空间太阳能电站太阳能接收器二维展开过程的保结构分析

针对传统数值方法求解微分-代数方程过程中经常遇到的违约问题,本文以空间太阳能电站太阳能接收器的简化二维模型为例,采用辛算法模拟了简化模型的展开过程,研究了辛算法在求解过程中约束违约问题.首先,基于Hamilton变分原理,将描述简化二维模型展开过程的Euler-Lagrange方程导入Hamilton体系,建立其Hamilton正则方程;随后,采用s级PRK离散方法离散正则方程,得到其辛格式;最后,采用辛PRK格式模拟太阳能接收器的二维展开过程.模拟结果显示:本文构造的辛PRK格式能够很好地满足系统的位移约束.     

对利用真实地磁场估计姿态和轨道的方法的评价

我们已经研制出一种能自主地同时估计航天器姿态和轨道的简单的、增广型卡尔曼滤波器（ＥＫＦ）,并且我们已经成功地用模拟的与真实的磁强计测量数据及速率数据对它进行了测试。由于地球磁场与时间和位置有关,而且由于时间是精确已知的,所以计算的磁场分量与测量的磁场分量（是由磁强计在航天器整个轨道上测量的）之差就是轨道与姿态误差的函数。因此,使用这些差值能估计航天器的轨道与姿态。本文列出并评价了使用４颗卫星的实际     

机器人运动规划中的姿态空间建模方法研究

提出机器人运动规划中的一种姿态空间建模方法,其基本思想是在工作空间中定义具有某种特征的点为基本碰撞体,可用于机械臂在复杂环境中的运动规划建模。实验表明该建模方法是有效可行的。     

船舶狭小空间虚拟人维修姿态建模技术

针对现有虚拟人仿真技术在船舶狭小空间维修作业中存在的效率低下、需要较多人工干预、仿真成本高等问题,提出一种虚拟人姿态混合建模仿真技术.根据狭小空间中人体维修作业的特点,将虚拟人姿态建模分为虚拟人躯干及下肢姿态建模与虚拟人手臂姿态建模两部分.首先,提出一种基于姿态库的狭小空间姿态自动匹配算法,以确定虚拟人在狭小空间中的操...     

三轴稳定挠性卫星姿态机动时变滑模变结构和主动振动控制

针对带有控制受限的挠性卫星的姿态机动和振动控制问题, 给出了一类仅利用输出信息的变结构控制和 基于智能材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法. 首先给出变结构姿态控制器的设计来完成卫星姿态机动, 并给出一种切换机制以实现挠性卫星快速姿态机动; 其次, 采用分布式压电元件作为作动器, 设计了应变速率反馈补偿器以增加挠性结构的阻尼, 使其振动能够很快衰减. 最后, 将本文提出的方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制, 仿真结果表明: 在推力器的控制受限条件下, 完成姿态机动的同时, 有效地抑制挠性附件的振动.     

基于一种新的姿态描述的并行结构机器人工作空间解析解

本文针对并行结构机器人的结构特点建立一种新的姿态描述,给出了相应的定义;并基于这 种描述及Grassmann线几何对6-3并行结构机器人工作空间的奇异问题进行分析,得到 一个简单而有效的非奇异边界,及该区域内的杆长约束条件下保守的工作空间解析解．且与 模型结构无关,具有普适性．因此只要并行结构机器人的模型描述采用了新的方法,那 么它的运动学研究就可以通过这种方法来进行．     

基于UM的磁浮列车-轨道梁耦合振动仿真程序开发

基于大型通用多体动力学仿真分析平台Universal Mechanism(UM),开发用于磁浮列车 轨道梁耦合振动仿真的专用程序UM Maglev,其中：磁浮列车设置为多刚体模型,弹簧和阻尼器的刚度和阻尼视为线性或非线性力元;轨道梁设置为三维铁木辛柯梁模型,或从外部有限元软件导入模态分析结果;轨道线路包含平面和纵断面曲线、超高和轨面随机不平顺;悬浮和导向系统控制采用PID模型;多体动力学系统微分 代数方程求解采用Park刚性稳定法。该程序可用于考察磁浮列车的曲线通过性能、运行平稳性和乘坐舒适度,研究悬浮/导向气隙与磁浮控制系统参数优化,分析轨道梁在动态电磁力作用下的振动响应。     

高速车辆结构振动的独立模态空间控制

铁路高速客车或轻型车辆的车体结构振动不仅影响车辆运行品质,而且导致车体结构动应力的增加和疲劳寿命的降低.本文在建立高速车辆的柔刚体系统动力学模型基础上,应用最优控制理论,提出了抑制车体的特定低阶垂直弯曲振动独立模态空间控制方法和已改善车辆运行平稳性为目标的控制策略,分析结果表明:该控制办法和策略可以较好地降低特定模态振动的幅度,改善车辆垂直运行平稳性.     

挠性航天器姿态机动的变结构主动振动抑制

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题, 提出了一种双回路鲁棒主动振动控制方法. 首先, 对各低阶振动模态设计正位置反馈补偿器, 增加挠性模态的阻尼, 使其振动能够快速衰减; 然后, 基于变结构输出反馈控制理论, 给出控制器的设计方法. 最后, 将该方法应用于挠性航天器姿态机动控制, 仿真结果表明, 所提出的方法是可行而有效的.     

矩形正交各向异性薄板弯曲受迫振动问题的分析解

通过恰当的辛内积定义,首先将矩形正交各向异性薄板弯曲受迫振动问题导入到辛对偶体系,并应用分离变量和辛本征展开的有效数学物理方法给出其受迫振动稳态解的一个解析求解方法.然后,具体讨论了对边简支和对边固支两种典型边界条件的正交各向异性薄板弯曲受迫振动问题的辛本征问题,并给出了对应的辛本征值超越方程和辛本征向量的解析表达式.最后,应用本文的方法分析求解了两个具体算例,并将受均布谐载作用的四边简支矩形板受迫振动稳态解的分析解与传统的Navier法进行了精度和收敛性的对比,结果表明本文的方法比传统的分析求解方法具有更好的精度和收敛性,尤其是对内力.     

矩形中厚板自由振动问题的哈密顿体系与辛几何解法

以矩形中厚板的胡海昌方程为基础,将中厚板自由振动问题导入哈密顿体系,然后利用辛几何中的分离变量和本征函数展开的方法求出了对边简支板自由振动的精确解．文中采用的辛方法不必事先人为地引入试函数,而是通过完全理性的推导,从而突破了传统半逆解法的限制,使得问题的求解更加合理,易于推广．计算实例证明了本文推导结果的正确性．     

自主飞艇俯仰角姿态动力学建模及控制

针对平流层信息平台-自主飞艇动力学特性与升降舵操纵角之间的非线性关系,建立飞艇俯仰角姿态动力学模型,将离散滑模变结构控制方法应用于飞艇的俯仰角姿态控制,从理论上证明所提控制方法对控制系统的渐近稳定性,而且有效削弱了跟踪误差轨迹在滑动过程中的抖动现象,增强了控制系统的鲁棒性,计算机仿真实验不仅表明所建立的飞艇俯仰角姿态动力学模型是正确的,离散滑模变结构控制方法适于飞艇的俯仰角姿态跟踪误差的控制,而且验证了对本文提出的控制方法的理论分析.     

智能太阳翼有限元建模与振动控制研究

采用空间梁单元和矩形层板单元建立了表面粘贴压电片太阳翼的机电耦合有限元模型．其中,太阳翼与星体之间的连接架、太阳翼基板间连接铰链按空间梁单元处理;不含压电片的太阳翼基板按普通层板单元处理,而含有压电片的基板按压电层板单元处理．推导了多点约束关系式处理空间梁单元和板单元公共节点自由度不协调的问题．利用速度负反馈和线性二次最优调节器设计控制系统,编制有限元分析程序,进行了动力学特性计算和振动控制数值仿真．结果表明,压电传感／作动器的引入对太阳翼振动频率具有重要影响;利用压电传感／作动器和最优控制系统能够有效抑制太阳翼的振动．     

有限元、变分原理与辛数学的推广

发展型偏微分方程混和有限元的求解往往需要变动的维数,不符合传递辛矩阵群固定维数的限制.本文按变分法的进一步发展的思路,推导了运用虚功原理解决不同维数传递辛矩阵群连接的原理.数值例题表明了方法的有效性.     

供能于无线传感器网络的微型振动发电机结构性能研究

应用微机电加工技术制造的振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能源。为了提高发电能力,通过有限元仿真与实验分析了单压电片型式、双压电片并联型式和双压电片串联型式振动发电机的结构参数对发电能力的影响规律。结果表明,厚度比小的双压电片串联型式发电机输出开路电压较高;存在某一最优负载,在给定的激励频率下,使得输出功率最大;相同材料、结构参数下,双压电片串联和双压电片并联型式发电机的输出功率基本相同且高于单压电片型式发电机。     

A unified symplectic pseudospectral method for motion planning and tracking control of 3D underactuated overhead cranes

In this paper, a unified symplectic pseudospectral method for motion planning and tracking control of 3D underactuated overhead cranes is proposed. A feasible reference trajectory taking constraints into consideration is first generated offline by the symplectic pseudospectral optimal control method. Then, a trajectory tracking model predictive controller also based on the symplectic pseudospectral method is developed to track the reference trajectory. At each sampling instant, the trajectory tracking controller works by solving an open‐loop optimal control problem where linearized system dynamics is used instead to improve the computational efficiency. Since the symplectic pseudospectral optimal control method is the core algorithm for both offline trajectory planning and online trajectory tracking, constraints on state variables and control inputs can be easily imposed and hence theoretically guaranteed in solutions. By selecting proper weighted matrices on tracking error and control, the developed controller could achieve control objectives in both accurate trolley positioning and fast suppressing of residual swing angles. Simulations for 3D overhead crane systems in the presence of perturbations in initial conditions, an abrupt variation of system parameter, and various external disturbances demonstrate that the developed controller is robust and of excellent control performance.     

轴向运动功能梯度梁横向振动问题的保结构分析

轴向运动速度和材料的非均匀性对轴向运动功能梯度梁振动问题分析提出了严峻挑战.本文在简要回顾轴向运动功能梯度梁横向振动动力学模型基础上,基于无限维动力学系统的对称破缺理论和广义多辛分析方法,构造了横向振动模型的保结构数值格式,并在给定材料参数时给出了数值格式具有良好保结构性能的条件.分别采用微分求积法、复模态法和保结构方法分析横向振动模型的前六阶频率,发现保结构方法得到的频率结果与复模态法得到的结果吻合较好,在此基础上分析了微分求积法的主要误差来源,以指导微分求积法的改进,并为复杂动力学系统的数值求解提供了新途径.