基于AR模型-分形维的磁流变减振器性能研究

建立了磁流变减振器的动力学方程,利用与其同阶的时间序列AR模型的对应关系,推导出基于时间序列的动态特性参数计算公式,在不同工况下振动实验检测获得时间序列,计算了动态特性参数、时间序列分形盒维数和系统特征根实部,以及这些参数间的相关系数,拟合了动态特性参数、分形盒维数、工况参数三者相互间的关系曲线,分析了磁流变减振器性能变化。分析结果表明,AR(2)模型对减振器振动信号有较高的模拟精度,基于时间序列AR模型的动态特性参数求解方法便捷有效;时间序列盒维数与动态特性参数间存在高度相关,可作为量化衡量系统振动平稳性和响应快速性综合动态特性的参数,可配合特征根选取磁流变减振器的最佳工况。     

串联机构的失谐动态响应分析

串联周期机构存在失谐动态响应并具有独特性,基于多体系统动力学理论和方法,提出了失谐机构建模方法并建立串联机构动力学模型。建立了太阳能帆板展开机构模型,仿真了随机失谐量下的失谐动态响应。结果表明,串联周期机构广泛存在失谐动态响应现象,失谐动态响应在机构系统局部存在。     

间隙约束副摩擦接触对多体系统动态特性的影响

分析总结了常见的间隙约束副摩擦接触计算模型,用拉格朗日方法建立含间隙约束副的多体系统动力学模型,并用龙格-库塔法进行求解,获得系统的动态时域响应特性,利用快速傅立叶变化(FFT)得到系统的频谱,最后从时域和频域对不同的摩擦接触模型下系统动态响应进行对比分析.计算结果表明应用Hertz接触算法得到的动态响应峰值最大,超谐现象突出,振动明显;连续接触模型的响应峰值最小,响应频率带宽较窄;摩擦因数增大会对碰撞振动起抑制作用,降低系统的混沌效应.     

砼砌块成型机磁流变减振器的AR双谱分析

介绍一种用于砼砌块成型机的磁流变减振器.利用受系统干扰的输出信号,采用时间序列分析方法,建立了自回归摸型(AR模型),应用AR双谱分析,对磁流变减振器的动态特性进行了分析.研究表明,该分析是可行、有效的.     

主轴系统的刚柔耦合接触动力学仿真分析

以高速数控铣床主轴多体系统为例,研究了主轴刚柔耦合多体系统的输出响应的动态特性。从柔性多体动力学的基本原理出发,系统地分析了主轴系统刚柔耦合的动力学模型的原理,提出基于修正的Craig-Bampton法建立主轴系统刚柔耦合的接触动力学模型的方法。基于虚拟样机模型,综合考虑齿轮传动的时变啮合刚度、间隙、摩擦和切削力等影响动态响应的接触因素,分析出轴承结合部、驱动转速和齿轮啮合等的时变特性对主轴系统动态响应的影响。仿真结果与理论和实验分析结果相一致。该仿真算法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题。     

基于AR模型的转台位置预测方法研究

文中以时栅传感器作为CNC系统的位置检测元件,为了解决时栅数控转台在高精度伺服控制过程中的动态位置反馈误差问题,研究了利用AR模型对转台位置进行预测测量的方法。介绍了预测测量的原理、预测方法及其模型系数的求解方法,并搭建了一套实验装置。经实验表明,基于AR模型的转台位置预测测量方法正确可行,通过修正后预测误差为±2″.     

考虑耦合影响的球轴承转子系统动态性能研究

球轴承的动态性能会影响转子系统的响应,同时转子系统的响应也会改变支承轴承的动态性能。考虑球轴承转子系统的耦合影响,建立了球轴承转子系统动态性能耦合计算的模型,用Newmark-β积分法和Riccati传递矩阵法,并结合Newton-Raphson方法进行求解,结合实例分析了转子系统的瞬态响应和球轴承的动态性能。研究发现,耦合影响对转子系统的瞬态响应和球轴承的动态性能都有较大的影响。     

可控连杆机构系统预定轨迹下的动态优化综合

以两自由度可控连杆机构系统为研究对象,在所建系统机电耦合动态模型的基础上,考虑了系统结构参数和控制电机的电磁参数对连杆中点的动态响应的影响。针对系统预定圆轨迹下的动态响应,建立了参数优化数学模型。采用基于混沌的粒子群优化算法,实现了系统动态性能优化。     

虚拟环境下折弯剪板机床液压系统仿真分析

基于Simlink软件包建立了折弯剪板机液压系统的动态模型和仿真模型,并对系统进行动态仿真。结果显示,所设计的液压系统在阶跃输入下经过短暂的振荡后系统的响应即趋于稳定,说明该液压系统具有较好的动态特性。     

面向大型机床再制造的进给系统动态特性

大型机床进给系统的再制造必须考虑大型部件的空间分布特性对进给系统动态响应的影响。针对某大型铣齿机床,采用分布参数建模方法描述细长滚珠丝杠副的传递子系统,采用集中参数建模方法描述交流伺服驱动子系统和工作台驱动子系统,并通过转速关系将3个子系统耦合起来,形成进给系统的分布集中参数模型。通过理论模型仿真与试验结果比较,证明建立的分布集中参数模型符合物理系统的真实性,能够准确地描述大型机床进给系统的动态响应特性。在此基础上进一步讨论不同分布特性影响下,分布集中参数模型和单纯集中参数模型动态响应的变化,结果表明,两种模型的动态响应差异会随着系统惯量的变化而改变,这为大型机床进给系统的设计、控制提供了参考依据。     

A novel 5-DOFs dynamic model of aerostatic spindle considering the effect of process damping in ultra-precision machining

The existing aerostatic spindle dynamic model only analyses the effects of mass imbalance and external load, ignoring the influence of cutting system on the spindle dynamic characteristics under cutting conditions. In this paper, a 5-DOFs aerostatic spindle dynamic model is established considering the influence of the micro-scale non-linear dynamic performance of the aerostatic spindle and cutting process damping. First, an analytical identification model of process damping with blunt circular cutter is established. Then, the micro-scale dynamic characteristics of the aerostatic spindle are analyzed and a 5-DOFs aerostatic spindle dynamic model is established considering the influence of process damping. Finally, the model is simulated and the influence of process damping on the dynamic characteristics of aerostatic spindle is analyzed. The simulation results show that the process damping of the cutting system has a significant influence on the dynamic characteristics of the aerostatic spindle. This study can provide theoretical guidance for coupling research of cutting system and spindle system.

     

Kinematic and dynamic modeling of viscoelastic robotic manipulators using Timoshenko beam theory: theory and experiment

This paper presents an investigation into the development of modeling of n-viscoelastic robotic manipulators. The dynamic model of the system is derived using Gibbs-Appell formulation and assumed mode method. When the beam is short in length direction, shear deformation is a factor that may have significant effects on system dynamic. So, in modeling, the assumption of Timoshenko beam theory and associated mode shapes has been considered. Although including the effect of damping in continuous systems makes the formulations more complicated, two important damping mechanisms, namely, Kelvin-Voigt damping as internal damping and the viscous air damping as external damping have been considered. Based on derived formulation, a non-linear recursive algorithm is developed for deriving the inverse dynamic equation of motion, systematically. The performance of the proposed algorithm was assessed in terms of the required mathematical operations for deriving the kinematic and dynamic equations of the mechanical system. Finally, to validate the proposed formulation, a comparative assessment between the results achieved from experiment and simulation is presented in time and frequency domains.     

磁流变液动态性能分数阶建模研究

建立了磁流变液测试系统的分数阶模型,并利用分数阶微分方程的数值解和最小二乘法拟合了该分数阶模型,探究了不同转速磁流变液的动态性能。实验结果表明：分数阶模型能更准确、更细微地描述磁流变液的动态性能和黏弹特性;磁流变液的阻尼特性随转速和羟基铁粉含量的提高而明显增强;所建模型阶数的范围在0到2之间,且其是否大于1与弹性项和惯性项的比值变化有关。另外,羟基铁粉的含量和转速大小对磁流变液黏弹特性都有较大影响。     

一个新的非线性迟滞隔振系统动力学模型

提出了一个新的非线性迟滞隔振系统的动力学模型,并导出了系统动力学模型的实用表达式。该模型由非线性刚度和非线性阻尼构造,迟滞非线性阻尼力被表示为位移的函数,从而使数值计算变得简单易行,试验中的测量工作减少。模型中的各个参数物理意义明晰,各阶刚度系数能很好地反映系统中存在的线性和非线性特性,而阻尼函数能很好地反映系统的迟滞和耗能特性,运用阻尼函数还可对隔振系统中可能存在的干摩擦阻尼、粘性阻尼及高阶阻尼等各种阻尼成分进行有效的识别。     

变阻尼气压比例伺服系统理论分析及其低速特性的实验研究

介绍了流体动力系统常用的提高阻尼比的方法，提出了可调液压阻尼器的变阻尼气压比例伺服系统，建立了该系统的数学模型，描述了系统阻尼比随液压流量压力系数变化的规律，分析了系统的主要性能参数对静动态特性的影响，以及系统的位置刚度和速度刚度因液压流量压力系数变化的规律，指出了系统阻尼比的变化会导致控制系统结构发生改变，系统的低速特性在合适的液压液量压力系数下会得到显著改善，实验结果证实了这一结论。     

双活塞杆液压缸动态性能参数影响因素的研究

论文以设计的双活塞杆液压缸为研究对象,建立了液压缸的数学模型,分析得到液压缸的动态性能参数固有频率和阻尼比与液压缸的等效质量、负载客积和液压介质的弹性模量等因素有关.研究了活塞杆伸出过程中,液压缸固有频率和阻尼比动态性能参数值的变化,对阀控缸系统和容积式调速回路系统的数学建模和分析有重要的参考价值.     

四足机器人液压驱动单元变刚度和变阻尼负载特性的模拟方法

基于机理建模方法建立了液压驱动单元位置控制系统数学模型,针对不同环境结构下负载刚度和负载阻尼的动态变化特性,把位置控制环作为控制器内环,推导了一种变刚度和变阻尼负载特性的模拟方法。建立了负载特性模拟方法的仿真模型,并在液压驱动单元性能测试平台上进行了模拟方法的实验测试,研究了斜坡阶跃负载力和正弦负载力下变刚度和变阻尼负载特性的模拟效果。研究结果表明：设计的模拟方法能够较好地模拟环境刚度参数变化、阻尼参数变化,以及刚度参数和阻尼参数同时变化时的负载特性。     

挤压油膜阻尼器对滑动轴承-转子系统的影响

建立了转子-挤压油膜阻尼器-滑动轴承系统的动力学计算模型,分析了挤压油膜阻尼器对滑动轴承-转子系统的强迫振动的影响、挤压油膜阻尼器的刚度和阻尼搭配关系以及转子-挤压油膜阻尼器-滑动轴承系统的自由振动稳定性问题。研究结果表明,合理的外弹性支承可以使系统的振幅得到有效控制,而且也提高了系统的稳定性;如要减小系统的振幅可以通过一个低的支承刚度和一个合适的阻尼来实现。在小的支撑刚度的情况下,存在一个很宽的支承阻尼域,此域可以获得低幅值的不平衡响应。     

Experimental Analysis of the Gas Film Damping Effect in an Aerostatic Guideway under Microscale

This article studies the mechanism of gas film damping on the aerostatic guideway system at a microscale with the modified Reynolds equation. The slide film damping force due to the fluid viscous effect is calculated, and the squeeze damping force caused by the gas compression and escape between two plates is analyzed. The damping ratio in the calculation model for the slide film damping is compared with the calculated results from the experiment and the finite element analysis results. Using the results of the study, the optimal supply pressure is designed. The method applied in this article provides the theoretical basis for the analysis and solution of the dynamic performance of an aerostatic guideway.     

Identifying Bearing Rotor-Dynamic Coefficients Using an Extended Kalman Filter

An extended Kalman filter is developed to estimate the linearized direct and indirect stiffness and damping force coefficients for bearings in rotor-dynamic applications from noisy measurements of the shaft displacement in response to imbalance and impact excitation. The bearing properties are modeled as stochastic random variables using a Gauss-Markov model. Noise terms are introduced into the system model to account for all of the estimation error, including modeling errors and uncertainties and the propagation of measurement errors into the parameter estimates. The system model contains two user-defined parameters that can be tuned to improve the filter's performance; these parameters correspond to the covariance of the system and measurement noise variables. The filter is also strongly influenced by the initial values of the states and the error covariance matrix. The filter is demonstrated using numerically simulated data for a rotor-bearing system with two identical bearings, which reduces the number of unknown linear dynamic coefficients to eight. The filter estimates the direct damping coefficients and all four stiffness coefficients correlated well with actual values, whereas the estimates the cross-coupled damping coefficients were the least accurate.