气囊隔振装置对中扰动控制研究*

将气囊隔振装置应用于船舶主机能大幅度衰减振动向船体的传递,但其主要难点之一是解决主机与轴系的适配性问题。主机运行过程中的各种对中扰动会增大主机的不对中量,对其进行控制是适配性研究的重要组成部分。根据气囊隔振装置的特点,提出通过气囊的充放气调整来抵消对中扰动的影响。在试验数据的基础上,分析了对中扰动控制的可行性并给出了控制方法。分析结果表明对中扰动控制能取得良好的效果。     

船舶主机气囊隔振技术对中控制策略研究

针对气囊隔振器应用于船舶主机低频隔振面临的如何保证轴系对中精度技术难题,开展其对中控制策略研究。建立了对中状态响应特性分析模型,为解决该分析模型计算输入参数难以精确获取的问题,提出一种伪灵敏度分析方法。基于控制对象伪灵敏度矩阵,研究出可行的对中控制策略。应用该控制策略可使得控制系统在多目标、强耦合条件下,以良好的动态工作性能实现高精度对中控制,并保持装置承载力的均匀分配。     

主机气囊隔振装置对中姿态控制算法研究

将气囊隔振装置应用于船舶主机能够大幅衰减振动向船体基座的传递,但同时也增大了主机与轴系对中控制的难度。在实现对中误差在线监测的基础上,根据气囊隔振装置的特点,提出一种对中调整最优控制算法,通过对气囊充放气调整,使主机恢复到对中状态。试验表明该控制算法能在快速收敛到对中精度的同时,实现载荷的优化分布。     

基于褶积积分的气囊支撑船体结构振动响应研究

根据船舶气囊下水岸滑过程中船体与气囊之间的相互作用,在气囊受力分析的基础上推导出气囊等效弹性系数K;将船体和气囊等效为MKC振动系统,建立船体动力响应的计算模型。本文针对气囊下水过程中船体结构的振动响应研究提出一种求解思路,即不同于常用的傅立叶展开求解,将褶积积分运用到有阻尼受周期激励作用的振动响应求解中,推导出响应极值的求解表达式。根据某散货船的实际下水数据进行数值模拟计算,并与理论分析结果进行比较分析。另外,从下水速度、气囊工作高度等几个方面分析响应的变化规律,对气囊下水方案参数的确定具有实用价值。     

柔性天线面对星载天线的扰动研究

针对柔性天线面对星载天线的扰动问题,应用固定界面模态综合法和Lagrange方程,截取柔性天线面低阶模态,缩减星载天线系统的自由度,并通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,克服了忽略天线面弹性变形对刚体大范围运动的影响,所建立的耦合动力学模型计算效率高并具有足够的精度。考虑天线面为刚体和柔体情况,分别对星载天线系统进行仿真并进行对比分析,结果表明,初始时刻柔性天线面对卫星本体姿态和天线指向影响很小,随着关节力矩持续作用,激起柔性天线面震荡,加剧自身的弹性振动,进而引起星载天线的抖动,造成卫星位姿和天线指向偏差变大,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

复合材料薄膜充气床垫的多物质ALE数值模拟

某型充气床垫是典型的气囊结构,该床垫由新型柔性薄膜材料制成,力学性能复杂。目前,国内外气囊仿真研究多采用两种方法,一种是控制体积方法(CV),该方法比较简便计算需求较少,但计算精度只能满足一般的工程需要;另一种方法是基于有限元技术的ALE方法,该方法计算精度高,可用于气囊的详细仿真。针对充气床垫充气爆破工况和载人工况的复杂性,采用多物质ALE方法对其进行了详细数值模拟。充气爆破工况通过与物理试验对比,判断出床垫结构的薄弱位置,同时提出结构改进方案。载人工作工况通过参数分析方法,分析不同充气内压时床垫变形和应力状况,并判断出床垫最佳工作内压。最终的仿真结果可作为该型产品设计定型的重要依据,也为同类问题提供了参考。     

考虑织布弹性的软着陆气囊缓冲特性研究

对缓冲气囊模型进行合理简化,从能量守恒和热力学基本方程出发,计入气囊织布弹性势能的影响,建立了缓冲气囊的物理解析分析模型,同时采用LS-DYNA对其有效性进行了验证。并基于该模型,进行了水平圆柱式气囊缓冲特性的研究。研究结果表明对于带固定排气口的水平圆柱式气囊,忽略织布弹性,得到的最大冲击过载值要比弹性织布气囊低,若织布的弹性模量小于0.2 GPa时,织布弹性对缓冲性能的影响更加突出。初始充气压力以及排气口面积对此类气囊缓冲特性同样有显著的影响。增加初始充气压力可以降低气囊缓冲过程中的最大冲击过载,但是有效载荷触地速度有所提高。排气口面积过小,释能不充分,气囊将发生反弹,排气口面积过大,能量转化不够,有效载荷触地速度较高。     

空间热载荷作用下星载天线耦合动态影响分析

为了研究空间热载荷对星载天线刚柔耦合多体系统的扰动,根据抛物反射面几何特征,采用壳体单元有限元离散化法,并考虑壳体厚度方向上的温度变化,建立了有限元列式的热传导方程;引入与应变能有关的耦合项,利用拉格朗日法推导了星载天线系统的大范围刚柔耦合动力学方程,研究了温度载荷对星载天线多体系统的动力学特性影响。仿真结果表明:空间热效应引起了动态的温度载荷,与结构变形发生耦合,诱发耦合颤振,加剧柔性反射面的弹性振动,造成卫星姿态和天线指向的扰动,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

基于驱动谱修正迭代控制算法的三轴振动控制研究

对三轴振动试验系统进行分析,研究了多输入多输出功率谱复现控制算法。利用HV频响函数估计法对系统进行辨识。针对系统频响矩阵为长方阵并出现奇异点的情况,采用奇异值截断法保证算法的稳定性,并运用迭代控制算法修正驱动谱提高振动控制的精度。通过三轴向振动台与集成该算法的多输入多输出振动控制器进行三轴向振动试验。实验结果表明:基于HV频响函数估计法修正迭代控制算法进行振动试验对功率谱的复现具有较好的精度和工程实用性。     

软着陆气囊缓冲特性与参数设置的理论研究

摘 要 本文将软着陆气囊的缓冲过程分解为绝热压缩和排气释能两个过程,从热力学和刚体动力学的基本方程出发,建立了软着陆缓冲过程的理论分析模型,并给出了缓冲响应的数值计算方法。针对立式软着陆气囊的参数设置和缓冲响应估计问题,给出了固定排气口型气囊和可控排气口型气囊相关参数的设计方法,同时以一个无人机模型的软着陆回收为例进行了缓冲响应仿真。基于简化模型及缓冲过程状态参数-时间特性曲线,分析研究了未设置排气口、固定型排气口与可控型排气口气囊的缓冲特性及其应用优劣,为工程与研究人员提供了气囊尺寸估算、缓冲系统性能预测、排气口面积选择与主动控制律设计的理论依据,研究结果具有明确的工程参考价值。     

主机对中姿态参数的近似算法

利用3个非共线设置的特征光标和单个CCD相机来获取空间物体的三维信息,采用广义欧拉角（布利恩角）来描述主机的对中姿态。基于小孔成像,建立主机与轴系之间的简化数学模型,推导了对中姿态参数的一种新的近似解析算法,建立了主机对中姿态方程,并叙述了姿态方程在主机对中姿态控制中的作用。最后,对该近似算法的误差进行仿真研究。     

神经网络内模控制在汽车曲轴圆角滚压系统中的应用

介绍了汽车发动机曲轴滚压强化和校直的先进加工工艺,提出了圆角滚压强化校直工艺中的3个关键问题。针对滚压强化过程压力控制中压力波动的问题,分析了扰动产生的原因,采用了内模控制方法克服压力扰动。构建了一个基于神经网络建模的内模控制系统框架,选用了去饱和特性后的PID神经网络与按拍延迟线组成辨识器来建立比例液压系统模型,推导了去饱和特性后的PID神经网络等效的脉冲传递函数形式并给出了逆模型,指出了该神经网络的应用范围,也指出了在液压系统建模过程中为获得有效数据而应注意的问题。将神经网络内模控制应用于曲轴圆角滚压机床液压系统中的比例压力阀的输出压力控制上,解决了由于滚压动钳摆动时的机械惯性力干扰引起的压力波动问题。     

基于多信息融合的下肢外骨骼机器人感知系统研究

人体运动感知系统是外骨骼机器人柔顺控制和人机耦合的关键。通过分析外骨骼机器人的下肢动态模型,提出了一种支撑相选择位置控制、摆动相选择交互力导纳控制的人机协同控制方法。根据该方法开发了一种基于多信息融合的下肢外骨骼机器人感知系统,以人体下肢关节角度、人机交互力和足底压力为运动状态感知量,利用变增益卡尔曼滤波算法和Savitzky-Golay滤波算法分别对IMU传感器数据进行姿态角度解算和对FSR压力数据进行预处理,获得步态特征并通过试验来验证该方法的可靠性。试验结果表明：角度解算算法具有高精度、高稳定性的特点,交互力感知方法和FSR压力数据处理算法具有可行性,验证了所开发的感知系统能够可靠地获取关节角度、人机交互力和足底压力并融合处理,以及准确地识别穿戴者的步态特征。研究结果为外骨骼机器人感知系统的优化提供一定参考,促进了外骨骼机器人控制系统及策略的发展。     

A comprehensive two-dimensional retention time alignment algorithm to enhance chemometric analysis of comprehensive two-dimensional separation data

A comprehensive two-dimensional (2D) retention time alignment algorithm was developed using a novel indexing scheme. The algorithm is termed comprehensive because it functions to correct the entire chromatogram in both dimensions and it preserves the separation information in both dimensions. Although the algorithm is demonstrated by correcting comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC x GC) data, the algorithm is designed to correct shifting in all forms of 2D separations, such as LC x LC, LC x CE, CE x CE, and LC x GC. This 2D alignment algorithm was applied to three different data sets composed of replicate GC x GC separations of (1) three 22-component control mixtures, (2) three gasoline samples, and (3) three diesel samples. The three data sets were collected using slightly different temperature or pressure programs to engender significant retention time shifting in the raw data and then demonstrate subsequent corrections of that shifting upon comprehensive 2D alignment of the data sets. Thirty 12-min GC x GC separations from three 22-component control mixtures were used to evaluate the 2D alignment performance (10 runs/mixture). The average standard deviation of first column retention time improved 5-fold from 0.020 min (before alignment) to 0.004 min (after alignment). Concurrently, the average standard deviation of second column retention time improved 4-fold from 3.5 ms (before alignment) to 0.8 ms (after alignment). Alignment of the 30 control mixture chromatograms took 20 min. The quantitative integrity of the GC x GC data following 2D alignment was also investigated. The mean integrated signal was determined for all components in the three 22-component mixtures for all 30 replicates. The average percent difference in the integrated signal for each component before and after alignment was 2.6%. Singular value decomposition (SVD) was applied to the 22-component control mixture data before and after alignment to show the restoration of trilinearity to the data, since trilinearity benefits chemometric analysis. By applying comprehensive 2D retention time alignment to all three data sets (control mixtures, gasoline samples, and diesel samples), classification by principal component analysis (PCA) substantially improved, resulting in 100% accurate scores clustering.     

船舶主机气囊隔振系统动态特性分析

提出了将气囊隔振器应用于船舶主机隔振，介绍了该隔振装置的特性，并进行了动力学分析。分析表明，气囊隔振系统能够大幅度减小主机激振力向船体基座的传递。在其他条件不变时，系统具有定常频率特性，各气囊压力的分布对系统固有频率、力传递特性没有影响，而对主机输出端的位移有一定影响，应该通过优化设计使联轴节的振动最小。     

基于线性化Nataf变换的一次可靠度方法

首先引入等概率边缘变换的基本原理,证明了常用的Rackwitz-Fiessler变换是等概率边缘变换的一次近似形式,将当量正态化原理和线性变换相结合,提出了扩展的Rackwitz-Fiessler变换,并指出其存在的缺点。然后针对Nataf变换的非线性特征,提出了线性化Nataf变换,并将该变换与改进的HLRF算法相结合,给出了基于线性化Nataf变换和iHLRF算法的一次可靠度方法。将Nataf变换、线性化Nataf变换和扩展的Rackwitz-Fiessler变换通过算例进行了对比分析,结果表明:采用线性化Nataf变换的结构可靠度分析结果收敛于采用Nataf变换的计算结果,而采用扩展的Rackwitz-Fiessler变换的计算结果则有较大的误差。     

Integrating a micromechanical model for multiscale analyses

The Chang‐Hicher micromechanical model based on a static hypothesis, not unlike other models developed separately at around the same epoch, has proved its efficiency in predicting soil behaviour. For solving boundary value problems, the model has now integrated stress‐strain relationships by considering both the micro and macro levels. The first step was to solve the linearized mixed control constraints by the introduction of a predictor–corrector scheme and then to implement the micro–macro relationships through an iterative procedure. Two return mapping schemes, consisting of the closest‐point projection method and the cutting plane algorithm, were subsequently integrated into the interparticle force‐displacement relations. Both algorithms have proved to be efficient in studies devoted to elementary tests and boundary value problems. Closest‐point projection method compared with cutting plane algorithm, however, has the advantage of being more intensive cost efficient and just as accurate in the computational task of integrating the local laws into the micromechanical model. The results obtained demonstrate that the proposed linearized method is capable of performing loadings under stress and strain control. Finally, by applying a finite element analysis with a biaxial test and a square footing, it can be recognized that the Chang‐Hicher micromechanical model performs efficiently in multiscale modelling.     

机翼屏蔽对航空发动机噪声预测的影响分析

随着对飞机适航噪声的要求更加严格,利用机翼屏蔽效应对航空发动机进行噪声控制已成为一项有效策略与研究方向.基于惠更斯-菲涅尔原理,利用飞机噪声性能(Aircraft Noise and Performance,ANP)数据库计算飞机起飞航迹并在其上建立噪声源,声源位置作为噪声屏蔽计算坐标输入屏蔽效应算法,应用Matlab...