刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究

根据假设模态法,对刚-柔耦合机械臂系统进行运动学分析;基于Lagrange方程,建立刚-柔耦合机械臂系统的动力学模型;采用滑膜变结构控制方法对刚-柔性机械臂的振动控制进行仿真研究.结果表明:一阶模态下的动力学模型即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求,滑模变结构控制能够有效地减缓柔性末端的振动,提高机械臂系统的动力学性能和精度.     

空间柔性梁的刚-柔耦合动力学特性分析与仿真

针对大范围运动规律为未知的刚-柔耦合系统,利用有限元方法对柔性梁进行离散,采用Lagrange方程建立空间柔性梁的刚-柔耦合动力学方程,研究在大范围运动为自由情况下,空间柔性梁的大范围运动和变形运动的相互耦合机理,比较零次模型、一次耦合模型、精确模型的差异,探讨各种模型的适用性。     

刚柔耦合系统的输入成形控制

为实现对大范围运动刚柔耦合系统的振动抑制,提出基于一次近似动力学模型的输入成形控制方法.针对中心刚体-柔性旋臂梁系统,在变形位移的描述中计及纵向变形的二次耦合项,建立一次近似动力学模型用于振动控制.考虑到大范围运动刚柔耦合系统中柔性梁有别于结构动力学中定边界梁的模态特性,设计抑制柔性振动的鲁棒多模态输入成形器.仿真结果...     

一般柔性体连续系统的动力学建模方法

基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理,建立了考虑刚弹耦合作用的一般柔性体连续系统的动力学模型,并针对在水平面内作大范围回转运动的柔性梁,在Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁模型的假设前提下,根据轴向不可伸长的柔性梁的几何约束条件,采用假设模态法,推导出柔性梁有限维离散化动力学方程。研究表明,作大范围回转运动的柔性梁,由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象。文中最后给出了仿真算例,验证了该方法的有效性。     

打纬机构钢筘的柔性动力学分析

为研究共轭凸轮打纬机构中钢筘的柔性变形问题,基于有限元法对钢筘进行离散化,应用Lagrange方程建立柔性钢筘系统的动力学方程;利用ANSYS软件对钢筘进行网格划分,分析柔性钢筘的模态和振型等振动特性;在ADAMS中建立打纬机构刚-柔耦合模型,在考虑打纬阻力的情况下进行动力学仿真,并对钢筘进行应力分析。结果表明:建立的柔性钢筘动力学方程与仿真结果一致,验证了方程的正确性;钢筘在打纬机构运动过程中出现共振变形的可能性很小;施加打纬阻力时,刚-柔耦合模型的动力学性能相比刚性体时波动增大,并且打纬阻力变化对打纬机构加速度影响明显;钢筘在打纬过程中应力主要集中于下端附近。此结论可为打纬机构的优化设计提供依据。     

柔性机械手动力学研究

以多体系统动力学为基础，建立了柔性机械手最为普遍的动力学方程：所建立的方程综合考虑了大规模刚体运动与小变形弹性运动的影响，如刚弯耦合、刚扭耦合、弯扭耦合的影响。新的动力学模型思路清晰。推导简捷，使柔性机械手的动力学计算大大简化。     

非惯性系下旋转柔性叶片的动力学分析

旋转柔性叶片是汽轮机关键零部件,针对叶片振动损伤问题,考虑经历大范围运动的柔性叶片刚性运动与弹性变形运动之间的相互耦合,应用哈密顿原理建立了旋转柔性叶片非线性动力学控制方程.考虑旋转离心惯性力的影响以及轴向变形与横向变形之间的耦合,基于假设模态法对方程进行离散,研究了不同转速下梁端部位移的响应.研究结果表明,刚性旋转运动对柔性叶片端部位移的响应具有明显的影响,并且由于离心力的存在,出现了动力刚化现象,文中所用方法及数值仿真结果可用于研究旋转柔性叶片的振动失效问题.     

含动力刚化项的一般多柔体系统动力学研究

为获取柔性体的动力刚化项,将任意形状柔性体的非线性变形场表达为直至广义坐标的二阶小量形式．在小变形条件下,用Green应变张量得到了柔性体的耦合形函数．把约束引入多柔体系统,依据Kane方程建立了包含动力刚化项的一般柔性多体系统动力学方程．通过数值仿真算例,界定了传统多柔体系统动力学建模方法的适用范围．     

动力刚化系统动力学建模方法的研究

具有大范围、高速运动的柔性体，即使在小变形范围内，运动和变形的耦合将产生动力刚化现象，本文提出一种研究动力刚化系统新的方法，建立了求解动力刚化系统逆问题的数学模型，拓宽了动力刚化问题的研究范围，该项研究对以柔性体为代表的航天器中的构件、机器人和高速机构等机械诉设计、动力学仿真和减振控制，具有重要意义。     

柔性机械臂变结构跟踪控制及柔性振动抑制

柔性机械臂具有质量轻、速度快和负载大的特点,针对柔性机械臂轨迹跟踪与弹性振动抑制问题,基于奇异摄动理论和两种时间尺度的假设,将柔性机械臂系统分解为代表大范围刚体运动的慢变子系统和代表柔性振动的快变子系统.对于慢变子系统采用变结构控制来实现关节轨迹的跟踪,而快变子系统则采用最优控制方法来对柔性杆振动进行主动抑制.仿真实验结果表明,该控制方法不仅能够保证系统刚性运动轨迹的精确跟踪,并能有效抑制柔性杆件的弹性振动.     

机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

柔性航天器的模态综合-混合坐标动力学建模

针对由中心体和柔性附件组成的柔性航天器，采用混合坐标法，通过伪坐标形式的拉格朗日方程，建立了全柔性航天器的混合坐标动力学方程。建模中采用模态综合理论的方法，由航天器结构的弹性正则模态和静变形模态组成的模态集表示结构变形，以便更有效的将结构变形的影响引入到航天器的动力学模型中。文中用由盒形中心体和两帆板组成的假想航天器系统为例，以此系统的有限元动力学模型为基准，比较了采用弹性正则模态和静变形模态的模态综合建模和单纯采用弹性正则模态的常规建模时得到的系统特征频率，表明引入了静变形模态以后，所得到的动力学模型能更好反映柔性航天器的动力学特性。     

空间两连杆柔性构件弯扭耦合振动主动控制

为了研究空间柔性结构的耦合振动，提出一种由柔性杆和柔性梁组成的两连杆柔性构件系统，对此柔性构件系统的弯扭耦合振动进行了研究，运用拉格朗日方程和假设模态法推导了此柔性系统的动力学方程．在柔性杆根部粘贴一只压电扭转驱动器抑制柔性杆的扭转振动，在柔性梁根部粘贴一只压电剪切驱动器抑制柔性梁的弯曲振动．采用一种基于Lyapunov稳定性的速度反馈控制策略进行了实验仿真研究．结果表明, 施控后的系统是稳定的，弯扭的各阶模态均能得到有效抑制，柔性梁末端的位移振动能得到显著衰减．     

大型宽频带水下振动台流固耦合动力学特性的研究

为建立水下振动环境试验系统，对大型宽频带水下振动台中运动部件的流固耦合动力学特性进行了研究.根据水下振动台运动部件大尺寸和宽频带工作的要求，提出了运动部件结构的设计原则，进而建立其在水域中的模型及流固耦合有限元方程，由此计算分析了运动部件的两个重要模态振型及频率--台面弯曲振动振型和运动部件轴向振动振型，并与空气中的计算结果进行了比较，结果表明，流固耦合使得运动部件这两个模态频率降低；进一步的实验研究表明，计算分析结果是正确的,流固耦合使得运动部件等效阻尼变大.本研究结果为研制水下振动台系统的动态设计技术和测试分析技术提供了重要的依据.     

粘弹性阻尼对柔性多体系统瞬态响应的影响

对粘弹性材料阻尼对柔性多体系统动力学瞬态响应的影响进行数值研究，用Ｊｏｒｄａｎ变分原理建立系统动力学方程，采用独立铰坐标描述相邻物体间的大位移运动，用一致质量有限单元法对变琪体进行离散，并引入振动正则模态降低弹性自由度的数目，对系统中的粘弹性部件工程中常用的Ｋｅｌｖｉｎ－Ｖｏｉｇｔ模型，文末计算了两弹性臂机器人操作手在不同阻尼系数下的动力学响应，并与线弹性模型进行比较。     

考虑身管柔性的火炮多体动力学方法

本文将火炮身管考虑为有限元梁单元，引入分析力学的拉格朗日方程推导系统动力学方程。提出了一种考虑身管柔性的刚－柔耦合多体系统动力学方法。     

考虑身管柔性的火炮多体动力学方法

本文将火炮身管考虑为有限元梁单元，引入分析力学的拉朗日方程推导系统动力学方程。提出了一种考虑身管柔性的刚－柔耦合多体系统动力学方法。     

安装频率对浮筏结构传递功率流影响

针对工程实际中浮筏隔振装置，建立了柔性基础上机组多扰源弹性浮筏耦合隔振系统动力学普遍模型，给出了系统动态特性结构化分析方法，了耦合系统动态传递方程及功率流表达式。结合工程实际两机组浮筏隔振系统功率流数值计算结果，着重探讨安装频率与支承结构柔性作用及其对隔振效果影响。研究结果表明：安装频率设计点选择合理，可有效控制振动能量传输。     

柔性多体机械系统动力学递推方程

基于Ｊｏｒｄａｉｎ变分原理建立含闭环的复杂柔性多体机械系统递推形式动力学通用方程．用图论描述系统的拓外结构，分别用铰相对坐标与模态坐标描述相邻物体间的大位移运动及物体的弹性变形．对含闭环的系统，用铰切割方法建立相应的运动学约束方程，结果为一组拆合形式的动力学递推方程和折合形式的加速度约束方程，适合于建立该类系统的并行计算方法和用于实时动力学仿真。     

柔性并联机器人运动学与动力学约束及系统方程

为了建立包含柔性杆件的并联机器人的动力学模型,利用运动弹性动力学理论及有限元方法,分析了柔性并联机器人各支链的弹性变形、弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人的运动约束条件和动力约束条件,建立了平面柔性并联机器人的系统方程.以平面3-RRR柔性并联机器人为例,用SAMCEF软件验证了模型的正确性,二者最大相对误差小于9%,说明该动力学模型能正确反映柔性并联机器人的弹性振动特性.