多关节机械臂系统非线性动力学分析

针对工程机械臂的非线性振动,研究了系统因周期运动失稳而产生Hopf分岔问题．工程机械臂在建模时往往忽略非线性因素,然而在特殊场合下非线性的影响不可忽略,本文利用拉格朗日法建立了新的非线性两关节机械臂系统的两自由度动力学方程,采用多尺度法对机械臂系统模型进行了求解,对系统发生主共振时的动力学行为进行了分析讨论．结果表明所求得的近似解析解与数值解具有较好的吻合性,同时由于系统方程中非线性项的影响,随着激励幅值与激励频率的变化,系统的振幅会发生跳跃,出现动态分岔现象．本研究为实际工程应用提供了一些理论依据和指导．     

一种直流力矩电机系统的滞滑摩擦补偿方法

陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性滞滑摩擦，使转台在PID控制下存在滞滑极限环。为提高转台定位精度，应用具有滞滑(stick-slip)摩擦的直流力矩电机系统模型，推导了一种补偿方法，对含有滞滑摩擦的PID控制转台直流力矩电机伺服系统进行滞滑摩擦补偿。在采用PID控制的转台电机系统定位工作状态下，这种滞滑补偿方法可以减小滞滑极限环的幅值。仿真结果证明了该补偿方法的有效性。     

二维非线性微分动力系统与圆映象（Ⅰ）：极限环向圆映的拓扑变 …

本文讨论了二维非线性常微分系统（极限环）向圆映象的变换。利用拓扑变、藕合振子的锁相条件和付利叶展开，我们建立了极限环与圆映象的关系。它由一组方程系列来表达，文中称为ＴＴＥ系列。这样就给出了一个研究二维百线性微分动力系统的周期与混沌的新途径，这就是：微分动力系统－－圆映象－－类比－结论。     

具有迟滞非线性的高超声速机翼颤振分析

本文采用两自由度的二元机翼模型,研究高超声速机翼由于气动弹性引起的机翼颤振问题.考虑了由于机翼连接部位的松弛和摩擦引起的机翼迟滞非线性特性的影响,采用三阶活塞理论给出高超声速机翼的非线性气动力和气动力矩.通过数值模拟,获得系统的时域响应曲线和Poincare图,分析发现,随着系统参数的变化,二元机翼会出现极限环、分岔等复杂的动力学行为,并发现迟滞非线性参数对系统极限环幅值、分岔和混沌特性有较大影响.     

多尺度法在时滞弹性关节机械臂非线性振动问题中的应用

针对非线性弹性关节机械臂,研究传动过程中的时滞效应对机械臂系统周期振动的影响．本文改进了具有弹性关节的非线性机械臂动力学模型,引入时滞参数,应用多尺度法,得到系统的近似解析解,考察了时滞对机械臂系统周期运动的影响规律．数值软件计算结果表明解析解与数值解具有较好的吻合度．从而验证了本文多尺度方法的有效性和正确性．     

三个共轴涡环运动混沌特性的研究

本言语利用离散涡环方法对三个共轴涡环运动进行了数值模拟，在此基础上，采用非线性动力学中混沌特征量的计算方法，得到了涡环呈规则运动和混沌运动的结论。结果表明，三个共轴涡环在运动时，总是会产主规划与混沌的现象。而这些现象的产生取决于三个涡环的初一文析得出对于利用共轴涡环模拟轴对称射流场涡结构的演变具有重要的参考价值。     

柔性机械臂碰撞系统的一种建模方法及精细积分数值模拟

对一单连杆柔性机械臂与外界发生碰撞时的动力学特性进行了研究。在建立动力学模型时，利用有限元思想，用有限个刚性单元和抗扭连接弹簧来模拟机械臂及其柔性性质，得出了较为简单的非线性动力学方程，根据几何关系，建立了系统在发生碰撞时的约束条件。本文在系统的动力学方程中引入对偶变量，并将方程导向Hamilton体系，用精细积分法对系统的动力学特性进行了模拟。     

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．     

考虑摩擦特性的柔性关节空间机器人自适应CMAC神经网络鲁棒控制

讨论了关节摩擦力矩影响下,具有柔性铰关节的漂浮基空间机器人系统的动力学控制问题.设计了基于高斯基函数的小脑神经网络(CMAC)鲁棒控制器和摩擦力矩补偿器.用奇异摄动理论对系统的动力学模型进行快慢变子系统分解,针对快变子系统,设计力矩微分反馈控制器来抑制机械臂关节柔性引起的振动;对于慢变子系统,设计了基于自适应CMAC神...     

空间机械臂捕获卫星过程的碰撞动力学模拟及镇定运动的鲁棒控制

讨论了漂浮基空间机械臂捕获未知运动目标卫星的接触碰撞动力学建模和接触碰撞后系统镇定运动的控制问题。利用第二类拉格朗日方法和牛顿-欧拉法分别建立了接触碰撞前漂浮基空间机械臂和目标卫星两分体系统的动力学模型;以此为基础借助于空间机械臂与目标卫星接触点间的运动几何关系、力传递关系,计算了接触碰撞所产生的影响效应;捕获卫星后,联立空间机械臂与卫星接触碰撞前的动力学模型,建立了接触碰撞后两系统组合体动力学模型;并设计了增广鲁棒控制算法,以对受碰撞冲击后处于不稳定的组合体系统进行镇定运动控制。上述控制方法能应用于空间机械臂载体位置不受控情况,并能使组合体系统控制方程关于卫星不确定参数呈线性化关系。最后,利用数值仿真模拟捕获过程系统运动状态,验证了上述鲁棒控制镇定运动的效果。     

粘弹性轴向运动梁的非线性动力学行为

本文研究了带有小脉动的轴向运动粘弹性梁的分岔及混沌现象。建立了系统的动力学模型。通过二阶Galerkin截断，把描述系统运动的偏微分方程离散化。利用数值方法分别分析了几种运动脉动频率时，梁随轴向运动脉动幅值，平均速度及粘弹性系数等几个参数变化时的运动分岔行为。利用Lyapunov指数识别系统的动力学行为，区分准周期振动和混沌运动。     

含间隙非线性的大展弦比机翼/外挂系统的气弹响应分析

综合考虑大展弦比机翼的柔性变形和外挂与机翼连接处的间隙非线性,建立了机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Lagrange方程推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行了离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明:系统极限环振动的临界速度随间隙的增大而减小,随间隙初偏值的增加而增大;几何非线性可大幅降低系统极限环振动的幅值;随流速的增加,系统呈现出复杂的响应,周期运动与混沌运动相间出现;最后系统发生屈曲。     

漂浮基弹性基座空间机械臂的鲁棒控制

讨论了基座存在弹性情况下,载体位置不受控、姿态受控的漂浮基空间机械臂系统关节空间控制问题.利用拉格朗日方法结合动量守恒定律建立了弹性基座漂浮基空间机械臂系统动力学方程,空间机械臂工作环境的特殊性使得理论数学模型和实际模型存在一定的模型误差,同时考虑到外部干扰,本文对理论模型进行了改进.基于李雅普诺夫稳定性理论,为具有模型误差和外部干扰的弹性基座空间机械臂设计了合理的鲁棒控制方案,并且进行了稳定性证明.由于建模过程结合了动量守恒定律,所以所设计的控制方案无需测量载体位置、移动速度和移动加速度.数值仿真结果证实了本文提出的控制方法的有效性和可行性.     

基于混沌粒子群优化算法的空间机械臂轨迹规划算法

针对自由漂浮状态下的空间机械臂系统,研究了基座姿态扰动最小的轨迹规划问题。首先通过正弦函数参数化机械臂各个关节,在机械臂关节角速度、角加速度以及基座姿态变化范围受限的约束条件下,定义了基座姿态扰动最小的目标函数,然后提出了基于混沌粒子群算法的轨迹优化策略,并给出了具体求解步骤。数值算例结果表明,在满足系统的约束条件下,机械臂关节变化平缓,不存在角速度突变的情况,并且比标准粒子群算法具有更快的收敛速度,在优化轨迹下进行运动仿真,结果表明终止时刻基座姿态扰动为1.3708°(三轴合成),而梯形规划的姿态扰动为8.5459°,优化后使得姿态的扰动减小84%,从而说明所提出的算法能够有效减小机械臂运动对基座姿态的扰动。     

轮胎胎面橡胶-冰面摩擦试验方法研究

基于一种新开发的轮胎胎面橡胶摩擦试验机,建立了轮胎和整车与冰面间的模拟摩擦试验手段,提出了在高滑移速度段的瞬时试验法和低滑移速度段的连续采样试验法;分别在不同滑移速度、压力、温度下针对轮胎胎面胶块与冰面进行了摩擦试验,并对试验结果进行了模型拟合和分析.结果表明:作为轮胎主要组成部分的橡胶表现出很特殊的摩擦特性,其并不符合库仑摩擦定律;橡胶轮胎的机械特性在很大程度上取决于橡胶的摩擦特性,在一些极限工况下尤其如此;相关的橡胶摩擦实验研究对轮胎力学特性的研究具有重要的参考价值.     

基于非线性级联系统的弹性关节空间机器人新型滑模控制

研究了双臂弹性关节空间机器人的改进型非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)设计、新型自适应动态终端滑模控制和弹性振动抑制问题。首先,考虑空间机器人的关节弹性,基于非线性级联系统的结构建立弹性关节空间机器人模型,分为外环机械臂动力学和内环关节动力学,具有渐近稳定性。针对外环机械臂动力学模型,设计基于改进型NDO的新型自适应动态终端滑模控制算法。针对内环关节动力学模型,设计力矩反馈控制算法来抑制弹性关节振动。本文提出的基于非线性级联系统的自适应动态终端滑模控制算法具有良好的动态特性及较强的鲁棒性,可在关节柔性刚度较小情况下,快速完成弹性关节振动抑制,实现空间机器人轨迹的精确跟踪。系统仿真试验证明了本文控制算法的正确性。     

多移动机械臂动力学建模及基于零空间的协作

当前机械臂需要完成的任务日益复杂，单个固定机械臂或者是移动机械臂已经不能满足需求，而多移动机械臂系统结合了移动基座的灵活性和多机械臂合作的高效性，引起了学术界的广泛关注．本文研究了在多个移动机械臂抬起目标物体后，移动平台因避障而改变移动轨迹导致与机械臂末端执行器产生相对位移时，如何利用零空间概念设计保持目标物体姿态稳定的控制方法．为验证该控制方法能适用于多移动机械臂系统，对其动力学进行建模，得到了与单机械臂系统形式一致的动力学方程．最后根据该控制方法，设计了多个移动机械臂协同搬运物体时保持物体稳定的控制律并进行了数值验证．     

考虑冲击影响的空间机械臂捕获目标后实时观测滑模补偿镇定控制

分析漂浮基空间机械臂捕获目标受到的碰撞冲击影响效应及碰撞后的镇定控制.首先,建立空间机械臂多体系统的动力学模型.机械臂捕获目标过程所受的碰撞冲击将会引起不稳定运动,利用动量定理评估计算碰撞冲量对其运动状态的影响效应.而后,设计实时观测滑模补偿控制对受碰撞冲击后的不稳定空间机械臂系统进行镇定控制.最后,通过对空间机械臂捕获目标的碰撞冲击及镇定控制过程仿真,验证了控制算法的有效性.     

磁摩转子系统中的碰擦分岔现象

对于旋转机械中的常见故障这一－－转子与定子碰摩，应用非线性动力学理论分析了一个简单碰摩转子系统的碰擦分岔现象。通过对运动微分方程的数值积分。研究了转速比变化时系统具有的各种形式的分岔。结果表明：系统的运动具有周期与混沌运动交替、周期递增现象，倍周期分岔，以及随控制参数的减小运动从的周期轨道分岔为混沌吸引了。系统的这非线性特征对于准确地诊断这一故障具有重要意义。     

雨刮器非线性摩擦振动的稳定性与分岔特性

针对雨刮器建立2自由度非线性摩擦振动动力学模型,基于复模态理论计算复特征值并进行稳定性及其对刮刷速度的依赖性分析;通过数值计算分析摩擦振动对刮刷速度的分岔特性,并利用相轨迹、庞加莱映射、频谱特性分析不同刮刷速度下的非线性振动现象.研究发现:摩擦-速度特性的负斜率是导致系统不稳定的根本原因,增大刮刷速度有利于提高系统的稳定性;在高、低刮速区,随着刮刷速度的下降,系统振动形态遵循周期→准周期→混沌的演化规律,并会伴随显著的粘滑振动;仅高速区的周期振动和非振动条件下,刮刷时无附加的粘滑振动.