仿生推进水翼协同技术

研究基于水翼法推进的海龟水翼协同运动机理及其尾涡结构,发现水翼双旋协同运动可使水翼尾涡产生一条连续的聚集涡涡带,而双翼协同则可消除水翼尾涡聚集涡干扰和涡环脱泻频率跳跃现象.研究水翼法推进实验样机的水翼协同运动控制系统,提出水翼双旋协同分段式控制方法和双翼协同角速度在线调节方法,进行了样机水池实验.实验结果表明,分段式控...     

纵轴式掘进机截割头载荷影响因素的仿真分析

针对现有掘进机截割头载荷特性研究方法采用单一影响因素不能全面反映截割头载荷及其波动变化规律的问题,通过分析截割头瞬时载荷,确定了纵轴式掘进机在水平截割工况下截割头载荷的主要影响因素有截割岩石特性、截割头掏槽深度、截割头吃刀深度、截割头转速和截割臂摆速。针对某纵轴式掘进机水平截割工况,采用Matlab对影响截割头载荷的多种因素进行仿真分析,得到了各向载荷及其波动随各因素的变化规律:截割头载荷随着岩壁普氏系数的增大而增加,其中横向阻力增加尤为明显,横向阻力波动程度高于其他方向载荷,且随着岩壁普氏系数的增大呈减小趋势;随着截割头掏槽深度的增加,截割头各向载荷近似呈线性增加,其中升力增加幅度最大,各向载荷波动则随着截割头掏槽深度的增大而减小;随着吃刀深度的增加,截割头载荷总体呈增大趋势,载荷波动程度则随之减小;在截割头转速一定的情况下,截割头载荷均随着截割臂摆速的增加而增大,在同一摆速下,截割头载荷随着截割头转速的减小而增大,横向阻力波动明显高于升力和推进阻力波动,横向阻力和推进阻力波动按截割头载荷规律变化,升力波动则与之相反。截割头载荷波动变化规律与截割头载荷变化规律不尽一致,有时甚至相互冲突。因此,掘进机作业过程中应合理选择截割头掏槽深度、吃刀深度等操作参数和截割头转速、截割臂摆速等运动参数,使各参数相互匹配,以减小掘进机振动,延长使用寿命。     

一种仿生水下机器人的设计与动力学分析

设计了一种基于波动长鳍推进的仿生水下机器人, 两侧长鳍对称安装于机器人本体两侧. 两侧长鳍分别由十个舵机驱动, 并按照余弦函数波动. 设计了实时控制器, 通过调整鳍条的振动频率和幅值达到控制长鳍运动的目的. 加速度信息和角速度信息由一个惯性测量单元采集. 为获取机器人游动性能与振动频率以及振动幅值之间的关系, 本文给出了长鳍波动运动的运动学分析和动力学分析. 本文通过将长鳍分割成若干小单元并单独计算作用于每个小单元上的作用力, 再计算所有小单元作用力在一个波动周期内的合力的方法, 获得了整个长鳍产生的平均推力. 通过前进游动和旋转游动实验, 验证了机构设计、运动学分析和动力学分析的有效性, 最后讨论了游动性能与波动参数之间的关系.     

两端固定输流管振动实验研究

通过实验的方法对简谐激励和脉动流作用下的两端固定输流管的动力学行为进行振动测试分析.设计并制作了两端固定输流管的振动实验装置,为确保实验结果翔实可靠,选取三种不同材料的管分别进行了三次实验,研究了管内流体流速、激振力振幅和脉动流频率对两端固定输流管振动特性的影响.结果表明,流体流速和激振力幅值对两端固定输流管的一阶共振特性和振动幅值有着显著影响,在脉动流作用下,两端固定输流管存在混沌运动,并且随着脉动频率的增大,管道平均振幅减小.     

基于Wagner函数的卷弧翼非定常气动力分析

为研究卷弧式尾翼的气弹特性,基于Wagner函数,建立了卷弧尾翼在非定常气动条件下的升力及滚转力矩模型。以此为基础,针对在特定振荡频率的攻角激励作用下,不同张开角度、弦长及分布数量翼片的升力,不同安装及滚转方向翼片的滚转力矩,进行了数值仿真分析,并利用fluent仿真软件进行了建模仿真验证。结果表明升力响应幅值随着张开角及弦长的增大单调递增,不同分布数量尾翼的升力近似相等,反装反旋安装方式有效降低了尾翼滚转力矩。对于卷弧尾翼弹箭的优化设计,颤振特性分析以及锥形运动的抑制等问题具有积极意义。     

基于滑移网格海龟扑翼推进数值仿真研究

为了探讨海龟翼摆动时产生的流体推进力与摆动频率、幅度以及来流速度之间的关系,对海龟翼在不同工况下进行了数值仿真计算.针对海龟翼在粘性介质中运动,采用滑移网格技术,结合扑翼运动规律,建立扑翼推进数值计算模型,模拟海龟二维剖面翼以特定规律运动时的流体动力特性.通过数值仿真,得出扑翼推进力与摆动频率、摆动幅度以及来流速度之间的关系.经实践证明:翼静水中摆动平均推力随着摆动频率、幅度的增加而增大,且频率较大时随频率增大得更为明显,为下一步扑翼驱动机构设计打下基础,具有一定的实践指导意义.     

基于混沌小扰动抑制的电力系统混沌振荡控制方法研究

针对电力系统在周期扰动下可能发生混沌振荡,影响电力系统稳定运行的问题,提出基于混沌小扰动抑制的电力系统混沌振荡控制方法;构建电力系统数学模型,模拟电力系统混沌振荡过程,确定扰动与混沌振荡之间的关系;根据电力系统实时运行数据的采集结果,计算混沌振荡信号特征参数,判定系统振荡状态,计算混沌扰动抑制控制量;在混沌振荡控制器的支持下,利用混沌小扰动抑制技术限制混沌振荡幅值,进而实现电力系统的混沌振荡控制任务;从实验结果中可以看出,与传统控制方法相比,优化设计方法控制作用下,电力系统的混沌振荡信号的幅值和频率更低,振荡幅值和频率的控制误差分别降低了约1.57 db和0.015 Hz,即优化设计方法的控制性能更优。     

底部结构对飞行器阻力特性的影响北大核心CSCD

为优化底部形状减小底部阻力,研究底部流场结构对超声速飞行器的阻力特性影响,采用计算流体动力学方法,建立了雷诺平均NS方程数值求解方法。通过与实验数据比较,验证了方法的可靠性,对含圆柱尾部、船尾的典型飞行器在不同马赫数和攻角下进行数值仿真。仿真结果表明:船尾设计具有减阻效果,且升阻比优于圆柱尾部。攻角变化对底部流场结构影响显著。飞行器的升力系数、阻力系数、升阻比及俯仰力矩系数,随攻角增加而增大。随马赫数增加,飞行器头部压力升高,底部压力降低,导致总阻力、底部阻力增大,然而,由于动压增大,使得相应的总阻力系数及底阻系数随之减小。计算分析为飞行器底部设计和优化提供了参考。     

基于CPG的仿生环形长鳍波动推进器运动控制

为了克服一般仿生水下机器人稳定性与机动性的不足,提出一种仿生环形长鳍波动推进器及其控制方法.根据环形长鳍波动推进器的结构特征和推进机理,提出了基于中枢模式发生器(CPG)的运动控制方法.该方法通过相邻耦合的方式,对波动推进器中20个频率和幅值可独立控制的神经元振荡器进行了建模,构建了一种用于该推进器的CPG网络模型.仿真分析了对称波形、非对称波形和环形波形推进控制方式下控制模型中的各振荡子输出信号,以及各参数对输出信号的影响,并试验研究了波形参数对样机游动速度和转弯速度的影响.试验结果显示样机具有一定的稳定性与机动性,直线游动速度和原地转弯速度随波动频率和波动幅值的增大而增大,最大直线游动速度可达109 mm/s,最大原地转弯速度可达93?/s.仿真及试验结果证明了此CPG控制模型的可行性和有效性.     

圆柱单自由度和双自由度涡激振动特性研究

对圆柱绕流的涡激振动过程进行了数值模拟,研究了单、双自由度下涡激振动的力学特性、振幅特性、频谱特性,探讨了单、双自由度的适用条件.结果表明,单自由度条件下,随着约化速度的增加,阻力系数时均值先增大后减小,升力系数幅值先增大后减小再增大,且进入和离开“锁定”区间时二者均会产生波动.双自由度条件下,横向与流向无量纲振幅均随雷诺数的增大先增大后减小.低质量比时,流向振动的影响不可忽略,而高质量比时,可忽略流向振动的影响.     

Terfenol-D高频磁滞特性测试与分析

目前对超磁致伸缩材料Terfenol-D的研究,主要集中于静态或准静态条件下的磁滞特性的测试和分析.为了更好的探究材料的高频磁滞特性,将Terfenol-D制成方形环状薄片样品,在不同驱动磁场频率和磁密幅值的条件下,测量其动态磁滞回线,分析磁损耗的数值和变化趋势,探究剩磁和矫顽力等磁特性参数随频率和磁密幅值的变化规律.测试结果表明:当驱动磁场频率或磁密幅值增加时,动态磁滞回线横向变宽、面积增大,剩磁、矫顽力和损耗也都随之增大.此项研究为超磁致伸缩材料Terfenol-D高频磁滞特性和电磁损耗的理论分析提供了实验数据基础.     

扑翼的非定常水动力特性数值研究

研究水下推进装置结构优化设计问题,建立了扑翼的简谐运动模型,根据有限体积法和非结构动网格技术,完成了对扑翼运动的非定常建模研究.通过计算得到了扑翼运动的水动力特性及流场的变化规律,提出了扑翼产生的涡的特点及其作用机制.计算结果表明:在简谐运动驱动下,扑翼运动能产生较大的推力,而产生的升力较小;扑翼运动过程中伴随着涡的生成和脱离,尾涡能有效地提高扑翼产生的推力,前沿涡能抑制推力的产生和延缓升力的下降趋势.以上研究为水下推进装置优化设计提供了参考依据.     

一种2自由度胸鳍推进机构设计与动力学分析

以箱鲀为仿生对象,设计了一种两侧胸鳍对称布置,单侧2自由度胸鳍能够实现摇翼运动、前后拍翼运动以及两者复合运动的仿生机器鱼,建立了其利用"划水模式"推进的水动力学模型,通过数值方法给出了胸鳍摆动周期、幅值以及初始角的变化与直线游动速度之间的关系,实验结果验证了其有效性.在此基础上,确定了所设计仿生机器鱼采用"划水模式"推进时的直线游动模态.研究结果表明,胸鳍"划水模式"推进的仿生机器鱼具有较高的效率和运动速度.     

基于粒子群优化算法的电网环境噪声监测及控制方法

信号在传输时受噪声信号影响形成低频振荡，检测效果不佳，为此，提出一种粒子群优化算法下电网环境噪声监测及控制方法。通过粒子群优化算法训练得出电网环境噪声最佳首相位，经过同步相量测量单元获得功角信号存储于相量数据集设备中，再输送到首次并行滤波设备内，得到单元幅值最大值，凭借该幅值对单元参数重调，依据其振荡频率、幅值、衰减系数与首次相位的取值情况监测出噪声，最后把监测出噪声经过带宽滤波设备，最终控制电网噪声。实验结果表明，所提方法能够在不同类型样本中均取得较好信号监测与控制结果，拥有极佳鲁棒性。     

基于贡献模型的多机器人多目标观测方法?

如何在减少重叠观测现象的同时提高平均观测率是多机器人多目标观测的一个难题。文中提出基于贡献模型的多机器人多目标观测方法( C-CMOMMT),将机器人所观测的目标数记为贡献值,增加贡献值低的机器人所受的排斥力,扩大排斥力的作用距离,减小权重小的目标对贡献值高的机器人的吸引力,从而减少重叠观测现象。同时降低贡献值高的机器人所受到的排斥力,减轻排斥力的副作用,减少目标丢失现象,因此提高整体的平均观测率。为更系统地评价观测性能,建立由平均观测率、位置标准差和位置熵这3个因素构成的综合评价体系。仿真实验表明,相比A-CMOMMT和B-CMOMMT,C-CMOMMT可提高平均观测率,减少重叠观测现象,体现出较好的可行性和高效性。     

微型直线旋转音圈电机的设计与分析

针对光电子封装设备对高精度、小体积、多维运动电机的需求,设计了一种微型单定子直线旋转两自由度音圈电机.介绍了电机的结构特点和运行原理,以输出推力和转矩特性为优化目标,利用有限元仿真对其结构参数进行了优化.根据优化的结构参数制造样机进行实验,实验结果表明:电机输出推力、扭矩幅值大,推力波动、扭矩波动在0.5％以下,验证了电机设计和优化仿真的有效性.     

车辆底盘主动悬架实验台开发与阻尼特性仿真

为满足悬架控制系统结构简单,重量轻,能够缓解冲击的设计要求,提高车辆操控稳定性与安全性,对车辆底盘主动悬架实验台开发与阻尼特性仿真展开深入研究.根据车辆底盘主动悬架结构,建立运动微分方程,构建减振器阻尼特性模型;将永磁无刷直流电机作为发电机,设计理想状态下电路,计算电磁执行器的电磁转矩、阻尼与惯性力;分别设计实验台路面激振模块、数据采集与控制模块,完成实验台开发.仿真结果表明,活塞杆直径增大,压缩阻力增大,拉伸阻力减小;阻尼伐孔径越小,阻尼力越大;证明了所提方法设计的实验台性能稳定,可以较好地测试车辆控制性能,对控制器参数整定与优化起到辅助作用.     

胸鳍推进型机器鱼的CPG 控制及实现

结合仿生游动机理,针对胸鳍推进型机器鱼提出了一种基于中枢模式发生器（CPG）的运动控制方法． 该模型采用一类振荡频率和幅值可以独立控制的非线性微分方程作为其神经元振荡器模型,通过最近相邻耦合的方 式,对n 个这样的神经元振荡器进行耦合,构建了仿生机器鱼的CPG 网络模型．证明了此模型单个神经元振荡器的 极限环的存在性、唯一性及稳定性．在此基础上,通过对胸鳍推进的运动学分析,导出机器人直游、倒游、胸鳍—尾 鳍协调运动等多种模式的运动控制方法．仿真及实验结果验证了此中枢模式发生器模型的可行性与所提控制方法的 有效性．     

圆柱单自由度和双自由度涡激振动特性研究

对圆柱绕流的涡激振动过程进行了数值模拟，研究了单、双自由度下涡激振动的力学特性、振幅特性、频谱特性，探讨了单、双自由度的适用条件。结果表明，单自由度条件下，随着约化速度的增加，阻力系数时均值先增大后减小，升力系数幅值先增大后减小再增大，且进入和离开“锁定”区间时二者均会产生波动。双自由度条件下，横向与流向无量纲振幅均随雷诺数的增大先增大后减小。低质量比时，流向振动的影响不可忽略，而高质量比时，可忽略流向振动的影响。     

巴克豪森励磁检测传感器设计与仿真分析

针对铁磁性材料设计了一种基于巴克豪森效应的励磁检测传感器装置.为了验证所设计的励磁检测传感器中励磁装置的可行性,利用有限元电磁场仿真分析软件Ansoft对磁化器部分进行了有限元仿真,并分析了不同激励条件下的试样磁化效果.通过仿真结果可以得出:磁化装置符合设计要求,能够对试件进行有效的励磁;通过不同参数下的仿真结果得到,励磁电流幅值以及频率是影响励磁效果的关键因素,并且对于特定分析点,随着励磁电流的幅值减小以及频率的增加,试件磁感应强度基本呈现减小的变化趋势.