强激光水下爆炸推进的物理机制

对激光水下聚焦爆炸推进的作用机理开展了实验测量和数值模拟研究. 实验观察到激光水下聚焦爆炸推进分为两个物理过程: (1) 强激光与铝膜相互作用诱导等离子体演化, 产生短脉冲、高幅值的等离子体压力, 并对航行体做功; (2) 激光爆炸产物气泡脉动, 对航行体继续提供推力. 另外, 实验还对不同介质中的激光推进效率以及气泡与约束壁面/自由水面相互作用的物理机制进行了研究. 发现在高阻抗环境介质、气泡受约束脉动以及近自由水面条件下, 激光爆炸推进的效率更高. 在实验的基础上, 建立了激光水下聚焦爆炸推进的物理模型, 发展了相应的耦合数值计算方法. 计算得到的气泡脉动规律及航行体运动规律与实验测量结果一致, 验证了计算的模型和方法, 为强激光水下聚焦爆炸推进机理的研究提供了一种有效的方法.      

变刚度层叠梁的力学性能研究

为满足不同场景下的功能需求，变刚度结构得到越来越广泛的应用．以机器人手臂为例，在执行操作时，需要其手臂的结构刚度足够大，避免出现过大的扭曲和变形，而在与人交互时，又需要其结构足够柔软，以保证在此过程中与人交互的安全性．该类变刚度结构可根据需求通过外部激励在柔性和刚性状态之间自由切换．在该文章中，研究分析了层叠梁结构，通过理论推导和数值模拟，对其力学性能做出了很好的预测，同时为此类结构的研究提供了有效可靠的思路和方法．     

运动车辆横向振动半车模型分析

通过半车模型, 数值研究平滑路面上运动车辆车体的前两阶横向振动频率. 将车体模型化为两端自由的Euler-Bernoulli梁, 半车模型的车轮模型化为两个弹性不等的弹簧. 建立半车模型的数学模型描述车体的横向振动. 以两端自由的静态梁的模态为试函数和权函数, 通过高阶Galerkin截断计算车体横向振动的频率, 并研究车辆运行速度、车体刚度、弹簧刚度等参数对车体振动频率的影响.     

剪力墙的面外刚度对建筑结构计算结果的影响

剪力在钢筋混凝土建筑结构中有着广泛的应用,在计算时一般都忽略剪力面外刚度的贡献。本文利用一种同时具有面内刚度和面外刚度的剪力墙模型,研究了剪力墙的面外刚度对整体结构的控制位移和固有频率的影响。结果表明,剪力面外刚度的贡献与剪力墙之间的耦合程度以及是要用刚性楼板假定有关,在大型复杂的纵横剪力墙结构中,剪力墙面外刚度的贡献不可忽略。     

倾转旋翼过渡状态的尾迹及气动力特性计算与分析

建立了倾转旋翼机倾转过渡状态旋翼尾迹和气动力的计算方法.该方法中,桨叶的气动模型采用Weissinger-L升力面理论模拟,尾迹的控制方程考虑了旋翼倾转运动对速度分量的影响,并采用时间步进方法求解旋翼自由尾迹,为提高计算精度,使用了4阶Adams-Moulton预测-校正数值算法.同时,该方法中还推导了能适用于倾转过渡状态的旋翼桨叶挥舞运动方程,并结合了旋翼配平模型.利用所建立的方法,首先计算了悬停和前飞状态时的旋翼自由尾迹几何形状,并通过与可得到的实验结果对比,验证了计算方法的有效性.然后,计算和分析了旋翼在不同倾转状态下的尾迹滞后及弯曲特征,以及倾转旋翼的拉力、俯仰和滚转力矩随时间的变化,在此基础上,得出了一些有意义的结论.     

鲫鱼皮肤和肌肉的力学性能研究

鱼在水中游动时,参与鱼体弯曲变形的组织和器官与水媒介相互作用,形成了不同的游动模式和变形方式。为了更好地理解鱼体变形机制并为今后的流固耦合计算提供基础实验数据,本文采用万能试验机进行单轴拉伸试验,对鲫鱼皮肤和肌肉等生物材料的力学性能进行研究。通过破坏实验的方式确定其杨氏模量,通过松弛实验的方式确定其归一化松弛函数。针对皮肤和肌肉的生物材料粘弹性性质,给出本构方程。通过简化为标准线性固体模型进行讨论,得到的结论是:鲫鱼游动过程中以很小的能量损耗为代价,增加了其有效刚度。     

电爆炸过程中金属丝阻抗的变化

为了掌握金属丝阻抗的变化规律,通过分压器和罗氏线圈分别测量出电爆炸过程中金属丝上的电压和电流,并由此计算出金属丝阻抗等相关电参数随时间变化的规律;采用F.D.Bennett和A.Hobson模型对金属丝阻抗进行了数值模拟,得到金属丝阻抗随时间的变化规律。实验结果和模拟结果的比较表明:两个模型的模拟结果均在金属丝气化前和部分初始放电电压下有效;当放电时电容器初始电压较大时,能量沉积速度更快,金属丝液化、气化、完全气化所用的时间更短;在金属丝爆炸过程中,金属丝阻抗存在一个最大值。     

黏弹性土层中单桩纵向振动的对比分析

在频率域内研究了黏弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性.将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于黏弹性理论,采用平面应变模型给出了分数阶导数黏弹性土层的动力阻抗.考虑桩纵向振动时的横向惯性效应,将桩等效为Rayleigh-Love杆,得到了桩头动力复刚度和导纳的解析表达式.通过数值计算,分析了不同模型土条件下桩头动刚度因子和阻尼随激励频率的动力响应.同时,研究了Rayleigh-Love和Euler-Bernoulli两种模型桩动力特性的差异.分析了桩-土界面连续性模型和相对滑移模型对黏弹性土层中桩纵向振动的影响.结果表明:1随着阶数和材料参数比的增加,桩头刚度因子和阻尼明显减小;2对于大直径桩,随着外荷载激励频率的增加,桩横向效应对刚度因子和阻尼有显著影响.3连续性模型条件下桩头的刚度因子和阻尼在共振时的振幅小于相对滑移模型条件.     

人体上肢运动的Kane动力学模型

建立了人体上肢3刚体7自由度的多刚体模型，并应用Kane方法建立了上肢鞭打动作的物理模型，计算出上肢各环节在鞭打动作过程中的肌肉力矩和关节反作用力．实践证明，Kane方法在描述和计算上肢运动的形式和力矩时具有列解方程规范简洁、编程计算方便高效的特点，计算结果能够反映动作实际．通过对棒球投掷动作上肢三个环节力和力矩进行计算与分析，初步了解了上肢各环节在运动过程中肌肉力矩和关节反作用力与动作技术的关系．     

压电智能梁的阻抗分析与损伤识别

压电陶瓷具有正、逆压电效应,可以用作自驱动传感器.该文对表面粘贴有单片压电陶瓷的压电智能钢梁进行了阻抗分析.讨论了单压电片驱动下钢梁的纵向振动和弯曲振动,得到了压电智能梁的机械阻抗.介绍了压电片与基梁的机电耦合作用及基于压电阻抗技术的结构损伤识别机理.以两端自由钢梁为例对压电智能梁的压电阻抗进行了数值与实验验证,结果表明数值计算结果与实验结果基本相符.利用压电阻抗技术对两端自由的裂纹钢梁进行了损伤识别实验研究,实验结果发现,裂纹的出现引起高频段压电阻抗实部和虚部曲线出现了明显的变化;随着裂纹尺寸的增大,曲线谐振频率和反谐振频率逐渐减小.由此可见,通过测量钢梁损伤前后压电陶瓷片的电阻抗变化能够识别梁中的裂纹损伤.     

电动桥式起重机负载升降过程的系统动力学模拟

从系统的角度考虑电动桥式起重机起升机构工作过程中的动力学模拟问题。首先,由系统的拉格朗日函数、约束条件和电机的磁共能定义修正的拉格朗日函数;随后,应用Hamilton原理和三相感应电机瞬态模型得出起升机构工作过程中电动桥式起重机系统的运动方程。为验证模型的效果,本文还进行了转子串电阻速度控制系统控制下的32t电动桥式起重机吊运额定负载下降过程的数值模拟,分析了高速浮动轴扭转刚度以及制动过程中转子电阻的配置方案对系统动力响应的影响。模拟结果表明,制动过程中起升机构高速浮动轴所受载荷远大于起动过程中所受载荷,制动开始时在电机转子电路中增加一级较大的外串电阻有利于减小下降制动阶段系统中的动载。     

Vibration-test evaluation of an ULLAGE solid-propellant rocket motor

The mission of the ULLAGE motor is to maintain a positive acceleration of the Saturn rocket during the period between burnout of the first stage and ignitiion of the second stage. The eight ULLAGE motors attached to the Saturn second stage are fired during separation from the first stage. They must withstand intense sound levels and vibrations transferred through the first stage and the interstage structures. Vibration tests were performed on an inert ULLAGE motor to safely educe the approximate response of the design configuration. The results served as a basis for improved definitions of the control parameters in subsequent vibration tests performed during the development program. The motor was tested while subjected to harmonic (sinusoidal) displacing excitation, as well as to a Gaussian distribution of random vibration. The transmissibilities and power spectral densities were obtained for forcing functionals in the longitudinal, radial and tangenital directions. Summaries of all the vibration tests were prepared and the critical frequencies were enumerated and discussed.     

旋转运动柔性梁的时滞主动控制实验研究

对旋转运动柔性梁的时滞主动控制进行实验研究,验证时滞反馈控制的有效性. 实验中采用交流伺服电机带动柔性梁旋转运动,柔性梁上粘贴有压电作动器,用于控制梁的弹性振动. 实验研究考虑如下3种情况:(1)仅使用电机扭矩进行控制,电机扭矩存在时滞;(2)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,仅压电作动器存在时滞;(3)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,电机和压电作动器存在不同的时滞量. 重点通过实验验证时滞反馈控制的可行性和有效性.      

BUFFER AND COMPLIANT DYNAMIC SURFACE CONTROL OF SPACE ROBOT CAPTURING SATELLITE BASED ON COMPLIANT MECHANISM$^{\bf 1)}$

研究了空间机器人在轨捕获非合作卫星过程避免关节受碰撞冲击破坏的缓冲从顺控制问题, 为此在机械臂与关节电机之间配置了一种柔性机构, 其作用在于: (1)在接触、碰撞阶段可通过其内置弹簧的变形来吸收被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击力矩; (2)在镇定运动阶段, 结合与之配合的缓冲从顺控制策略来适时开、关关节电机, 以保证关节受到的冲击力矩受限在安全范围. 首先, 利用多刚体系统理论获得配置柔性机构空间机器人及目标卫星分体系统动力学方程; 之后, 结合整个系统动量守恒关系, 捕获操作后系统运动几何关系及力的传递规律, 建立了两者形成联合体系统的动力学方程, 并计算了碰撞过程的冲击效应与冲击力. 为了实现失稳联合体系统的镇定控制, 提出了一种基于动态面的缓冲从顺控制方案. 上述控制方案可在实现吸收捕获操作产生的冲击力矩的同时, 还能在冲击力矩过大时适时开启、关闭关节电机, 以避免关节电机发生破坏; 此外, 动态面的引入避免了反演法存在的计算膨胀问题, 有效减少了计算量. 基于Lyapunov函数法证明了系统的稳定性, 并通过系统数值仿真结果验证了上述缓冲从顺控制策略的正确性.     

Passive-based adaptive control with the full-order observer for induction motor without speed sensor

The conventional linear control methods are difficult to meet the control requirements of high-performance speed regulation of asynchronous motor due to the nonlinear and multi-variable problems of induction motor. A passive-based control method of induction motor with the full-order state observer is proposed with the Euler–Lagrange equation of motion of the induction motor. Based on the relationship between passivity and stability of induction motor, the state feedback is used for torque and speed tracking. The full-order state observer is adopted with rotor current and rotor flux as state variables, and the adaptive speed controller is designed to realize the passive-based control. The experimental results show that the errors between the estimated value based on the proposed full-order observer and the actual value of rotor current, speed and flux are small; the speed with the proposed adaptive control can reach the expected value quickly. The proposed control method can effectively meet the high-performance requirements of induction motor.

     

基于柔性机构捕捉卫星的空间机器人动态缓冲从顺控制

研究了空间机器人在轨捕获非合作卫星过程避免关节受碰撞冲击破坏的缓冲从顺控制问题, 为此在机械臂与关节电机之间配置了一种柔性机构, 其作用在于: (1)在接触、碰撞阶段可通过其内置弹簧的变形来吸收被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击力矩; (2)在镇定运动阶段, 结合与之配合的缓冲从顺控制策略来适时开、关关节电机, 以保证关节受到的冲击力矩受限在安全范围. 首先, 利用多刚体系统理论获得配置柔性机构空间机器人及目标卫星分体系统动力学方程; 之后, 结合整个系统动量守恒关系, 捕获操作后系统运动几何关系及力的传递规律, 建立了两者形成联合体系统的动力学方程, 并计算了碰撞过程的冲击效应与冲击力. 为了实现失稳联合体系统的镇定控制, 提出了一种基于动态面的缓冲从顺控制方案. 上述控制方案可在实现吸收捕获操作产生的冲击力矩的同时, 还能在冲击力矩过大时适时开启、关闭关节电机, 以避免关节电机发生破坏; 此外, 动态面的引入避免了反演法存在的计算膨胀问题, 有效减少了计算量. 基于Lyapunov函数法证明了系统的稳定性, 并通过系统数值仿真结果验证了上述缓冲从顺控制策略的正确性.      

Sensor less fuzzy control of DC motor

This paper is concerned with the design of the sensorless controller for the position control of DC motor. The DC motor can be modeled as a linear time invariant single input single output system. In this paper synthesis and analysis of position control of a DC motor using sensor less fuzzy control and conventional PID controllers are carried out and their performance is evaluated and compared. The performance of sensor less fuzzy controller is found superior to conventional PID controllers even in the presence of disturbances.     

Nonlinear dynamics and control for single-axis gyroscope systems

A nonlinear feedback control system of the single-axis gyroscope governed by a servo motor is studied in this paper. The closed-loop feedback is designed to account for the gimbal nutation as the gyroscope undergoing an angular velocity in the perpendicular directions. This paper integrates the singular perturbation modeling technology and sliding mode control strategy, while the stability of the closed-loop system is ensured by proof via Lyapunov direct method. Finally, comparisons among pole placement, sliding mode control and angular displacement feedback with respect to regulation capability and transient performance are reported. The simulation results demonstrate the superiority of singular perturbation sliding mode control and its potential to be facilitated in the aircraft safety module on detection and prevention from rollover during flight.     

Mechanism analysis and optimum control of negative airgap eccentricity effect for in-wheel switched reluctance motor driving system

In this paper, the generation mechanism of the negative airgap eccentricity effect for the in-wheel switched reluctance motor (SRM) driving system is analyzed. An independent current chopping control strategy is proposed to achieve optimum control between the response characteristic of the in-wheel motor driving system and the dynamic performance of electric vehicle (EV). Firstly, the electromagnetic characteristic of the studied SRM under airgap eccentricity is studied based on electromagnetic coupling model and circuit driving equation, and the radial electromagnetic force under different airgap eccentricity is verified by adopting the built experiment device. Then, combined with the excitation characteristics of the radial electromagnetic force, the negative dynamic effect of the in-wheel motor driving system is analyzed in the time–frequency domain. Finally, an independent current chopping control strategy for the in-wheel SRM driving system based on vehicle vibration feedback is proposed. The controller parameters including the turn-off angle and chopping current threshold are optimized by data interpolation. Results show that the proposed control strategy can achieve the optimum control between the response characteristics of the in-wheel motor driving system and the vehicle dynamic performance, especially to suppress the vehicle sprung mass acceleration and tire bounce while starting EV.

     

无刷直流力矩电动机系统传函的精确描述

本文介绍无刷直流力矩电动机系统结构与运行原理；采用Ｐａｒｋ变换建立了无刷直流力矩电动机系统的动态数学模型；通过频域分析，推出精确描述无刷直流力矩电动机系统特性的传递函数；讨论了无刷直流力矩电动机系统参数对整个控制系统的影响。