弹簧刚度对被动步行的稳定性影响

由人类步行的生物力学研究得到启发,在被动双足步行机器人的髋关节处引入了扭簧,并通过仿真和试验研究了弹簧刚度对被动步行稳定性的影响.在仿真中,用胞映射方法计算被动步行机器人的吸引盆,并用吸引盆来衡量机器人的稳定性,研究了弹簧刚度对被动步行吸引盆大小的影响. 仿真结果表明, 吸引盆随着弹簧刚度的增大而增大. 在试验中,使机器人在各弹簧刚度参数下沿斜坡向下行走100次,记录下行走到头的次数作为稳定性的度量. 试验结果表明, 存在一个大小适中的弹簧刚度使机器人稳定性最大. 对弹簧提高机器人稳定性的原因进行了分析,对造成仿真与试验之间差异的原因进行了分析.      

基于模态分析的单轴旋转惯性导航系统结构优化

针对单轴旋转调制惯性导航系统结构动刚度低的问题,以模态仿真分析为基础对系统结构进行优化改进。基于无质量弹性单元等效滚动轴承的方法,利用经验公式计算轴承等效刚度,并引入转子动力学合理表征系统的旋转行为,利用有限元分析软件ANSYS实现了系统模态的高可信度仿真分析。以提高系统一阶模态频率为设计目标,通过结构性能缺陷识别的方法确定优化方向,对结构薄弱点进行改进设计,将系统结构基频从36 Hz提高到74 Hz。最后,开展模态试验验证。试验结果表明,仿真与试验的符合度优于90%,优化后的系统在0~60 Hz的扫频范围内无明显振动响应。     

应用POD和Padé拟合的线性动力学系统辨识

提出了一种线性动力学系统辨识方法.应用Padé多项式对系统的动刚度曲线进行拟合,通过最小二乘法确定Padé多项式中的系数矩阵,利用遗传算法确定出Padé拟合式中的参数.通过比较系统动刚度矩阵的理论公式和Padé拟合式,辨识得到系统的质量阵、刚度阵和阻尼阵.当系统阶数较高时,可结合POD降阶技术对系统进行辨识,该方法适用于全阶模型和降阶模型.数值仿真算例表明,论文方法具有较高的精度和较好的鲁棒性.     

电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析

分析了电磁轴承系统的刚度阻尼特性与系统结构参数及其控制器频响特性之间的关系。给出了系统控制电流的相位对系统稳定性和刚度阻尼特性的影响。提出了电磁轴承系统的复阻尼概念，以及部分刚度阻尼特性指标的实际意义和计算方法。     

力反馈式加速度计动态特性分析及重要参数选择

力反馈式微机械加速度计闭环系统的静电反馈力可以等效成一个与反馈电压成正比的负反馈力和一个与其平方成正比的负刚度,这使得加速度输入不同时,可以等效成不同参数的线性系统.首先,通过系统的等效开环数学模型的分析,提出静电反馈力的负刚度给整个系统带来的影响;然后在保证系统稳定性和其它性能的同时,以满足整个量程内的动态性能指标为目的,提出校正方案以及机械刚度的取值;接着对校验方案以及所选取参数进行了稳定性仿真和动态特性仿真;最后通过不同刚度和校正参数的两个加速度计的对比实验证明:适当提高系统机械刚度并合理选择校正参数能够在几乎不影响系统阈值的情况下提高系统的动态特性和稳定性.     

基于自适应分类容错滤波的SINS/GNSS组合导航方法

针对SINS/GNSS组合导航在GNSS信号异常时出现的系统滤波精度和稳定性下降的问题,提出一种基于EKF的自适应分类容错滤波算法。该算法通过比较系统残差协方差矩阵的实际值与理论值来检测GNSS信号是否存在异常,然后对异常信号进行分类,并对不同类别的异常信号使用不同的加权矩阵进行修正,以减弱异常值对系统滤波精度的影响,同时在滤波过程中加入UD分解,使系统滤波性能更稳定。仿真结果表明:该算法能够有效降低GNSS输出异常信号对SINS/GNSS组合导航带来的不利影响并提高系统稳定性;在GNSS信号出现异常情况下,其导航精度相比EKF至少提高95.6%,相比REKF和AEKF分别至少提高44.5%和24.6%。     

含时滞反馈的楔式制动系统动力学分析

考虑含时滞反馈的影响,建立楔式制动系统动力学模型,运用多尺度方法对黏滑界面附近区域进行受迫主共振求解,分析时滞量、楔角与系统刚度对系统幅频响应的影响,应用Routh-Hurwitz判据分析系统稳定性的影响因素。基于解析解的分析表明:稳态幅值和稳定性边界都随时滞量发生周期性变化,周期内较大的时滞量引起鞍结分岔,并发展至不稳定多解;楔角和系统刚度增加引起主共振振幅增大,并扩大了不稳定区域。     

利用卡尔曼滤波和参数自调整控制器提高飞行仿真转台性能

为了提高惯性器件仿真的真实性,飞行仿真转台被广泛应用于半实物仿真系统.但是飞行仿真转台的响应误差、响应滞后、非线性等特性影响了整个半实物仿真系统的性能.采用卡尔曼滤波器对转台的状态进行估计,并设计了带有前馈的闭环控制器,减小了飞行仿真转台的低频相位滞后.通过对转动轴上的转动惯量进行辨识,控制器的参数可以自动调整来减小负载惯量变化对系统的影响,同时控制器对系统的力矩扰动进行了补偿.经过试验验证,转台小信号运行时的失真度残小为原来的1/5,动态仿真性能也有显著提高.     

微静电陀螺仪再平衡回路设计

微静电陀螺仪依靠可控的静电力,将高速旋转的陀螺转子稳定地悬浮在高真空的电极腔中心,是一种能实现两自由度角速率测量的新型微机电陀螺。针对大角度、高角速率的捷联式惯性导航系统应用,对陀螺仪再平衡回路进行了设计。讨论了陀螺仪的动力学特性,给出了补偿负刚度特性的方法,采用双频波特图对系统稳定性进行了分析,给出了再平衡回路的性能仿真结果。仿真与分析表明,陀螺仪允许的最大输入角速度为768(°)/s,标度系数为6.44mV/((°)·s-1)。     

可倾瓦轴承支承的转子系统稳定性研究

对一些由可倾瓦轴承支承的典型转子系统的稳定性研究结果表明:即使在理想工况下,经典理论关于“可倾瓦轴承——转子系统是本质稳定的”结论也是不正确的。在这类系统中同样存在着和固定瓦轴承——转子系统一样的不稳定性问题。本文还进一步讨论了各种参数对系统稳定性的影响(如瓦块惯性J.预负荷系数V.支点系数,外交叉刚度和外阻尼等)。无疑,这些讨论将有助于对工程中此类系统时而发生油膜振荡的根本原因的认识。最后,文中还给出了这类系统的失稳转速计算公式。     

弹性支承滑动轴承－转子系统稳定性的研究

本文研究弹性支承滑动轴承－转子系统的动力稳定性问题，建立了弹性支承滑动轴承－Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子系统的力学模型，采用牛顿延拓法从理论上对该转子轴承系统的动力稳定性进行了分析，讨论弹性支承的刚度对系统稳定性的影响，从而提出提高系统稳定性的有关措施。最后，依据理论分析，利用Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转于实验台，作者设计和加工了一副弹性支承器，通过刚性支承和弹性支承两个对比实验，对理论分析的结果进行了验证。实验结果表明，弹性支承能提高转子动力稳定性。     

一种自适应模糊PID复合控制在液压仿真转台中的应用

针对液压仿真转台伺服系统的非线性特点，提出了一种模糊控制与局部积分控制相结合的复合控制方式。当系统的偏差较大时主要采用模糊控制器对系统的偏差进行快速调节以加快系统的响应过程；当系统的偏差小于某一值时，加入积分控制以保证系统的精度。为了提高模糊控制器的性能，采用了规则可调整的模糊控制器。实验结果表明：该方法能有效地克服液压伺服系统的非线性和参数的不稳定性以及外部干扰对系统的影响，具有较高的控制精度和鲁棒性能，完全适合于液压仿真转台伺服系统的控制。     

Duffing系统的主-亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.     

Duffing系统的主--亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.     

大跨度悬索桥索股抗弯刚度对锚跨张力测试精度的影响研究

为研究索股抗弯刚度对张力测试精度的影响,基于能量法推导了计入索股抗弯刚度和忽略索股抗弯刚度影响的悬索桥锚跨索股在两端铰接时索股张力和自振频率的关系,考虑到悬索桥索股边界条件的复杂性,结合动平衡法得出了索股在一端铰接一端弹性支承时索股张力与自振频率之间的相关表达式。通过算例,对所得表达式的精度及有效性进行了验证,结果发现索股的抗弯刚度对索股张力控制精度的影响较大。工程应用研究则表明,索股抗弯刚度对测试精度的影响,主要由索股张力产生的应力刚度与索股抗弯刚度之间的比值决定;锚跨索股边界条件的不确定性,对控制精度也产生较大影响,施工锚跨张力控制过程中,结合提出的最小二乘法,能有效地解决该问题,并能大幅提高索股张力控制精度。     

考虑刷丝支承刚度的高速引电器转子动力学特性研究

为研究多通道刷丝–滑环接触副中刷丝支承刚度对系统动力学特性的影响,将刷丝简化为欧拉–伯努利悬臂梁,推导了刷丝支承刚度计算的理论公式。建立了滑环胶合细长轴的高速引电器转子系统有限元模型,考虑多通道刷丝支承刚度影响,开展了转子系统动模态数值仿真分析,得到了系统振型图、坎贝尔图及临界转速偏离裕度。研究结果表明,刷丝支承刚度对引电器转子细长轴结构一阶弯曲模态的影响不可忽略。

     

绳牵引并联机器人弹性变形对动平台位姿精度的影响Influence of elastic deformation on pose precision of moving platform for wire-driven parallel robot

针对六自由度绳牵引并联机器人在风洞试验中的应用,分析了牵引绳弹性变形对动平台位姿精度的影响,其实质是运动学正解问题。鉴于牵引绳只能受拉力的特点,以及风洞试验的目的,须考虑系统的刚度和绳拉力的优化。基于系统运动学和动力学方程,推导了系统刚度矩阵;以提高系统主方向刚度为目标函数,对绳拉力进行了动态优化分布,以求解弹性变形;采用L‐M数值方法进行运动学正解,量化分析了两种不同弹性模量的牵引绳对系统刚度的影响,以及弹性变形引起的动平台位姿误差。研究结果表明,以刚度增强为优化目标,有利于提高系统稳定性;采用弹性模量较大的牵引绳,可以有效提高系统的刚度,减小绳长变形引起的飞行器模型位姿误差,满足风洞试验的精度要求。上述结果可为后续机构的改善和系统高精度的力位混合控制提供依据和指导。     

弹性支承滑动轴承—转子系统稳定性的研究

本文研究弹性支承滑动轴承－转子系统的动力稳定性问题，建立了弹性支承滑动轴承－Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子系统的力学模型，采用牛顿延拓法从理论上对该转子轴承系统的动力稳定性进行了分析，讨论弹性支承的刚度对系统稳定的影响，从而提出提高系统稳定性的有关措施。最后，依据理论分析，利用Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子实验台，作者设计和加工了一副弹性支承器，通过刚性支承和弹性支承两个对比实验，对理论分析的结果进行了验证。实验结果     

基于浸入与不变原理的四旋翼姿态系统反步滑模控制

针对较大幅度外部不确定扰动下的四旋翼姿态稳定问题,设计了一种基于浸入与不变原理(ⅠⅠ)的自适应反步滑模控制器(ABSMC)。首先建立了未知大扰动下四旋翼姿态系统动力学模型,然后以横滚角子系统搭建为例,设计并应用了反步法和基于趋进率的滑模控制策略。在扰动估计误差流型设计中,融合了ⅠⅠ原理,即自适应率的选取实现了误差流型的不变和吸引,确保估计误差收敛到0。最后,对系统进行了稳定性分析和数字仿真。结果表明,在较大未知扰动情况下,融合ⅠⅠ原理方法后,经10 s所测跟踪误差平方的累加和仅为传统ABSMC方法的11.2%,控制精度大幅提高。     

主动磁悬浮控制力矩陀螺的系统仿真

以刚体动力学为基础，考虑功放延时、转子不平衡、磁轴承非线性等因素，建立了磁轴承反馈控制控制系统模型，对不同的控制律进行了仿真分析。仿真结果表明，应用状态反馈进行解耦控制能够有效抑制转子系统的陀螺效应对系统稳定性的影响，且在初始偏差下可以快速线性收敛，稳定性很好。