水下航行器对接装置的多关节联动控制系统仿真

针对水下航行器自主回收的需求,设计了一种水下航行器的对接回收装置,并通过拉格朗日法建立了对接机械臂动力学模型。为了保障控制系统的可靠性,在对水下对接装置进行实际控制硬件安装与调试之前,进行基于其虚拟样机的仿真实验。通过ADAMS-MATLAB联合仿真,调试控制系统的控制参数,观察对接机械臂在各关节联动控制下的效果,为后续实验样机的控制系统硬件和算法的实施建立基础。     

基于刚柔耦合与联合仿真的AUV发动机动力学研究

结合多刚体动力学和多柔体动力学理论,建立自主式水下航行器发动机中相关柔性体的刚柔耦合运动学、动力学数学模型;在ADAMS中生成虚拟样机,在Matlab／Simulink中建立发动机控制模型,然后基于ADAMS／Control模块与Matlab／Simulink接口得到发动机多刚体联合仿真模型,并利用相关实车数据对其进行了验证;在ANSYS软件中生成柔性体有限元模态中性文件,导入多刚体联合仿真模型,得到刚柔耦舍的联合仿真模型。     

无人水下航行器摆式发电装置设计与研究

针对海洋无人水下航行器能源供给需求,设计了一款小型化摆式发电装置,该装置搭载在无人水下航行器内部,受波浪、海流、潮汐等影响,航行器产生摆动,获取海洋动能,并将其转换成稳定的电能。详细论述了摆式发电装置的工作原理、系统结构和设计方案,建立了系统机电耦合动力学仿真平台进行仿真分析,并开展了样机试验验证。研究结果表明：该摆式发电装置设计是可行的,实现了电能稳定输出,有效发电效率达到了24.40%。     

水下航行器新型凸轮发动机点火起动仿真

为给水下航行器提供所需的动力,设计出一种新型凸轮发动机。对新型凸轮发动机的点火起动过程进行研究,运用热力学、动力学、空气动力学等理论,分别对燃烧室药柱燃烧过程、发动机配气过程、气缸工作过程和发动机运动过程用微分方程进行描述,建立凸轮发动机点火起动过程的仿真模型,并选用定步长四阶两点龙格—库塔的微分方程数值解法,运用Matlab软件编制仿真程序,对发动机进行点火起动过程的动态仿真,仿真结果表明,该发动机具有良好的起动特性,符合水下航行器的快速起动要求。仿真结果与台架试验结果一致,验证了新型凸轮发动机结构设计的可行性和仿真模型的正确性。所建立的模型可为分析台架点火起动试验中出现的问题、选择燃料进入时间提供理论依据,同时可以为分析水下航行器的起动过程提供参考。     

机电系统虚拟样机协同建模与仿真技术研究

针对机电系统虚拟样机设计的需要，在单学科仿真建模的基础上，进行基于仿真软件接口的多学科协同建模与仿真分析。以工业机器人虚拟样机的关节运动控制为例，利用ADAMS／Controls模块，将动力学模型通过接口变量与控制模型进行连接，建立连杆一关节执行机构多体动力学与运动控制协同的虚拟样机多学科集成模型，并进行协同仿真运行，表明基于仿真软件接口的协同建模与仿真方法能够有效支持机电系统虚拟样机的开发技术研究。     

基于模糊控制的水下自航行器着陆策略分析

由于所携带能源总量的限制,目前水下自航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)不能满足长时间海洋环境测量的要求.为了有效地减少能耗,解决AUV工作时间短的问题,提出一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV.该AUV通过着陆坐底实现定点测量,可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测.基于此,对AUV的着陆策略进行研究.在对注水自由下沉着陆策略进行分析的基础上,分析水舱注水量与着陆速度、着陆时间以及着陆俯仰角的关系.最终选择控制注水着陆策略作为AUV的水下着陆方案,并基于模糊控制设计着陆控制器.该方法根据AUV距离海底的高度和俯仰角通过模糊推理来控制AUV水舱的注水量,可以使AUV以较短的时间着陆于海底,同时又将着陆速度和着陆俯仰角控制在很小的范围内,满足了AUV安全着陆的要求.仿真和水域试验结果证明了采用该着陆策略的可行性.     

Unity3D无人航行器水下自主航行三维仿真

介绍了一种用于水下无人航行器研制和试验阶段内部软件系统联合调试的手段,通过Unity3D构建水下三维仿真海洋环境,建立无人航行器水下运动和动力学模型,并对航行器搭载的传感器和执行器进行数学建模,组建水下三维仿真系统。它与实际航行器软件系统通过与实物一致的接口相连,组成了一个数据传输环流系统,可进行航行器自主航行仿真测试。     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

UUV扑翼驱动机构设计及其运动仿真

通过对海龟前肢运动特点的分析和研究,建立机构的运动模型,完成扑翼驱动机构的结构设计和驱动电机的选型.基于Unigraphic软件,实现了机构的虚拟样机设计和运动学仿真,获得了机构运动时的运动参数曲线,为扑翼水下航行器的研制奠定了基础.     

挖掘机器人虚拟样机的机电液一体化建模与仿真

以挖掘机机器人虚拟样机模型的实现为例,介绍了在多种环境下对挖掘机进行建模与联合仿真的实现策略.在分析机械系统动力学分析软件 ADAMS 和工程仿真软件 MATLAB 的特点的基础上,提出了在 ADAMS 中建立虚拟样机环境,利用 MATLAB 软件中的 Simulink 工具箱建立了参数化和模块化的挖掘机液压系统和控制系统仿真模型,研究了两种软件之间的接口技术,实现机械、液压、控制子系统的有机集成,并进行了机电液一体化的仿真研究.     

绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机

为弥补物理样机参数修改和试验结果观察不便、运行成本高等不足,开展了绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机的研究。在Simcenter 3D motion中完成多体动力学模块建模,用AMESim完成液压控制系统建模,在主仿真平台MATLAB/Simulink中完成主控制器的建模,最后基于联合仿真接口实现3个软件的联合仿真,搭建了试验台的虚拟样机。仿真与试验结果对比表明,所建立的试验台虚拟样机模型准确,能较真实反映原物理样机模型,为进一步优化绞车型升沉补偿系统的设计参数和控制策略、提高补偿精度提供了验证平台,同时该虚拟样机搭建方法也为其他复杂机电液系统的仿真提供有益参考。     

基于ADAMS的减速器虚拟样机建模及动力学仿真

基于三维造型设计软件CATIA构建二级齿轮减速器参数化模型,通过与机械动力学仿真软件ADAMS的接口S imDesigner实现数据交换,在ADAMS中建立减速器虚拟样机模型。对虚拟样机模型进行动力学仿真,得到各级转速、齿轮啮合力及啮合频率。将仿真结果与理论计算值进行比较,数据较吻合,说明虚拟样机模型构建合理,仿真具有可信度。     

基于AMESim和Simulink联合仿真的轧机压下系统分析

为实现轧机液压压下系统的电液一体化虚拟样机设计,提出基于Simulink与AMESim联合仿真技术的建模与仿真方案,根据轧机各辊之间的作用关系,建立了基于AMESim的轧机液压压下系统的质量弹簧模型和液压位置伺服系统模型,用MATLAB/Simulink建立了基于积分分离的PI反馈控制系统模型,最终构建了轧机压下系统联合仿真模型。在Simulink平台设计了干扰观测器抑制噪声方法,通过联合仿真分析,有效抑制了外部干扰噪声造成的不稳定性,提高了控制精度。联合仿真研究表明,干扰观测器能够抑制干扰噪声影响,该虚拟样机可应用于轧机压下系统分析。     

虚拟样机技术在双转轴支撑机构设计中的应用

基于虚拟样机技术及仿真软件平台Pro/E,设计开发了风洞试验模型的双转轴支撑机构,建立了角度控制的数学模型,实现了机构的虚拟样机设计和运动学仿真,获取了被测试验模型运动情况的运动参数曲线,并对双转轴机构实施了干涉的动态检查,为双转轴机构设计方案的交流与评估以及双转轴机构的制造与应用奠定了基础.     

基于虚拟原型的管径激光检测机器人运动仿真

为直观分析天然气管道内径激光检测机器人在管道中的运动工况,基于CAD软件绘制了机器人三维模型,并对其进行了受力分析;运用LabVIEW编写了控制程序,并设计了简单、直观的人机交互界面;应用NI公司的运动模拟软件,建立了三维模型与控制程序的连接,通过设定运动参数和运行控制程序,实现了机器人虚拟模型模拟物理原型的运动仿真。使用虚拟原型技术,改进和优化了设计结构,缩短了研发周期,减少了加工成本,在项目前期工作中具有重要意义。     

基于道路模拟的摩托车动力学仿真

为对摩托车动力学性能进行可靠分析和评价,提出了基于道路模拟和虚拟样机的摩托车动力学仿真方法。运用CATIA、NASTRAN和ADAMS等软件,建立了刚柔耦合摩托车虚拟样机模型,基于MTS摩托车两通道轮胎耦合道路模拟试验机激励约束方式,进一步建立了摩托车动力学仿真平台,通过把仿真结果与试验结果进行对比,仿真模型和平台被反复修正并达到了较高的精度。在仿真测试平台上输入道路模拟试验机迭代驱动信号或不同路面谱信号,可代替道路模拟试验机对摩托车进行舒适性、耐久性模拟试验,从而大大缩短试验周期,降低试验成本,提高试验安全性。     

基于ADAMS的卧卷夹钳虚拟样机建模及动力学仿真

基于三维造型软件UG构建卧卷夹钳的三维实体模型,采用Parasolid图形交换格式实现与机械动力学仿真软件ADAMS之间的数据交换,在ADAMS中建立卧卷夹钳的虚拟样机模型。对虚拟样机模型进行动力学仿真,得到的仿真结果符合实际情况,说明虚拟样机模型构建合理,仿真具有可信性。