极限工况下无人驾驶车辆运动规划策略研究

针对无人驾驶车辆在极限工况下的运动规划问题,提出一种适应极限工况的无人驾驶车辆运动规划策略。首先,建立了准确描述车辆运动的动力学模型,并采用修正的非线性轮胎模型反映轮胎与不同路面之间的动力学特性;其次,提出一种基于安全制动距离的自适应势场模型,以适应极限工况下外界条件与车辆参数的变化;再次,考虑到车辆在极限工况下易发生横向失稳,设计出横向稳定性指标(Lateral stability index,LSI)作为关键优化参数,并展开车辆横向稳定性分析;然后,基于模型预测控制方法(Model predictive control,MPC),将极限工况下的运动规划问题转化为多目标优化问题;最后,构建出PreScan-Simulink-CarSim联合仿真平台,并在冰雪路面等多种极限工况下对所提出的运动规划策略进行了验证。仿真结果表明,该策略有效提升了无人驾驶车辆在极限工况下的安全性与稳定性。     

缝纫机送料机构运动学与动力学建模及仿真研究

六杆机构在纺织工业中具有广泛的应用。对一种缝纫机六杆送料机构进行研究,建立其运动学与动力学数学模型,并在此基础上基于Matlab/Simulink平台对所建模型进行仿真运算,得到两种不同工况参数下,送料机构中所有构件的运动规律和受力情况。仿真结果表明,工况参数的调节对针脚密度有显著影响,可通过调节机构参数的方式实现针脚密度的变化。所得理论模型与仿真结果可为机构的进一步研究提供依据。     

3自由度飞行模拟运动平台的动力学及参数辨识研究

以一种具有一平动两转动自由度的新型并联飞行模拟运动平台为对象,研究其满足飞行动感模拟要求的动力学建模及参数辨识的方法。根据平台的结构特点对平台进行运动学分析,在此基础上采用拉格朗日法建立平台的动力学模型。研究动力学模型的简化方法,该方法采用次对角线消去法简化动力学模型中的速度系数矩阵和惯量矩阵,保证动力学模型准确性的同时提高其计算速度。研究平台动力学参数的分步辨识策略,该策略通过选择适当的运动轨迹分两步辨识平台的动力学参数,采用最小二乘法计算出待辨识参数并代替理论模型中的参数,以提高动力学模型的精确性。最后通过MATLAB和ADAMS仿真对比验证动力学建模方法及参数辨识策略的正确性和有效性。     

基于新自适应差分进化算法的Magic Formula轮胎模型参数辨识方法

针对传统差分进化法固定的控制参数设置与进化策略难以适应复杂多变的问题的状况,提出一种新的自适应差分进化方法,并将其应用于魔术公式(Magic formula,MF)轮胎模型的参数辨识中以解决其参数辨识难的问题。该方法结合基于成功进化个体的控制参数选择策略以及基于双审判矢量的进化策略,实现控制参数的有效自适应。通过对纯侧偏工况下轮胎数据的侧向力和回正力矩参数辨识,证明该方法比另外两种先进的自适应差分进化算法IOA和SspDE具备更好的全局优化与快速收敛能力,也比传统的数值优化Levenberg-Marquardt方法识别精度更高,是辨识MF轮胎模型参数的一种有效手段。     

3自由度飞行模拟运动平台动力学参数辨识试验研究

以一种具有一平动两转动的3自由度新型并联飞行模拟运动平台为研究对象,为满足飞行模拟动感要求,研究其动力学参数的试验辨识方法,以进一步提高动力学模型的精度。针对模拟平台样机,采用分步辨识法辨识动力学参数。将电机的驱动力矩分为:减速器惯性力矩、丝杠惯性力矩、综合摩擦力矩和负载力矩,并分别辨识。再根据负载力矩分两步辨识平台的主要动力学参数。设计平台参数辨识试验的激励轨迹,采用加权最小二乘法计算出待辨识参数,并代替理论模型中的对应参数。最后通过试验和ADAMS仿真对比验证参数辨识策略的正确性。     

3-RRR并联机构动力学参数辨识模型

根据运动学模型,推导了3-RRR并联机构的雅可比矩阵.在每一个运动构件上选择一个适当的关键点,从而使运动构件的偏角速度矩阵和关键点的偏速度矩阵中不包含基本动力学参数.相对于这些关键点,计算出每一个运动构件的惯性力和力矩.基于虚功原理,从惯性力和力矩中提取基本动力学参数,推导出3-RRR并联机构动力学参数辨识模型.     

基于子空间方法的柔性空间机械臂未知末端载荷质量参数辨识

空间机械臂捕获非合作目标后,需要及时辨识获取机械臂末端未知载荷的质量参数,以便于控制系统参数的修正。为此,提出一种柔性机械臂末端载荷质量参数的递推辨识方法。该方法基于投影估计子空间追踪(Projection approximation subspace tracking,PAST)方法,将系统的动力学模型在某一工作点附近进行线性化。在此基础上,进一步将动力学方程中的机构运动和结构振动进行解耦,从而能够在辨识该构型下的系统频率值的同时,通过提取对应的分块矩阵,计算得到未知载荷的质量参数。在数值仿真中,建立双连杆柔性空间机械臂系统的动力学模型,分别讨论在不同载荷质量以及臂杆构型情况下的参数辨识问题,计算结果证明了所提出的这种递推方法能够有效辨识空间机械臂的末端载荷质量参数。此外还将该递推方法与常用的代数辨识方法进行比较,仿真结果表明了与传统的代数方法相比,这种递推方法可以更为快速地获得载荷的质量参数。     

基于遗传算法的自治水下机器人水动力参数辨识方法

针对传统确定自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)水动力参数试验和理论计算的困难性及以往辨识方法优化结果趋于局部最优解的缺点,提出一种基于遗传算法的AUV水动力参数辨识方法,该方法不受参数初值选取的影响,具有较好的鲁棒性和全局寻优特性,可为AUV运动控制、状态预报及控制系统开发等提供动力学模型。针对开架式AUV原型样机CRanger-01,在对其进行动力学建模分析的基础上,利用该方法对其水平面运动水动力参数进行辨识,得出了CRanger-01的19个水平面水动力参数,与实际值进行比较后,辨识误差在允许范围之内。通过运动仿真对模型进行验证,结果表明该算法能有效辨识AUV水动力参数,可为工程实践提供参考依据。     

基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化设计及其应用

提出一种基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化策略,即分别应用遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、差分进化算法（DE）三种智能算法,以工作空间性能和运动/力传递性能为目标的尺度参数优化方法,又在优化尺度参数基础上,以机构承载刚度和整体刚度为目标进行构件截面参数优化,再在优化尺度参数和截面参数基础上,以动力学灵巧度和能量传递效率为目标进行构件质量参数优化,从而使得机构的尺度、截面及质量参数达到最优。以一种零耦合度三平移一转动（SCARA）并联操作手为例,运用矢量法建立了并联操作手的运动学模型,通过工作空间性能和运动/力传递性能两个运动学指标,优化其尺度参数;运用虚拟弹簧法得到该并联操作手的刚度模型,通过对三维模型的参数识别得到其柔度矩阵,并分析了承载刚度、整体刚度两个刚度性能指标,优化了构件的截面参数;利用动力学普遍方程导出了该并联操作手的动力学模型,通过动力学灵巧度和能量传递效率两个动力学性能指标,优化了构件的质量参数。最终,该并联操作手的运动学、刚度和动力学综合性能达到最优,也得到了一些尺度、截面及质量参数的设计准则。     

基于ANSYS Workbench大摆锤刚体动力学分析

大摆锤是一种大型的游乐设施,乘客乘坐在固接于转盘上的座椅上,经历着摆动加旋转的合成运动,由于大摆锤运行速度高、加速度大、载荷工况复杂,有必要在不同工况条件下对大摆锤的动力学参数进行分析。利用ANSYS Workbench的刚体动力学模块Rigid Dynamics,对大摆锤进行动力学仿真分析研究。分别在满载和偏载的虚拟环境中,模拟大摆锤整体的运动及受力情况,通过仿真分析,在设计阶段就可获得大摆锤在不同工况下运行时各部件的速度、加速度及载荷时间历程,提高了设计效率和计算精度,为大摆锤的设计提供了参考。     

防爆风机主轴单元静、动态特性分析

采用有限元分析方法,根据防爆风机工作情况及主轴单元结构建立了主轴单元的三维计算模型,运用ANSYS软件,对主轴单元结构和静、动态特性进行了计算,具体包括主轴在载荷作用下所受的应力、产生的变形、各阶固有频率和振型、临界转速等,为优化主轴结构和改善主轴的动静态特性提供理论依据.根据振动测试原理,建立了主轴单元的动态测试系统,对主轴单元进行试验模态分析.通过采集系统输入与输出信号,经参数识别而获得试验模态参数.将理论计算与试验结果相比较,结果表明,所建立的模型是有效的.文中对数据进行了分析,提出了改进主轴结构的建议.     

变工况下基于迁移学习融合域内对齐的机床主轴热误差模型

热误差建模和补偿是提高机床加工精度的重要手段。 将得到的热误差模型应用到类似或相近任务中,对减少模型构建 和数据收集的成本具有重要意义。 本文提出了一种简易迁移学习(EasyTL)融合域内对齐的主轴热误差建模方法,以实现不同 工况下误差模型的迁移复用。 建立基于域内对齐和距离矩阵全组合择优的热误差迁移模型参数选取方法,获得最优组合。 进 一步分析不同类型的域内对齐和距离矩阵各自对模型迁移性能的影响。 最后,将迁移模型与 kNN 典型机器学习模型和卷积神 经网络深度模型进行比较验证,分别预测不同工况下主轴 Z 向和 Y 向的热误差。 此外,根据预测的主轴热误差进行工件补偿 加工实验。 该方法为热误差建模及补偿提供了一种新思路。     

多参数变化下基于参数辨识的永磁同步 电机偏差解耦控制方法

针对矢量控制下永磁同步电机d-q轴电流无法动态解耦,导致电机参数的动态变化影响其控制系统稳定性问题,提出一种基于参数辨识的永磁同步电机偏差解耦控制(PI-DDC)方法。以d-q轴电流控制器耦合系数为零推导完全解耦下偏差解耦项的传递函数,由此考虑电阻、电感和永磁体磁链等电机参数的动态变化对偏差解耦效果的影响,引入带遗忘因子递推最小二乘法在线辨识电机各参数,通过实时修正偏差解耦控制模型中的电机参数实现d-q轴电流解耦。以一台永磁同步电机为例,不同工况下的仿真和实验结果表明,所提的PI-DDC方法相比于传统偏差解耦控制方法,d-q轴电流响应时间缩短约50%,超调量分别减小约60%和70%,最大波动幅值分别减小约30%和37%,具有更好的控制精度和动态性能。     

基于ANSYS的全陶瓷电主轴动态分析及振动性能测试

对设计的全陶瓷电主轴进行结构分析,在ANSYS中建立了其轴承-主轴转子系统三维有限元模型。采用Subspace法计算了前6阶固有频率和振型,计算出临界转速,然后通过Harmonic分析得到了主轴在不同激励下的动态响应,并对装配好的全陶瓷电主轴进行振动性能测试及其分析。ANSYS动态分析计算结果表明主轴设计工作转速远远低于其临界转速,能有效避开共振区;全陶瓷电主轴振动性能测试结果表明在设计范围内电主轴振动平稳,设计符合要求。     

振动电动机主轴的动态有限元分析

介绍振动电动机主轴动态有限元分析的研究背景.利用Pro/E软件建立主轴的三维实体模型,然后将其导入ANSYS Workbench软件中进行动态有限元分析.对主轴的模态分析结果表明,主轴的动刚度较为均匀,所设计的最高转速合理;模拟实际工况进行谐响应分析,识别了产生共振的激振力频率,提出进一步提高主轴动态特性的工艺措施.     

电火花机床主轴头的模态分析与减振设计

针对某机床厂生产的SH50电火花机床在实际工作中主轴头振动较大的问题,通过实验测试和有限元仿真相结合的方法,分析了主轴头的模态特性,并通过测试主轴头的工作振型(operating deflection shapes,简称ODS),找出了主轴头实际工作中的薄弱环节。理论模态、实验模态和ODS三种结果相互印证,增加了有限元模型的可信度,并以此模型为基础对主轴头进行了减振设计。模态实验中改进了传统模态实验依靠经验选取测点或均匀布点时,对经验高度依赖且实验效率较低的弊端,采用有效独立法和模态置信度(modal assurance criterion,简称MAC)矩阵相结合的方法,实验前先进行测点优化,然后根据优化结果布置传感器和力锤位置,提高了模态实验的精度和效率。结果显示,在主轴头结构上增加一个背板,能够提高主轴头频率,远离工作频率的共振范围,起到减振的目的。     

螺杆桩机液压式动力头恒功率系统的设计与仿真

 针对双电机驱动式螺杆桩机动力头扭矩低，转速不均等问题，提出桩机动力头液压系统设计要求及控制策略，并在此基础上设计了基于恒功率泵的全液压桩机动力头回转机构液压系统。利用AMESim对该系统进行建模，并在斜坡负载、带负载启动和突变负载工况下对该系统性能仿真分析，得到3种工况下动力头回转系统压力仿真曲线、动力头负载扭矩与输出扭矩关系曲线和动力头转速曲线。仿真结果表明，所设计的液压系统输出压力稳定，且能随负载变化进行转速和扭矩调节，能够保证桩机在工作过程的稳定性。     

偏载下大长径比水润滑轴承分布式动特性参数识别方法

为了解决偏载下大长径比水润滑轴承分布式动特性参数识别问题,建立水润滑轴承的两支点分布式动力学模型,提出水润滑轴承分布式动特性参数的识别方法,并验证该动特性识别方法的可靠性。通过仿真试验,引入加载和位移信号扰动对轴承分布式动特性参数识别的精度进行分析,开展偏载水润滑轴承分布式动特动特性试验。结果表明：随着激振力振幅扰动的增加,刚度和阻尼系数的识别误差线性增加;激振力相位扰动对刚度系数的影响较小,对阻尼系数的影响较大;随着位移幅值扰动的增加,刚度和阻尼系数的识别误差增加;位移信号的相位扰动对刚度系数的影响较小,对阻尼系数的影响较大;若要求刚度和阻尼的识别误差小于10%,则激振力和位移信号的扰动幅值应小于10%;若要求刚度和阻尼的识别误差小于20%,则这2个信号的扰动相位扰动偏差应小于1°。     

卧式铣床的高速主传动系统研制

针对客户对高速卧式数控铣床的需求,设计了一套新的主传动结构,并对制造过程中的主轴箱体振动问题进行了分析并提出改进方法,对改进前后的主轴进行了剩余不平衡量以及切削振动检测,同时在最大扭矩工况下检验了传动轴的刚度.对比发现,采用碳纤维材质的传动轴动平衡效果和切削振动效果改善明显,并且刚度足以满足机床极限工况.     

基于ADAMS的装载机工作装置动力学仿真方法研究

文中针对装载机工作装置进行动应力测试需要较高的时间与人力成本,以国产额定载重9t装载机为研究对象。提出一种应用虚拟样机技术快速获得装载机工作装置应力特性的方法。在ADAMS中建立了工作装置虚拟样机模型,对工作装置在不同工况下利用Step函数进行多刚体动力学仿真分析,得到的铰点载荷与实测载荷进行对比,验证仿真方法的合理性。利用Ansys生成动臂、摇臂以及连杆的柔性体文件,采用模态叠加法建立工作装置刚柔耦合动力学模型,导入不同工况下实测液压缸位移与铰点载荷,进行了工作装置动力学仿真分析,与Step函数仿真结果对比,结果表明：对于刚体动力学仿真分析,利用Step函数模拟铲装作业可以较好地反映铰点处的峰值载荷。对于刚柔耦合动力学仿真分析,基于实测载荷的最大应力与基于Step函数模拟的最大应力相对误差不超过26%,研究为装载机工作装置的强度分析与结构优化提供参考依据。