分置式浮橋動(dòng)力學(xué)建模與魯棒容錯(cuò)控制

針對重型自卸汽車的開發(fā),應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)分析軟件adams建立了自卸汽車數(shù)字化模型,進(jìn)行了隨機(jī)路面下的平順性仿真試驗(yàn),綜合評價(jià)了自卸汽車駕駛員舒適性能。

基于修正的固定界面子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法———craig-bampton法,利用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件msc.adams與有限元分析軟件msc.nastran完成對雙連桿柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模,進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析,并且與剛性臂運(yùn)動(dòng)相比較,對柔性機(jī)械臂末端運(yùn)動(dòng)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了頻譜分析。分析結(jié)果表明,這種方法在多柔體系統(tǒng)建模和分析中是精確和高效的。

通過hypermesh軟件,對實(shí)體模型簡化、單元類型選取、網(wǎng)格劃分等建模關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,建立了蹺板式開關(guān)裝置的有限元模型;并通過ls-dyna軟件對開關(guān)工作過程作了虛擬仿真和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析,得到了開關(guān)工作時(shí)各構(gòu)件的應(yīng)力變化圖,得出了觸點(diǎn)間接觸壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律。為開關(guān)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化做了前期準(zhǔn)備。

降壓型、升壓型和升壓-降壓型dc-dc變換器是應(yīng)用廣泛的基本開關(guān)dc-dc變換器.電流模式控制開關(guān)dc-dc變換器在較寬的電路參數(shù)范圍內(nèi)具有兩個(gè)邊界,基于開關(guān)切換前后電感電流的上升和下降斜率,建立了斜坡補(bǔ)償電流模式控制開關(guān)dc-dc變換器的統(tǒng)一模型.該模型進(jìn)行無量綱歸一化處理后只有三個(gè)參數(shù),可有效展示開關(guān)dc-dc變換器在電感電流連續(xù)傳導(dǎo)模式(ccm)和電感電流不連續(xù)傳導(dǎo)模式(dcm)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性.利用此模型,導(dǎo)出了軌道狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)的兩個(gè)分界線方程,由此確定了開關(guān)dc-dc變換器的穩(wěn)定周期1域、ccm魯棒混沌域和dcm弱混沌強(qiáng)陣發(fā)域三個(gè)工作狀態(tài)區(qū)域.開關(guān)dc-dc變換器二維參數(shù)映射圖和電流模式控制降壓型dc-dc變換器的電路實(shí)驗(yàn)觀察驗(yàn)證了由兩條分界線劃分工作狀態(tài)域的正確性.

研究潛孔鉆機(jī)優(yōu)化定位和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題,潛孔鉆機(jī)鉆臂是一種復(fù)雜的多關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),傳統(tǒng)的方法采用機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型求解困難。為了提高設(shè)計(jì)的可靠性和有效性,提出一種虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),建立仿真系統(tǒng)。首先采用pro/e和adams建立鉆臂虛擬樣機(jī)模型,再結(jié)合實(shí)際工況對鉆臂四個(gè)典型動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,得到各液壓缸受力變化曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。實(shí)驗(yàn)表明仿真模型和仿真結(jié)果合理可靠,為進(jìn)一步進(jìn)行鉆臂設(shè)計(jì)和研究提供了可靠的參考依據(jù)。

主要研究了往復(fù)式活塞隔膜泵動(dòng)力端滑道磨損故障的動(dòng)態(tài)特性。筆者借助于-接觸二狀態(tài)模型,對隔膜泵動(dòng)力端的滑道磨損進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模,并作了數(shù)值仿真,研究了不同磨損間隙時(shí)的動(dòng)態(tài)特性,繪制了龐加萊截面圖,并求取了系統(tǒng)最大李雅普諾夫指數(shù)。研究表明:當(dāng)滑道磨損時(shí),系統(tǒng)處于混沌狀態(tài),且隨著磨損量的增加混沌程度增加,系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)也有所增加,可以用最大李雅普諾夫指數(shù)進(jìn)行滑道磨損程度的監(jiān)控。

索結(jié)構(gòu)因其輕、柔及高強(qiáng)度等特性被作為受拉構(gòu)件廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域.一方面,環(huán)境載荷激勵(lì)下索結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了復(fù)雜的大幅動(dòng)力響應(yīng),給結(jié)構(gòu)帶來危害;另一方面,索結(jié)構(gòu)是一個(gè)同時(shí)含有平方和立方非線性的典型力學(xué)系統(tǒng),具有非常豐富的非線性動(dòng)力學(xué)行為.因此,索動(dòng)力學(xué)的研究受到了工程界和力學(xué)界的廣泛關(guān)注,產(chǎn)生了大量的研究成果.本文嘗試從索結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模、非線性內(nèi)共振分析、支座運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下的索動(dòng)力學(xué)以及復(fù)雜環(huán)境載荷作用4個(gè)方面對索動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)行總結(jié),并討論目前研究的局限性.

索結(jié)構(gòu)因其輕、柔及高強(qiáng)度等特性被作為受拉構(gòu)件廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域.一方面,環(huán)境載荷激勵(lì)下索結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了復(fù)雜的大幅動(dòng)力響應(yīng),給結(jié)構(gòu)帶來危害;另一方面,索結(jié)構(gòu)是一個(gè)同時(shí)含有平方和立方非線性的典型力學(xué)系統(tǒng),具有非常豐富的非線性動(dòng)力學(xué)行為.因此,索動(dòng)力學(xué)的研究受到了工程界和力學(xué)界的廣泛關(guān)注,產(chǎn)生了大量的研究成果.本文嘗試從索結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模、非線性內(nèi)共振分析、支座運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下的索動(dòng)力學(xué)以及復(fù)雜環(huán)境載荷作用4個(gè)方面對索動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)行總結(jié),并討論目前研究的局限性.

進(jìn)入鍋爐的給水中如果含有氧氣,將會(huì)使給水管道、鍋爐設(shè)備及汽輪機(jī)通流部分遭受腐蝕,縮短設(shè)備的壽命。除氧器的主要作用是用它來除去鍋爐給水中的氧氣及其他氣體,保證給水的品質(zhì)。目前,對于除氧器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型已有比較成熟的研究。由于現(xiàn)場工況復(fù)雜,除氧器全工況數(shù)學(xué)模型也比較復(fù)雜,不易理解。也有基于simulink搭建的仿真模型,但內(nèi)部機(jī)理不夠直觀。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真采用流量存量圖來構(gòu)建模型,不僅簡潔直觀,而且能夠體現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各變量之間的相互關(guān)系,這也是將其應(yīng)用于電廠建模與仿真上的優(yōu)勢。

對走鋼絲機(jī)器人姿態(tài)的模糊滑?？刂茊栴}進(jìn)行了研究。在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,利用拉格朗日方法建立了走鋼絲機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型,為克服模型的強(qiáng)非線性和模型參數(shù)難以測量等實(shí)際難題,基于合理的假設(shè),簡化出適合于模糊滑模控制技術(shù)的系統(tǒng)模型,并根據(jù)所建立的模型設(shè)計(jì)了模糊滑?？刂破?。matlab仿真表明,所提出的控制策略有較好的跟蹤效果。為了進(jìn)一步驗(yàn)證控制策略的可行性,進(jìn)行了實(shí)物樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果基本吻合。

蛙式打夯機(jī)的建模與數(shù)值模擬問題是典型的受到多個(gè)含摩擦單邊約束作用的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題。通過對蛙式打夯機(jī)及其工作環(huán)境的合理假設(shè),建立蛙式打夯機(jī)的簡化多體模型。利用第一類拉格朗日方程,得到其動(dòng)力學(xué)方程,它受到兩個(gè)含摩擦單邊約束的作用。采用沖量-速度層面上的時(shí)間步長算法以及與判斷stick-slip狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件等價(jià)的線性互補(bǔ)公式,對蛙式打夯機(jī)的整個(gè)工作過程進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果完整地模擬了蛙式打夯機(jī)的行進(jìn)過程中的stick-slip現(xiàn)象和周期性離地-夯擊地面的過程。利用數(shù)值結(jié)果對衡量打夯機(jī)性能的兩個(gè)重要參數(shù),即蛙式打夯機(jī)行進(jìn)速度和每次夯擊過程中地面吸收的機(jī)械能進(jìn)行計(jì)算。

以平面雙連桿彈性機(jī)械臂為對象,采用相對坐標(biāo)系法,利用圓向量函數(shù),建立了bernoulleuler梁的離散化動(dòng)力學(xué)模型,并且進(jìn)行了數(shù)值仿真.

柔索并聯(lián)機(jī)器人采用柔索代替連桿作為機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)元件,它結(jié)合了并聯(lián)結(jié)構(gòu)和柔索驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。500m口徑大射電望遠(yuǎn)鏡(fast)粗調(diào)系統(tǒng)是通過六根索長的協(xié)調(diào)變化使饋源艙作跟蹤射電源的六自由度運(yùn)動(dòng),其工作特點(diǎn)類似并聯(lián)機(jī)器人,因此也被看作柔索并聯(lián)機(jī)器人?；趂ast5m縮比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?首先進(jìn)行了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析;其次,采用拉格朗日方程建立了柔索并聯(lián)機(jī)器人的逆動(dòng)力學(xué)模型;最后,針對結(jié)構(gòu)特點(diǎn)模擬作用在饋源艙上的隨機(jī)風(fēng)荷,設(shè)計(jì)了用模糊控制器自動(dòng)調(diào)整免疫系統(tǒng)反饋規(guī)律的免疫pid控制器來控制饋源軌跡跟蹤的風(fēng)振響應(yīng)。數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證了該主動(dòng)控制策略能夠有效衰減風(fēng)荷振動(dòng),從而提高了饋源軌跡跟蹤精度。

針對磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)這一多變量、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)解耦控制時(shí)逆動(dòng)力學(xué)模型難以獲取的問題,提出一種基于最小二乘支持向量機(jī)的逆動(dòng)力學(xué)建模與解耦控制方法。介紹磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理,給出懸浮力和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力學(xué)模型,分析模型的可逆性。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合最小二乘支持向量機(jī)擬合與逆模解耦線性化特點(diǎn),研究磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的最小二乘支持向量機(jī)逆動(dòng)力學(xué)建模與解耦控制方法,給出逆動(dòng)力學(xué)建模與優(yōu)化過程,設(shè)計(jì)前饋和反饋環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合控制。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:逆動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦線性化,復(fù)合控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。

針對地下水動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)中存在的部分問題，改革地下水動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與訓(xùn)練內(nèi)容，建設(shè)互動(dòng)式授課模式與平臺(tái)，開展預(yù)設(shè)問題的輔助教學(xué)模式和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬與仿真教學(xué)方法。改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，構(gòu)建開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，建設(shè)野外試驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)基地。通過教學(xué)改革，深化理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新培養(yǎng)，為水文與水資源工程專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)探索一條新的模式。

4tps-1ps四自由度并聯(lián)平臺(tái)是針對穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)需要而設(shè)計(jì)的一種新型并聯(lián)機(jī)構(gòu),具有3個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度.對該新型并聯(lián)平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,將其分為上平臺(tái)、電動(dòng)缸、從動(dòng)支鏈3個(gè)部分,利用拉格朗日方法建立了完整動(dòng)力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上提出一種適用于該并聯(lián)平臺(tái)的位姿閉環(huán)魯棒控制策略.采用該并聯(lián)平臺(tái)特有的實(shí)時(shí)正解得到上平臺(tái)實(shí)際位姿進(jìn)行反饋,將平臺(tái)作為一個(gè)整體進(jìn)行控制,在任務(wù)空間內(nèi)設(shè)計(jì)滑模變結(jié)構(gòu)控制器,進(jìn)行兩自由度復(fù)合運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明,該控制策略是有效的,提高了平臺(tái)的軌跡跟蹤精度,平均位姿跟蹤精度優(yōu)于0.05°.

針對現(xiàn)有兩輪機(jī)器人轉(zhuǎn)彎速度較低問題,提出一種可軸向擺動(dòng)的新型兩輪機(jī)器人設(shè)計(jì)方法.該方法使用連桿控制機(jī)構(gòu)擺動(dòng)來調(diào)整機(jī)構(gòu)的重心分布,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在小轉(zhuǎn)彎半徑條件下穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的目的.基于拉格朗日方程方法,對機(jī)器人的小擺角自由度進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模與分析,得到了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種狀態(tài)反饋控制器.運(yùn)用matlab/simulink進(jìn)行控制器系統(tǒng)仿真,驗(yàn)證了控制器在機(jī)器人穩(wěn)定控制方面的有效性.結(jié)果表明,該兩輪機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及運(yùn)動(dòng)控制手段可有效提高系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性.

針對柔性并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)振動(dòng)及控制問題,提出在并聯(lián)機(jī)器人的柔性構(gòu)件上附加多組成對的壓電換能器進(jìn)行振動(dòng)測量和主動(dòng)振動(dòng)控制的方法。首先,設(shè)計(jì)了基于直線超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的3-prr(p代表移動(dòng)副,r代表轉(zhuǎn)動(dòng)副)柔性并聯(lián)定位平臺(tái);其次,根據(jù)hamilton方程和假設(shè)模態(tài)法,并考慮到每條支鏈中柔性桿終端的實(shí)際邊界條件,分別建立了三條對稱支鏈和移動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型,通過施加閉鏈約束方程,得到了3-prr柔性并聯(lián)平臺(tái)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)方程;然后,為有效抑制振動(dòng),在柔性桿上安裝多組成對的壓電驅(qū)動(dòng)器和傳感器,從而使柔性桿具有智能結(jié)構(gòu)的特性;最后,基于此模型,提出了采用pd反饋控制器和srf應(yīng)變率反饋(strainratefeedback)控制器相結(jié)合的混合控制方法來進(jìn)行軌跡跟蹤與振動(dòng)抑制,并給出了基于李雅普諾夫理論的穩(wěn)定性證明。matlab仿真結(jié)果表明:所提出的基于多組壓電換能器的混合控制方法可以使動(dòng)平臺(tái)在準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)軌跡的同時(shí),實(shí)現(xiàn)對柔性桿殘余振動(dòng)的快速抑制,進(jìn)而提高定位平臺(tái)的效率和精度,為后續(xù)的工程實(shí)驗(yàn)提供了理論支撐。

以浮球式慣導(dǎo)平臺(tái)的懸浮穩(wěn)定為研究對象,全面分析了平臺(tái)的干擾特性,建立了液浮支撐模型,推導(dǎo)了在受擾條件下穩(wěn)定部件的六自由度運(yùn)動(dòng)方程.針對外部環(huán)境、流場阻力、模型參數(shù)不確定、未建模動(dòng)態(tài)和測量噪聲等干擾問題,設(shè)計(jì)了基于高增益擴(kuò)張觀測器的滑?？刂破?數(shù)值仿真表明,液浮穩(wěn)定結(jié)構(gòu)可以有效隔離外界干擾的影響,提高平臺(tái)的抗干擾能力;所提出的控制方法可以有效抑制系統(tǒng)的抖振,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的高精度快速穩(wěn)定控制.與前期的研究相比,控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性能提升了50%.

根據(jù)某型強(qiáng)夯機(jī)的技術(shù)參數(shù)和使用要求,采用三維建模軟件pro/e和機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件adams,建立某型強(qiáng)夯機(jī)的虛擬樣機(jī)模型,完成了后傾動(dòng)力學(xué)仿真,獲取了彈簧式防后傾裝置的彈簧變形量以及表征主臂后傾幅度大小的主臂質(zhì)心y向位移,驗(yàn)證了該型強(qiáng)夯機(jī)防后傾裝置的有效性。

進(jìn)行適用于空間微環(huán)境的磁懸浮六自由度隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究,設(shè)計(jì)磁懸浮隔振平臺(tái)結(jié)構(gòu),借助有限元軟件分析振源中隔振平臺(tái)定子模態(tài);分析磁懸浮隔振平臺(tái)不同擾動(dòng)力作用下系統(tǒng)耦合非線性特性,建立面向控制的非線性動(dòng)力學(xué)模型;通過仿真研究系統(tǒng)對不同激勵(lì)擾動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。該研究為控制算法設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)及依據(jù)。

艦用框架斷路器受沖擊載荷作用后的沖擊響應(yīng)特性對艦船電力系統(tǒng)能否可靠運(yùn)作起著重要作用。本文建立艦用框架斷路器沖擊系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,然后對沖擊載荷作用下框架斷路器進(jìn)行了有限元建模和動(dòng)力學(xué)仿真,分析了施加不同方向沖擊載荷和施加不同大小沖擊載荷時(shí)框架斷路器機(jī)構(gòu)的位移、加速度、應(yīng)力歷程、能量變化等動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,探討了研究艦用框架斷路器機(jī)構(gòu)沖擊響應(yīng)的新思路和方法。最后,對艦用框架斷路器抗沖擊設(shè)計(jì)提出了一些建議。