H型倾转推进两栖机器人水下姿态自抗扰控制

针对水陆两栖机器人推力不稳和环境扰动造成的姿态不稳定问题,设计了一种新型的将轮驱动与喷水推进进行复合的可倾转复合推进装置。将该可倾转复合推进装置应用在H构型两栖机器人中,基于推力倾转角分离控制策略和自抗扰控制原理设计了姿态自稳定控制器,并在耦合自由度上采用异步调节机制。使用Simulink/ADAMS联合仿真平台进行姿态稳定仿真验证,并确定了具有较好效果的控制器参数;物理样机运行实验表明,H型两栖机器人可以完成预设运动,姿态自稳定控制器能够将该机器人水下运行时的姿态抖动抑制在5°以内。     

基于非线性分离的可倾转四旋翼LQR飞行控制研究

本文研究了一种能够独立控制位置和姿态的可倾转四旋翼飞行器,在建立了系统动力学模型的基础上,针对可倾转四旋翼飞行器系统存在的强输入非线性问题,采用了非线性分离策略,构造中间控制量,将该强非线性系统分离为线性动态环节和非线性静态环节,并仅针对线性动态环节设计了计算量小、易于硬件实现的线性二次型调节器(LQR),然后再通过反解输入非线性环节将中间控制量分配到实际的控制量——旋翼倾转角和电机转速.仿真实验结果表明,基于非线性分离策略设计的LQR飞行控制器能够实现对可倾转四旋翼稳定控制,很好地独立追踪位置和姿态期望.     

基于离散点云的拉伸面与旋转面参数提取技术研究

为了提高拉伸面和旋转面参数提取的精度和抗噪声能力,依据拉伸和旋转面在各点的法矢与拉伸方向及旋转轴的几何约束关系,利用随机抽样一致性算法结合最小二乘法提取拉伸方向和旋转轴,然后采取全局约束策略,通过对轮廓数据整体拟合来提取轮廓线.实验证明了算法的有效性、鲁棒性和精确性,为逆向工程中高质量的重建曲面奠定了良好的基础.     

变转速倾转旋翼机多体系统气弹响应分析

基于多体动力学方法建立了考虑机翼/旋翼刚柔耦合的倾转旋翼机过渡状态气弹响应分析模型,通过引入倾转过程旋翼尾迹弯曲影响,修正了直升机旋翼常规动态入流模型.集成非定常动态入流方程与倾转过渡状态的多体动力学方程,建立了倾转旋翼机过渡状态下时域非定常耦合分析模型.以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例,分析了倾转旋翼机倾转过渡状态气弹响应时间历程.数值计算表明:建立的时域模型能够快速有效分析了倾转旋翼机过渡状态的气弹特性,能够捕捉变转速倾转旋翼机的机翼/旋翼间复杂的气弹耦合特性.     

旋转刀盘圆弧齿轮成形理论分析及数字化建模研究

为了研究旋转刀盘圆弧齿轮的成形原理,得到可靠的圆弧齿轮三维模型以用于指导加工和仿真计算,根据刀盘与齿轮工件的展成关系,建立新的基准坐标系,运用空间啮合理论及微分几何的基本知识,对旋转刀盘圆弧齿轮的齿面方程进行理论推导,得到其数学表达式,并对中截面渐开线齿形进行论证,验证了所推导齿面方程。同时对旋转刀盘圆弧齿轮的成形原理进行分析,结合已推导的齿面方程讨论了方程各参数的取值范围,给出了定参数下齿轮工件转角 的计算公式,利用计算机软件实现了旋转刀盘圆弧齿轮的数字化建模,得到精确的圆弧齿轮的三维数字模型,并加工出工件实体。为圆弧齿轮的参数选取及设计应用提供了参考依据,同时为后续的仿真、实验分析提供实验基础。     

转杯纺转杯内气流场特性的研究

转杯纺纱利用气流对纤维进行剥离、输送及凝聚等操作,转杯内气流对纤维运动指向性、分布均匀度和扭曲度等有直接影响。为研究转杯纺纱过程中转杯内气流流动特性,运用Fluent流体仿真软件对转杯内流场进行仿真计算,结果显示:转杯内气流流动整体呈旋转流动,气流经纤维输送管进入转杯后,小部分直接向上流出转杯,大部分向下流动冲向转杯壁面,并沿转杯旋转方向旋转流动,在纤维输送管出口处和假捻盘台阶处出现涡旋;转杯内部存在负压区域,从纤维输送管入口到出口动压不断增大,凝聚槽内动压最大;随着转杯转速增加,凝聚槽水平截面上尾状流动区面积减小,旋转流动趋势明显;滑移面倾角对纤维输送管出口处高压区面积大小、位置及凝聚槽内动压有显著影响,进而影响纤维运动状态与成纱质量,不宜采用过大的滑移面角度。     

GPS天线相位中心水平方向偏差的检测与校正

针对常规旋转天线法中旋转角度不准确以及天线相位中心具有随机性的情况,提出了利用均值法进行GPS接收机天线相位中心水平方向上偏差的检测和校正.该方法是将两台接收机安置在超短基线两端,固定其中一台接收机,将另外一台接收机天线均匀旋转,基线解算,计算旋转的接收机天线相位中心水平方向偏差大小.结合实例证明:新的检测方法快捷、简便,适合野外利用超短基线进行天线相位中心水平方向偏差的检测.     

土工格栅-玻璃砂界面细观特性离散元研究

为分析剪切带的形成机制和演化机理,明确拉拔试验中筋土界面参数的宏细观联系,基于离散元数值方法,使用PFC2D软件模拟土工格栅加筋玻璃砂的拉拔试验,并与物理拉拔试验结果进行对比分析.在数值试验中采用分段函数重现格栅非线性应力-应变关系,根据玻璃砂颗粒位移值确定剪切带的平均厚度,重点分析剪切带内接触力链、颗粒位移、颗粒旋转等因素以及大主应力方向与细观组构参数的联系.结果表明,在格栅拉拔位移较小时,离散元数值方法能较好地分析玻璃砂与土工格栅界面之间的力学行为,试样宏观的体积剪胀主要受剪切带内颗粒的运动控制;通过PFC2D程序采用FISH语言开发的颗粒旋转颜色显示程序,显示格栅上下界面砂颗粒出现不同的旋转方式,颗粒位移和旋转形成了一个呈"锯齿"分布的剪切区,揭示颗粒位移和颗粒旋转是剪切带演化的重要特征;接触力的分布及其各向异性演化决定了试样宏观的力学性质和剪切带基本形状;整个拉拔阶段,剪切带内大主应力方向的偏转与接触力各向异性主方向的偏转呈相近趋势.     

基于OpenGL实现的三维物体绕任意轴旋转

通过鼠标的拖动来实现三维物体的旋转,通常的做法是使场景绕X,Y,Z轴旋转,其不能达到图形可以随着鼠标的拖动绕任意方向旋转的预期效果,旋转有停滞、逆转和卡动现象.本文通过在屏幕外虚拟构建一个单位球体,将鼠标点击的屏幕上的二维点映射到球面上用以产生虚拟的Z坐标来计算旋转参数,并根据四元数计算方法实现鼠标拖动下三维物体绕任意方向的流畅旋转.彻底消除停滞逆转和卡动.     

气动人工肌肉驱动的类人关节研究

Mckibben气动人工肌肉是一种由气压激励的运动引擎,它可以输出足够的拉力,并具有一定的柔顺性.建立了一个新的机器人肘关节,关节结构由人类肘关节演变而来,由两条对抗设置的Mckibben气动人工肌肉驱动,肌肉对的伸缩运动导致关节旋转;分析和计算了关节角度和人工肌肉收缩长度间的关系,以及最大旋转角的几种可能情形,推导出最大可能旋转角度,讨论了关节结构参数对最大旋转角度的影响,并把该机器人关节和人类关节进行了比较.     

菊池衍射花样的计算机模拟

根据极射赤面投影的原理,通过简洁的数学处理,模拟出不同晶系的菊池衍射花样。投影能以任何方式、任意角度旋转,因此,可以输出所要求的任意一种取向的菊池衍射花样。     

双滚子型动吸振器对倾斜振动系的减振研究(理论计算)

建立了附加双滚子动吸振器时的弹簧-质量-阻尼倾斜振动系的力学模型,并分析了系统的振动特性.双滚子型动吸振器中,一个滚子是参数励振型,而另一个滚子是共振型.这样的构造和配置使动吸振器在倾斜角度小的时候,参数励振型滚子动作;在倾斜角度大的时候,共振型滚子动作.由此,动吸振器在倾斜振动系的任何倾斜角度下都能减振.理论分析和数值计算结果表明,采用双滚子型动吸振器对倾斜振动系的减振效果明显.     

地质罗盘方位测量的误差分析

为探讨地质罗盘测量目标物方位的误差及其影响因素,从罗盘底座面不水平的情况入手进行计算分析。研究表明,决定罗盘测量目标物方位误差的因素有2个——垂直罗盘底座面的平面的倾角和目标物的仰角俯角,其误差与前者成反比,与后者成正比,且随着前者的减小或(和)后者的增大,误差增大的速率也越来越大。水平的罗盘底座面在以目标物的不正确方位线和正确方位线为旋转轴,顺时针转动相同角度造成罗盘底座面不水平的情况下(即罗盘底座面的倾角相等)测量同一目标物方位时,前一种情况产生的误差比后一种情况小,并随着转动轴与目标物正确方位线之间夹角的增大,其测量误差减小速率不断加大。当旋转轴与目标物正确方位线之间的夹角为90°时,其测量误差为0。     

纵平面回转运动通气超空泡形态及压力特性

通气超空泡技术是提高水下航行体运动速度的一种新兴技术,为研究通气超空泡在航行体纵平面回转过程中的机动性问题,本研究基于有限体积法,采用VOF多相流模型和RNG k-ε湍流模型,利用数值模拟软件Fluent建立了非定常通气超空泡流动的三维计算模型.通过求解多相混合物的雷诺平均Navier-Stokes方程,分析了空化器模型纵平面回转运动过程的非定常多相流动特性,得到了纵平面回转运动条件下通气超空泡的形态变化及其与空泡周围压力分布的关系.计算结果表明:通气超空泡在回转运动过程中受到离心力作用而产生弯曲变形,空泡轴线与航行体运动轨道有逐渐重合的趋势;向下回转时空泡最大直径逐渐减小,向上回转时最大直径逐渐增大;相较于向上回转运动,纵平面回转半径对向下回转运动的空泡形态存在较大影响,且空泡尾部闭合位置的偏转方向不一致,向下回转时空泡尾部发生外漂,向上小角度回转时空泡尾部发生内漂;由于离心力以及空泡轴向的逆压梯度限制,向上回转过程空泡长细比显著增大,向下回转过程空泡长细比缓慢减小.     

可倾瓦轴承瓦块摆动特性

研究可倾瓦轴承瓦块摆动几何关系,基于分离变量法建立了有限长轴承油膜压力模型及瓦块力矩平衡方程,获得瓦块摆角与轴承参数之间的函数关系;以瓦块包角为80°、支点偏移量为0.5的四瓦块可倾瓦轴承为研究对象,计算分析其瓦块的摆动特性.理论推导表明,瓦块静平衡摆角只与瓦块结构参数、轴颈相对瓦块偏心率、间隙比有关,而与轴颈转速、油...     

一种旋转不变特征描述符

提出一种基于图像梯度旋转直方图(RHG,rotation histogram of gradients)的快速计算旋转不变特征描述符算法。RHG描述符使用直方图旋转的方法获得旋转不变性,采用直方图加权合并的方法降低边界效应引起的描述符统计矢量的突变。RHG描述符将特征点主方向的计算与描述符的计算合并,提高了计算效率。RHG描述符在图像存在尺度改变、3维视角变化引起的变形、旋转变化、照度改变和噪声等因素的影响下,具有较强的鲁棒性。RHG描述符的性能与尺度不变特征变换(SIFT,scale invariant feature transform)描述符相近,但计算速度提高2倍以上。     

巷道周边裂纹应力强度因子的实验研究

岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的破坏现象,严重影响地下工程的安全施工。岩体裂纹尖端的应力强度因子对岩爆的发生有重要影响。使用一种无损的、全领域的平面应力实验分析技术——光弹性实验技术,通过分析试件的主应力差和主应力方向,并使用数值方法,讨论了当隧道围岩裂纹角度和荷载变化时,其尖端应力强度因子的变化情况。结果表明:1)在单轴压缩荷载作用下,裂纹尖端的应力强度因子随裂纹倾角的增加而增加,到达60°时开始下降,并且当倾角固定时,随荷载增加而增加;2)在围压作用下,倾角为45°时的裂纹为最不利裂纹,其应力强度因子最大。     

晶向和晶面的双重极图的绘制和应用

本文论述了计算机绘制晶向、晶面双重极图的基本原理及特点,并给出了应用实例。由于双重极图能作同步旋转,任何取向的双重极图皆可绘制。任何高指数的晶向极点或者晶面极点皆可输出。     

适用于机器换刀的一体式刀座结构的承载性能

为了提高一体式刀座系统的承载性能,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对一体式刀座系统受载状态进行分析. 结合滚刀的自动拆装过程,研究一体式刀座系统各结构参数间的联动关系及不同结构参数对其承载性能的影响. 基于正交试验权矩阵分析法,对显著影响一体式刀座系统承载性能的结构参数进行优化. 结果表明,正交试验各因素对一体式刀座系统承载性能的影响程度从大到小依次为：转动块颈部圆角半径、转动块宽度、刀轴与转动块转轴竖直距离. 得到一体式刀座系统综合性能最优方案为：转动块宽度107.5 mm,转动块颈部圆角半径60.0 mm,刀轴与转动块转轴竖直距离97.5 mm. 优化方案较原始方案整体最大变形降低了11.31%,端盖最大应力降低了34.07%,转动块最大应力降低了41.01%.     

体显示中点阵扫描模式对体像素方位的影响

建立了基于二维点阵屏旋转的体显示系统，在三维空间内预设位置上产生的体像素均来源于
快速旋转和瞬时发光的点阵像素，利用人眼的视觉暂留效应得到三维图像。当逐行或逐列地扫描点阵屏时
，点阵像素在扫描时序上的不同步和屏幕的旋转运动将导致在不同扫描瞬间产生的体像素不在同一空间方
位上，因而虽然所有的点阵像素总是处于屏幕所在的物理平面内，但在一次完整扫描后由之产生的瞬态体
像素将不再处于同一个二维平面内。建立以高速发光二极管为点阵像素的体显示系统，实验结果表明，在
高速扫描情况下，体像素的实际方位与预设方位的偏差可以忽略，系统能够较好地再现三维模型，并且可
以任意选择视点直接观看。