柔性机械臂系统动力学建模的研究

有限差分法和有限元法不仅对于均匀梁的单连杆柔性机械臂系统的建模有效,而且较假设模态法等方法更适合于非均匀截面梁的柔性机械臂系统的建模。应用这两种方法建立单连杆柔性机械臂系统动力学模型,模型中包含了机械臂的形状参数以及驱动器的参数。为验证建模方法的有效性,进行了大量的数值仿真工作,仿真结果显示其有效性和可行性。     

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。     

海上起重船动态特性仿真分析与实验研究

将起重船臂架和吊索作为弹性体,基于柔性多体动力学建立了刚柔耦合锚泊起重船虚拟样机模型。通过DC增益方法选取合适的臂架模态,并详细分析了模态截断的准确性。就设计参数对吊重摆动轨迹的影响进行了分析,发现臂架柔性会导致船舶振动和吊索力变化加剧;且吊重的面内、外摆角之间存在相互耦合作用。研制了船舶运动模拟实验平台,进行了吊重振动试验,对理论计算结果进行了验证。     

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.     

一种高效气动弹性虚拟仿真建模技术研究

采用特征正交分解（POD,Proper Orthogonal Decomposition）方法,建立了基于状态空间的非定常气动力模型,耦合结构方程,建立了降阶的气动弹性系统,开展了气动弹性虚拟仿真研究,与CFD/CSD全耦合相比,效率提高了2～3个数量级。具体过程是：首先获取全阶系统的频域快照构成POD核,通过对POD核进行奇异值分解提取POD模态（或POD基）,对低能量模态截断形成降阶子空间,并将其映射到全阶系统,从而形成基于状态空间的降阶的非定常气动力模型。对气动弹性标模AGARD445.6进行算例验证,证明了降阶方法正确,可以提供高效、高精度的气动弹性分析。     

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。     

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC＋＋构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。     

基于离散辨识模型的线性对象模态控制系统的建立

针对实际控制对象内部特性不能确定的情况,给出了基于离散辨识模型的模态控制方法.研究了以离散标准二项式作为系统标准特征方程的完全状态向量信息线性离散对象的模态控制方法,提出了基于离散辨识模型的线性对象模态控制系统建立的算法,分析了系统标准特征方程的根参数对控制系统过渡过程性能的影响.这种方法具有建立简便,工程可实现性强等特点.     

多连杆柔性关节机械臂的神经滑模控制

钟对多连杆柔性关节机械臂,设计了基于高斯径向基函数神经网络（GRBFNN）的滑模控制器,该控制器利用神经网络的逼近能力,将各关节的切换函数作为网络的输入,控制器完全由连续的RBF神经网络实现。利用该控制器与线性二次型跟踪器以及传统滑模控制器对三连杆柔性关节机械臂进行轨迹跟踪控制仿真。仿真结果表明：线性二次型跟踪器具有一定传输时延,滑模控制器跟踪轨迹有明显抖振,而神经滑模控制器取消了切换项,消减了抖振,具有良好的跟踪效果和稳定性。     

液压柔性臂末端位置的模糊控制研究与仿真

以液压起重机向上变幅过程为例,研究了对单节液压柔性臂末端位置的模糊控制方法,利用模糊控制器语言变量控制规则能够使复杂系统解耦的特点,对慢变子系统和快变子系统分别进行了独立的控制,即用模糊PD控制方法对柔性臂转角进行了位移的轨迹跟踪控制、用模糊控制方法时柔性臂的弹性振动进行了控制,通过对转角和弹性振动的控制实现对液压柔性臂末端的位置控制.在adams和simulink联合仿真平台上对单节液压柔性臂末端位置的模糊控制问题进行了仿真研究,结果表明采用的控制方法能够实现对液压柔性臂末端较为精确的位置控制.     

轮式移动2杆刚-柔性机械手逆动力学仿真

针对轮式2杆刚-柔平面移动机械手逆动力学问题进行了系统研究。采用Pin-free边界条件,对机械手柔性构件进行了离散,采用有限元法分别构建了该移动机械手系统的完整正、逆动力学模型。在频域下,求解了系统驱动力(矩)和弹性构型变量,并在时域内对驱动力矩进行了修正,并对修正力矩和构型变量进行了累计误差分析。为了验证建模方法的有效,进行了大量数值仿真工作,仿真结果显示了其有效性和可行性。     

周边桁架可展开天线展开过程仿真方法

提出了一种基于虚拟样机技术的可展天线展开过程分析仿真方法.利用参数化建模技术建立各零部件的参数化模型;利用有限元分析软件通过模态分析来完成各个零部件的柔性体模型;利用系统动力学分析平台ADAMS将各零部件的模型组装成系统模型;然后将自制的摩擦学行为仿真程序或其他学科行为仿真程序嵌入系统模型中,实现可展天线的虚拟样机建模和展开过程的性能分析与仿真.给出的开发步骤和实例验证了该方法的可行性.     

人体步态研究与仿真的现状和展望

综述了EMG、有限元、多刚体和逆动力学、神经-肌肉-骨骼和肌肉-骨骼建模等四种方法在步态研究中应用的现状。分析了当前研究的困难和不足。指出困难在于对活体步态参数的测量，不足之处是没有运用多柔体系统动力学。提出未来研究的重点应集中在把人体重要的肌肉、骨骼、韧带作为多柔体系统的部件，改进人体组织的本构模型和有限元方法，基于步态生物力学运用多学科相结合为正常人研制功能性服装和鞋袜等三方向。     

一种机械臂协调操作柔性负载的振动控制研究

基于柔性负载有限元模型,推导了负载振动的数学模型,分析了振动产生的原因。通过偏值点的引入设计任意阶数的EI成型器和多个波峰形式的Multi-EI成型器。利用成型器具有周期延伸特性抑制多模态柔性物体的振动,并把这一方法应用到机械臂协调操作柔性负载的振动控制中。对两个机械臂协调操作柔性负载进行了仿真,仿真结果证明了振动模型与成型器的有效性。

Abstract：

The vibration model was derived based on the finite element model.The causation for vibration was analyzed.The deviation value was introduced.Following this method,any order EI shapers could be designed by introducing the deviation value points.The Multi-EI shaper was designed.The method has these advantages that the design process is easier,the computational complexity is smaller and the robustness is better.The shaper is used to reduce the residual vibration of flexible object that has multiple mode,and then this method is used control the vibration of flexible object cooperated by robot manipulators.The simulation results prove the validity of vibration model and shaper.     

Polytopic LPV modeling and gain-scheduled switching control for a flexible air-breathing hypersonic vehicle

A novel gain-scheduled switching control method for the longitudinal motion of a flexible air-breathing hypersonic vehicle (FAHV) is proposed.Firstly,velocity and altitude are selected as scheduling variables,a polytopic linear parameter varying(LPV) model is developed to represent the complex nonlinear longitudinal dynamics of the FAHV.Secondly,based on the obtained polytopic LPV model,the flight envelope is divided into four smaller subregions, and four gain-scheduled controllers are designed for these parameter subregions.Then,by the defined switching characteristic function,these gain-scheduled controllers are switched in order to guarantee the closed-loop FAHV system to be asymptotically stable and satisfy a given tracking error performance criterion.The condition of gain-scheduled switching controller synthesis is given in terms of linear matrix inequalities(LMIs) which can be easily solved by using standard software packages.Finally,simulation results show the effectiveness of the presented method.     

ICF数值仿真研究中的保对称有限体元方法

在ICF数值仿真计算中,二维三温辐射热传导方程描述了内爆动力学过程中辐射能量在静止介质中的非线性传播过程。在求解二维三温辐射热传导方程的过程中,设计了一种新的保对称有限体元方法,并从理论上证明了该方法所得离散系统的对称性。新方法在离散化速度和能量守恒误差两个方面都优于经典的有限体元方法(FVEM)和有限元方法(FEM),相关数值试验结果也验证了新方法的这些特点。     

基于免疫遗传算法的机械手避碰逆解

给出了核反应堆检修用冗余机械手的无碰撞运动学求解方法。提出了一种基于免疫遗传算法的逆解方法,在保证解的精确性的同时对解进行了合理优化,使得求解过程快速准确。同时在求解的过程中利用罚函数法,对逆解过程进行避碰优化,使得基于该逆解方法的机械手运动控制更具灵活性。针对具体问题,提出了一种免疫遗传算法,对算法的快速性作出了考虑,满足了求解的实时性要求。     

基于B样条小波有限元IMU结构的模态分析

给出了一种惯性测量单元(IMU)系统结构,建立了整个模型B样条小波有限元模型;研究了一类新的有限元空间,它以B样条小波函数作为有限等参元的形状函数;建立了IMU模型的B样条小波有限元序列,利用B样条小波函数的变尺度特性在不改变网格的剖分下提高分辨率,因此在处理局部应力集中,曲率分布突变边界等应用中具有一定的优势,其结果更接近于实际;最后对系统模型进行了仿真,给出了各个阶次模态值,通过与传统有限元比较发现,小波有限元具有收敛性好、求解迅速和网格划分灵活等优点。