考虑热应变的柔性并联空间机械臂动力学

研究考虑热应变的柔性并联空间机械臂动力学性态。用Jourdain速度变分原理建立各机械臂的动力学变分方程,在此基础上根据各物体之间的运动学约束关系,建立柔性多体系统的微分代数混合动力学方程。数值仿真结果表明,当温度升高时,机械臂的轴向约束力和中心刚体的质心运动速度均出现显著振荡,而适当减小温度变化率,可以有效地控制振幅。     

考虑间隙反馈控制时滞的磁浮车辆稳定性研究

常导磁吸型(EMS)磁悬浮列车在悬浮控制中的每个环节,时滞是不可避免的,当时滞超过一定程度后,系统有可能失稳.本文针对EMS磁浮列车控制环节的临界时滞与车辆参数(如运行速度、反馈控制增益、导轨参数和悬挂参数)的关系开展研究.建立了磁浮车辆/导轨耦合动力学模型,车辆包含1节车辆和4个磁浮架,考虑车辆的10个自由度,每个磁浮架上包含4个悬浮电磁铁.导轨模拟为一系列简支Bernoulli-Euler梁,采用模态叠加法对导轨振动方程进行求解.采用传统线性电磁力模型实现车辆和轨道的耦合.采用比例-微分控制算法对电磁铁电流进行反馈控制,实现车辆稳定悬浮,并假设时滞均发生在控制环节,且只考虑间隙反馈控制环节的时滞.采用四阶龙格库塔法对耦合系统动力学方程进行求解,编写了数值仿真程序,计算得到车辆导轨耦合系统在考虑间隙反馈控制时滞时的响应.将系统运动发散时的时滞大小视为临界时滞,开展了参数规律影响分析.通过分析,给出了提高时滞条件下车辆稳定性的方法,包括增大导轨的弯曲刚度和阻尼比,减小间隙反馈控制增益并增大速度反馈控制增益,以及增大二系悬挂阻尼.      

考虑间隙反馈控制时滞的磁浮车辆稳定性研究

常导磁吸型(EMS)磁悬浮列车在悬浮控制中的每个环节,时滞是不可避免的,当时滞超过一定程度后,系统有可能失稳.本文针对EMS磁浮列车控制环节的临界时滞与车辆参数(如运行速度、反馈控制增益、导轨参数和悬挂参数)的关系开展研究.建立了磁浮车辆/导轨耦合动力学模型,车辆包含1节车辆和4个磁浮架,考虑车辆的10个自由度,每个磁浮架上包含4个悬浮电磁铁.导轨模拟为一系列简支Bernoulli-Euler梁,采用模态叠加法对导轨振动方程进行求解.采用传统线性电磁力模型实现车辆和轨道的耦合.采用比例–微分控制算法对电磁铁电流进行反馈控制,实现车辆稳定悬浮,并假设时滞均发生在控制环节,且只考虑间隙反馈控制环节的时滞.采用四阶龙格库塔法对耦合系统动力学方程进行求解,编写了数值仿真程序,计算得到车辆导轨耦合系统在考虑间隙反馈控制时滞时的响应.将系统运动发散时的时滞大小视为临界时滞,开展了参数规律影响分析.通过分析,给出了提高时滞条件下车辆稳定性的方法,包括增大导轨的弯曲刚度和阻尼比,减小间隙反馈控制增益并增大速度反馈控制增益,以及增大二系悬挂阻尼.     

液压动力学系统频宽极限的研究

本文讨论了液压动力学系统频宽极限的存在性与唯一性问题,并给出了系统极限幅频特性及考虑液容效应时阀-缸最佳参数的计算方法。     

柔性机械臂动力学建模和控制研究

综述了柔性机械臂动力学建模和动力学控制等相关问题,介绍了柔性机械臂动力学建模中的旋转代数法、基于Lagrange方程的方法及基于模型辩识的方法;介绍了柔性机械臂动力学控制中的PD控制、反馈控制、自适应控制、鲁棒控制、预测控制、非线性控制和智能控 制,最后详细介绍了柔性机械臂动力学控制中的混合控制及智能结构;指出在柔性机械臂动力学建模和动力学控制应解决的问题。这对包括柔性机械臂在内的多柔体系统动力学建模与控制问题的研究有一定的促进作用。      

考虑间隙内流的陶瓷隔热瓦气动载荷分析

陶瓷隔热瓦是高速飞行器热防护系统的重要结构。跨声速飞行过程中,当激波在飞行器表面形成压力突变,在激波压力梯度作用下隔热瓦中会产生严重的间隙内流。瓦与瓦之间的间隙内流、隔热瓦和应变隔离垫中的多孔介质渗流都会对陶瓷隔热瓦的气动载荷产生显著影响。采用纳维-斯托克斯方程和Spalart-Allmaras湍流模型,建立了考虑间隙内流和应变隔离垫渗流的隔热瓦载荷计算模型,对隔热瓦的间隙内流、应变隔离垫渗流和隔热瓦载荷进行了FLUENT数值仿真。计算结果与NASA实验结果的偏差不超过3.3%。在此基础上,研究了应变隔离垫的渗流系数、间隙宽度对隔热瓦载荷的影响规律。计算结果表明:①本文方法考虑间隙流的局部损失,理论精度高于线性蠕流理论,对比本文计算结果和蠕流线性公式结果,压力偏差在间隙流动的拐角处高达10.6%;②随材料Darcy粘性系数增大,应变隔离垫渗流的压力梯度先增加后减小;③如果隔热瓦在波后高压作用下发生位移,使得瓦与瓦之间的间隙宽度改变,则间隙流入口处(高压端)间隙宽度的增加,会导致陶瓷隔热瓦底部受到的气动载荷增大。     

柔性机械臂系统逆动力学及驱动规律的研究

研究了柔性机械臂系统的逆动力学问题及其联接铰驱规律。在柔性多体系统动力学单向递推组集建模方法的基础上,建立了树形及含闭环的柔性多体系统正逆动力学问题同时计算的等价公式。通过一空间机械臂的数值仿真,讨论了构件的柔性效应对系统的驱动力（矩）及实际运动规律的影响。     

机抖激光陀螺动力学特性研究

在构建激光陀螺捷联系统时,三个激光陀螺安装在同一个基座上.由于三个陀螺振子都在进行高频角振动,激励基座产生耦合振动,造成陀螺是在振动基座环境下工作,引起激光捷联系统的抖动耦合误差,导致系统导航精度下降.采用有限元方法研究了机抖激光陀螺的动力学特性和振动模态,以及机抖激光陀螺的振子抖动对基座的影响和外界激励条件下陀螺的响应.通过压电陶瓷激励下陀螺的频率响应分析,实现了激光陀螺工作状态下的动力学仿真,可以获得陀螺工作时激光陀螺任意位置的动力学响应信息,从而为激光陀螺和基座的结构设计提供评判依据,也为分析激光捷联系统的抖动耦合误差开辟了新途径.     

单柔性机械臂的逆动力学分析

本文以单柔性机械臂为例，提出一种解决在柔性机械臂逆动力学的研究中，若不计连杆挠度引起的纵向变形，则存在所谓的负刚度问题，从而导致逆动力学解的不稳定问题的方法，并通过与文献［１］方法的比较，证明了该方法的有效性     

空间机械臂逆动力学的Liapunov方法

讨论了空间机械臂的逆动力学问题，指出了系统的非完整约束性质．以铰转角为变量的Ｌｉａｐｕｎｏｖ方法由于理论缺陷导致实践中出现计算死点而难以实际应用．文中提出以臂端载荷位形为变量的Ｌｉａｐｕｎｏｖ方法并给出算例，可以保证载荷向预定位形转移的渐近稳定性     

车辆悬架控制臂液压衬套区间动刚度模型研究

已有文献的车辆悬架控制臂液压衬套动刚度模型仅能给出动刚度变化理想曲线,不能给出动刚度的上下变化曲线。为了解决这个问题,将流体惯性系数和流量阻尼系数定义为区间变量,运用区间不确定性理论建立了液压衬套的动刚度模型。将初始区间动刚度模型获得的仿真结果与已有的实验结果对比,吻合较好,验证了该模型的正确性。采用子区间组合法,在一定的区间精度下获得优化的区间动刚度模型,进而获得优化的动刚度上下限变化曲线。区间动刚度模型为动刚度的全面描述提供了一种方法,对文献的动刚度模型进行了改进。     

空间机械臂动力学与控制研究进展

综述了近年来国内外在空间机械臂动力学与控制研究领域内的最新进展．包括路径规划的逆动力学、挠性影响、自适应控制及最优控制,以及工作空间等方面的研究状况和展望      

空间机械臂非线性动力学及控制

本文建立空间机械臂系统非完整约束方程及非一性动力学方程。利用逐次近似法讨论了机械臂结构弹性对负载位姿的影响，提出消除弹性影响的控制方法。运用Ｐｏｎｔｒｙｕａｇｉｎ极值原理寻求最小控制力矩及抑制弹性振动的控制规律，数值模拟结果表明本文提出方法的有效性。     

考虑铰摩擦的柔性太阳阵展开动力学研究

研究了空间漂浮航天器太阳阵展开与锁定过程的刚柔耦合动力学问题. 基于Jourdain 速度变分原理和单项递推组集方法, 建立了太阳阵展开与锁定过程的刚柔耦合多体系统动力学模型,采用虚功率原理推导了铰摩擦对系统动力学方程的贡献. 在以上动力学模型中引入3-D 鬃毛摩擦模型来研究铰链的摩擦特性对太阳阵展开动力学的影响. 所建动力学模型的正确性通过与商业软件ADAMS 和NASTRAN 的联合仿真对比得到了验证,该模型能够有效地预测太阳阵的展开历程以及航天器姿态的动态行为.      

含间隙铰接的柔性航天器刚柔耦合动力学与控制研究

大型柔性航天器展开锁定后,运动副中仍存在大量无法消除的间隙.铰链间隙直接影响柔性航天器的姿态运动和有效载荷的指向精度及稳定度,会对航天器的动力学特性造成较大的影响.针对这一问题,提出一种含间隙铰接的航天器刚柔耦合动力学建模与控制方法.首先建立含间隙的铰链精确动力学模型,从而构建含间隙铰接的柔性结构动力学模型.然后利用哈密顿原理和模态离散方法,建立含间隙铰接柔性航天器离散形式的刚柔耦合非线性动力学模型,采用Newmark算法对非线性动力学方程进行求解.基于压电纤维复合材料(macro fiber composite, MFC)驱动器构建航天器的刚-柔-电耦合动力学方程,采用最优控制设计控制律.分析了铰链参数、中心刚体转动惯量、间隙尺寸和间隙数目对航天器动力学特性的影响,着重研究了铰链间隙对航天器姿态运动和结构振动的影响作用.最后采用MFC驱动器对航天器施加主动控制.结果表明,铰链参数和中心刚体转动惯量影响航天器的固有频率;随着铰链间隙尺寸的增大及间隙数目的增多,航天器的整体刚度逐渐减小,而航天器的姿态角和振动位移响应不断增大;通过基于MFC的主动控制,能够实现含间隙铰接航天器姿态运动与结...     

含对称间隙的摩擦振子非线性动力学分析

建立了两自由度含对称间隙的干摩擦碰撞振动系统的动力学模型,分析了系统运动中存在的滑动、黏着及碰撞,分别给出其判断方法和衔接准则,推导出各阶段系统的解析解,并采用数值迭代方法求解和分析了系统的复杂动力学行为,同时分析干摩擦对系统动力学性能的影响.结果表明,系统存在叉式分叉,系统由对称周期运动变为反对称周期运动,进而通过Hopf分叉或周期倍化分叉通向混沌.在参数变化范围较大的情况下,系统存在类型丰富的周期运动、拟周期运动以及混沌;系统存在对称运动、反对称运动对、黏滑碰撞运动以及由初始条件决定的共存吸引子.     

简单柔性机械臂的构造性逆动力学方法

本文提出了适于简单柔性机械臂的一种基于谱分析的构造性逆动力学方法。数值模拟和实验结果表明，这种方法提供的开环输入力矩，不仅可以实现机械臂特定的刚体转动，而且可以有效地减弱柔性对机械臂精确定位的影响。     

可变结构空间桁架机械臂的动力学建模

可变结构空间桁架机械臂由于具有高承载比和工作空间大等优点,有可能成为下一代空间机械臂的替代形式．本文对可变结构空间桁架机械臂的动力学问题进行建模研究,首先简要介绍了桁架机械臂系统的结构形式,然后采用笛卡尔坐标和变分原理建立系统的动力学模型,其中杆件的转动采用卡尔丹角进行描述,最后通过与ADAMS软件的计算结果对比验证本文所建模型的正确性．     

简单柔性机械臂的构造性塑动力学方法

本文提出了适于简单柔性机械臂的一种基于谱分析的构造性逆动力学方法。数值模拟和实验结果表明，这种方法提供的开环输入力矩，不仅可以实现机械臂特定的刚体转动，而且可以有效地减弱柔性对机械臂精确定位的影响。     

柔性机械臂的两种逆动力学方法

本文提出了柔性机械臂运动控制和振动抑制的两种有效的开环控制方法——两点边值逆动力学方法和轨迹规划逆动力学方法。两种逆动力学方法所设计的开环输入不仅可以实现柔性机械臂的点位运动或跟踪优化轨迹，而且同时显著降低或消除了结构柔性对其精确定位的影响。数值模拟和实验证实了理论分析结果