双柔性空间机械臂动力学建模与控制

大多数研究者在空间机械臂动力学建模时,只考虑了关节柔性或者臂杆柔性,并且通常采用假设模态法对臂杆的变形进行描述,但该方法仅适用于小变形情况。基于这种情况,采用自然坐标法对柔性关节进行建模和绝对节点坐标法对柔性臂杆进行建模,得到了既包含关节柔性又包含臂杆柔性的空间机械臂动力学方程,并能精确地描述臂杆的小变形以及大变形。利用5次多项式对关节轨迹进行规划,通过逆动力学得到关节的前馈驱动力矩;采用PID控制策略,作为反馈输入。在二连杆柔性关节柔性杆机械臂上进行数值仿真。仿真结果表明：该控制策略在实现关节轨迹跟踪控制的同时,也能有效减弱机械臂的振动。     

柔体弹道中弹轴运动微分方程组

从弹箭空间六自由度运动和动态变形耦合的动力学模型出发 ,利用振动模态方法对弹体的柔性变形和动态变形耦合的动力学模型出发 ,利用振动模态方法对弹体的柔性变形和动力学方程组进行了分析 ,得到了柔体弹道的模态化方程组 ,以此为基础推导了弹轴摆动和弹性振动耦合的运动微分方程组     

基于渐开线环形齿球齿轮齿盘传动的定向平台动力学建模研究

为了对一种2自由度空间定向平台的运动进行精确控制,对其动力学建模问题进行了研究.此空间定向平台采用球齿轮齿盘进行传动.分析了定向平台的结构,建立了平台的运动学模型.在此基础上,利用拉格朗日方程建立了平台的动力学模型.结合平台结构参数,对平台输出轴末端点进行了轨迹规划,根据动力学模型求解直线电机驱动力的变化规律,然后通过...     

柔性飞行器飞行动力学与结构动力学耦合分析方法

柔性飞行器的刚体运动和弹性变形相互之间存在耦合影响.为实现柔性飞行器的运动和结构内力的耦合求解,利用Lagrange方程推导柔性飞行器的刚体运动弹性变形耦合方程,其中弹性变形部分利用柔性体的弹性模态来描述;通过算例研究柔性对飞行器运动轨迹和姿态的影响以度刚体运动对结构内力的影响,验证了刚体运动方程和结构动力学方程耦合求解的必要性.     

五坐标加工机器人刀具姿态及其六坐标联动

五坐标加工机器人采用闭环并联结构,各空间连杆与主轴相联.刀具中心和刀具主轴固联部件构成联动坐标系.求出控制轴与主轴部件铰接点中心坐标,以确定刀具加工姿态.用欧拉角(进动角ψ、章动角θ、为自转角Φ)确定刀具主轴方位.对应同方位,求出主轴部件6轴中2轴瞬时长度相等的位置,由伺服电机改变连杆长度调整主轴姿态,以1控制端同时控制2轴可实现6坐标联动.     

考虑铰链间隙的水面并联稳定平台动力学分析

针对某小型浮式稳定平台结构紧凑、负载惯量大的特点,设计了一种以少自由度并联机构为基础的改进型串联与并联机构。根据该平台的结构特点,进行了运动学分析,推导了系统雅可比矩阵,并利用Lagrange方法建立了平台的动力学模型,分析了平台的动力学特性。为分析含间隙的支链受力,将其简化为刚体—弹簧模型,通过改进的Hertz接触理论,采用非线性弹簧阻尼模型计算接触力,最终建立了含铰链间隙的平台动力学模型。数值计算与实验结果表明了数据建模的有效性,同时铰链间隙对动平台的位置精度和动力学特性产生了显著影响,对平台结构产生了较强的冲击。     

平面两自由度变形机翼的动力学建模与控制

研究一种两自由度平面变形机翼的动力学建模与控制问题。采用分析力学Lagrange方法建立了变形机翼多刚体动力学模型,模型考虑了机翼前缘所受到的空气动力载荷和外部弹性蒙皮等因素。由于变形机翼是一个强耦合、冗余驱动的非线性多输入多输出系统,采用伪逆法设计冗余驱动系统的控制分配器,采用动态逆方法实现系统精确线性化及两自由度的解耦控制,并与传统PID方法相结合构成了冗余驱动变形机翼的控制系统。通过ADAMS动力学仿真,对所建立的动力学方程进行了模型验证,并通过Matlab控制系统仿真,测试了系统的控制性能。研究结果表明,将Lagrange方法、伪逆法、动态逆控制、传统PID方法相结合可以有效解决平面两自由度冗余驱动变形机翼的动力学与控制的基本问题。     

可移动六自由度并联机构的位姿参数辨识及误差分析

针对可移动的空间六自由度并联机构的位姿辨识问题,通过测量多种位姿状态下运动平台上任意一个测量点的绝对坐标,构建运动学方程组并进行优化求解,实现了未知方位的并联机构位姿参数辨识以及测量点在动系中的坐标辨识,再根据测量点的目标位置,求解出各驱动杆的调整量,从而实现并联机构位姿的运动控制。采用Trust-Region Dogleg优化算法实现了冗余方程的求解,并且通过实验进行了验证。仿真和实验表明,对测量点坐标的辨识精度高于对并联机构自身位置的辨识精度。当并联机构自身运动误差不大于0.02 mm时,运用此方法并联机构在绝对坐标系中的定位误差能够控制在0.3 mm以内。     

火箭柔性发射系统动力学建模与数值仿真研究

把多体系统动力学的Ｋａｎｅ方法和有限元法应用于火箭柔性发射系统。针对工程实际，对建模与求解过程中的一些关键问题进行了探讨。建立了一个具有十一个刚性运动自由度、六阶定向器柔性模态自由度的发射系统物理模型。推导出该物理模型的发射动力学方程，并对常推力作用下系统的时域响应进行数值仿真。在此基础上，初步分析了定向器的弹性振动对火箭弹离轨时的初始扰动的影响。     

空间飞行器柔性附件动力学建模方法研究

论述了采用传统动力学建模方法建立空间飞行器柔性附件动力学方程时过早线性化的问题,提示了这种方法建立动力学方程的缺陷,即失去了一些重要的刚柔耦合项。采用Ｋａｎｅ方法建立学方程的一般公式,并确定了采用传统动力学方法建立动力学方程所失去的项。进一步探讨基于构件小变形的空间飞行器柔性附件动力学的建模方法,并进行了仿真和实验研究,证明了理论分析的正确性。     

爆炸荷载作用下柔性动边界拱的动力响应分析

实际工程中的拱结构并不是采用固支或简支等理想刚性支承,而是具有弹性支承、阻尼支承等柔性动边界。文中建立了具有动边界拱的力学模型,基于大变形动力微分方程并利用有限差分方法,研究分析了动边界拱在爆炸荷载作用下弹塑性动力响应。研究表明,柔性动边界对拱结构工作性能产生很大的影响,竖向弹性支承能够使短作用时间爆炸荷载下拱的内力峰值减小,并且使到达峰值的时间增加,阻尼支承能同时使结构的内力和位移衰减,因此可以利用柔性支承来提高结构的抗力。     

Dynamic Study on Rigid and Flexible Coupling System for Terminally Sensitive Submunition

A kinetic model of the rigid and flexible coupling system for terminally sensitive submunition is set up with Kane＇s method. The parachute is considered as a flexible body, the flexible displacement is expressed with modal spread method, the position of the parachute is expressed with a hybrid coordinate method, and the kinematics of the terminally sensitive submunition is analyzed. Ten generalized coordinates relative to the attitude of the terminally sensitive submunition are chosen, and the correlative generalized active forces, the generalized inertial forces, the generalized internal forces are calculated in turn. On the base of the Kane＇s method, the ten degrees of freedom dynamic equations for the coupled terminally sensitive submunition are finally set up. This model can be used to expediently simulate and analyze accurately the exterior ballistic trajectory of terminally sensitive submunition, and provide the overall design of the terminally sensitive submunition with some helpful references.     

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明：相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。     

新型三维平移自由度Delta机构准零刚度隔振平台及特性

为实现空间三维低频隔振,提出一种具有空间三维平移自由度的新型Delta机构,并以此为基础,演绎成为具有负刚度特性的并联机构,然后并联正刚度的竖直弹簧,得到一种新型三自由度并联机构准零刚度隔振平台.通过建立隔振平台的静力学和动力学模型,分析其动平台在不同空间坐标位置时各自由度方向上的刚度特性和固有频率.结果表明:隔振平台...     

一种仿人肩关节的运动学和工作空间分析

针对人体肩关节的结构特点,提出了一种以球面5R并联机构为原型的仿人肩关节。通过Paden-Kahan子问题思路,推导出了该并联机构的位置反解。基于螺旋理论和指数积公式,并结合直接法和虚拟机构法,给出了少自由度非对称型并联机构的运动学分析方法,得到了该并联机构的速度雅可比矩阵。应用多参数的迭代抽样优化方法,分析了工作空间评价指标与结构参数之间的关系,同时考虑加工装配工艺,最终选取了一组较合理的结构参数。研究结果表明：所提仿人肩关节结构紧凑、工作空间大,且符合人体肩关节活动特点。     

末敏弹刚柔耦合系统动力学模型及仿真

基于Kane方法建立了末敏弹附柔耦合系统动力学模型并进行了仿真计算。模型将降落伞处理为柔性体,并用模态展开法表达降落伞的弹性位移,用混合坐标来秦达降落伞的位置,进行末敏弹系统的运动学分析。选取与末敏弹系统姿态相关的.10个广义坐标,引入偏速度,分别推导相应的广义惯性力、广义主动カ和广义内力。根据Kane方法的多柔体动力学理论,建立了10自由度的末敏弹系统刚柔两体动力学方程。利用该模型,用MATLAB进行编程计算,得到了某型末敏弹系统稳态扫描段的弹道结果,为末敏弹系统的总体设计提供参考。     

新型柔性路面结构非线性分析方法研究

为预测敷设于松软泥泞地基之上的柔性路面在车辆荷载下的静力性能,选取Duncan-Chang本构模型模拟地基土体非线性弹性力学特性,将柔性路面结构简化为膜-梁单元力学模型。考虑路面结构受载大变形、地基与路面的接触非线性,采用有限元分析软件Abaqus建立柔性路面结构的非线性分析模型,得出了路面结构受载后变形和内力响应等结果,并通过实载试验验证了数值分析结果的准确性。结果表明,基于Duncan-Chang本构模型的路面结构非线性分析方法能够满足工程分析要求。