基于ED-LSTM的智能汽车神经网络横向动力学建模与控制

车辆动力学建模过程中通常会进行简化和假设, 导致模型在某些工况下无法准确反映车辆的实际动态特性, 影响控制精度甚至安全性. 鉴于此, 该文提出了一种基于数据驱动的非线性建模与控制方法, 建立了新型神经网络车辆横向动力学多步预测模型, 实现了智能汽车对参考轨迹的跟踪控制. 首先, 在分析车辆单轨模型并考虑轮胎非线性和纵向负载转移的基础上, 基于编码器?解码器结构设计神经网络横向动力学模型. 其中, 使用串行排列来扩展微分方程描述不完全的动力学信息, 隐藏层神经元学习车辆的高度非线性和强耦合特性, 进而提高模型全局计算精度. 利用所构建的数据集进行模型训练和测试, 结果表明, 相比于物理模型, 所提出的模型在不同路面附着系数条件下均具有更高的建模精度, 具有隐式预测路面摩擦条件能力. 其次, 利用提出的模型设计轨迹跟踪控制算法, 根据车辆稳态转向假设, 计算所需的前轮转向角和稳态质心侧偏角, 将稳态质心侧偏角纳入基于路径误差的转向反馈中, 实现参考轨迹跟踪控制. 最后, 使用CarSim/Simulink联合仿真及HIL实验测试进行不同工况试验的对比分析, 对所提出的基于神经网络模型的控制算法进行评价, 结果表明, 该模型能够实现智能汽车在高速下精确的跟踪控制效果, 并具有良好的横向稳定性.      

空间系绳系统的动力学建模与轨迹跟踪控制

针对绳系子星远距离释放的情况,考虑展开控制机构特性、系绳弹性和质量,基于牛顿力学分析方法建立了空间系绳系统在地心惯性坐标系下的动力学方程。基于此简化模型,运用改进的标称张力控制律,优化得到系绳展开的标称轨迹;为了实现对标称轨迹的跟踪,基于考虑控制机构力限制的非典型最优准则,设计了比例微分控制器来调节张力控制量;采用文中修正控制律对空间系绳系统远距离展开过程作了数值仿真,并且依据仿真曲线分析了系绳横纵向振动特性及子星运动规律。结果表明,本文的简化模型有效地反映了空间系绳系统展开的动力学特性,且在系统实际展开过程中实现了对标称轨迹的跟踪。这为今后远距离系绳展开与控制提供了理论参考。     

带有末端角度和轨迹路径点约束的MPSC制导律设计

针对多约束制导问题,给出了一种同时满足末端角度约束和飞行轨迹路径点约束的模型预测扩展控制制导方法,该制导方法通过满足飞行轨迹路径点约束实现灵活调节飞行轨迹,可以大大缩短目标防御反应时间。模型预测扩展控制制导方法是基于非线性最优控制理论,给出了控制量表达式以二次形式近似时制导律的设计过程。模型预测扩展控制制导方法只能对末端时刻输出量进行约束,通过对该制导方法进行扩展,使其还可以满足飞行轨迹路径点约束。仿真结果表明,考虑飞行轨迹路径点约束时,导弹经过设定的路径点并以给定的弹道倾角命中目标。     

喷砂冲蚀实验中颗粒轨迹的数值预测

针对冲击磨损实验研究中磨粒群体的运动轨迹难以准确表征的问题,在负压喷射砂粒群冲击Q235钢板的实验中宏观测量了砂粒撞击的速度与位置分布,并使用数值方法模拟了实验砂粒与空气在喷嘴内外的双向耦合过程,以实现负压喷射砂粒群的轨迹预测。计算中提出了非球形粒子在相对马赫数接近1时的曳力模型,以反映空气可压缩引起砂粒表面流动分离的现象,并合理选择Magnus升力模型及壁面反射模型,最终数值预测的砂粒碰撞速度以及撞击位置与实验情况吻合良好。     

填埋气体迁移气-热-力耦合动力学模型的研究

基于连续介质力学—势弹性力学原理，运用多场耦合理论建立了填理场中可压缩垃圾气体迁移耦合的动力学模型，并采用摄动法及积分变换法对该强非线性数学模型进行拟解析求解。通过算例对比分析，探讨了耦侵动力场中气压、温度和应力变化对可压缩气体迁移的影响，得出了垃圾气体迁移过程中的孔隙压力分布规律。结果表明，三场耦合作用与非耦合作用相对差别较大，耦合效应不能忽略。这为定量化研究垃圾气体在填埋场中的扩散状况以及污染气体的排放和收集、防止二次污染提供了可靠的理论依据。     

基座弹性影响下空间机械臂的轨迹跟踪控制及弹性振动主动抑制

讨论了基座存在弹性情况下,载体位置无控、姿态受控的漂浮基空间机械臂惯性空间轨迹跟踪控制及基座弹性振动主动抑制问题。由系统位置几何关系及动量守恒关系,建立了系统运动Jacobi 关系;之后利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系建立了系统动力学方程。基于奇异摄动理论的两种时间尺度假设,将该方程分解为描写系统刚性运动的慢变子系统与描写系统弹性振动的快变子系统。对慢变子系统设计了基于计算力矩法的轨迹跟踪控制器;对于快变子系统则设计了线性二次最优控制方案。数值仿真证实了提出的控制方法的有效性。     

荷载作用下多孔饱和地基的热-水-力耦合动力响应分析

基于广义热弹性理论,结合达西定律,对Biot波动方程进行修正,研究了一个受到荷载作用的多孔饱和地基的热-水-力多场耦合动态响应问题。建立了多孔饱和地基在荷载作用下的热-水-力耦合模型及控制方程,该模型可退化为热弹性耦合模型。采用正则模态法求解,得到了问题的解析解,讨论了热-水-力耦合模型和热弹性耦合模型的区别,分析了荷载频率变化对地基中各物理量的影响。最终给出了无量纲的竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度等物理量的分布规律。     

考虑相变的近场动力学热?力耦合模型及多孔介质冻结破坏模拟

多孔介质的传热传质现象广泛存在于自然界和工业领域中. 低温条件可能导致多孔介质中的组分发生相变, 并由此诱发材料损伤, 甚至导致结构失效破坏. 对这类破坏现象的预测需要精细化建模, 以能够反映物质的相变过程和材料的破坏特征. 本文采用热焓法改写经典的热传导方程, 在近场动力学框架下, 建立了一种考虑物质相变的热?力耦合模型, 发展了交错显式求解的数值计算方法, 进行了方板角冻结、热致变形和多孔介质冻结破坏等问题的模拟, 得到了方板的冻结特征、温度场和变形场的分布规律以及多孔介质的冻结破坏过程, 与试验和其他数值方法的结果具有较好的一致性. 研究表明, 本文所建立的考虑物质相变的近场动力学热?力耦合模型能够反映材料的非局部效应和物质相变潜热的影响, 准确捕捉相变过程中液固界面的演化特征, 再现多孔介质中材料相变、基质热致变形和冻结破坏过程, 突破了传统连续性模型求解这类破坏问题时面临的瓶颈, 为深入研究多孔介质冻融破坏过程和破坏机理提供了有效途径.      

考虑挠曲电效应的压电纳米薄板力-电-热耦合特性研究

挠曲电效应是由应变梯度引起的,与尺度相关的力电耦合效应.基于Kirchhoff板假设和挠曲电理论,论文推导了温度和电压作用下的压电薄板力-电-热耦合微分控制方程,定量分析了微分控制方程中非线性项的影响,并针对四周固支压电薄板采用Ritz法求解,数值计算了压电薄板的弯曲和振动行为.在研究温度和挠曲电效应对薄板耦合特性和力学行为的影响时,论文分别考虑了材料系数不随温度变化和随温度线性变化两种情况.以PZT-5H为例,作者讨论了挠曲电和温度对压电薄板的横向位移和固有频率的影响.研究结果表明挠曲电效应对压电纳米薄板的力学行为影响很大,且具有明显的尺寸效应.此外,薄板对温度变化非常敏感.因此,可通过挠曲电效应和温度来调控压电纳米薄板的多场耦合特性和力学行为,进而优化基于压电薄板的NEMS/MEMS中传感器、作动器等电子器件的性能.     

考虑膨胀力的非饱和介质热-水-应力耦合二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个可考虑膨胀力的用于分析非饱和介质中热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序.通过对一个假定的核废料地下处置库的热-水-应力耦合问题的数值计算,比较了无、有膨胀力时的情况,在定性上验证了该程序的正确性.     

Adaptive fixed-time trajectory tracking control for Mars entry vehicle

Nonlinear Dynamics - This paper develops a fixed-time trajectory tracking control scheme for Mars entry vehicle under uncertainty. First, a novel fixed-time nonsingular terminal sliding mode...     

Analysis of nonshallow shells taking geometric nonlinearity into account

International Applied Mechanics -     

Single-mode plate flutter taking the boundary layer into account

The stability of an elastic plate in supersonic gas flow is investigated using asymptotic methods and taking the boundary layer formed on the plate surface into account. It is shown that the effect of the boundary layer can be of two types depending on its profile. In the case of generalized convex profiles (characteristic of accelerated flow) supersonic and subsonic plate oscillations are stabilized and destabilized, respectively. In the case of profiles with a generalized inflection point located in the subsonic part of the layer (characteristic of homogeneous and decelerated flows) supersonic perturbations are destabilized in the thin boundary layer and stabilized when the layer is fairly thick; subsonic perturbations are damped.     

Dynamic investigations of single gear transmission taking into account microcracks

Summary The paper concerns dynamic investigations of the model of gear transmission consisting of four rigid bodies and two torsion shafts. The shafts are assumed to contain microcracks which are taken into account by means of the equivalent shear modulus in accordance with the results of the papers [2, 3]. The influence of microcracks on the behaviour of the gear transmission in dynamic conditions is investigated for the first two frequencies of free vibrations and suitable amplitude-frequency curves. The investigations are carried out by means of two methods: the wave method which takes into account all the reflections of waves and the multibody system approach.

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Dynamische Untersuchungen eines einstufigen Getriebes mit Mikrorissen

Übersicht Vorgestellt werden dynamische Untersuchungen an einem Getriebemodell aus vier Starrkörpern und zwei Torsionswellen. Es wird angenommen, daß die Wellen Mikrorisse enthalten, die über einen äquivalenten Schubmodul nach [2, 3] berücksichtigt werden. Der Einfluß der Mikrorisse auf das dynamische Verhalten des Getriebes wird anhand der beiden ersten Eigenfrequenzen und der Amplituden-Erregerfrequenz-Beziehung untersucht. Benutzt werden zwei Methoden: die Methode der Wellenausbreitung, die alle Reflektionen berücksichtigt, und die Behandlung als Mehrkörpersystem.

     

Fatigue design of bolted joints taking into account reliability concepts

A method is presented for fatigue design by comparing the load on the bolt in joints with the fatigue strength of the bolt-nut joints. Two types of bolted joints, cylindrical and T-flange joints, are treated as examples. Reliability concepts are introduced to the design. Fatigue tests of the above-mentioned bolted joints were also carried out to verify the applicability of the method. As a result, it appears that the fatigue behavior of threaded fasteners can be estimated to some extent by comparing the load on the bolt with the fatigue strength. Paper was presented at the 1986 SEM Spring Conference on Experimental Mechanics held in New Orleans, LA on June 8–13.     

Theory of capillary viscometers taking into account surface tension effects

The constants of the working equation of capillary viscometers of gravity flow type are no true instrument constants owing to its dependence on the surface tension of the fluid. We have calculated numerically this dependence in the case of Ostwald-Rankine and Ubbelohde type viscometers. In the case of Ubbelohde viscometer with suspended level it is possible to make the surface tension errors lower than 0.01% by suitable choice of the radius of curvature of the suspended level. This radius is calculated for many practical cases.