一种精确的井距计算方法

井距计算是钻井轨道设计和控制中的一个基础理论问题,在定向钻井中有着广泛的应用.为了精确快速地进行井距扫描,提出了一种新的井距计算方法.基于空间圆弧和直线段组合的井眼曲线描述数学模型,建立了井眼轨迹坐标随井深变化的函数关系式,进而得到了参考井上扫描点(参考点)到比较井间的距离随井深变化的计算公式.利用函数极值原理和井距约束数学方程式,求得了参考点到比较井间的最近距离、法面距离和水平距离解析计算公式.这种方法可避免井距扫描分析中在比较井上多次插值计算,计算快速精确,能更好地满足定向钻井防碰扫描和轨道监控的需要.     

三维井眼轨道设计模型及应用

讨论了两种典型的三维井眼轨道设计问题 .建立了设计的一般数学模型 ,利用空间矢量分析理论得到了约束变量间的解析表达式和井眼轨道计算式 .这种新方法避免了求解多维非线性方程组 ,设计计算简单精确 .该设计模型成功地解决了多约束条件下的三维井眼轨道设计这一难题 ,具有普遍适用性 .可广泛用于定向井、水平井和多目标井的井眼轨道设计 ,为井眼轨道控制提供了更为准确的理论依据 .     

二维井眼轨道设计模型及应用

讨论了一般二维井眼轨道设计问题.建立了二维轨道设计一般数学模型,根据轨道设计约束方程,可任意选择两个设计参数作为未知数进行求解,得到了全部解析计算公式.这种方法设计计算简单、精确、快速、灵活,具有普遍适用性.可广泛用于二维定向井、水平井和多目标井的设计,为井眼轨道设计提供了理论依据.     

二维井眼轨道设计模型及其精确解

讨论了典型的二维井眼轨道设计问题,建立了二维井眼轨道设计的一般数学模型,并求得了其全部精确解.这种方法避免了在设计中进行试算,设计计算简单、精确、快速.该模型具有普遍适用性,可广泛用于二维定向井、水平井和多目标井的井眼轨道设计.     

基于多项式实数根的三维井眼轨道设计理论

三维井眼轨道设计问题需要求解多元非线性方程组,由于未知数多、方程的非线性强,一般难以求出解析解,通常使用数值迭代方法求数值解.对三维s型轨道设计问题依据已知设计参数进行了分类,发现了一套有效的数学化简技巧,求出了第1类初值问题的解析解和第Ⅱ-Ⅳ类初值问题的拟解析解.提出了轨道设计问题的特征多项式的新概念,并证明了轨道设计问题是否有解取决于特征多项式是否有实数根,解的个数不多于实数根的个数或个数的二倍.所提出的基于特征多项式实数根的拟解析算法对于求解轨道设计问题具有计算速度快、计算可靠性高、易于计算机编程实现等优点,在三维水平井轨道设计、三维绕障井轨道设计、防碰设计等方面具有比数值迭代方法更好的计算性能.     

三次T-Bézier螺线的构造

根据道路轨道路径设计中回旋线的特性,构造了一条起始点曲率为零且曲率单调递增变化的三次T-Bézier螺线.由于该螺线是含有参数的三角多项式参数曲线,所以用其代替诸如回旋线等传统螺线作为道路轨道路径设计中的过度曲线拥有易于计算和便于形状调整的优势.最后,分别利用一对该螺线在两圆弧间构造了满足G^2连续的S型和C型过渡曲线,并给出了详细算法.     

一种新的大位移井钻柱几何非线性分析方法

提出了基于实测的井深及相应的井斜角和方位角来获得确保井内钻柱参考构形长度不变的井眼轴线插值方法．当以空间大位移井的井眼轴线为钻柱的参考构形时,钻柱内的初始内力可以由井眼轴线的曲率和挠率确定．利用基于在空间自然坐标系下的包含所有单元刚体位移和常应变模式的位移函数,严格地按虚功原理推出了具有初始曲率和挠率的钻柱单元内由初始内力所引起的等效节点力计算公式,为大位移井钻柱的几何非线性处理提供了理论依据．澄清了钻柱有限元分析中的若干基本概念．为随后进行的以井眼轴线为参考构形的小变形分析,计算钻柱的自重和基于自然坐标系下的线性刚度矩阵及一致载荷列阵提供了保证．     

光压摄动对空间太阳能电站轨道的影响研究

针对以重力梯度稳定方式设计的3种典型空间太阳能电站轨道动力学问题,提出了考虑地影和有效截面积变化的太阳光压模型.首先,采用能量方法,通过Legendre变换,引入广义动量,建立了Hamilton体系下轨道的正则方程;其次,采用辛Runge-Kutta方法求解相应的正则方程;最后通过数值试验分析,验证了模型的有效性以及数值求解方法的稳定性.同时,说明了地影和有效截面积变化对空间太阳能电站轨道有显著的影响;给出了空间太阳能电站对其半长轴、离心率以及轨道倾角的轨迹曲线,为空间太阳能电站的设计提供一种理论参考.     

输入饱和受限的多个四旋翼飞行器分布式编队控制

研究了多个四旋翼飞行器在主从结构下的分布式同步协调编队控制问题.基于反步法的设计思想,文章提出了一种有界的分布式一致性控制算法,以保证满足输入饱和受限条件.首先,对于位置控制子系统,基于比例微分控制和一致性理论,设计了一种多个四旋翼飞行器的协调编队控制律,来使所有的四旋翼飞行器都可以向领导者收敛,并沿着理想的编队轨迹运动.针对位置系统设计的分布式一致控制律将为姿态控制子系统的参考姿态输入信息.其次,针对基于四元数描述的姿态控制子系统,设计了一种饱和的全局姿态跟踪控制律,可以使飞行器跟踪上所期望的姿态.最后,通过数值仿真来验证所提方法的有效性.     

摆线趣谈

一、问题的提出很早以前 ,人们就对沿直线前进的马车车轮上的点的轨迹产生了浓厚的研究兴趣 .有人误认为这个轨迹是一段段周而复始的圆弧 ,也有人误认为这个轨迹是一段段的抛物线 .实际上 ,当一个圆沿一条定直线作无滑动的滚动时 ,动圆圆周上一个定点的轨迹是一条摆线 ,也叫旋轮线 .二、摆线的方程和图像设圆的半径为ａ ,取圆滚动所沿的定直线为ｘ轴 ,圆周上定点Ｐ落在直线上的一个位置为原点 ,建立直角坐标系 (如图 1) .图 1设点Ｐ(ｘ ,ｙ)为轨迹上任意一点 ,圆心滚动到Ｂ点时 ,圆与直线相切于Ａ点 .取∠ＡＢＰ=θ为参数 ,作ＰＤ⊥Ｏｘ ,Ｐ…     

整体最优双圆弧拟合

提出了用整体最优双圆弧样条拟合离散数据点的算法．首先分析了双圆弧逼近的误差分布,并且根据这个误差分布调整端点、切向和双圆弧插值时的惟一自由变量,使得数据点的误差分布均匀、圆弧的段数尽可能少,由此得到G^1连续的整体最优双圆弧样条．这个方法在数值控制刀具的运动路线的设计和机器人的移动路线设计上非常有用。     

三维水平井轨道设计模糊最优控制模型

建立了三维水平井井眼轨道设计模糊非线性多目标最优控制模型 ,利用模糊集理论把该模型转化为非线性规划问题 ,并把该模型应用到水平井的实际生产中 ,得到满意的结果 .     

基于辛空间上全迷向子空间的d~z-析取矩阵

d~z-析取矩阵是组合群测的具有检错和纠错的一种识别工具,它在许多领域有着广泛的应用.在辛空间上研究了d~z-析取矩阵,计算了它的参数并研究了它的检纠错性质.     

智能空间刚架的模糊自抗扰振动抑制研究

智能空间刚架作为太空望远镜支撑架是一种新型智能空间结构.为抑制刚架系统在运动过程中产生的振动,"文章提出了一种基于自抗扰控制的非线性模糊自抗扰控制理论,并设计出模糊自抗扰控制器.首先采用有限元方法计算出空间刚架的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,进而建立系统模型并设计出自抗扰控制器以实现对系统振动的抑制.基于普通自抗扰控制器,利用模糊推理在线整定控制器中非线性状态误差反馈的参数.该控制器不依赖于被控对象的精确数学模型,具有良好的控制性能,同时参数的在线自整定简化了调参难度.仿真实验验证了所提方法的有效性.     

环空钻柱结构三维非线性分析

应用有限元理论和牛顿－拉裴逊法对弯曲井眼中环空钻柱结构进行非线性分析．根据变形特点，提出了对不同参量采用不同形式的单元的描述计算分析方法。采用罚函数法处理待定边界问题。计算表明了井眼曲率对钻头侧向力的非线性效应。     

一般起升机构吊重轨迹偏差分析

提出了一种分析一般起升机构吊重轨迹偏差的系统化方法.通过系统平衡方程与协调条件建立了系统位移、钢丝绳拉力等参数所满足的一阶微分方程.详细讨论了方程中涉及的各种变量的性质和计算方法,得到了空间滑轮公切点位移和速度、钢丝绳拉力方向及其变化率,给出了卷筒参数协调条件、系统绳长协调条件,并提出了一种求解空间滑轮角速度的方法.滑轮的转动方向决定了其两端拉力关系,然而微分方程求解过程中可逐步求得各滑轮角速度,所以针对双联卷筒单分支缠绕的系统,该方法解决了系统中有滑轮转动方向难以确定的问题.这些问题的解决方法具有一定的普适性,对于一般起升机构的设计和分析有一定的参考价值.     

轮式移动舞台机器人双模模型预测控制北大核心CSCD

针对轮式移动舞台机器人的快速镇定和移动区域约束控制问题,提出一种快速双模模型预测控制(MPC)算法.考虑轮式移动舞台机器人的位姿约束和速度约束,采用控制Lyapunov函数概念和极坐标系模型设计模型预测控制算法.利用移动舞台机器人与目标的距离、瞄准角和方位角构造一个控制Lyapunov函数,建立移动舞台机器人的一个解析双模结构MPC控制器,再引入自由变量,参数化预测控制变量,降低双模MPC在线优化计算量.在约束条件下,建立了轮式移动舞台机器人闭环系统稳定性和MPC递推可行性理论结果.最后,通过与常规MPC比较,仿真验证所提算法的有效性和优越性.     

双臂空间机器人姿态、关节协调运动基于RBF神经网络的自适应控制算法

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,双臂空间机器人姿态、关节协调运动的控制问题．由Lagrange第二类方法及系统动量守恒关系,建立了漂浮基双臂空间机器人的系统动力学方程．以此为基础,借助于RBF神经网络技术、GL矩阵及其乘积算子定义,对双臂空间机器人系统进行了神经网络系统建模;之后针对双臂空间机器人所有惯性参数均未知的情况,设计了双臂空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动基于RBF神经网络的自适应控制算法．提出的控制算法不要求系统动力学方程具有惯常的关于惯性参数的线性性质,且无需预知系统惯性参数的任何信息,也无需对神经网络进行离线训练、学习,因此更适于实时应用．一个平面漂浮基双臂空间机器人系统的数值仿真,证实了该控制算法的有效性．     

轮式移动舞台机器人双模模型预测控制

针对轮式移动舞台机器人的快速镇定和移动区域约束控制问题,提出一种快速双模模型预测控制(MPC)算法.考虑轮式移动舞台机器人的位姿约束和速度约束,采用控制Lyapunov函数概念和极坐标系模型设计模型预测控制算法.利用移动舞台机器人与目标的距离、瞄准角和方位角构造一个控制Lyapunov函数,建立移动舞台机器人的一个解析双模结构MPC控制器,再引入自由变量,参数化预测控制变量,降低双模MPC在线优化计算量.在约束条件下,建立了轮式移动舞台机器人闭环系统稳定性和MPC递推可行性理论结果.最后,通过与常规MPC比较,仿真验证所提算法的有效性和优越性.     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人抗饱和自适应滑模轨迹跟踪控制

针对带有输入饱和约束的轮式移动机器人鲁棒轨迹跟踪问题,文章提出一种抗饱和自适应滑模控制方法.考虑到系统参数摄动和外部扰动等不确定因素对系统控制性能的影响,首先设计非线性扩张状态观测器来估计系统不确定因素,并基于估计值设计抗饱和自适应滑模控制器,消除系统的参数摄动、外部扰动和输入饱和约束对系统控制性能的影响.仿真对比结果验证了文章所提控制方法的优越性和有效性.