基于非线性摩擦力模型和WLS-CS算法的机器人动力学参数辨识

为了实现对工业机器人的高精度控制,需要一个高精度的动力学模型,因此要对动力学参数进行精准辨识。提出一种基于非线性摩擦力模型和加权最小二乘法与布谷鸟算法(WLS-CS)结合的动力学参数辨识方法。首先通过Newton-Euler法进行机器人的动力学建模,结合非线性摩擦力模型,完成机器人全动力学模型的建模。设计5阶有限项傅里叶级数作为激励轨迹,并优化激励轨迹参数。使用加权最小二乘法对动力学参数进行初步辨识。辨识结果作为布谷鸟算法的初始解范围,结合Levy飞行与巢穴的优胜劣汰机制,寻找到动力学参数辨识的全局最优解。更换轨迹对机器人全动力学模型进行验证,计算机器人的仿真力矩,并与实验力矩反馈值进行对比。结果表明上述方法辨识的动力学参数辨识精度的残差方根(RMS)值下降8.6%,可以建立精确度较高的动力学模型。

血清D-二聚体消除动力学模型构建对静脉血栓栓塞的预测价值

目的构建血清D-二聚体消除动力学模型并分析其对静脉血栓栓塞的预测价值。方法回顾性分析2020年1月至2022年12月于同济大学附属妇产科医院妇科或产科进行抗凝治疗的79例患者的临床资料,收集D-二聚体浓度及相关临床资料,使用非线性混合效应模型法估算D-二聚体的清除动力学模型参数。结果血栓形成时D-二聚体初始浓度典型值为3.73 mg/L,D-二聚体符合二级消除动力学模型,癌症患者的D-二聚体消除速率较慢。结论抗凝治疗期间D-二聚体清除动力学个体差异较大,可使用模型预测患者D-二聚体降至阴性的时间,为临床提供参考。

不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法。首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证。研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考。

考虑混合间隙的空间并联机构非线性动力学特性分析

为了掌握同时考虑球面副间隙和三维转动副间隙的空间并联机构的非线性动力学特性,研究考虑混合间隙的空间并联机构多体系统动力学特性分析方法。首先以4-UPS/RPU空间并联机构为研究对象,建立三维转动副间隙和球面副间隙的模型,推导同时考虑球面副间隙和三维转动副间隙的4-UPS/RPU空间并联机构动力学方程;然后利用龙格库塔法对动力学方程进行数值求解,分析不同间隙类型、间隙、驱动速度和摩擦因数对并联机构动力学响应的影响,通过ADAMS虚拟样机仿真验证动力学模型和数值计算的正确性;最后利用相轨迹图、庞加莱映射图和分岔图等分析考虑混合间隙的4-UPS/RPU并联机构的非线性特性。该研究为考虑混合运动副间隙的空间并联机构动力学建模和非线性动力学特性分析提供了依据。

行星齿轮传动非线性动力学模型与方程

建立了２Ｋ－Ｈ型行星齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学模型，模型中考虑了太阳轮的横向振动、齿轮啮合综合误差、齿轮副啮合间隙以及时变啮合刚度，获得了系统的运动微分方程。针对系统微分方程的半正定、变参数和非线性特点，采用以齿轮副相对啮合位移作为系统的广义坐标，将线性与非线性恢复力共存的方程组转换为统一形式的矩阵形式，并对方程进行量纲一化处理，方便地达到了将单自由度的非线性方程的解法推广到多自由度非线性微分方程组中。

含摩擦力的行星齿轮传动系统非线性动力学模型

建立了一种考虑摩擦力、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合啮合误差的2K-H型行星齿轮平移-扭转耦合非线性动力学模型。分析计算了啮合齿对间的相对位移,根据啮合区啮合齿对数不断变化的特点,推导出不同啮合齿对间摩擦力力臂计算公式,考虑了双齿啮合区的齿面摩擦力对齿轮系统振动的影响,推导了系统多间隙,变参数和多自由度的动力学微分方程组。最后运用变步长Gill积分法求解系统多自由度间隙型非线性微分方程组,得到了考虑滑动摩擦力影响时系统的振动响应。

地震活动性研究中的非线性动力学模型

本文利用非线性动力学模型研究了断层带的地震活动特性.断层系由多个耦合非线性单元模拟,每个基本单元由Maxwell体和刚性滑块组成.滑块的运动满足静、动摩擦强度本构关系.理论模拟的地震活动在短时间内是随机的,但当时间尺度足够大时,断层带的总体活动表现出某种规律性.多数实际观测到的地震活动现象均在这些非线性动力学模型中出现. 本文提出转换概率的观点来度量断层间和孕震区间的地震转移.模拟中发现活动地震带中存在条件安全区,这可能对地震预报的实践有重要的意义.

一个新的非线性迟滞隔振系统动力学模型

提出了一个新的非线性迟滞隔振系统的动力学模型,并导出了系统动力学模型的实用表达式。该模型由非线性刚度和非线性阻尼构造,迟滞非线性阻尼力被表示为位移的函数,从而使数值计算变得简单易行,试验中的测量工作减少。模型中的各个参数物理意义明晰,各阶刚度系数能很好地反映系统中存在的线性和非线性特性,而阻尼函数能很好地反映系统的迟滞和耗能特性,运用阻尼函数还可对隔振系统中可能存在的干摩擦阻尼、粘性阻尼及高阶阻尼等各种阻尼成分进行有效的识别。

带有齿根裂纹故障的齿轮传动系统非线性动力学模型研究

在考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、传递误差和质量偏心的情况下,利用集中质量法及牛顿定律建立了齿轮传动系统非线性振动微分方程。通过时变啮合刚度仿真了齿根裂纹故障,进而建立了具有齿根裂纹的非线性动力学故障模型。该模型在计算摩擦力时,考虑了载荷在啮合区的动态分配以及利用齿轮副的检验标准与公差值来确定齿轮副的传递误差。模型数值解的结果与故障特征的规律相符,为频谱机理的分析及故障特征的提取提供了有力的理论依据。

渤海赤潮藻类生态动力学模型的非线性动力学研究

基于渤海典型赤潮藻类——中肋骨条藻 ,考虑浮游动物的捕食、光照及营养物质的作用 ,建立了渤海湾的浮游动物—藻类—营养物质三者的动力学模型。运用现代非线性动力学理论着重分析了模型的稳定性及分岔行为。研究了多个参数对藻类生长的影响 ,发现某些参数对藻类的生长影响不大 ,而某些参数则会致使藻类模型出现分岔乃至混沌行为 ,并给出了这些参数的阀值 ,这与赤潮的形成 (爆发性增殖 )密切相关 ;并根据渤海湾的赤潮数据进行了有效的数值模拟 。

新滩滑坡非线性动力学模型方法研究

利用非线性动力学模型方法的动态特性 ,结合实测资料和数值计算 ,构建了滑坡时间预测问题的滑坡非线性灰色预测模型和非线性混沌预测模型 ,通过反演和优化而得出滑坡预测问题的计算的结果。经实例验证 ,效果较好。

非线性微分动力学模型的沥青老化行为

为了研究沥青的老化行为及抗老化性能，将沥青进行旋转薄膜烘箱老化（RTFOT）和60℃烘箱老化试验，并从不同使用年限的路面回收老化的沥青，采用非线性微分动力学模型对不同老化方式的沥青粘度进行拟合，根据模型参数讨论了沥青在不同老化条件下的性质变化和老化速率，并分析了老化机理的差异。结果表明，非线性微分模型可以有效地模拟沥青室内和野外老化进程，模型参数L和r可以实现对老化状态和老化速率的量化。不同老化温度下，沥青都有其对应的极限老化状态。RTFOT老化与野外老化的极限老化程度约为60℃烘箱老化的4～5倍，RTFOT老化6h与野外老化6a的老化效果接近，延时的RTFOT老化方法可以模拟实际路面沥青的长期老化。

多种群赤潮生态模型的非线性动力学研究

基于夜光藻 硅藻 营养物质三者相关的生态动力学模型,利用现代非线性动力学理论,对模型方程解的动力学稳定性从理论上做了分析和判断.在此基础上,选取模型方程中关键参数硅藻生长率a作为变量,结果表明系统方程发生了Hopf分岔.通过对模型进行仿真,具体确定了发生Hopf分岔时的a值,从而阐明了关键参数在模型中的控制作用.

高速动车组空气弹簧横向非线性动力学模型研究

针对基于气动力学原理和空气弹簧几何结构推导出的空气弹簧横向刚度解析解不易直接应用于高速动车组动力学计算的问题,通过拟合非线性有限元计算的空气弹簧横向刚度特性曲面,参考空气弹簧横向刚度解析解公式的形式,建立空气弹簧横向刚度的二次函数模型;对空气弹簧的横向刚度二次函数模型中的二次项系数进行修正,又可得到空气弹簧的纵向刚度二次函数模型;将由横向刚度和纵向刚度的二次函数模型构成的空气弹簧横向非线性模型引入高速动车组的动力学计算,并与空气弹簧线性模型进行对比。结果表明:空气弹簧的横向非线性特性对高速动车组直线运行时的横向平稳性影响不大,但会降低高速动车组的曲线通过性;在高速动车组的动力学分析中采用空气弹簧横向和纵向刚度的二次函数模型,不但能够体现空气弹簧实际的横向非线性特性,而且能够提高高速动车组动力学模型的计算精度。

农药降解的非线性动力学模型研究

从分析农药降解的机理及影响农药降解的环境因素出发 ,根据系统动力学原理 ,导出了一种定量描述农药残留动态的非线性动力学模型 ,并给出了模型参数的估计方法。结果表明 :该模型及其参数具有直观的实际背景和生物学意义 ,且当模型参数 a >1 /2及 a≤ 1 /2时 ,该模型可以分别描述农药降解曲线有无拐点的两种情况 ,从而推广了一级动力学模型及双曲速度模型 。

下丘脑-胰岛轴血糖调节的非线性动力学模型

以生物化学糖代谢酶促动力学理论为基础,结合生理学内分泌调节理论,建立了正常人群下丘脑-胰岛轴血糖调节的非线性动力学模型.采用四阶龙格-库塔法对满足模型的一组参变量数据进行了模拟,结果显示血液中葡萄糖和胰岛素浓度的变化与正常人口服葡萄糖耐量(OGTT)试验的数据一致,说明该模型可以反映人体血糖调节过程,是合理的动力学模型.

地铁车辆连挂冲击非线性动力学模型

在考虑车钩缓冲器非线性刚度和阻尼、车辆轮轨之间摩擦力的情况下,建立编组列车连挂冲击的非线性模型。根据试验结果,确定了缓冲器的非线性刚度和阻尼,并将数值仿真结果与试验结果进行比较,证明了模型的正确性。使用数值仿真方法,分别研究六车编组、二车编组列车的连挂冲击特性。研究结果表明,车辆连挂碰撞时,冲击分界面处的缓冲器的冲击力、压缩行程最大;不同数量的车辆编组碰撞冲击时,最大冲击力不但存在差异,而且,缓冲器的压缩行程、吸收的能量也不相同;距离冲击分界面较远的车辆之间,可以配置容量较小的缓冲器。

息肉与麻痹喉声源分类中非线性动力学发声系统模型研究

提出一种非线性动力学建模仿真发声系统,分类息肉和麻痹喉声源的方法,为声带疾病分类时参数选择提供了依据。首先介绍息肉和麻痹声带力学模型,耦合声门气流产生喉声源,求取喉声源频率(基频)、基频微扰;提出用庞加莱截面,分岔图对模型振动进行非线性分析;改变声带病理参数及声门下压,分析频率参数和混沌参数李雅普诺夫指数的变化。仿真实验结果表明,声带麻痹减小了发声基频,且只在一定压力范围内出现混沌振荡;息肉声带的混沌则分布在整个压力范围内。根据最大李雅普诺夫指数随声门下压变化的差异性分布,有助于识别并分类声带息肉和声带麻痹。

旋翼液弹阻尼器模型试验与非线性动力学特性分析

在时域内建立了液弹阻尼器的数学模型,利用筒式液弹阻尼器试验件,进行液弹阻尼器动力学特性试验,研究结构参数、运动参数对液弹阻尼器性能的影响;并基于试验数据,进行非线性滞弹位移场(ADF)模型参数识别。结果表明,液弹阻尼器的动力学性能稳定,耗能能力强。通过液弹阻尼器模型重构曲线与试验曲线的比较,证实了本文模型能够模拟液弹阻尼器的动力学特性,可用于带液弹阻尼器的直升机旋翼系统气弹稳定性分析。

下丘脑-垂体-睾丸轴激素的振荡行为与非线性动力学模型

提出了一个新的下丘脑-垂体-睾丸轴激素分泌的非线性动力学模型.该模型修改了以往模型中的动力学特征参量,考虑了催乳素(prolactin,PRL)等激素对性腺系统的影响以及与体内相关激素的相互作用,得到了系统内各激素浓度的振荡解与实验相符,能较好地说明该系统中性腺激素睾酮的脉冲分泌现象.