6-TPS并联机构动力学分析

建立了6-TPS并联机构全部构件和关节与动平台速度加速度的解析关系。用凯恩法建立机构运动微分方程,该方程采用了机构输出速度作为独立变量,可作为动力学控制模型对机构进行完全闭环控制。利用矩阵范数导出了主动关节驱动力相对变化量与惯量矩阵以及加速度相对变化量之间的摄动关系,提出量化机构加速度性能和动力学优化的指标。通过实例得出机构加速度性能指标是以惯量矩阵在工作空间的奇异轨迹为极限的结论,这可以用来选取动力学性能优良的工作空间。     

机器人动力学分析的等效有限元建模方法

介绍了一种机器人动力学建模的等效有限元法。引入等效单元的概念,通过广义惯量矩阵相等的等效单元准则提出了单元伪质量阵的概念,基于有限元思想规则组装得到等效系统的伪质量阵。基于动力学普遍方程和等效力系的概念推导出了系统的动力学微分方程,该方程表述简单、规范,适于计算机编程,使人工分析量大大减少,提高了建模效率。利用该方法推导了2-DOF平面并联机器人的动力学方程,验证了方法的正确性和有效性,为其他复杂机器人机构的动力学分析提供了一种新的可供利用的手段。     

轮式装载机工作机构动力学分析的有限元建模

运用等效单元思想,结合有限元方法,推导出轮式装载机工作机构的等效伪质量矩阵和等效力系表达式,并根据动力学普遍方程,建立系统的动力学非线性微分方程,求解采用降阶的四阶Runge-Kutta方法.建模过程简单,提高了建模的效率.所建方程反映了系统各个构件的运动关系,为轮式装载机工作机构的动力学分析提供了一种有效的建模方法.     

Gough-Stewart平台高效动力学建模研究

运用凯恩方法建立并联机构动力学模型,以并联机构动平台参考点的速度和角速度作为伪速度,推导各个驱动杆和动平台偏速度和加速度,建立各个构件的凯恩方程,并加以综合,得出系统的动力学模型。所得模型表达简洁,变量和方程的数目少,适用范围广,计算效率高,适于并行计算。该方法便于在任务空间建立控制模型,并为并联机床的动态分析与设计提供了基础。     

一种水平机器人动力学模型辨识方法

机器人动力学模型的辨识方法往往涉及多个参数变量,在控制应用中步骤繁琐,实施难度大.鉴于此,提出了一种水平机器人动力学模型简化的方法.通过拉格朗日原理建立水平机器人完整的动力学模型;采集本体轨迹和电流实时数据,通过理论的机械惯量参数,采用最小二乘法辨识本体的摩擦/转子惯量系数,最后进行了实验效果的验证.通过此方法,可降低动力学参数辨识过程的复杂度,可用于估算轨迹规划中的电机扭矩分布情况,从而便于优化轨迹处理.     

求解非线性动力学方程的错差迭代法

针对如何求解非线性动力学方程提出了一种错差迭代方法.首先待求系统须能表示成由线性齐次部分与非线性部分组成的一阶微分方程组的形式,然后以方程组所对应线性齐次系统的解析解作为初始解,代入一阶微分方程组的非线性部分,组成新的非齐次线性方程组,并求其解析解.以此解析解替代初始解,重复上述迭代过程以求得满足要求的系统近似解.最后利用谐波函数或多项式函数对解进行数据拟合,得到形式简单易用的近似解.算例表明该算法的有效性和实用性.     

基于悬架摆臂移除的车辆多体系统动力学半递推建模

西班牙学者GARCíA提出一种两步式半递推多体动力学建模方法,该方法利用一组独立的相对坐标来描述多体系统的控制方程,具有较高的计算效率,但悬架摆臂建模过程较为复杂且计算效率依然无法满足超实时仿真需求,针对该问题提出一种基于悬架摆臂移除的车辆多体系统动力学半递推建模技术。通过移除悬架摆臂生成开环多体系统并引入闭环约束方程,计算由移除悬架摆臂产生的惯性力和外力并基于开环系统拓扑结构积累,推导车辆闭环多体系统的控制方程。运用四阶Runge-Kutta (4th RK)和Adams-Bashforth-Moulton (ABM)数值积分方法求解该多体动力学模型,评估悬架摆臂移除技术在4th RK和ABM算法下的计算精度和计算效率。结果表明,所提出的悬架摆臂移除技术在不同数值积分方法下都能够实现车辆多体系统的精确实时/超实时仿真,可为未来高度或者完全自动驾驶汽车主动安全控制提供精确高效的动力学模型。     

基于完全笛卡尔坐标O(N)次正向动力学研究

采用刚体等效质点力学模型,提出一种基于完全笛卡尔坐标快速求解链式机械臂惯量矩阵逆的新方法。选取系统独立变量坐标和完全笛卡尔坐标描述约束方程中不变化的变量作为广义扩展坐标,通过完全笛卡尔坐标与广义扩展坐标变量间的速度映射关系,得到广义扩展坐标表达下质量矩阵的表达形式。该质量矩阵及其逆矩阵的计算演变为对等效质点分别计算求和的过程,实现了机械臂正向动力学的O(n)次的高效率计算。通过与传统的罗伯森-维滕堡方法进行精度和计算效率的比较,验证了本研究内容的准确性和高效性。     

具有滑移的摇臂式月球车建模与控制

研究了具有滑移、六轮独立驱动的摇臂式月球车建模与控制问题。利用拉格朗日法分析了该月球车受力状况及其动力学模型,并得出在考虑小滑移率、小失配角时的摇臂式月球车动力学模型可表示为以车轮支撑力及其作用位置、地面力学特性、摇臂位形为参量,以月球车平动速度及转动速度、车轮转动速度为状态,以电动机驱动电流(电压)、方向轮位形为输入的仿射性微分方程组的定性结论。从而可以根据实时检测月球车车轮支撑力运用模糊变结构控制方法对月球车动力学系统控制律进行实时修改达到对月球车伺服控制的目的。     

基于等效有限元方法的液压挖掘机工作装置动力学及特性研究

根据液压挖掘机工作装置机械臂运动和受力特点,对其进行动力学分析。采用基于集中质量和惯量的等效有限元法建立液压挖掘机机械臂的动力学微分方程,运用龙格-库塔(Runge-Kutta)数值求解法对运动微分方程进行推导和数值求解,对各臂杆的动力学特性进行了分析。采用动力学仿真软件ADAMS建立了液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,选取与数值求解相同工况的参数进行仿真分析。通过对比仿真结果和数值求解两种方法得到的动力学特性曲线,结果基本一致,表明机械臂动力学建模方法的正确性。     

考虑挤压油膜的齿轮系统非线性动力学

在研究分析了轮齿间油膜的动力学性能的基础上,提出了把此油膜看成是一个质量－弹簧－阻尼系统的假设,并运用弹流理论,分析了油膜厚度和油膜等效刚度,建立了相应的动力学模型和运动微分方程,对运动微分方程进行了计算和分析,并比较了有油膜和没有油膜的齿轮动力学系统的动态响应的差异。     

一种新型两自由度柔性并联机械手的动力学建模和运动控制

对一种新型两自由度柔性并联机械手的动力学模型和运动控制进行研究。首先,考虑刚—柔耦合影响,利用假设模态法和Lagrange乘子法,推导出系统的动力学方程,该方程为微分—代数方程组。为了设计控制器,采用坐标分块法将该微分—代数方程组化为二阶微分方程组。然后,根据机械手的控制要求,采用滑模变结构方法设计控制器,该控制器能跟踪所期望的运动轨迹,同时柔性构件的弹性振动得到抑制。仿真结果表明该控制器的可行性和有效性。     

基于哈密顿方程的非完整约束控制系统分析及应用

针对航天器多体系统受非完整约束作用时,其动力学方程是强非线性微分方程组而难以求解析解、系统的稳定性及其控制难以进行分析的问题,提出通过带非完整约束的哈密顿控制系统对航天器多体系统的姿态稳定及控制进行分析的方法。采用该方法可以避免求解非线性方程组的边值问题。建立了一种简洁的航天器多体系统姿态稳定性控制方法,而且该方法使得系统的运动控制更加易于从物理意义上进行解释,即使得系统的稳定控制可以理解为系统和控制器之间的能量平衡。通过算例进行了验证和说明。     

机械系统动力学参数动态测试的频域辨识法

提出了机械系统动力学参数动态测试的频域辨识法。该法的要点为：计算机产生多谐差相激振信号，在该信号激励下机械系统产生与激振信号同周期的振动响应，对激励信号和响应信号作等间隔采样并作快速富里哀变换（ＦＦＴ），获得的频谱代入机械系统的频域动力学方程，再用最小二乘法辨识出各参数。由于富里哀变换将时域内的微分运算转变成频域内的代数运算，从根本上避免了噪声的微分放大作用，并且由于对信号整周期截断时ＦＦＴ具有理想的选频滤波特性，所以该法具有很强的抗干扰性。本文以动力调谐陀螺的挠性接头为例，用仿真计算验证了该法的有效性。     

Trajectory planning of mobile robots using indirect solution of optimal control method in generalized point-to-point task

This paper presents an optimal control strategy for optimal trajectory planning of mobile robots by considering nonlinear dynamic model and nonholonomic constraints of the system. The nonholonomic constraints of the system are introduced by a nonintegrable set of differential equations which represent kinematic restriction on the motion. The Lagrange’s principle is employed to derive the nonlinear equations of the system. Then, the optimal path planning of the mobile robot is formulated as an optimal control problem. To set up the problem, the nonlinear equations of the system are assumed as constraints, and a minimum energy objective function is defined. To solve the problem, an indirect solution of the optimal control method is employed, and conditions of the optimality derived as a set of coupled nonlinear differential equations. The optimality equations are solved numerically, and various simulations are performed for a nonholonomic mobile robot to illustrate effectiveness of the proposed method.     

五参量结构阻尼模型及其在弹性机构动力学中的应用

将阻尼合金视为粘弹性材料,利用五参量本构关系来描述阻尼合金材料的应力应变关系。在试验的基础上,利用优化算法拟合出本构关系式中的五个参量。导出了以五参量表示阻尼和刚度特性的单元运动微分方程。为便于计算,将包含卷积运算的微分方程转换成一个四阶微分方程,进而装配出含有阻尼合金构件的弹性连杆机构的系统动力学方程。利用状态空间法对导出的高阶时变微分方程组进行了数值求解。计算实例结果表明所提模型是正确、有效的。     

Sensor fault detection and isolation system for a condensation process

This article presents the design of a sensor Fault Detection and Isolation (FDI) system for a condensation process based on a nonlinear model. The condenser is modeled by dynamic and thermodynamic equations. For this work, the dynamic equations are described by three pairs of differential equations which represent the energy balance between the fluids. The thermodynamic equations consist in algebraic heat transfer equations and empirical equations, that allow for the estimation of heat transfer coefficients. The FDI system consists of a bank of two nonlinear high-gain observers, in order to detect, estimate and to isolate the fault in any of both outlet temperature sensors. The main contributions of this work were the experimental validation of the condenser nonlinear model and the FDI system.     

行星齿轮传动的动态优化设计

建立了行星齿轮减速器的动力学模型,考虑了实际中重要的影响动态性能参数,利用耗散函数拉格郎日方程建立系统的运动微分方程,并以此为依据进行动态性能优化设计,较好地满足了动态特性的要求。     

悬臂梁非线性振动的压电分阶最优控制

提出非线性的分阶最优控制策略,并将其应用于悬臂梁非线性振动的压电减振控制.建立悬臂梁非线性压电减振系统动力学模型,导出减振系统的非线性动力学运动微分方程.将梁振动挠度和压电驱动器的控制电压同时展开为小参数形式,利用摄动法实现非线性压电控制微分方程的线性化.通过空间解耦,得到状态空间方程.设计非线性分阶控制器,对该减振系统进行分阶最优控制.     

完全参数激励下索梁耦合系统非线性动力学分析

研究完全参数激励下弹性拉索与悬臂梁耦合结构的非线性动力学问题。建立索梁耦合结构力学模型,利用Hamilton 原理建立索－梁耦合系统的非线性动力学方程,利用Galerkin方法将索－梁耦合系统的非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程。利用多尺度法分析研究索－梁耦合动力学系统的非线性振动,用Runge-Kutta法对数学模型进行数值计算,得到当梁与索的频率比为2:1时,系统发生严重的参数共振,同时探讨阻尼参数对索－梁耦合系统非线性动力学的影响,并提出对工程有实际意义的结论。