Computational Schemes for Flexible,Nonlinear Multi-Body Systems

This paper deals with the development of computational schemes for the dynamic analysis of flexible, nonlinear multi-body systems. The focus of the investigation is on the derivation of unconditionally stable time integration schemes for these types of problem. At first, schemes based on Galerkin and time discontinuous Galerkin approximations applied to the equations of motion written in the symmetric hyperbolic form are proposed. Though useful, these schemes require casting the equations of motion in the symmetric hyperbolic form, which is not always possible for multi-body applications. Next, unconditionally stable schemes are proposed that do not rely on the symmetric hyperbolic form. Both energy preserving and energy decaying schemes are derived that both provide unconditionally stable schemes for nonlinear multi-body systems. The formulation of beam and flexible joint elements, as well as of the kinematic constraints associated with universal and revolute joints. An automated time step selection procedure is also developed based on an energy related error measure that provides both local and global error levels. Several examples of simulation of realistic multi-body systems are presented which illustrate the efficiency and accuracy of the proposed schemes, and demonstrate the need for unconditional stability and high frequency numerical dissipation.     

SGCMGs驱动的挠性航天器有限时间自适应鲁棒控制

针对挠性航天器系统中同时存在单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes, SGCMGs) 摩擦非线性、电磁干扰力矩、惯量摄动以及外部干扰等问题, 提出了一种有限时间自适应鲁棒控制(Finite-time adaptive robust control, FTARC) 方法. 针对系统中存在未知参数的情况, 分别设计自适应更新律, 使得控制器的设计不依赖参数信息, 同时减小外部干扰对系统的不利影响. 应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统姿态角误差和姿态角速度误差可在有限时间内收敛到原点附近的邻域内. 仿真结果表明, 所提控制律可实现挠性航天器姿态快速机动, 并获得甚高指向精度.     

悬臂式掘进机截割臂互换性设计

针对现有掘进机多采用单一的横轴式或者纵轴式整机,对不同岩层掘进工作的适应能力差等问题,提出一种面向不同岩层的掘进机截割臂互换性设计方案。对纵、横轴式2种掘进机的结构特点与性能进行了对比分析;针对2种截割臂工作模式的特点,分别设计了相应的截割减速器。Solidworks仿真结果表明,与单一横轴式或者纵轴式掘进机相比,采用互换式截割臂结构可有效提高掘进机对不同岩层截割工作的适应能力,提高掘进效率,节省设备运输及使用成本。     

大采高采煤机挡矸装置的改进设计

分析了传统的大采高采煤机挡矸装置的结构原理、技术特点及存在的问题,提出了改进设计并进行了仿真分析。通过增加油缸数量、加强加厚顶护板、将刚性连接改为柔性连接、增设分流集流阀等手段,实现了对挡板的动态调节和支护,有效地提高了挡矸装置的可靠性和采煤机的开采效率。仿真结果表明,改进后的挡矸装置受力更均匀,挡板能承受的力更大。     

基于非线性PID的柔性两轮机器人运动控制

柔性两轮机器人是一种不稳定、非线性、强耦合系统。该系统的突出特点是在机器人的腰部装有柔性的机体结构,能够更好地模拟人和动物的生物动力学特性,具有更好的仿生性质,同时,系统的控制难度显著增大,为使机器人能够平衡直立运动,且具有较强的鲁棒性,提出了非线性PD的姿态平衡控制方法,实现了机器人的姿态平衡,并同时设计了PID航向差动控制结构驱动左右轮电机,使机器人能够完成直线行进、自旋、环绕等多种运动平衡模式。实验结果表明,机器人具有优良的平衡能力和机动性能,从而验证了方法的有效性。     

Highly reliable a‐IGZO TFTs on a plastic substrate for flexible AMOLED displays

We have successfully reduced threshold voltage shifts of amorphous In–Ga–Zn–O thin‐film transistors (a‐IGZO TFTs) on transparent polyimide films against bias‐temperature stress below 100 mV, which is equivalent to those on glass substrates. This high reliability was achieved by dense IGZO thin films and annealing temperature below 300 °C. We have reduced bulk defects of IGZO thin films and interface defects between gate insulator and IGZO thin film by optimizing deposition conditions of IGZO thin films and annealing conditions. Furthermore, a 3.0‐in. flexible active‐matrix organic light‐emitting diode was demonstrated with the highly reliable a‐IGZO TFT backplane on polyimide film. The polyimide film coating process is compatible with mass‐production lines. We believe that flexible organic light‐emitting diode displays can be mass produced using a‐IGZO TFT backplane on polyimide films.     

小口径离轴抛物面反射镜挠性支撑设计分析

关于反射镜支撑稳定性优化设计问题,离轴抛物面反射镜作为空间光学遥感器的重要光学元件,面形精度直接影响遥感器性能。针对反射镜所处环境,组件一阶频率要求高,设计了一种反射镜背部中心单点挠性支撑结构,并利用拓扑优化技术对反射镜进行了轻量化设计。为了结构设计的合理性,采用有限元技术对反射镜组件进行了模态分析、结构强度分析、谐响应分析及热环境分析。分析结果表明:反射镜在重力作用下最大面形误差RMS=1.16nm;在±10℃温度载荷作用下最大面形误差RMS=11.46nm;反射镜组件一阶频率为574.19Hz。使挠性支撑结构具有良好的静、动态特性和热尺寸稳定性,满足反射镜面形要求。     

基于柔性互联技术的含高渗透率新能源配电网多目标优化运行

智能软开关（SOP）可控制潮流、提供无功补偿,进而改善配电网电压、降低网损。因此,针对可再生能源大规模接入配电网后电能质量下降问题,采用K-means算法构建风-光典型场景,同时建立了基于SOP、可投切电容器的含高渗透率分布式电源的主动配电网优化运行模型。该模型以电压偏差、系统网损最小以及系统运行成本最低为目标,综合考虑了能源利用率及系统运行稳定性。最后利用基于参考点的非支配排序方法的多目标优化算法（NSGA-III）进行求解,输出Pareto最优解集,并采用改进的IEEE 33节点系统对所建立模型的有效性进行了验证。     

适用于直流电网的推挽式直流自耦变压器及其控制策略

基于双有源桥拓扑结构的能量传输机理,通过融合直流自耦变压器与模块化多电平换流器的拓扑演绎规律,提出了具有高传输效率和高运行可靠性的推挽式直流自耦变压器。分析了推挽式直流自耦变压器的工作机理、控制策略和系统参数对运行特性的影响。通过采用特定拓扑结构的四绕组变压器并结合推挽式工作模式,推挽式直流自耦变压器内部的特定四绕组变压器可由2个相同的单相双绕组变压器等效代替分析,极大简化了稳态控制策略的设计难度。PSCAD/EMTDC仿真验证了推挽式直流自耦变压器的技术可行性与有效性。     

基于实验方法的硅胶圆管柔性关节静力学研究

采用两种不同材料的硅胶管和弹性骨架制作了柔性关节,对其进行静力学实验,得出了在相同气压下的弯曲角度和夹持力,并建立了柔性关节形变模型,获得了其气压下的形变特性。研究结果表明: 硅胶胶管邵氏硬度越小,其剪切弹性模量和弹性模量越小,其硅胶管制的柔性关节柔性和力学特性越好。该研究为弹性硅胶管在气动人工驱动器的应用进一步研究奠定了基础。