无陀螺惯性测量组合静动态解耦方法

无陀螺惯性测量技术是利用加速度计代替传统的陀螺,构成无陀螺惯性测量组合(NGIMU)实现制导.NGIMU系统在运行时,不可避免地存在静态和动态耦合误差.基于NGIMU9加速度计配置方案,根据耦合定义,提出了应用静动态解耦方法对NGIMU解耦.该方法克服了静态解耦和动态解耦分别进行带来的处理复杂性,简化了后续处理系统.最后进行了系统3个方向角速度运算的仿真验证,结果表明,系统经静动态解耦后导航精度得到了有效提高.     

具有大型天线的卫星姿态大角度机动解耦控制

为了解决卫星-天线系统的耦合动力学问题,利用一种三自由度驱动与测量机构连接天线臂与卫星平台并控制天线指向.通过该机构在卫星姿态控制系统中引入前馈控制来补偿反作用力矩,从而实现卫星平台与天线之间的解耦控制.在卫星姿态大角度机动条件下建立带有解耦机构的卫星-天线系统动力学模型.以该模型为基础设计姿态大角度机动的控制方案并进行仿真验证.仿真结果表明解耦控制方法将卫星姿态稳定度提高了两个数量级.解耦控制方法能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定度.     

3-RRRT并联机器人解耦控制

研究一种3-RRRT新型高速搬运机器人解耦控制方法.依据第一类拉格朗日方程建立了3-RRRT型并联机器人的动力学与系统机电模型,根据其动力学模型特点,提出一种改进的计算力矩解耦控制方法.在运用违约修正约束稳定法对动力学模型进行求解的基础上,利用Matlab中的Simulink软件平台进行了并联机器人解耦控制数值仿真,结果表明所采用的解耦控制方法达到了较高的控制精度,适合于3-RRRT型并联机器人.     

车载捷联式三轴稳定平台动力学建模与分析

为了获得车载捷联式三轴稳定平台的耦合力矩特性,建立了稳定平台系统的运动学与动力学模型.运动学模型分析结果表明,捷联稳定方式与陀螺稳定方式的基本区别在于信息的获取和控制方式,速率陀螺稳定是一种直接硬件补偿方法,而捷联稳定是一种软件补偿方法.动力学模型分析表明,车体与稳定平台系统各框架和各框架间均存在非线性耦合力矩.系统耦...     

医用微型胶囊机器人双变量磁力矩控制研究

为方便控制医用微型胶囊机器人的运动姿态,实现控制变量的降维与解耦,提出一种胶囊机器人的双变量磁力矩解耦控制方法.根据磁耦合力矩基本公式,推导了双变量转弯磁力矩,并通过解耦坐标变换减少了控制变量.对空间磁力矩的仿真分析结果表明:俯仰角和侧摆角都与微型胶囊机器人的运动方向有关,俯仰角和侧摆角越接近0°,微型胶囊机器人的运动...     

神经网络补偿的挠性卫星敏捷姿态机动

采用单框架控制力矩陀螺( SGCMG)作为主要执行机构,研究了挠性卫星的敏捷机动问题．首先,为 挠性卫星建立带有时变参数及模型不确定性的刚柔耦合动力学模型;配置控制力矩陀螺／飞轮混合执行机构 以满足敏捷卫星快速机动和高精度的任务需求．然后,设计积分型变结构控制律,并利用神经网络补偿器逼 近不确定项,消除卫星挠性耦合特性和模型不确定性对系统的影响,最后,对算法进行了仿真验证．结果表明 所设计的控制系统能够在执行机构不产生奇异的前提下,有效地抑制挠性附件的振动,使卫星在外界干扰及 模型不确定性的影响下,快速达到要求的指向精度和稳定度     

基于电液耦合转向系统的商用车防失稳控制

基于一种电液耦合转向系统进行商用车中、高速转向行驶失稳预防控制研究,采用转向力矩控制方法,通过主动调整助力使车辆时刻行驶在稳定区内,从而达到预防车辆失稳的目的。简述了电液耦合转向系统结构,进而对利用转向系统预防车辆失稳的可行性进行了说明,并建立了车辆2-DOF参考模型,采用柔性PID与自适应递增算法对线性和非线性两种行驶状态进行单独控制,得到补偿力矩。利用所搭建的电液耦合转向系统硬件在环试验台对提出的控制方法进行验证,结果显示,车辆处于临界失稳状态时电机助力矩与转向轮转角减小,横摆角速度减小,有效保证了车辆时刻行驶在稳定区域内。     

动力调谐陀螺速率测量回路的解耦与实现

分析了动力调谐陀螺作为捷联惯性系统的角速率测量元件在实现陀螺测量解耦的再平衡回路设计方法时，按综合系统要求、陀螺实际运转特点、解耦条件及工程实施等有关问题，设计了主回路及解耦回路各电路的传递函数，并对陀螺－再平衡回路系统进行仿真，结果表明，解耦设计是有效的，它为其工程实施提供了依据。     

静力压桩机调平系统的建模与控制

针对静力压桩机电液比例调平系统建立了分析调平控制方法精确的动力学模型,并对两种调平方法的效率、稳定性以及调平精度进行了分析．该模型将桩机平台等效为刚体,考虑平台3个自由度运动和调平控制系统的耦合,利用运动方向的相关参数对系统进行解耦,确立了调平系统的控制方程．分别采用绕最高点调平和方向解耦调平两种方法,结合调平系统的控制方程,对该系统的调平特性进行了分析．结果表明,系统采用方向解耦调平比绕最高点齐动调平的精度高一倍,稳定性也大大提高．     

基于MR阻尼器的控制力矩陀螺振动抑制方法研究

针对控制力矩陀螺引起的微振动问题,研究了基于磁流变阻尼器的控制方法。在磁流变阻尼器结构设计的基础上,建立了磁流变阻尼器的动力学模型,提出磁流变阻尼器的半主动控制算法。根据磁流变阻尼器对磁场的要求设计了磁路结构,在Maxwell中完成磁力线和磁感应强度的有限元分析,对系统的振动抑制效果进行了模型仿真。根据所提出的半主动控制算法及基于控制力矩陀螺平台的系统运动方程,在扰动源的激励下通过simulink进行仿真,并搭建了磁流变阻尼器振动实验平台测试其振动抑制效果。仿真及实验测试结果表明,所设计的磁流变阻尼器有效地实现了对控制力矩陀螺微振动的抑制目的。     

风电叶片疲劳加载激振系统解耦控制算法及试验研究

风电叶片逐渐向大型化方向发展,为了提高大型风电叶片疲劳试验的激振能力、缩短测试周期,两激振源联振已成为疲劳测试方法中具有前景的发展方向。首先进行两激振源的耦合特性试验,设计了激振源转速、相位和叶片振幅的测试方案。当2个激振源初始转速设定为35 r/min时,风电叶片在该激振源作用下进行试验,得出2个激振源转速差在±5 r/min范围内波动、相位也存在耦合现象,叶片振幅变化絮乱。为了提高两激振源的同步效果,在分析现有控制策略的基础上,采用并联交叉耦合结构,开发了滑模变结构同步控制算法,并利用李雅普诺夫函数证明了该算法的渐近稳定性。最后,搭建了一套10 MW级大型风电叶片疲劳试验平台,开发了基于分布式网络总线的疲劳激振控制系统,将该滑膜变结构控制算法应用于aeroblade 2.0~54.38风电叶片两点激振试验。试验结果表明,在两激振源转速均为35 r/min时,两激振源的转动步调一致,相位也能基本保持同步,此时叶片振幅最大,且非常稳定。在不同的初始速度驱动下,分别设定为40和30 r/min,2个激振源的转速均能快速跟随并分别保持。由于两者转速不一致,导致叶片振幅发生波动。上述试验结果表明,虽然2个激振源之间的机电耦合是固有存在的,但是设计的滑模变结构控制算法能使2个激振源的转速、相位步调一致,具有良好的鲁棒特性,有效地保证了疲劳试验的顺利进行。     

超空泡射弹尾拍振动特性分析

为了研究超空泡射弹的尾拍振动特性,利用刚一柔耦合动力学方法,得到弹体横向振动的基频和一阶模态;并通过模拟计算,分析了弹体横向振动基频和模态与弹体转速、长细比、材料特性的关系．计算结果表明：弹体频率和模态随转速而变化;弹体的长细比的增加和材料特性的改变,使频率和模态随转速的变化更加显著;当长细比较小或者角速度小于50ra...     

燃料电池用高速单螺杆压缩机的仿真研究

根据容积式压缩机的流量和转速成准线性关系的特性，指出高转速压缩机能够在小容积下提供相对较大的空气流量，符合车载燃料电池的基本要求.对高转速单螺杆压缩机的压缩过程建立了数学模型，模型以螺槽、星轮以及壳体所围成的容腔作为控制容积，应用质量守恒定律和热力学第一方程，同时考虑了冷却剂的换热效果以及气体泄漏.在该模型基础上，分析了在高工作转速下压缩空气物性参数、压缩机容积效率和能量利用率的变化规律.仿真结果表明，随着工作转速的增大，空气压缩机的排气量/体积比明显提高，在保持排气量稳定的前提下，可以通过提高压缩机转速来减小设备体积，从而满足燃料电池对压缩机的质量和体积要求；伴随着对流换热效果的减弱，压缩机的能量利用率有所下降.     

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.     

液体黏性联轴器扭矩传递特性的实验研究

为了研究液体黏性联轴器的扭矩传递特性,通过台架实验分析了3种硅油黏度、3种填充率及3种输入转速对液体黏性联轴器扭矩传递特性的影响;实验结果表明,黏度越大,发生驼峰现象所需的最低转速差越小,填充率低于90％时不发生驼峰现象,输入转速对驼峰现象的发生并没有影响;并测出了液体黏性联轴器的表面温度场,对研究实验件内部流体温度的变化有重要意义.     

Thermoelastohydrodynamic behaviour of inclined-ellipse dimpled gas face seals

The thermoelastohydrodynamic performance of an inclined-ellipse dimpled gas face seal is analyzed. The pressure distributions of the gas film and temperature fields of the seal rings and gas film are presented considering thermal and elastic distortions.Then, the influences of texturing parameters, including dimple inclination angle and dimple depth, on sealing performance are investigated under different operating parameters such as rotational speeds and seal pressures. The results show that face distortions lead to a decrease in the hydrodynamic effect at high rotational speed. The analysis shows that the opening force can decrease by more than 50% as the rotational speed increases from 0 to 35000 r min~(-1). The influence of face distortion on the seal performance, such as opening force and leakage characteristic, gradually increases with the rotational speed.     

风电机组变桨鲁棒控制

针对风电机组输出转速稳定控制问题,提出了一种基于定量反馈理论的桨距角鲁棒控制策略.由于在随机变化风速作用下,非线性的风机模型中部分参数是变化的,提出了基于线性系统稳定性图形作为判据的定量反馈的变桨鲁棒控制器设计方法,以减弱风机模型不确定因素对输出转速的影响.结果表明,所提出的控制器对高风速区扰动风速作用下系统的输出稳定性能具有较好控制效果,并且对风电机组能量传动模型中参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

Effect of wind fluctuating on self-starting aerodynamics characteristics of VAWT

The present work deals with an investigation of the self-starting aerodynamic characteristics of VAWT under fluctuating wind. In contrast to the previous studies, the rotational speed of the turbine is not fixed, the rotation of the turbine is determined by the dynamic interaction between the fluctuating wind and turbine. A weak coupling method is developed to simulate the dynamic interaction between the fluctuating wind and passive rotation turbine, and the results show that if the fluctuating wind with appropriate fluctuation amplitude and frequency, the self-starting aerodynamic characteristics of VAWT will be enhanced. It is also found that compared with the fluctuation amplitude, the fluctuation frequency of the variation in wind velocity is shown to have a minor effect on the performance of the turbine. The analysis will provide straightforward physical insight into the self-starting aerodynamic characteristics of VAWT under fluctuating wind.     

液黏调速离合器中摩擦副间隙内流体传热分析

为了研究流体润滑条件下液黏调速离合器摩擦副间隙内流体主要传热方式的问题,分别建立等温、绝热及对流换热3种热边界条件下流体流场的简化数学模型,并考虑流体黏温特性的影响,采用商用计算流体动力学软件Fluent对流场进行求解,分别获得等温、绝热及对流换热条件下流场温度分布的数值解;在数值计算的基础上,利用液黏调速离合器实验装置分别测量不同输入转速及输入流量条件下摩擦副间隙内流体温度.研究结果表明等温边界条件下的数值计算结果与实验测试结果比较接近,绝热边界条件下的数值计算结果与实验结果之间偏差最大;流场温度随着摩擦副间隙或输入流量的增加而降低,随着输入转速的增加而增加.     

Numerical Simulation of Bubble Migration in Liquid Titanium Alloy Melt During Vertical Centrifugal Casting Process

立式离心铸造钛合金熔体中气泡运动的数值模拟

徐琴¹,王星¹,吴士平²

（1. 河南工业大学 机电工程学院,郑州450001;

2. 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院,哈尔滨 150001）

创新点说明：

针对圆筒形薄壁复杂钛合金铸件的离心铸造问题,采用简化的型腔模型对气泡在钛合金熔体中运动规律进行了研究,分析气泡初始位置、铸型转速和旋转方向等对气泡迁移的影响,对预测钛合金铸件中气孔缺陷和深入认识离心铸造中的两相流动有一定意义。

关键词：钛合金;立式离心铸造;气泡;运动;数值模拟