一种2自由度球面并联机构动力学建模与伺服电机参数预估

TriVariant-B是一种新型5自由度混联机械手，由一个2自由度球面并联机构和1条与之串接的两转动一移动串联运动链组成，具有工作空间／支链行程比大及可重构性强等优点．在建立其2自由度球面并联机构逆动力学模型的基础上，提出一种可根据对末端执行器速度及加速度要求，预估机构中伺服电机转子惯量、额定转速及峰值转矩的方法，并结合样机开发验证了该方法的有效性．     

基于 SimMechanics的6 PTS并联机构仿真与分析

简要介绍了某种大工作空间快速运动并联机构,基于动平台和基座滑块之间的矢量关系推导出该机构的运动学逆解,并利用 SimMechanics仿真工具对该机构进行了仿真研究.通过对仿真结果的分析,该机构运动平稳、驱动力变化连续平滑,运动学及动力学性能良好,验证了机构的合理性;通过对该机构的优化设计,提高了该机构的运动学及力学性能,为进一步的结构综合尺寸优化奠定了基础     

仿人机器人双臂/躯干运动规划研究

提出了仿人机器人双臂和躯干运动的两种规划方法用以补偿机器人运动过程中产生的自转转矩,进而提高系统运动稳定性.分析了运动中地面对机器人的作用力矩和双臂摆动对身体运动产生的影响.以补偿自转转矩为目标,规划了躯干自转补偿和双臂摆动补偿两种运动方式.以能量消耗为评价函数对这两种方法进行了比较,验证了两种方法的性能和可行性.     

探月工程3UPS-PU并联机构的动力学建模与分析

根据探月工程采样封装专项试验的要求,提出了一种3UPS-PU并联机构作为模拟着陆上升组合体在月球表面着陆姿态的实验平台。以此机构为研究对象,对其约束方程和位姿关系进行了分析,推导出驱动支链的杆长表达式和雅可比矩阵。在此基础上,利用虚功原理对该机构进行了动力学分析,建立了动力学模型。最后对典型工况进行MATLAB和ADAMS仿真验证,得到了驱动支链的杆长和驱动力变化规律,且仿真结果的误差非常小,验证了分析方法的正确性和可行性,解决了3UPS-PU并联机构运动学和动力学相关的一系列问题,同时该方法也适用于类似机构的研究与分析。     

基于散体动力学理论的掘进机星轮装载机构研究

为了解决掘进机星轮对物料推力过大,物料因惯性而不随轮齿同步运动的问题,运用散体动力学理论分析掘进机装载机构的星轮轮齿推移物料的运动过程.建立力学和数学模型,推导出掘进机星轮机构装载过程中保持物料稳定运行的推力计算公式和轮齿许用加速度范围;并用计算机模拟轮齿推力与轮齿参数的关系,提出了轮齿推移物料的动力学模型和方程,为星轮装载机构的设计和研究提供了参考依据.     

分布式驱动HEV自适应无迹卡尔曼车速估计

针对四驱混合动力汽车,为改善其电子稳定性系统(electronic stability program,ESP)车速估计的精度和鲁棒性,考虑后轮毂电机转矩精确可测可控,以及前轮驱动转矩可推算的特点,结合ESP系统既有的传感器输出信号,提出了分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法.首先,建立了四驱混合动力汽车动力系统及动力学模型,其包括驱动系统模型、7自由度车辆动力学模型和Burckhardt轮胎模型.其次,考虑模型的时变及强非线性特性,采用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法设计了主/子滤波器.一方面通过对量测噪声的自适应,改善了UKF算法量对量测信号干扰的鲁棒性;另一方面将主/子滤波器结果进行融合,并用融合后结果重置了各滤波器,提高了车速估计精度.最后,搭建了四驱混合动力汽车Carsim-Simulink联合离线仿真平台和硬件在环仿真试验平台,分别开展了双纽线、低速双移线两种驱动工况的离线仿真和硬件在环仿真试验.试验结果表明,所提出的分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法不仅估计精度较高,而且也有着较强的自适应性和鲁棒性能.     

带自锁功能的作动筒设计与仿真

针对某型导弹折叠翼，设计了一种带自锁和自解锁功能的作动筒。阐述了作动筒的工作原理，建立了弹翼展开角与作动筒工作力之间的关系，并借助动力学仿真软件ADAMS对整个系统进行了仿真分析。仿真结果表明，该种作动筒简化了折叠翼机构的设计工作，提高了系统可靠性，另外，在仿真分析中，将分离夹头作为柔性体考虑才能客观、准确地反映整个系统的运动。     

液体火箭增压输送系统多学科动力学研究

通过多学科动力学建模方法研究,首先建立了平台供气系统机械、气动与控制动力学特征模型,并对不同工况下系统动态性能进行数值仿真,着重研究调压压力、系统阻尼、充压方式、管路特性等对系统动态稳定性的影响,为系统动态稳定性分析及稳定性改进提高提供指导;最后结合某型号飞行过程中增压系统故障问题,建立了冷氦增压系统机械、气动、电磁、热与控制多学科动力学仿真分析模型,通过系统流量及压降分析进行故障定位,进一步探讨多学科动力学仿真在增压输送系统中的应用.     

汽车差动助力转向系统的可拓协调控制

根据电动轮汽车各轮扭矩独立可控的特点,改变左右转向轮的驱动力差提供转向助力,实现差动助力转向.考虑到差动助力转向系统对汽车稳定性的影响,利用Carsim/Simulink建立轮毂电机驱动电动汽车模型,设计了两层差动助力转向稳定性可拓协调控制系统.在上层控制器中,根据汽车行驶状态,建立可拓协调控制器,其中将二维可拓集合中的可拓距转换到一维可拓集合中计算,求解关联函数,确定各控制器输出权重.在下层控制器中,采用转向盘转矩直接控制策略,建立差动助力转向控制器;根据可拓域和非域中汽车状态的不同,实现基于横摆角速度和质心侧偏角的切换控制,进而建立横摆力矩控制器;基于二次规划方法对四轮驱动转矩优化分配,并根据所处的值域对3种不同的约束条件进行选择.最后利用Carsim和Matlab/Simulink在不同路面附着系数的双移线工况下进行仿真.仿真结果表明,与差动助力转向系统单独工作时相比,当路面附着系数为0.8时,该控制系统能够提高道路跟踪能力,横向偏差最多减少50%,纵向偏差最多减少30%,横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度明显减小,其均方根值分别优化了54.9%,21.4%和22.3%,改善了汽车操纵稳定性;当路面附着系数为0.4时,该系统能够避免汽车失稳,提高行车安全.     

基于Simulink的铲运机连杆机构动力学建模

连杆机构是地下铲运机的重要工作装置，其设计质量、动力学特性直接影响整机的生产率、工作性能。本文利用拉格朗日原理建立了地下铲运机连杆机构六连杆组铲掘过程和举升过程的动力学模型，得到了连杆的初始位置角与液压缸提供的转矩之间的关系，并在Matlab／Simulink中建立相应的模块图，为转矩的设计提供了依据，为地下铲运机连杆机构的动力学仿真及动态性能研究奠定了基础。     

鸽群运动模型稳定性及聚集特性分析

鸽群运动模型参数对鸽群一致行为产生不同的稳定性和收敛性影响.本文通过分析鸽群群体运动的动力学模型特性,研究时延参数对群体同步特性的影响作用.基于鸽群运动模型,采用适合分析群体运动的模型描述方法和性能参数表达,并对比了不同运动形态下鸽群运动的不同特点.采用李雅普诺夫函数以及拉格朗日乘子法,对鸽群聚集运动的约束局部极小能量特性进行理论分析.利用李雅普诺夫理论、代数矩阵理论以及图论的相关工具,给出了鸽群运动聚集时的时延参数的稳定参数边界,以及收敛条件.以计算机数字仿真为手段,研究了不同参数情况下鸽群运动模式行为,分析了拓扑网络以及吸引-排斥函数对鸽群聚集-分离性能的影响.     

虚拟环境下桥壳焊接机器人动力学及轨迹跟踪研究

为解决人工焊接桥壳效率低、质量差等问题,建立一种可移动的桥壳截面焊接机器人模型,对其进行非完整动力学建模,并对焊接人机器人移动平台和调整装置进行运动控制,最后以实际所需焊接桥壳截面为对象,验证该模型的可行性。研究结果表明:由于系统对移动平台和调整装置进行联合控制,提高了焊缝跟踪的精度及系统整体运动平顺性。本桥壳焊接机器人对于实现桥壳截面的焊接具有良好的适应性和鲁棒性,可实现对复杂焊接轨迹的跟踪控制。     

自移式掘进机辅助支护设备的改进

为了提高自移式掘进机辅助支护设备的稳定性，依据围岩与支护的作用关系分析作用在自移式掘进机辅助支护设备上的围岩压力。在此基础上对其结构参数进行优化改进，同时增加了垂直导杆机构，并进行了有限元分析。分析结果表明，通过改进设计，既提高了自移式掘进机辅助支护设备结构的合理性，同时增加导杆机构减小顶梁的前移量，提高了稳定性。     

平推无扰曲线及其在机械臂无扰运动规划中的应用

为扩展对空间自由漂浮机械臂系统进行的载体姿态无扰运动规划的可解空间,提出一种新的运动规划方法.首先,首次提出一类平推无扰曲线,利用自由漂浮机械臂系统的非完整约束推导了平推无扰曲线满足的方程,并分析了平推无扰曲线的特性;其次,将满足载体姿态无扰的关节运动曲线分为两段,其中一段是经过目标点的平推无扰曲线,另一段是通过初始点并且和平推无扰曲线相交的一般无扰曲线;最后,基于Gauss伪谱法和直接打靶法的混合规划策略求解一般无扰曲线.数值计算的结果表明,本文提出的方法能够快速有效实现机械臂的无扰运动规划,并且该方法的可解空间几乎可以覆盖机械臂系统的整个工作空间.     

运用Lyapunov指数方法的车辆横向运动混沌分析及其滑模变结构控制

建立了考虑车辆横摆、侧向以及侧倾运动的3自由度非线性整车模型：运用Lyapunov指数方法对所建立的非线性整车模型进行了混沌的数值仿真分析．通过最大Lyapunov指数图和分岔图发现，车辆的横向运动非常复杂，包含了倍周期、拟周期以及混沌运动，对于车辆极限工况时的横向运动稳定性是不利的．利用滑模变结构控制（sliding mode variable structure control，SMVSC）方法，设计了SMVSC控制器，对车辆横向运动中的混沌进行了控制．为了减少SMVSC控制系统的抖振，进一步提高车辆在极限工况下行驶的横向运动稳定性，采用了幂次趋近律，利用模糊控制的方法实现了趋近律的自适应策略．最后将所设计的自适应趋近律的SMVSC系统在Matlab中进行了仿真，并将未加控制，SMVSC控制以及自适应趋近SMVSC控制三种仿真结果进行了对比分析，发现采用了自适应趋近的SMVSC控制对混沌的控制效果比其他的都要好，有效抑制了车辆横向运动中的混沌，显著提高了车辆在极限工况下行驶的横向稳定性，充分证明了该控制策略是有效的．     

快速平滑收敛策略下基于QS-RRT的UAV运动规划

基于快速扩展随机树(rapidly exploring random tree,RRT)的运动规划算法,通过随机采样的方式探索未知任务空间,具有概率完备性和较高的计算效率.该类算法在应用于无人机运动规划时必须对飞行距离、过程安全性和航路平滑度进一步优化.针对这一问题,首先对威胁环境、无人机运动学性能和探测能力建模,然后根据飞行特征设计了随机采样、威胁规避、路径可跟踪性以及全局与局部平滑性等优化策略,并构建快速平滑收敛RRT(quick and smooth convergence RRT,QS-RRT),最后以此为基础分别提出了面向已知和未知任务空间的无人机运动规划算法.仿真结果表明,该算法能够在保证飞行路径收敛性、安全性及其规划效率的基础上,有效缩短飞行距离,改善航路的可跟踪性和平滑度,增强在实际飞行过程中的可操作性.此外,该算法还易于在航路优化效果和规划效率之间权衡,增强了对不同规划任务需求的适应性.     

倾转旋翼机前飞时机翼/短舱/旋翼耦合系统气弹稳定性分析

倾转旋翼机是一种具有普通直升机垂直起降与空中悬停能力,又兼备螺旋桨式固定翼飞机高速远程巡航能力的新型飞行器.由于旋翼与机翼之间复杂的动力学耦合关系,在前飞状态下系统的动力学稳定性随着前飞速度的提高而降低,从而限制了倾转旋翼机飞行速度的提高.针对机翼具有弹性弯扭耦合特性的倾转旋翼机系统,建立了其前飞时机翼/短舱/旋翼耦合系统的气弹稳定性分析模型.利用Boeing试验模型的参数对倾转旋翼机前飞状态下的气弹稳定性进行计算,分析了机翼弹性弯扭耦合特性对气弹稳定性的影响.结果表明,机翼向上弯曲引起前缘低头的弹性弯扭耦合特性可以显著提高机翼垂向模态的失稳速度,而机翼向前弯曲引起前缘低头的弹性弯扭耦合特性则对提升机翼弦向模态的失稳速度非常有利.     

大展弦比飞机几何非线性气动弹性稳定性的线性化方法

基于动力学小扰动假设建立了具有大展弦比机翼柔性飞机的全机几何非线性气动弹性稳定性分析的线性化方法和工程求解流程,并通过复杂算例验证了该方法的工程适用性.对某高空长航时无人机,计算了飞机在平飞设计载荷以及阵风载荷作用下的非线性静变形,在对应的非线性平衡态下对全机进行动力学线性化,计算了考虑静态大变形因素的全机固有振动特性,采用偶极子格网法计算了非定常气动力,进一步分析了全机的气动弹性稳定性,并与传统线性计算结果进行了对比研究.计算结果表明,由于结构大变形引起的几何非线性会引起机翼面内弯曲和扭转的运动耦合,改变相应模态的频率和振型,从而影响气动弹性耦合关系,降低颤振临界速度.传统的线性方法不但不能得到准确的颤振临界速度,而且有可能给出错误的稳定性结论.因此,对于具有大展弦比机翼的高空长航时无人机,以及类似的大柔性飞行器,必须在其设计过程中进行几何非线性气动弹性稳定性分析.     

仿尺蠖步态的爬杆机器人的动态仿真研究

以仿尺蠖步态的爬杆机器人为研究对象，对其机械结构及行进步态进行了分析，并进一步利用ADAMS软件建立了该仿生机器人的虚拟样机，对该仿生机器人进行了动态模拟仿真实验。研究了在爬杆过程中仿生机器人头部与尾部的速度及位移随时间的变化关系，以及该仿生机器人对变直径工作杆的适应能力，同时分析了不同摩擦材料制成的自锁机构对机器人运动特性的影响。仿真结果表明：该仿生机器人对于直径在一定范围内变化的工作杆有着较好的适应能力，且自锁机构的静摩擦系数为影响该机器人运动特性的关键参数。     

含两个忆阻器混沌电路的动力学分析

基于蔡氏混沌振荡电路，设计了一个含有两个忆阻器的五阶混沌电路，建立了其无量纲数学模型．利用常规的动力学分析方法，进行了该电路平衡点集的稳定性分析，得到了忆阻器初始状态所对应的稳定的和不稳定的区域分布，并研讨了该电路依赖于电路参数与忆阻器初始状态的复杂动力学行为．理论分析和数值仿真结果表明，本文设计的忆阻混沌电路具有一个位于忆阻器内部状态变量所构成平面上的平衡点集，平衡点集的稳定性取决于电路参数与两个忆阻器的初始状态，由此产生了状态转移和瞬态超混沌等非线性动力学现象．