柔性机械臂动力学模型与控制策略的综合评价

对目前应用的柔怀机械臂动力学方程进行了分析研究，揭示了采用传统动力学建模方法建立的动力学方程中存在的问题。研究了动力刚化地柔性机械臂减振控制的影响，系统地论述了柔性机械臂动力学模型与减振控制策略的关系，为进一步实现柔性机械臂减振控制提供理论基础。     

空间飞行器柔性附件动力学建模方法研究

论述了采用传统动力学建模方法建立空间飞行器柔性附件动力学方程时过早线性化的问题,提示了这种方法建立动力学方程的缺陷,即失去了一些重要的刚柔耦合项。采用Ｋａｎｅ方法建立学方程的一般公式,并确定了采用传统动力学方法建立动力学方程所失去的项。进一步探讨基于构件小变形的空间飞行器柔性附件动力学的建模方法,并进行了仿真和实验研究,证明了理论分析的正确性。     

柔性空间机械臂末端运动及柔性振动的模糊自适应补偿控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,具有不确定参数的漂浮基柔性空间机械臂系统载体姿态与末端爪手惯性空间轨迹跟踪的模糊自适应补偿控制和柔性振动优化控制问题.利用拉格朗日方程和假设模态法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了柔性空间机械臂系统的动力学方程及运动Jacobi关系.以此为基础,使用奇异摄动法和2种时间尺度的假设...     

海上柔性并联平台空间动力学建模与分析

针对某海上螺旋副-虎克铰-球铰(HUS)柔性并联平台由快速稳定和大负载引起的支撑连杆弹性变形和负载瞄准位置偏差问题,进行了空间弹性动力学建模。采用模态函数和空间等截面梁单元模型对弹性连杆进行空间建模,基于虎克铰和球铰连接的连杆为两自由度空间运动,推导了空间单元坐标与系统坐标的两自由度转换矩阵,利用平台的运动学和动力学约束条件建立了HUS柔性并联平台的空间弹性动力学方程;运用Newmark方法对弹性动力学方程进行离散求解,分析了平台的弹性动力学响应和支撑连杆的最大动应力,并进行了动力学测试实验;进一步分析了弹性变形对负载瞄准精度的影响。研究结果表明：由弹性变形引起的支撑点最大位移为2.45 mm,且x轴明显大于y轴和z轴;由弹性角位移引起最大位置偏差为1.35 m. 实验结果与仿真结果一致,验证了数值建模的有效性。     

双连杆柔性臂的鲁棒轨迹控制

对双连杆柔性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法。基于奇异摄动法将双连杆柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ＾∞控制，由此得出的组合控制则使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动。最后，通过实验台对本文提出的控制方法进行了实验研究。     

自行火炮多体发射动力学仿真研究

研究了柔性多体系统动力学参数化建模理论、数值求解方法及其在火炮发射动力学仿真中的应用,利用模态展开法描述了构件的弹性变形,以某履带式自行火炮为例实施了动力学仿真计算,并对结果进行了分析。     

空间大型末端执行器柔性绳索捕获动力学研究

针对绳索式末端执行器缠绕及捕获卫星过程中的动力学问题,采用绝对节点坐标方法描述横观各向同性柔性绳索的缠绕运动,及卡尔丹角描述刚体卫星的姿态运动,并引入绳索与目标间的非线性动力学模型,建立包含末端执行器固定环和旋转环、绳索及被捕获卫星抓杆在内的刚柔耦合动力学模型。结合广义α法以及工程上常用的Scaling技术,利用Matlab开发了计算程序,实现动力学方程的高效精确数值求解。计算结果表明：此模型能较好地模拟柔性绳索缠绕及捕获卫星的过程,同时给出捕获过程中卫星姿态的变化及绳索的运动和受力情况,为实际工程中捕获机构的设计和试验提供一定的参考依据。     

折臂式随车起重机变幅机构运动特性仿真分析

针对现有文献对折臂式随车起重运输车的臂架动态特性研究较少的问题,建立随车起重运输车臂架系统的刚性模型和柔性模型。基于柔性多体动力学的理论将随车起重运输车的臂架模拟为柔性机械臂,分析了折臂式随车起重运输车变幅机构的动态性能。利用拉格朗日方程建立了随车起重运输车变幅机构的柔性多体动力学方程,在Matlab/Simulink中建立了相应的仿真模型,对随车起重运输车各臂架的运动情况进行了分析,并对其进行数值求解。仿真结果表明:柔性臂架的运动表现为整体刚性运动和弹性变形量之间的耦合,导致了在刚性运动中出现较高频率的扰动,从而影响吊装定位精度。     

柔性弹箭飞行力学建模研究

结合传统弹箭刚体飞行动力学理论,基于大运动弹性体浮动框架建模方法,采用混合坐标建立了飞行力学模型,该模型考虑了柔性弹箭惯量矩阵时变效应,通过小参数摄动法确定了柔性变形引起的空气动力变化.采用了合适的浮动框架--线性化Tisserand框架,使得浮动框架引出的约束方程自动满足,飞行力学求解由微分代数混合方程组化为微分方程组;通过分析变形运动方程,给出了在转速变化较慢的被动段时系统临界状态的条件和临界转速.     

刚－柔多体系统动力学分析及近似

将多体系统理论应用于含柔性部件的空间机构动力分析。由低序体阵列Ｌ（ｋ）表示系统的拓朴构造关系,采用混合坐标法描述系统的运动与变形,确定刚柔耦合下的系统广义力并进行简化。     

极坐标两轴稳定平台的模型与分析

稳定平台系统可以提供导弹与目标之间的相对位置关系,为导弹姿态和弹道的修正提供依据,在导弹系统中具有十分重要作用.本文通过坐标变换将弹体运动分别在外框坐标系和内框坐标系中描述,得到两轴框架的运动学关系,基于刚体定点运动欧拉动力学原理.建立极坐标速率陀螺式两轴稳定平台的动力学模型,针对两轴框架的驱动电机,进一步建立包含电机电流环和力矩环的机电模型.最后结合实际数据,利用所建的机电模型对弹体运动耦合产生的扰动进行了仿真分析,仿真表明:弹体运动对视线角速度具有扰动作用,需要进行速度回路控制进行解耦补偿.所得模型和分析结果为极坐标稳定平台的进一步研究提供了理论基础.     

一种长悬臂梁结构动力学建模方法

为了有效抑制长悬臂梁结构在受到固定端持续传来的周期性振动时在远端连接处产生的疲劳破坏,保护悬臂梁结构,需要对其远端连接处保持的辅助支撑机构施加一定的主动抑振控制算法。为此提出悬臂梁结构动力学建模,为控制算法分析、参数设计和研究提供模型基础。在对欧拉-伯努利梁振动模型和柔性基础简化模型的分析基础上,根据固定端输入的周期性振动信号推导出辅助支撑点处的含柔性基础悬臂梁振动微分方程,并结合梁的结构推导出符合实际的结构动力学模型。通过计算仿真,获得柔性基础悬臂梁的动态响应并确认了模型的准确性。因此为长悬臂梁结构提供了一种有效的建模方案并对具有柔性基础的机械臂的振动抑制具有一定的借鉴意义。     

模糊推理在冗余机械臂运动规划中的应用

针对冗余空间机械臂关节角速度向量轨迹规划中多个约束条件协调控制的难题,提出了基于模糊推理的多约束条件下机械臂关节角速度向量轨迹规划控制算法.将冗余机械臂执行的任务按重要性分解为一系列以向量形式表示的子任务,在完成主要任务的冗余空间内,完成次要任务.由模糊系统确定某一时刻需要优化的约束条件,以及对约束条件的执行程度,使得在完成主要任务的前提下,所有约束条件都得到最大限度满足.仿真结果证明了所提出算法的有效性.     

车载冷发射刚柔耦合动力学建模与仿真

为了分析大跨度柔性车架和起竖托架对车载冷发射系统动态响应的影响,满足快速化和精确化仿真的需要,针对车载冷发射系统典型结构和弹射物理过程,基于笛卡尔坐标方法描述体的运动,以适应发射车约束复杂的特点。采用浮动坐标系方法描述柔性体的变形,通过模态综合法缩减系统的自由度数,并提出采用赫兹接触模型模拟弹重的释放过程,最终建立了车载冷发射系统刚柔耦合动力学快速仿真模型。分别基于弹射模拟试验系统和实装系统对仿真模型进行了试验验证和仿真验证,并进行了车载冷发射刚柔耦合动力学响应分析。结果表明：提出的刚柔耦合仿真模型能够快速有效地分析车载冷发射弹射过程的动态响应特性,满足工程设计的需要;柔性车架模型比刚性车架模型更合理,而且弹射过程发射管口x向相图的奇异点为稳定焦点,说明车载冷发射系统能够恢复到稳定平衡状态。     

引入角加速度测量的柔性飞行器姿态控制方法

讨论大气层外细长型柔性飞行器的姿态控制问题,该问题的本质是在测量器件附加柔性影响的情况下控制刚体姿态跟踪指令。提出动态面姿态控制方法,以实现姿态指令跟踪。建立柔性形变的2阶动态模型,结合刚体角速度与柔性形变的关系建立非线性模型并设计卡尔曼滤波器。针对轨控发动机质心偏移等因素产生的干扰力矩,引入角加速度计的测量,经过陷波滤波器处理后得到各轴向的估计力矩,将其作为卡尔曼滤波器的输入。仿真结果表明,对于柔性飞行器,采用所提出的状态估计及控制方法,可以保证姿态跟踪误差在0.5°以内。