二自由度悬索机器人运动静力学正逆解分析

以考虑悬索质量下的二自由度悬索并联机器人为研究对象,建立了基于悬链线方程的二自由度悬索并联机器人运动静力学模型,提出了一种求取数值正逆解的方法。该方法以忽略悬索质量的运动学正逆解为初值,通过数值迭代方法获得悬索质量不可忽略时的运动静力学正逆解。大量的仿真验证显示了该方法能够快速、准确地获得二自由度悬索并联机器人的唯一正逆解,并且给出了该悬索平台在平衡状态下包含悬链线曲线的二自由度悬索并联机器人机构简图。     

一种空间悬索的几何非线性计算方法

以单元两节点的矢径与切矢量作为描述变量,对空间悬索进行单元离散,采用Hermite插值建立悬索单元。基于空间悬索曲率连续这一物理事实,单元公共节点处矢径的二阶导数连续,将悬索中间节点的切矢量用两端节点矢径与切矢量表达,实现系统自由度缩减。依据虚功率原理,建立空间悬索非线性平衡方程,对平衡方程求时间导数,得到系统方程的雅可比矩阵。采用三点抛物线近似悬链线的方式建立悬索初始形状,得到非线性方程的初值。对于仅承受重力且已知无应变原长的悬索,采用端部载荷与重力平衡的方式,计算出悬索两端的载荷。在此基础上,实现在已知悬索一端载荷大小的情况下,计算悬索无应变原长。提出了一种空间柔性悬索的几何非线性计算方法,通过数值算例,验证了方法的可靠性,为空间静态悬索计算,提供一种新的计算途径。     

索支撑柔性结构的动力学分析与控制

根据悬索精确的悬链线解析表达式推导出两端固定时悬索初始长度与拉力之间的关系，从而能够精确而高效地获得悬索对两端节点的拉力，在此基础上应用Newton—Euler法建立了舱索系统的动力学简化模型。针对该柔性结构为一非线性、大滞后、强耦合等特点，提出了一种常规PID控制与模糊PID控制并行结合的Fuzzy—PID复合控制算法来实现馈源轨迹跟踪策略。理论分析和仿真实验结果表明，该控制算法不仅能满足馈源舱轨迹跟踪精度要求，而且具有较强的鲁棒性。     

缆索起重机承载索的计算机辅助设计计算

讨论了缆索起重机承载索传统的选型设计中存在的问题和弊端,研究了承载索设计中集中载荷悬索理论、抛物线理论和许用载荷设计法等计算理论对承载索的影响。在缆索起重机结构计算中,利用悬索的悬链线理论对承载索进行受力分析,确定其理论设计计算主要流程步骤,应用计算机辅助设计技术,设计出缆索起重机承载索选型系统。该选型系统方便易用,可大大降低缆索起重机的设计工作量,具有较大的实用价值。     

冗余度大型射电望远镜广义Stewart平台

鉴于新一代大型射电望远镜的悬索舱体系统与Ｓｔｅｗａｒｔ平台机构在工作原理上　的相似性,将悬索舱体系统视为广义Ｓｔｅｗａｒｔ平台。为了消除系统的力奇异性,通过增加冗　余悬索,构造了冗余度大型射电望远镜广义Ｓｔｅｗａｒｔ平台。利用作用于舱体的悬索张力与载　荷之间的Ｊａｃｏｂｉａｎ变换矩阵的行列式与条件数,描述了系统工作空间内力奇异性的特点,以　及冗余驱动力消除系统力奇异性的显著效果。     

运动载荷作用下悬索系统的动力特性

分析了运动质量约束下悬索承载结构的动力学特性。阐述了采用主振型叠加法及直接逐步积分法求解悬索系统运动载荷响应的具体步骤。     

基于悬索的阻尼网周边受力分析

将具有弹性拉网机构的阻尼网结构简化成一种在均布气动载荷作用下两端为弹性支承的悬索模型,然后按悬索分析的方法对其变形曲线和周边受力进行了分析,得到了变形曲线和周边张力的表达式,同时也得到了进行弹簧设计的参数表达式。从变形曲线的表达式可以看出这种悬索模型的成型曲线为直线—抛物线—直线,不同于经典的抛物线型或悬链线型。     

求解悬链曲线超越方程组的计算程序设计

悬链曲线的确定是悬索工程设计的主要问题之一,现在一般采用各种近似计算方法,本文按照算法理论,设计了直接求解悬链曲线超越函数的计算程序,得出了预定精度的解,为悬索工程的设计计算提供了全新的思路和依据。     

基于电流变液的大射电望远镜馈源支撑系统风振阻尼控制

针对新一代大射电望远镜机电光一体化创新设计悬索馈源支撑系统的随机风振响应问题,设计了一种电流变可调阻尼器来实现大射电望远镜悬索馈源支撑系统风振的附加阻尼控制,彻底解决了对于柔性悬索结构振动的附加阻尼控制难题。推导了电流变可调阻尼器的力学模型,并提出了相应控制策略。通过计算机仿真,验证了所设计的可调阻尼器的有效性,可使馈源支撑系统的风振降低５０％左右,可有效地提高馈源轨迹跟踪的精度。     

舱索系统的非线性静力学分析与索长解算

根据悬索悬链线方程推导出索端拉力解析表达式的简单形式,并将其应用到舱索系统的非线性静力学平衡方程中。推导出相应的Jacobian矩阵之后采用具有二次收敛性的Newton-Raphson迭代法进行求解,得到更快的求解速度以满足控制的要求。求解过程中采用优化策略得到更为均匀的悬索拉力。最后在数值算例中验证了模型的正确性。     

直线电机抽油机悬点运动特性的动态仿真分析

以直线电机抽油机悬点运动的数学模型为基础,采用MATLAB软件的Simulink模块建立悬点的运动模型,对直线电机抽油机的悬点进行动态仿真,得出了悬点的速度、加速度以及位移的变化规律,并结合现场采油时的实际情况分析比较了仿真结果。     

悬索桥主缆紧缆机的研究与开发

本文主要介绍了一种轻便型紧缆机的结构形式,工作原理以及该紧缆机在研究开发中的一些注意事项。     

3自由度柔索并联机构的运动轨迹规划

首先基于3自由度柔索并联机构模型,通过对索端重物进行正、逆运动学分析找到重物位置坐标与索长输入的相互关系。在此基础上,运用达朗贝尔原理推导出各柔索索端拉力与重物位置及柔索长度之间的关系。此过程中建立的非齐次线性方程组,证明了其具有无穷多组解,并采用广义逆矩阵的相关理论求解获得该方程组的最小范数解,即任意一时刻索端拉力的最优解;然后,在满足约束条件的前提下,寻找该并联机构的工作空间,即重物运动轨迹的范围。最后,对重物实现空间螺旋线轨迹进行了仿真,结果表明该机构能使重物的运动满足轨迹要求并具有较好的平稳性。仿真结果也为后续的对实现重物按规划轨迹运动的机构控制提供了理论基础。     

考虑柔索垂度影响的索牵引并联机器人跟踪控制

为考虑柔索垂度影响采用抛物线方程来描述大跨度柔索的构形,推导出索端张力与索端位移和索长变化之间的关系。基于柔索力学方程建立索牵引机器人的动力学模型,模型中作用在末端执行器上的柔索合力与柔索长度和末端执行器的位姿直接相关。为便于在控制设计中引入力学模型,对动力学方程进行线性展开,得到作用在末端执行器上的柔索合力增量与索长变化和末端执行器位移之间的关系。作用在末端执行器上的柔索合力可以表示为其期望值与相应的增量之和,该增量是由索长误差及末端执行器位姿误差引起的。控制设计时首先采用李雅普诺夫法针对柔索合力设计反馈控制器,然后利用前述的增量关系构造出基于末端执行器位姿反馈,以索长调整量为控制输出的非线性控制器。该控制器在本质上为一带补偿项的非线性PD控制,控制器参数可随系统状态的变化而自动调整。数值算例证明了控制算法的有效性。     

Nonlinear dynamic response of cable-suspended systems under swinging and heaving motion

In order to enhance the fidelity, convenient and flexibility of swinging motion, the structure of incompletely restrained cablesuspended system controlled by two drums was proposed, and the dynamic response of the system under swinging and heaving motion were investigated in this paper. The cables are spatially discretized using the assumed modes method and the system equations of motion are derived by Lagrange equations of the first kind. Based on geometric boundary conditions and linear complementary theory, the differential algebraic equations are transformed to a set of classical difference equations. Nonlinear dynamic behavior occurs under certain range of rotational velocity and frequency. The results show that asynchronous motion of suspension platform is easily caused imbalance for cable tension. Dynamic response of different swing frequencies were obtained via power frequency analysis, which could be used in the selection of the working frequency of the swing motion. The work will contribute to a better understanding of the swing frequency, cable tension and posture with dynamic characteristics of unilateral geometric and kinematic constraints in this system, and it is also useful to investigate the accuracy and reliability of instruments in future.     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

汽车轮胎动力学特性研究

运用非线性动力学理论和Matlab 6．1对分别采用轮胎非线性模型和线性模型的汽车悬架的运动特性进行比较，结果表明轮胎的非线性特性对汽车悬架的动力学特性有很大影响，在高速运动、较大路面不平度过程中汽车悬架系统应采用非线性模型。     

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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摆塔式缆索起重机的技术特性

三峡摆塔式缆索起重机塔架的高度居世界第一，它采用的单绞车导绕系统，使塔架绕其固定在地面上的轴承摆动，以扩大其工作范围，承载索悬挂装置能保证塔架摆动时，架空部分的各部件处于垂直状态，摆塔式缆机塔架的截面较小，所需辅助混凝土工程量小，但需要安装较多的绳索。