潜艇水下六自由度运动仿真数学模型

潜艇水下运动是多姿态的三维空间运动。计算机仿真要对其进行比较准确的描述和对运动状态进行动态仿真研究 ,其关键技术是建立潜艇空间运动方程。该文在描述潜艇水下运动的基础上 ,建立了可用于非线性修正的潜艇三维空间运动方程。经过必要的数理推导 ,定量确认了模型的有效性。最后 ,以某潜艇为例 ,研究了该型潜艇水下运动规律和操纵特点。

基于六自由度模型的弹载计算机闭环仿真系统研究

提出了基于导弹六自由度模型,将弹载计算机置于导弹闭环仿真回路,从而构成对弹载计算机进行考核的半实物仿真方法。通过建立导弹六自由度模型,在分析弹载计算机信号接口和软件特点的基础上,对弹载计算机闭环仿真系统的硬件组成和工作原理进行了论述。通过采用高性能的仿真计算机、实时积分算法、智能化接口设备和基于PCI总线的数据通讯方式几个方面,保证了半实物仿真的实时性。

基于Matlab/Simulink的小型制导炮弹六自由度运动仿真

介绍了以小型制导炮弹为研究对象,提出一种基于Matlab/Simulink的炮弹六自由度运动仿真的新方法,主要适用于射程短、口径小、控制通道简易的制导炮弹。这种方法主要采用一种系统模块化的建模思想,建立了一种制导炮弹的六自由度运动模型和空气动力学模型,然后对各个子模块分别采用Simulink建立单元仿真模型,最终通过对单元仿真模型的集成得到了制导炮弹的六自由度仿真模型。通过对模型的仿真,不仅验证了数学建模的正确性,而且可以表明该模型能够正确地反应制导炮弹的弹道特性。相对以往针对导弹的建模方法,它具有简单快捷、编程简化、运行速度快、调试方便等优点。

下腰椎椎体在不同负荷下屈伸运动特点的分析

目的探索不同负重状态下直立位腰椎L_(3)、L_(4)椎体屈伸运动过程中体运动轨迹,分析负重状态下腰椎在体运动的规律和特点。方法招募2018年8月至2020年8月10名无症状的青年志愿者,使用双荧光透视系统DFIS与CT相匹配技术,经平扫CT获取L_(3)~S_(1)的图像进行三维重建。于放射线透视不同负重下0、5、10 kg完成下腰椎的前屈到直立到后伸动作获得X线影像,通过轮廓重叠实现二维到三维图像的匹配,还原下腰椎椎体的三维运动轨迹。结果下腰椎在前屈到站立位时:不同负重下腰椎椎体0、5、10 kg的X轴的运动位移分别为-1.05(-2.42,1.72)、0.63(0.15,4.26)、-0.39(-0.75,3.12)mm。X轴运动位移比较5 kg>10 kg>0 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。γ角度分别为-0.26(-1.30,5.43)、0.93(0.24,5.42)、-0.95(-2.12,4.32)°。γ角度比较5 kg>0 kg>10 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。下腰椎在站立到后伸位时:不同负重下腰椎椎体0、5、10 kg X轴的运动位移分别为0.90(-0.82,3.74)、-0.91(-1.55,4.26)、0.07(-0.92,3.25)mm。Z轴的运动位移分别为-0.25(-0.54,1.78)、0.40(-0.68,2.37)、-0.19(-0.92,1.03)mm。X轴运动位移比较0 kg>10 kg>5 kg,Z轴运动位移比较5 kg>10 kg>0 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。α角度分别为0.91(-0.82,2.85)、-0.61(-0.14,3.79)、0.54(-0.82,3.87)°。γ角度分别为1.15(0.24,5.32)、0.92(-0.67,5.45)、0.65(-1.24,5.32)°。α角度比较0 kg>10 kg>5 kg,γ角度比较0 kg>5 kg>10 kg,差异有统计学意义(P<0.05)。结论负重5 kg下腰椎椎体在体运动的位移和旋转角度和0 kg相比差异有统计学意义,可能与腰椎退行性疾病有一定关联。下腰椎退行性疾病可能与X轴位移的关系更为密切。

六自由度三体船操纵运动自航模拟

针对高速三体船操纵性能的模拟问题,本文基于开源CFD求解器OpenFOAM,结合六自由度操纵运动模型,对三体船在静水中回转和Z形操纵运动进行了数值模拟。以实用三体船型为例,通过数值模拟结果与外场喷水推进自航模型试验结果对比,验证了理论方法的有效性。采用验证后的理论方法,数值模拟和预报了不同片体布局三体船在不同航速下的回转和Z形操舵运动,通过结果对比和分析,研究了侧体布局变化对三体船操纵运动特性的影响。从结果可以看出,本方法能准确预报喷水推进三体船的操纵运动,航速和片体布局对三体船操纵性能有显著影响。

船舶在波浪中运动的六自由度非线性耦合方程

基于刚体运动学理论 ,将船舶在波浪中的运动分解为平动和绕质心的转动 ,在分析了船舶受力情况的基础上 ,运用质点系相对于质心的动量矩定理和 Newton第二运动定律建立了船舶的六自由度运动的非线性耦合方程 .在建立方程的过程中 ,考虑到流体对船舶的影响 ,引入了附加质量和附加惯性矩 .最后利用该方程推导出了常用的船舶运动数学模型 .

某型六自由度运动系统误差建模

基于多体系统运动学理论的基本原理,结合六自由度运动系统,阐述了多体系统的拓扑结构,分析了多体系统有误差运动的基本规律,推导了特征矩阵构建方法,研究了根据特征矩阵得到六自由度运动系统空间误差模型.本方法可为其他类型的多自由度运动系统的误差建模及误差补偿提供理论参考.

基于Pro/Mechanism虚拟仿真的六自由度平台实时运动控制

针对一种3-2-1型六自由度运动平台,建立其三维模型.应用Pro/E(Pro/Engineer)软件的机构仿真模块Pro/Mechanism进行平台姿态的运动学仿真,经过仿真导出的6个驱动电动伺服缸的运动规律被适当处理后,直接作为6个驱动电动伺服缸的实际输入指令,在计算机的控制下6个电动伺服缸可以按照仿真时所设定的规律运动,从而使基于虚拟仿真则可实现六自由度平台的实时运动控制,而不需要设计者事先自行建立平台并通过正解或逆解的数学模型来进行实时解算.

海洋核动力平台定位系统多体动力学模型试验验证

为验证海洋核动力平台定位系统多体动力学模型的合理性,从而提高该平台长期系泊的可靠性,本文采用多体动力学方法与缩比模型试验方法,对核动力平台定位系统进行建模与验证。基于定位系统多铰连接的拓扑结构,结合多刚体动力学理论,建立了定位系统的多体动力学仿真模型。搭建了定位系统1∶9缩比模型试验平台,并选取2种典型工况进行验证。研究结果表明:定位系统多体动力学模型计算的系泊腿受力与实验结果符合良好,平均误差在2%以内。算例分析发现,系泊腿受力循环次数主要集中在低幅值高均值区域。本文模型试验验证了所提出的定位系统多体动力学模型的可行性与正确性,能够为定位系统系泊能力的评估提供参考和借鉴。

模块化六自由度机器人运动学标定与实验研究

针对自主研发的模块化六自由度轻载搬运机器人,使用激光跟踪仪并采用直接标定法进行了运动学标定与实验研究。采用D-H法构建了机器人连杆坐标系和机器人运动学模型,并运用微分变换的方法建立误差模型。通过激光跟踪仪测量机器人末端位置,将其与运动学模型求解得到的机器人末端位置进行比较,验证了误差模型的正确性。然后将误差模型计算得到的机器人连杆参数误差在机器人控制系统软件中进行修正。最后利用激光跟踪仪测量机器人的关节转角间隙误差,将误差值转换成脉冲数并在软件中进行补偿。机器人运动学标定实验表明,使用激光跟踪仪进行连杆参数误差补偿和关节转角间隙误差补偿可以明显的减小绝对定位误差,绝对定位误差降低了69.6%,定位精度有了明显的提高。

海况干扰下潜艇六自由度运动分析

为了弥补实际海试条件的局限性,辅助实现陆上鉴定敏感潜艇运动的导航系统设备的性能,本文对潜艇六自由度运动规律进行了研究,包括静水以及海洋环境干扰下潜艇的直航和回转运动。通过分析潜艇运动时所受的力及力矩,以及海浪、海流的基本模型,建立海洋环境干扰下的潜艇六自由度运动方程。针对潜艇的线运动、角运动相关信息,结合已有的经过实际试验修正的某潜艇的部分水动力系数,对其直航、回转运动进行了研究分析,仿真结果能够较为真实地反应潜艇在海洋环境干扰下的运动情况,满足实际工程中辅助测试的需求。

Stewart型六自由度运动平台反解算法研究

Stewart型六自由度运动平台,能够完成空间中六个自由度的运动。该文通过研究Stewart平台的机构特点和相关理论,总结出其运动学反解的运算规律,根据运动规律编写了反解算法,并通过Matlab中的Simulink建立了运动模型。给定目标姿态曲线,通过运算对运动仿真模型进行控制,即可得出运动曲线。通过比较仿真曲线与目标姿态曲线的吻合程度,即可判断算法的正确性。该研究过程为六自由度运动平台及其控制系统搭建提供了理论依据,为六自由度运动平台作为振动台进行测试试验奠定了基础。

规则波六自由度回转运动预报

基于经典MMG分离式模型,考虑三自由度船舶平面运动与横摇、纵摇及垂荡运动的耦合,提出波浪中船舶六自由度操纵—耐波全运动模态的数学模型。采用经验公式估算船体力、桨力及舵力。在波浪力建模中,采用三维面元法计算不同浪向下六自由度一阶频域波浪力及二阶波浪漂移力,并利用卡明斯脉冲响应,在计入时间效应的前提下,将频域的阻尼系数和绕射波力分别转化为时域内的辐射与绕射波力。应用该模型对S175集装箱船在规则波中的回转运动进行数值模拟,通过与自航模试验结果进行对比,验证了模型的准确性,模拟结果误差在10%以内。最后,应用该模型分别就回转轨迹和回转横摇运动讨论了操纵—耐波耦合作用的影响。结果表明:在低频波浪下,回转横摇对回转轨迹的影响效果为5%;在高频波浪下,回转轨迹对回转横摇运动的影响效果为20%。

六自由度机械手的运动轨迹规划与仿真

轨迹规划是影响六自由度机械手运动学性能,保证其平稳快速完成指定任务的重要内容。文中基于D-H坐标系,建立机械手运动学模型,求解正、逆运动学方程。采用4-3-4多项式关节插值算法,对六自由度机械手进行轨迹规划。利用MATLAB对机械手进行运动学仿真,输出各关节位置、速度及加速度曲线。基于仿真结果,将4-3-4轨迹规划方法与三次多项式轨迹规划进行比较,结果表明:4-3-4多项式插值轨迹规划方法可以保证机械手平稳快速地到达期望位姿,完成指定任务。

基于P-Rob六自由度机械臂运动学建模与仿真

目的为实现后续机械臂控制算法研究,检验机械臂运动学模型构建的正确性,基于PersonalRobotics,对六自由度机械臂进行运动学模型构建和轨迹仿真。方法通过标准D-H法建立运动学模型,实现机械臂的正、逆运动学方程求解,根据机械臂的结构特性,对传统逆向运动学求解的解析法进行改进。结果使用仿真软件Matlab验证了运动学模型建立的准确性,改进的逆向运动学求解算法降低了传统求解算法的复杂度。使用仿真软件Matlab验证了运动学模型建立的准确性,并通过Matlab对改进的逆行运动学求解方法进行了验证,结果表明,改进的逆向运动学求解速度是传统逆向运动学求解速度的一半。结论根据六自由度机械臂的运动学研究,对实际机械臂的运动控制具有一定的参考价值。在实际的P-Rob机械臂上进行了仿真数据的测试,再次验证了运动学模型建立的准确性,仿真数据可应用于实际的机械臂控制中。实验现象表明针对此机械结构的机械臂,使用改进解析法求解逆解的方法计算简单、误差小、可行性强。

风浪条件下六自由度舰船运动模拟器运动仿真

为了使并联六自由度舰船运动模拟器更加逼真地模拟舰船在海面上的运动,运动平台引入了随机海浪模型,通过分析不同风浪等级对舰船姿态的影响,构建了风浪-舰船运动仿真模型。将该模型与六自由度运动平台控制系统相结合,配合洗出算法,实现运动平台模拟海浪环境下的运动仿真。

风洞捕获轨迹试验六自由度机构运动学与误差分析

为提升风洞捕获轨迹试验的水平,设计了一套模拟外挂物从母机分离运动轨迹特性的六自由度机构。通过D-H法进行运动学分析,建立该机构运动学方程,利用解析法对机构进行逆运动学求解。采用微分传递法建立基于D-H参数的静态误差模型,推导出末端外挂物模型位姿误差与D-H参数误差之间的数学表达式,然后采用奇异值分解改进的最小二乘法进行迭代求解辨识出参数误差,在此基础上随机选取100组位姿数据,分析比较了补偿前与补偿后的位置误差,结果表明经过参数辨识后的补偿法能够有效地提高六自由度机构末端的定位精度。

基于Matlab/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真

以CZ系列运载火箭为对象,提出了一种基于MATLAB/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真的方法。采用模块化的建模思想,建立决定箭体运动相关部分的数学模型,包括空气动力模型、发动机推力模型、六自由度运动学模型,然后对各个子模块分别采用Simulink建立单元仿真模型。通过对单元仿真模型的集成得到了火箭6自由度运动的仿真模型,基于该仿真模型进行了单元仿真。对比实测数据,证明提出的方法可行,模型建立正确。

六自由度并联超精密微驱动器

本文介绍作者研制的集精密机械技术、精密测试技术和智能反馈控制技术于一体的压电陶瓷驱动六自由度并联越精密微驱动器，并创造性地建立了微动并联机构的运动学模型。文中依次介绍了该驱动器的结构、控制策略、控制系统及实验结果，最后介绍了其应用前景。

六自由度绳牵引并联机构的轨迹规划

建立所设计的六自由度绳牵引并联机构的运动学逆解模型后 ,提出 1种计算拉力的算法 .以动平台末端执行器能实现∞型的轨迹为目标 ,进行运动规划 ,研究绳的运动特性 .仿真结果表明 ,绳的速度值和加速度值 ,始终不大于动平台末端执行器的速度值和加速度值 .绳的加速度值和末端执行器的加速度值 ,同属 1个数量级 .同时 ,一些绳的拉力的变化不大 (处于“关”的状态 ) ;而另外一些绳的拉力的变化很大 (处于“开”的状态 ) .这些运动轨迹规划的仿真结果 ,能为以后该机构的运动控制方案的研究以及控制系统的设计 ,提供依据 .文中提出的运动轨迹规划方法 。