大角度单摆运动的计算机模拟

大角度单摆问题属于非线性问题,很难用解析的方法求其运动.本文利用MATLAB软件对大角度单摆在无阻力无驱动、有阻力无驱动、有阻力有驱动3种情况下的运动进行了计算机模拟,并对运动情况进行了分析.     

单摆运动的相图法分析

用相图法分析讨论了有阻尼无驱动单摆的运动规律．     

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。     

单摆混沌现象的研究

利用MATLAB软件强大的数值计算功能,使用龙格库塔法严格求解无阻尼单摆和有阻尼单摆的运动方程,研究单摆摆长、阻尼系数和初始摆角对单摆运动的影响．研究结果表明：单摆的周期与初始摆角有关,单摆周期随初始摆角的增大而增大;当两种单摆的参数取值处于某些范围肘,均能出现混沌现象;阻尼单摆在正阻尼条件下演化出随机吸引子,在负阻尼条件下演化出随机排斥子．通过计算不同参数值的单摆方程,发现单摆的运动对初始摆角、阻尼系数有很强的依赖性．最后提出了一种衡量混沌系统敏感性的量化指标——敏感系数,计算结果表明,初始摆角、单摆摆长、阻尼系数均能影响单摆的敏感系数．     

大角度单摆的周期

讨论了对大角度单摆的周期公式的修正，并用数值方法对修正前后的周期进行对比、分析．结果表明修正的效果是明显的．     

从单摆到混沌的动力学研究

本文对从线性摆到非线性摆、从无阻尼受驱动摆到有阻尼受驱动摆进行了较详细的讨论,探索了单摆系统各种进入混沌的方式;采用龙格-库塔-芬格尔法对相关单摆系统进行了数值求解,并绘制了系统的相图、分岔图;对Melnikov方法的原理进行了初步分析,并应用该方法分析了单摆系统出现混沌的临界条件.     

基于单摆的自动平板控制系统

根据单摆大角度运动的特点,为保证单摆上固定的平板运动的稳定性,定量分析摆角与平板运动的关系,设计以MC9S12XS128为核心的自动平板控制系统,利用角度传感器采集摆角信息,采用先进的二项步进电机进行平板角度控制,系统控制精度高,经测定,平板运动稳定性大大提高。     

从单摆到混沌--计算机辅助教学一例

介绍了计算机辅助单摆运动的教学过程，给出了相空间单摆运动的相轨迹，并就相关问题进行了讨论。     

非线性单摆周期的数值解

应用计算机软件和微分方程数值解的Euler法,研究了非线性单摆运动过程中角度与时间的微分关系,模拟出大角度单摆周期的高精度近似解,并作出时间随摆角的变化曲线。将所得模拟值与实验值比较可知,该方法避免了解繁琐的微分方程,可简捷、快速得到周期较高精度的数值解,在解决相关实际问题中有一定的价值。     

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．     

基于Mamdani分离变量法的倒立摆模糊控制系统设计

针对倒立摆系统中因多输入单输出而产生的模糊规则爆炸问题,采用一种基于Mamdani分离变量的模糊控制方法,从而大大减少了模糊控制规则数。仿真结果表明,该方法能使摆杆摆角控制精度较小,且小车位移能跟踪输入信号,成功控制了单级倒立摆系统。     

单摆问题的一种数学处理

在工程计算中，单摆的周期通常都是由近似公式Ｔ＝２πｌｇ计算而得。但此公式只能在精度要求不是很高，并且摆角很小（通常小于５°）的情况下能够得出较满意的结果。当精确度要求较高时，以及摆角较大时就会产生很大的误差。运用数学手段讨论此问题，以期大大提高其精确度，并给出相应的计算公式。     

影响金割效应物理摆振动周期的因素

金割效应物理摆是用黄金分割法优选物理摆周期极值的自制仪器,摆的振动周期是重要的物理量,也是测量的主要参数.当存在空气阻尼、摆角过大或增加配重时都会使周期发生变化,只有把握好影响物理摆的振动周期的各种因素, 才能保证测量结果的准确可靠,收到良好的效果.     

刚柔耦合弹簧摆的复杂动力学行为

 针对同时具有快慢变量的时变、强非线性刚柔耦合的多体系统, 利用弹簧摆模型定性分析和数值模拟系统复杂的动力学行为.建立双时间尺度变量刚柔耦合弹簧摆的无量纲动力学方程, 从能量守恒角度出发, 比较、选择更适用于容易产生刚性问题的数值求解方法.将不同时间尺度变量之间的频率比和初值摆角作为控制参数, 数值模拟分析弹簧摆在较大频率比和大摆角初始条件下, 大范围摆动和小幅度振荡相耦合的复杂动力学行为, 给出了一定范围内系统快慢变量呈现不同动力学性态所对应的参数域.结果表明, 双时间尺度变量系统随着不同尺度变量之间频率比和初始条件的变化呈现出包括混沌的复杂动力学行为, 尤其大摆角初值更容易导致快慢变量产生混沌行为, 这为进一步刚柔耦合多体系统动力学行为的定性分析、数值仿真研究打下一个基础并提出参考和依据.     

基于传递函数的三线摆法转动惯量测量分析

在传统三线摆方法的基础上,引入传递函数的方法,推导出基于传递函数的三线摆系统转动惯量表达式,考虑了空气阻力和其它阻尼情况对三线摆系统的影响,同时可一定程度增大系统摆动角度,克服了三线摆系统小角度摆动周期测量误差大的缺点.应用最小条件系统识别法,可最终求得被测物体转动惯量.     

用Mathematica软件对无阻力复摆周期的研究

以不受阻力作用的均质细杆作为复摆的物理模型进行复摆周期的研究.应用数学软件Mathematica,首先对任意摆角以椭圆积分表示的周期以及由该公式得到的近似表示到sin6（θ20）高阶项的周期计算.通过比较两者的周期,验证了近似解析式表示周期的适用的摆角范围在0°≤θ0≤40°,其次从复摆摆动的非线性微分方程出发,数值研...     

用Mathematica软件对无阻力复摆周期的研究

以不受阻力作用的均质细杆作为复摆的物理模型进行复摆周期的研究.应用数学软件Mathematica,首先对任意摆角以椭圆积分表示的周期以及由该公式得到的近似表示到sin6（θ20）高阶项的周期计算.通过比较两者的周期,验证了近似解析式表示周期的适用的摆角范围在0°≤θ0≤40°,其次从复摆摆动的非线性微分方程出发,数值研究在几种因素影响下的复摆周期,得到一些有意义的结果.在我们的研究中特别对复摆的＂小角度＂作出了较好的限定.