质量弹簧模型在外科模拟中的实现与应用

近些年来．对用于外科手术实时仿真算法的研究得到了飞速的发展。本文中作者首先简单地介绍和比较了目前得到广泛应用的两种用于模拟形变物体的建模方法。然后通过具体实例，笔者介绍了如何建立基于质量弹簧方法的模型以及模型的网格化。接着笔者给出了一个用于系统实时仿真的类静态模拟器的算法，包括如何对模型进行假设，以及用于简化计算的重要算法：QSS算法。最后笔者对本文做了总结，并展望了这种算法的应用前景。     

基于三维实体的加工仿真系统中插补计算的一种解决方法

当今社会科学技术日新月异，对制造加工技术的要求也越来越高，虚拟制造技术应运而生，并且成为当先制造领域的新热点。在仿真系统开发的时候，往往会涉及到插补计算问题，目前有很多关于插补计算的算法，但考虑到仿真速度，主要是影响实时仿真时的图象显示速度，这些算法都各有优缺。本文针对三维实体加工仿真中的插补问题提出一种实现算法，即采用刀具轨迹算法，该方法采用间接逼近的方法，难免存在一定的误差，但在允许的情况下，赢得了仿真时的图象显示速度，所以该方法可用于目前虚拟制造仿真系统中的插补计算。     

Motoman-UP20机器人运动学分析及求解

采用Denavit—Hartenberg坐标变换法建立Motoman—UP20六自由度机器人运动学模型，并将机器人分解为位置结构和姿态结构，利用臂腕分离法对手臂进行逆运动学分析，并在此基础上推导出末端执行器的逆运动学算法，该算法计算量最小，误差也较小，且可利用机器人的示教盒进行快速检验。利用仿真软件Rotsy建立机器人及其工作环境，仿真证明了该方法的有效性。该算法用于对开发机器人离线编程系统具有重要的作用。     

轨迹插补加减速离散算法改进

加减速离散算法常用于梯形加减速或S形加减速当中，传统加减速离散算法每走一步，计算一次脉冲间隔时间（即插补周期）。当加减速距离过长、加工精度要求不高时，为了减少计算量，并能够针对不同精度要求对速度跃变“台阶”高度做出调整，使计算量和精度最合适，可以用每隔多步计算一次脉冲间隔时间的方法来改进离散算法。仿真结果表明，改进的加减速离散算法能够有效减少计算量，并能够较为真实地描述和还原速度和位移随时间的变化关系。     

刀具扫描体的显式计算与精度控制

在刀具统一参数表达的基础上，给出了刀具扫描体的显式求解公式和算法，提出了刀具扫描体的分段变步长误差控制策略，已在VisualC 6．0和OpenGL中编程实现，实例表明方法简单，计算效率高，结果可靠。该方法可用于五轴数控加工仿真和虚拟制造中刀具扫描体的计算。     

数控系统的直线和S形加减速研究

推导出了用于机器人及机床控制器前加减速的直线加减速和S形加减速的离散采样迭代公式。实际减速点和理论减速点不重合，在减速过程中会出现一段时间的低速运行，为了消除低速运行段，提出了按照实际的剩余长度重新计算加速度和加加速度的算法，对该算法进行了仿真和实验验证，结果表明，该算法可有效地消除减速过程中的低速运行段。     

一种基于粒子群算法的二自由度PID控制器优化设计

粒子群算法在解决复杂问题的优化设计上具有算法简单,计算速度快的优点,将粒子群算法引入到二自由度PID控制器的参数整定中,用于改进二自由度PID控制器参数整定的效率并进行了仿真实验,仿真结果表明,系统同时具有了最优的目标值跟踪特性和干扰抑制特性.     

镶齿圆刃铣刀立铣削的Z-map三维仿真研究

分析基于Z-map的圆刃铣刀三维仿真方法.推导出了用于高精度数值计算的数学算式;为保证迭代计算具有平方收敛速度,采用Newton迭代法,通过边界交点直接计算出Z-map扫描区域的网格点.这起到了减少仿真时间耗费和提高程序运行效率的作用.三维仿真实例说明,该算法对于提高仿真精度和表面加工误差分析具有实际意义.     

直线电机脉宽调制算法及仿真研究

为解决目前常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法存在的计算繁琐、难以数字化实现的缺点,在综合分析永磁直线同步电机(PMLSM)控制原理的基础上,提出了一种用于永磁直线同步电机的新型SVPWM快速算法。该算法通过永磁直线同步电机位移传感器的检测值完成扇区判断与开关工作时间的计算。最后,通过Matlab/Simulink建立了仿真模型。仿真结果表明,该算法效果良好,解决了常规SVPWM算法由于反正切函数运算而导致系统响应慢、控制精度低的问题,具有一定的实用性与可行性。     

基于流固耦合方法的起落架缓冲阻尼特性研究

缓冲器阻尼特性对于起落架缓冲性能尤为关键。分别基于工程算法和流固耦合及动网格方法,对某起落架缓冲器的阻尼特性进行了计算和仿真分析。结果表明:仿真所得的流场分布与工程分析结果相似,并且仿真方法能够用于分析内流场复杂的起落架缓冲器问题。整个仿真计算过程与传统的仿真方法相比,建模方便,计算快速有效。仿真分析值与工程计算结果的相对误差为7%,并且在速度载荷较大时,相对误差缩小。进一步分析表明仿真方法与实际情况接近。     

基于微分几何的并联机构动力学及复合控制

在应用微分几何和黎曼度量分析串联机构动力学模型的基础上,结合并联机构的特点,推导了简单、统一的并联机构动力学模型,并将其投影到约束力和切向力方向,进而提出了并联机构的力/位置复合控制的控制算法。对一个二自由度平面并联机构的仿真结果表明,所提出的算法可有效控制约束内力、外力和末端位置。     

柔索悬挂Stewart平台振动控制及稳定性研究

在柔索悬挂条件下,利用多体动力学与控制理论以及特征系统实现算法（eigensystem realization algorithm,ERA）,研究了Stewart平台的基平台受到扰动时其末端执行器的控制稳定性问题,提出了相应的控制策略。用自行研制的多体动力学与控制仿真软件分析了不同弹性系数在柔索悬挂条件下Stewart平台的动态特性,并用ERA对系统的模态进行了比较,获得了动力学上可控的悬挂支撑方案。以数值仿真分析结果为基础设计了柔索悬挂Stewart平台的试验方案,对实际控制效果进行了研究,验证了数值仿真结果的正确性。

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Dynamic deformation under a modified split Hopkinson pressure bar experiment

This paper presents a modified split-Hopkinson pressure bar (SHPB) technique. The dynamic stress-strain behaviors were estimated at room temperature and subzero temperature to −75°C by using the conventional SHPB and compared with a modified SHPB technique. A computer simulation using a finite element algorithm is also performed to study the dynamic material responses. Furthermore, we attempt to find a proper material constitutive law by using the simulation process. It is suggested that the modified SHPB test used in this study can be successfully utilized to offer an experimental condition of a higher strain rate than that obtained from the conventional SHPB test.     

Optimal engine operation by shift speed control of a CVT

In this paper, an algorithm to increase the shift speed is suggested by increasing the line pressure for a metal belt CVT. In order to control the shift speed, an algorithm to calculate the target shift speed is presented from the modified CVT shift dynamics. In applying the shift speed control algorithm, a criterion is proposed to prevent the excessive hydraulic loss due to the increased line pressure. Simulations are performed based on the dynamic models of the hydraulic control valves, powertrain and the vehicle. It is found from the simulation results that performance of the engine operation can be improved by the faster shift speed, which results in the improved fuel economy by 2% compared with that of the conventional electronic control CVT in spite of the increased hydraulic loss due to the increased line pressure.     

基于Simulink的神经元PID控制建模与研究

基于神经元PID控制算法，本文使用Simulink软件搭建了相应的仿真模块、为该控制算法的改进和应用提供了研究工具。为了验证神经元PID算法的性能，本文还对某空调系统的控制性能仿真，并对仿真结果进行了初步的分析。     

薄壁钢管材料参数反求

针对薄壁钢管材料参数确定问题,采用有限元软件与遗传算法相结合的反求方法,确定了钢管的材料参数,并验证了这些参数。首先,建立了反求需要的计算模型,开发了参数反求程序;其次,对参数反求程序的收敛性进行了研究,结果显示该方法有较高的收敛精度;然后,建立了试验系统,通过试验获取了反求需要的材料参数;再次,根据试验测试的力与位移的关系,反求出了钢管的材料参数;最后,用一个试验实例及其仿真,验证了反求参数在工程应用中的可行性。采用该方法确定防撞杆的材料参数,对于提高汽车整体仿真精度有一定意义,该方法还可用于确定其他薄壁管材的材料参数。     

Assessing the impact of changing available multiple process plans of a job type on mean tardiness in job shop scheduling

This paper assesses the impact of changing the available multiple process plans of a job type in a production order on mean tardiness using simulation based genetic algorithm approach. A restart scheme as suggested in the literature is embedded into genetic algorithm in order to prevent premature convergence. An algorithm is developed to select a job type that becomes a candidate in order to change the available multiple process plans. Three case studies of varying sizes have been considered to assess the performance of job shop with an objective to minimise mean tardiness. Results indicate that by changing the available multiple process plans of a job type in a production order assists in reducing mean tardiness of a production order. In addition, selecting the best process plan among available multiple process plans on the basis of minimum total production time criterion for a job type does not yield optimal schedule.     

作业车间多工艺路线批量作业计划优化

提出一种基于遗传算法的作业计划算法,用于解决作业车间的中小批量多工艺加工作业计划的优化问题。在作业计划算法中,提出了一种将工件的子批数量和加工工序包容在一起的染色体编码方法,使得子批数量的确定和子批加工顺序的安排能够被同时优化。以生产周期为目标优化作业计划,将遗传算法和分派规则相结合,通过交叉、变异等遗传操作,得到目标的最优或次优解。最后对算法进行了仿真研究,并给出了算法运行结果,仿真结果表明该算法是可行的。     

并联机床数控加工过程仿真方法的开发

针对六自由度数控铣床－并联机床的数控加工,本文提出一种新的加工过程仿真算法。该算法基于观察坐标系,利用扫描线算法在精度范围内表示工件和刀具,从而将复杂的三维布尔运算简化的一维布尔运算。笔者在微机上利用ＶＣ＋＋,根据这种新算法,开发出并联机床数控加工过程仿真系统,实现了并联机床数控加工过程仿真。     

Cylindricity modeling and tolerance analysis for cylindrical components

The circular and cylindrical features are fundamental geometric features in machines. Cylindricity error affects the fitting conditions of cylindrical components and impacts the performance of the precision products. In this paper, the cylindricity error was modeled using L-F functions and evaluated by particle swarm optimization algorithm. Then the contact method is developed to determine the position accuracy through the virtual assembling of the bore and shaft using Monte Carlo simulation. The effects of the cylindricity error and the number of lobes on the position error were analyzed in detail. The results indicate that the cylindricity error has more significant influence on the position accuracy between the cylindrical parts than the roundness error. Using the suggested method in the paper, the position accuracy can be rapidly predicted after the design tolerances are allocated or the geometrical errors are measured on manufactured parts.