基于能量判据的柔性机械臂模型降阶

应用有限元法进行柔性机械臂的建模和分析非常有效，然而随着对柔性机械臂分段数的增加，系统动力学模型阶数急剧增大，需要进行模型简化。建立了基于能量范数的能量判据，将能量判据作为柔性机械臂系统模态截断的一个标准，以能量响应信息的收敛程度或者模态能量贡献作为系统模态截断的判断标准。通过与基于均衡实现的模态截断的比较，显示基于能量判据的模态截断法更适合于考虑刚柔耦合的柔性机械臂系统。对单连杆柔性机械臂有限元模型进行降阶，仿真结果表明提出方法的有效性。     

基于特征模型的柔性关节机械臂的控制

基于特征建模的思想，用二阶时变差分议程形式起立柔性关节机械臂特征模型，并应用该模型结合扑克适应控制对柔性关节机械臂控制进行了研究。该方法的特点是不需要计算系统的动力学模型，只根据系统的输入输出通过参数估计算法估计出时变差分议程的参数，设计智能控制器，它设计简单，使用方便。通过仿真研究表明该方法的有效性。     

柔性抓取机械臂-太阳翼耦合动力学与控制研究

结合绝对节点坐标方法与自然坐标方法的绝对坐标方法不仅能精确表达刚柔耦合多体系统的动力学特性而且能得到常数系统质量矩阵,便于高效计算.采用该方法研究了星载柔性机械臂在抓取漂浮目标过程中机械臂-星体-太阳翼的刚柔耦合动力学与控制问题.提出了一种间隙圆柱运动副的四点碰撞检测模型,引入一种能考虑碰撞能量耗散的连续接触模型实现了抓取过程的接触、碰撞模拟.提出了一种联合控制策略确保了抓取过程中星体姿态的稳定.该研究为实际工程应用提供一种新的星载柔性抓取机械臂-太阳翼耦合动力学与控制分析的建模与数值仿真方法.     

柔性关节空间机械臂建模、控制与仿真

关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学中起着重要的作用.精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础.以某空间机械臂原理样机为研究对象,建立了考虑关节柔性和摩擦特性的动力学模型.分别利用扭转刚度测试平台和驱动组件性能测试仪,测得了关节的刚度系数和摩擦系数.并进行了考虑关节力矩饱和非线性的PD控制律设计,同时给出了稳定性证明.为消除动力学方程系数矩阵的时变性和刚度矩阵的奇异性,将动力学方程进行等价变换,从而利用精细积分方法进行数值仿真.仿真结果表明,抗饱和非线性PD控制律能够保证机械臂在负载变化范围内,满足位置控制的精度要求.     

柔性空间机械臂的模糊控制及抑振最优控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控的情况下,漂浮基柔性空间机械臂系统的轨迹跟踪和振动抑制问题。对系统进行输入输出反馈线性化,并采用奇异摄动理论,得到了慢变子系统和快变子系统。然后,设计了两种时间尺度的模糊逻辑控制器,以控制柔性空间机械臂的载体姿态和机械臂关节铰协调地来完成各自在关节空间的期望运动。慢变子系统用模糊控制来进行轨迹跟踪,而快变子系统用最优线性二次型控制来主动抑制柔性杆的振动。系统仿真结果说明了控制器的可靠性和有效性。     

空间柔性双臂机器人系统建模、控制与仿真研究

空间柔性多臂机器人系统是高度非线性，强耦合的动力学系统，其动力学的研究是比较复杂和困难的问题．本文针对极为复杂的空间柔性双臂机器人系统，建立了其系统动力学模型，利用逆动力学控制算法对该动力学模型实现了轨迹跟踪控制，仿真结果表明该方法具有较好的控制效果，分析了在仿真过程中出现的有关数值算法的问题．     

加载柔性臂振动的非线性应力反馈控制

用数值仿真的方法讨论了一种用新型的非线性应力反馈律来镇定加载柔性臂振动的问题。该方法使用跟踪微分器取得柔性臂根部应力信号的微分信号,并与根部应力信号一起组成非线性控制输入来控制加载柔性臂的振动.其镇定效果明显地优于有关问题的现有实验结果。     

舰载垂直装填机械动力学建模与仿真研究

将舰载垂直装填机械看作机器人开链机械手系统,采用虚拟杆件原理,将载舰和吊臂末端与吊缆的连接处看作装填机的两个机械臂,利用机器人动力学建模原理,并在海上风浪条件下,建立了舰载垂直装填机械的动力学模型.然后对该模型进行了相应的优化,为使之更加直接和有效地描述吊重的摇摆状况.最后,利用Matlab仿真软件,对该模型在多种海况下吊重的摇摆进行了动态仿真分析,结果表明,对于较高海情条件下的装填作业,必须有防摇控制措施,以确保舰载武器装填的安全性和快速性.     

平面柔性并联机器人系统建模与仿真研究

利用运动弹性动力学理论和有限元方法研究了平面柔性并联机器人的动力学建模方法.分析了各运动支链的弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人系统的运动学约束条件和动力学约束条件,综合考虑了构件的分布质量、集中质量、集中转动惯量以及杆件的各种弹性变形的影响,建立了平面柔性并联机器人的动力学模型.以平面3-RRR柔性并联机器人为例,用MAlLAB语言编程进行了仿真计算,并用SAMCEF软件的计算结果验证了模型的准确性.仿真结果表明该动力学模型能正确地反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响.     

平面柔性并联机器人系统建模与仿真研究

利用运动弹性动力学理论和有限元方法研究了平面柔性并联机器人的动力学建模方法。分析了各运动支链的弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人系统的运动学约束条件和动力学约束条件,综合考虑了构件的分布质量、集中质量、集中转动惯量以及杆件的各种弹性变形的影响,建立了平面柔性并联机器人的动力学模型。以平面3-RRR柔性并联机器人为例,用MATLAB语言编程进行了仿真计算,并用SAMCEF软件的计算结果验证了模型的准确性。仿真结果表明该动力学模型能正确地反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响。     

大型空间可展开天线动力学建模及仿真

大型空间可展开天线柔性大、非线性强,为了对其展开过程实施有效控制,动力学建模是首先要解决的问题.提出了将天线作为铰接的柔性曲线梁系统,进行基于柔性多体动力学分析的建模,物理模型离散化采用有限元方法,利用Lagrange方程建立动力学模型,进行动态响应分析.仿真结果表明,采用该方法建立的大型空间可展开天线的模型,能够准确的反映柔性天线系统宏观的大范围刚体运动与微观的弹性变形及其耦合作用;指出了展开过程中对高频弹性振动进行控制的必要性.     

六面体柔性桁架多体结构动力学建模与仿真

基于Kane方法建立六面体柔性桁架多体结构动力学数学模型，得到了数值仿真计算结果，同时对所给模型用ANSYS软件进行了有限分析运算，并将两种结果和实验分析进行了比较，比较结果显示所建立动力学模型正确，可为空间柔性桁架振动控制研究提供依据。     

建立一类挠性航天器面向控制的仿真环境

建立了一类挠性航天器大范围快速机动的动力学模型和面向控制的仿真模型。在柔性体的变形场中计及耦合效应,采用拉格朗日原理和有限元方法建立挠性航天器的一次近似动力学模型,并利用符号推演技术自动生成动力学模型和面向控制的仿真环境。理论计算和数值分析表明,柔性体变形场中的二次耦合项是导致系统产生动力刚化效应的根本原因。     

柔性作业车间动态调度问题研究

为了有效求解柔性作业车间动态调度问题,提出了一个基于多目标免疫遗传算法(MOIGA)的动态调度优化算法。首先定义了柔性作业车间动态调度问题,然后采用事件驱动和周期驱动相结合的调度策略,提出了基于MOIGA的动态调度优化模型,接着设计了面向交货期性能最优的柔性作业车间调度算法,并讨论了影响算法复杂度的因素,最后通过一个实例仿真,表明了算法的可行性和优越性。     

基于动态交互层的柔性作业车间动态调度问题研究

为快速应对柔性作业车间生产过程中出现的突发状况,构建了一种以全局任务最大生产完成时间以及紧急订单生产完成时间为优化目标的柔性作业车间动态调度模型。针对上述模型,提出一种更加适用于动态排产的动态交互层DIL (Dynamic Interaction Layer)来代替滚动窗口。设计了粒子群遗传混合算法PSGA (Particle Swarm Genetic hybrid Algorithm),将粒子群算法中位置更新策略与遗传算法基因突变融合,加强算法局部搜索能力。针对柔性作业车间订单加急的意外状况,采用DIL与PSGA相结合的方法求解动态调度问题。通过仿真实验,验证了DIL处理紧急订单的能力和PSGA算法的有效性。     

准坐标系下的弹性飞行器飞行动力学建模

结合有限元思想和拉格朗日方程推导了准坐标系下的弹性飞行器飞行动力学模型,与通常采用的平均轴系建模方法相比,该方法克服了变量难在相同坐标系下表示等缺点,而且该模型包含了自由度之间所有的耦合,能够更充分的反映刚性自由度与弹性自由度间的交叉耦合特性,更全面的从本质上体现飞行器结构动力学、空气动力学以及飞行动力学这种多学科之间相互影响的非线性飞行动力学特性。该动力学模型可用于弹性飞行器非线性稳定性分析、弹性飞行器飞行动力学与控制理论分析等。

Abstract：

As the frequency separation between the rigid body modes and the structural dynamics becomes tighter, the traditional aircraft flight mechanics treatment, there is, the rigid body approximation, may be not efficient. A complete coupled equation of motion for fully flexible aircrafts were derived, without any constraint relationship, which was done by employing Lagrange’s equations and the finite element method in terms of quasi-coordinates. This model includes automatically all six rigid-body degrees of freedom and elastic deformations, as well as the gravity, propulsion, aerodynamics, and control forces, in addition to forces of an external nature, such as gusts. Different from the modeling method based on ＂mean axes＂ coordinate system, the seamless integration was achieved by using the same reference frame and the same variables to describe the aircraft motions and the force acting on it, including the aerodynamic forces. The formulation is modular in nature, in the sense that the structural model, the aerodynamic theory, and the controls method can be replaced by any other ones to better suit different types of aircraft, provided certain criteria are satisfied.     

切削加工仿真建模技术研究

切削加工仿真是计算机仿真技术在机械制造业的重要应用领域之一。该技术对减少制造成本、缩短产品制造周期和提高产品质量意义重大。仿真模型的建立是实现切削加工仿真的关键环节，也是评价仿真系统优劣的重要指标之一。目前存在的切削加工仿真建模方法主要有三种：解析法、有限元法和分子动力学法。重点介绍了上述建模方法的实现原理和发展现状，并对其优缺点和适用范围加以评述。在此基础上，对切削加工仿真建模技术发展趋势做了进一步探讨。     

过山车动态仿真建模方法研究

随着过山车速度及运动复杂性不断提高,其研制过程的动力学分析、安全评价愈显重要,传统方法已很难满足要求。采用虚拟样机技术和图形学方法对轨道模型、车辆拓扑结构以及轮轨关系等过山车动力学建模中的关键问题进行研究,并在ADAMS软件中实现。通过仿真分析,在设计阶段就可获得过山车在不同工况下运行时各部件的速度、加速度及载荷变化曲线,为进一步的强度校核、安全性分析提供可靠依据。     

翼伞系统纵向动力学建模研究

动力翼伞是一种具有广泛应用价值的独特飞行器,其低速飞行和较大的载荷重量的特点可以使得它成为航空拍摄或军事侦察监视等应用的平台。通过建立简单适用的纵向动力学模型,可以对其速度、姿态等方面的稳定性进行相应的分析。通过推力来控制飞行器的爬升、下降或平飞,起到调整高度的作用。仿真结果表明通过合理的设计载荷与翼伞的质量比、连接绳的长度、翼伞质心与压心的相对位置等影响参数,可以得到较为理想的效果。

Abstract：

Powered parafoils represent a very unique class of aircraft which has broad applied value. Their slow flight and large payload characteristics make them a practical platform for applications such as aerial screen and military surveillance. The stability of speed and attitude was analyzed by designing a simple and applied longitudinal dynamic model. The climbing, descending or flying straight-and-level of the aircraft were controlled by thrust, which had an effect to adjust the altitude. The simulation results show an ideal purpose can be gained by designing the parameters such as the mass ratio of the payload and parafoil, the length of the link, and the relative position between the center of mass and center of pressure rationally.