讨论了柔性多体系统碰撞动力学在人体仿真等方面的应用.     

非线性不确定系统的鲁棒拟人控制器设计

尽管拟人智能控制方法自提出以来取得了很多成功应用，但在系统存在不确定性的情况下，如何基于拟人智能控制方法设计系统的鲁棒控制器一直是个难题．针对仿射非线性不确定系统，结合二级倒立摆系统作为设计实例，提出了一种鲁棒拟人智能控制器设计方法．首先，基于被控对象的标称模型设计拟人控制律；然后在采用拟人控制律的基础上，应用积分滑模控制方案设计鲁棒补偿器，用以抑制模型不确定性对系统稳定的不利影响、提高系统的鲁棒性．最后，对二级倒立摆控制系统进行了仿真和实验验证，仿真和实验结果进一步证明了设计方案的有效性．     

柔性翼飞行器刚柔耦合动态特性研究

针对柔性翼飞行器柔性机翼弹性运动与飞行器刚体运动具有强耦合特性,基于拉格朗日方程,建立了柔性翼飞行器动力学模型.在特征点处对动力学模型进行小扰动线性化处理,并联立非定常气动力模型,得到了状态空间形式的纵向线性运动方程.分析了机翼结构刚度对飞行器纵向稳定性的影响以及飞行器的模态耦合动态特性.研究结果表明,柔性翼飞行器的弹性自由度会对飞行器的短周期模态造成较大影响.随着飞行速度的提高,短周期模态频率增加而1阶弯曲弹性模态频率降低,当两者频率趋向一致时,飞行器会发生体自由度颤振,体自由度颤振速度要明显低于基于悬臂梁机翼模型计算得到的颤振速度.      

双绕组BSRM 定子振动模态有限元分析

针对以往开关磁阻电动机(SRM)模态分析中,仅将绕组以附加质量归于定子铁心,但忽略其刚度影响的局限,基于6/4极结构的SRM三维物理模型,建立了计及绕组、散热筋和底座的SRM定子有限元模型,提出以弹簧来模拟绕组与定子铁心之间柔性连接的建模方法,SRM试验样机的有限元模态计算结果验证了该建模方法的有效性。为了合理计及转矩绕组、悬浮绕组对双绕组无轴承开关磁阻电动机(BSRM)定子质量和刚度的影响,把通过添加弹簧来模拟柔性连接的建模方法推广应用于双绕组BSRM三维有限元模态分析。有限元计算结果表明,采用弹簧模拟绕组与铁心以及转矩绕组与悬浮绕组之间柔性连接是一种有效计及绕组影响的建模方法,具有工程实用价值。     

挠性双摆动力学仿真和空间挠性机械手控制

本文对普通工业挠性机械手特例挠性双摆进行了动力学仿真,其结果和PBUsoro的工作完全吻合,本文对空间挠性机械手典型工况进行了正弦加载方式的开环控制,实现了到达指定位置时机械手端点负载的速度以及机械臂转动角速度为零的工作要求。     

倒置单摆的双碰撞周期轨的存在性

考虑了具有双侧刚性约束的正弦型周期性受迫的倒置单摆的双碰撞周期轨道.通过双碰撞周期轨道的特性,利用正弦函数性质和函数单调性技巧,给出了两类双碰撞周期轨道存在性的充分必要条件.     

空间展开机构模型动力学实验与计算

为了研究空间展开机构的展开过程、锁定碰撞及其振动响应,对由1个中心刚体、2个铰链接的柔性梁构成的展开系统模型进行了研究,用有限段梁单元以及碰撞连续力模型的方法建立多体模型,使用自己开发的多体动力学软件对系统展开过程仿真。设计了实验方案和测量方法,构建了展开系统物理模型,研制了面阵CCD光学测量系统,在4m×1.7m气浮平台上对展开过程进行了测量。对非对称展开的数学仿真和实验结果进行了频谱分析和对比,并用特征系统实现算法识别出系统锁定后振动的模态参数,为振动控制提供了必要的信息。     

一级旋转倒立摆及其控制装置的研究与实现

通过拉格朗日方程推导出一级旋转倒立摆系统的数学模型,起摆运动部分利用雅普诺夫方程分析,以摆杆势能偏差作为调控量对系统进行闭环控制,使系统摆杆运动受控,在倒立摆成功摆起后,在倒立摆非稳定平衡点处对系统模型进行线性化,并采用双闭环PID算法对倒立摆模型旋臂位置和摆臂位置进行稳定控制,并使用32位MCU搭建实验平台进行实际验证.结果表明,该控制方法可以实现旋臂静止和摆臂稳定于非稳定平衡点的效果.     

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.     

一种特殊摆的研究

为了解决交通运输和工业行业中移动重物的起重机动臂和支撑点不稳定的摆动幅度问题,采用一个悬挂点在水平面内做圆周运动的摆球系统模型来模拟这一问题的动力学过程。应用拉格朗日方程推导了摆球运动的微分方程,采用四阶龙格-库塔算法进行了数值求解,得到了给定悬挂点圆周运动半径、频率和摆长的条件下,摆球做稳定圆周运动的摆角,计算了摆球的稳定运动轨迹,并将计算结果与实验进行了对比,理论计算和实验结果精确吻合。研究内容在科研和工程技术领域有着广泛的应用,研究结果对起重机的机械吊臂设计有重要的参考价值。同时,文中所用到的理论建模、计算机编程、数值计算、实验设计等也可以作为一个非常好的教学案例,培养学生应用所学理论解决实际问题的能力。