冗余约束多刚体系统摩擦碰撞问题的数值求解方法

针对冗余约束多刚体系统的摩擦碰撞问题,以牛顿恢复系数作为碰撞终止条件,以离散化的系统动力学方程和线性规划理论为基础,建立了相应的混合互补模型。为有效求解该模型,利用最小二乘法和线性化方法,将混合互补模型转化为标准的线性互补模型,用线性互补模型的求解算法进行数值求解。接着,提出一种直接投影修正算法对碰撞计算过程进行修正,有效防止了碰撞加剧约束违约的现象。最后,通过一个算例,验证了数值求解方法和修正算法的有效性。

多体系统中的冗余约束

冗余约束主要起因于系统奇异构型以及切断铰约束方程的自动生成,它的存在对多体系统建模和求解都提出了更高的要求.为了使系统运动方程可解,需要从系统约束中分离出一组独立约束,不同的独立约束组往往造成数值分析结果的不同,但该文严格证明了理论上它们是一致的.冗余约束在很大程度上加大了系统奇异构型附近违约量控制的难度.针对这一困难,该文提出了一种将约束稳定化和违约修正相结合的方法,数值算例证明了方法的有效性.鉴于物体的受力分析是实际工程的迫切需要也是多体系统动力学核心任务之一,研究了冗余约束对约束反力的影响,给出了判别铰约束反力是否唯一的实用准则,针对两个铰连接同一对物体而引起的冗余约束,提出了铰合成原理及其求解各自铰内接触力的方法,并通过数值算例说明了方法的可行性.

闭环机构关联杆组与冗余约束的关系

含冗余约束的闭环机构型综合一直是机构学中的有意义和重要的课题。本文研究了闭环机构中关联杆组、冗余约束、自由度和被动自由度之间的关系。用串联连接的单自由度基本连杆构成含多自由度的运动副;推导出计算关联杆组自由度、基本运动副数、关联杆组中有效基本连杆数公式。在此基础上用决策树逻辑法确定了闭环机构冗余约束与基本连杆的关系,为含冗余约束和被动自由度的闭环机构型综合提供理论依据。

冗余约束绳驱并联机器人的张力分配研究

提出一种改进的二次规划方法求解冗余约束绳驱并联机器人的绳索张力分配问题。建立一般冗余约束绳驱并联机器人运动学模型,对机构进行受力分析,得到一般冗余约束绳驱并联机器人的动力学方程。结合力封闭的思想,引入参考力的概念,改进传统的二次规划方法,得到了适用于冗余约束绳驱并联机器人的绳索张力分配优化模型。以八绳六自由度绳驱并联机器人为例,利用MATLAB/Simulink/xPC工具进行实时仿真实验,实现该并联机器人在两种典型空间运动轨迹下的动态运行,分别运用改进的二次规划算法、传统二次规划算法和Closed-form算法求解绳索张力分配问题,比较3种张力分配算法的仿真结果,验证了改进的二次规划算法求解绳索张力分配的合理性。

飞机装配生产线工装少冗余约束重组方法

为了提高飞机装配生产线工装的重组性能以满足多种型号飞机装配的需要,提出工装少冗余约束重组方法。基于对工装与地面连接对的全冗余约束模型和无冗余约束模型的分析,以及工装重组效率和重组刚度的平衡分析,通过释放一些对重组刚度影响较小但是对重组效率影响较大的约束自由度,建立工装少冗余约束重组数学模型,进而建立工装少冗余约束重组结构模型。在此基础上,开展了工装的可重组设计。分析表明,基于少冗余约束重组方法,飞机装配生产线工装的重组性能将得到大幅提高,其中重组效率将提高3倍,带入重组应力的连接对数量将减少50%。

冗余约束绳驱并联机器人的位姿正解

提出一种基于Levenberg-Marquardt方法求解并联机器人的位姿正解算法。建立一种冗余约束的绳驱并联机器人运动学模型,将机构参数化以求解位姿反解问题。建立非线性正解方程组,取末端执行器的原始位姿作为迭代初值,运用所提出的算法求解位姿正解。利用Matlab/Simulink/xPC工具进行仿真实验,选取复杂的周期性圆曲线作为并联机器人的运动轨迹,进行实时仿真;经验证,该算法可完成精确的位姿正解运算,实现平稳的运动轨迹,具有良好的实时性。选取5种位姿组合,验证该算法的高效性,验算结果表明,该算法迭代次数少、运算时间短、求解精度高,为实现并联机器人的实时监测和复杂控制策略提供了一定的理论指导。

SolidWorks Motion冗余约束和运动算例报错分析

冗余约束的处理是SolidWorks Motion运动仿真的难点之一。机构存在冗余约束时积分器会在计算时自动解除一些约束,从而使被解除约束的自由度上不会计算构件间的作用力,这将导致错误的力的计算(分布)。在复杂机构中,积分器将任意解除系统中的约束方程,造成求解时仿真了错误的零件载荷传递路线。冗余约束应在仿真分析前被手动解除,以获得更精确的结果数据。另一个难点是运动算例受冗余约束、积分器时间步长、接触精度等因素影响,计算过程中经常有报错提示而终止计算。目前,针对上述难点的研究很少,因此对其进行了分析总结,以帮助设计者更好地利用SolidWorks Motion软件进行机械系统的运动学和动力学仿真。

几何约束系统中冗余约束实时预报的新方法

针对参数代绘图快速求解问题，本文利用自由度分析、非线性代数方程、图论及矩阵理论，提出了一种在几何约束系统中实时预报冗余约束的新算法。

含间隙转动副冗余约束机构的动力学特性

运动副间隙将引起机构运动精度降低，产生振动与噪声，甚至导致机构失效。基于单个平面间隙全文的存在将导致系统增加两个自由度，对含间隙冗余约束平行四边形机构实际自由度进行分析，采用间隙铰接触碰撞模型和拉格朗日方法建立该机构动力学模型，分析了间隙值和间隙位置对机构动力学特性的影响规律。结果表明，随着转动副间隙值的增加，机构运动精度降低，同时平衡力矩的冲击特征减弱；不同位置的转动副两元素接触频率存在差异，因此间隙位置对机构振动存在影响。通过研究含间隙转动副冗余约束机构动力学特性，可以为机构运动副元素尺寸设计及加工过程提供理论指导。

约束冗余参数模型预测控制及其在热交换过程中的应用

在系统阶跃响应的基础上 ,根据最小绝对误差准则 ,用一个具有少量冗余参数的模型逼近实际系统的阶跃响应 ,提出了一种有约束冗余参数模型预测控制算法 .由于冗余参数模型的参数比非参数模型少得多 ,多步预测和滚动优化的计算量大为减小 .为了校正模型逼近带来的误差 ,引入了PID反馈校正环节 ,从而有效地克服了模型误差的不利影响 .最后利用热交换过程的阶跃响应数据进行了计算机仿真研究 。

带约束冗余度的串并联系统可靠性分配方法及其在导弹武器系统中的应用

对导弹武器系统的可靠性分配进行了简要的论述 ,介绍了导弹武器系统可靠性分配的目的、方法、步骤 ,重点介绍了串并联系统可靠性分配中的带约束冗余度的直接搜索法及其在导弹武器系统可靠性分配中的应用 .给出了算例 。

基于约束最小冗余线阵的TLS-ESPRIT快速算法

在各种高分辨测向算法中,TLS ESPRIT估计精度较高,因不需要谱峰搜索而具有更小的运算量.提出一种利用约束最小冗余线阵的快速TLS ESPRIT算法,在不降低阵列孔径利用率前提下,进一步减小了运算量.分析表明,该算法不仅降低了运算量,而且在一定条件下,性能优于常规TLS ESPRIT算法,所得结论通过计算机仿真得到了验证.

基于约束最小冗余阵列的MIMO雷达二维波达方向估计

基于约束最小冗余线阵(RMRLA),提出利用增广矩阵束(MEMP)算法来估计MIMO雷达的二维DOA。采用约束最小冗余线阵配置L形阵列,计算两线阵的互四阶累积量并构造增广矩阵,利用RMRLA-MEMP方法估计出二维波达方向。此方法同时利用约束最小冗余和四阶累积量阵列扩展的性质,提高了角度的估计精度,且估计过程不需要谱峰搜索,能够很好地解决MIMO雷达二维DOA估计中的相位模糊问题,仿真验证了算法的有效性。

回转副精度特性的弹性冗余空间机构模型

提出回转副精度特性的弹性冗余空间机构模型,将实际回转副中的弹性约束等效映射为多个从动件弹性冗余支承,实际回转副零件的几何误差特性等效映射为刚性凸轮轮廓曲面,形成以多组从动件弹性悬浮刚性凸轮几何轮廓的弹性冗余空间机构,从而较真实地反映实际回转副结构及其零件的几何、运动、材料物理性质与工况载荷特性等因素的耦合关系。建立弹性冗余空间凸轮机构的几何位移基本方程、静力平衡方程、物性方程,将回转副精度及其随位置和载荷变化的特性转化为弹性冗余空间机构的位移分析与静力分析求解问题,并给出典型回转副精度特性计算分析与试验测试对比示例,为机器精度分析与设计提供新的理论基础,也为机构学理论开辟新的应用领域。

基于公式化限额和最小裕度最大化的电网热稳定限额计算

编制热稳定控制限额是电网调度控制中心的重要工作,也是保障电网安全运行的重要手段。针对新能源大规模并网后潮流不确定性大导致热稳定限额制定难度增大的问题,以预想故障分析为基础计算潮流转移关系并建立电网安全约束,进而提出了基于公式化限额和最小裕度最大化的三阶段电网热稳定限额计算方法,实现了热稳定限额的批量自动计算。第1阶段对输电通道限额进行初始化,第2阶段对故障后易过载的通道按照故障后不超瓶颈设备短时载流能力制定公式化限额要求,第3阶段对转移关系约束存在耦合的通道集合逐次按最小裕度最大化原则计算通道控制限额。对输电资源紧张的通道同时采用公式化限额和通道控制限额要求可以减小保守性,充分释放通道输电能力;对其余通道只采用通道控制限额要求,可减少并简化控制要求。以某区域电网2023年夏季高峰运行方式为例,限额自动计算结果与稳定规程的一致性较好,验证了所提方法的有效性。

基于一种自由度新理论的过约束判断方法

过约束判断是机构自由度计算的关键,也是瓶颈。为使过约束判断更简单、快速,从其产生的本质出发,考虑约束的相关性,基于一种新的自由度理论,提出结合杆组参数矩阵进行过约束判断的方法。针对夹角不为零的平行R杆组(具有平行转动轴线的杆组)位移参数确定问题,提出参数垂直分量有效法则,使考虑不同几何空间下的螺旋相关性问题转化为仅考虑平行约束的相关性判断问题。将过约束的产生归纳为三类情况,分析各类情况下过约束的数目及类型,总结过约束中公共约束判断和并联冗余约束判断的原则。以一个典型机构为例,利用上述方法对其过约束数目和性质进行求解,以进一步验证所提法则、方法的合理性和实用性。

面向企业级流程的职责分离框架及其冗余分析

为企业级工作流授权机制定义了多维可泛化的职责分离框架,能够对团队任务涉及的多种分工形式进行深入全面的限制.系统分析了框架中的约束覆盖规则,并证明其正确性和完备性,为约束管理自动化奠定了基础.作为应用,根据规则给出了冗余动态约束的检测算法.最后通过案例研究验证了模型特性.

三维装配几何约束组合的分类求解策略

针对两个刚体之间的三维几何约束求解问题,依据几何约束的参数结构分析了角度约束和距离约束的解耦性,给出了角度约束和距离约束可解耦求解的条件;然后对两个刚体之间的几何约束进行组合分析,总结出约束度不小于2的几何约束构成的组合只有几十种,且均可采用几何推理方法进行求解;最后阐述了附加方向约束、冗余约束和矛盾约束对数值求解的不利影响,提出了三维几何约束组合的分类求解策略,并用实例验证了该求解策略的有效性。

增加约束条件的线性规划问题递推算法研究

首先描述线性规划问题中约束条件增加时的递推求解问题,此问题在线性规划问题中具有广泛的实际背景;然后提出一个基于凸空间思想的快速求解此类问题的递推算法,该算法能快速判断其矛盾约束、冗余约束以及新问题的递推最优解;最后给出了该问题的一个算例,实验仿真结果表明了该方法的有效性.

ADAMS约束问题讨论

机构存在冗余约束时,ADAMS会在计算时自动解除一些约束,从而使被解除约束的自由度上不会计算构件间的作用力。冗余约束应在进行动力学分析前被手动解除,以获得更精确的结果数据。