基于凯恩方法的汽车悬架实时仿真模型

提出了一种用于汽车动力学实时仿真的悬架建模方法。将悬架系统模型建成为连接车身和车轮的无质量复合铰，并基于凯恩方法推导了悬架复合铰的运动方程。在满足动力学实时仿真要求的同时不降低悬架系统的运动学精度。利用该方法建立了某轿车面向结构的麦弗逊式前悬架模型，并集成到由符号计算软件产生的该轿车的多体动力学模型中。仿真与实车道路试验结果的对比表明该悬架模型具有较高的仿真精度。

基于凯恩方法的硬式空中加油多体动力学分析

硬式空中加油系统是多体系统,刚体间存在复杂相互作用。为了研究系统动力学响应,将系统简化为万向节连接的两刚体八自由度系统,定义了系统的广义坐标和广义速率,估算了伸缩管受到的气动力,用凯恩方法建立了系统模型。对系统进行了仿真研究,结果表明:伸缩管姿态响应稳定,但存在纵横向耦合、动态特性较差的特点,并受内管伸缩的影响;加油机与伸缩管间也存在动力学耦合,但如果飞机抗干扰能力良好,可以独立设计伸缩管的控制律。

凯恩方法中弹性元件广义主动力计算新方法

为了解决传统的凯恩方法中弹簧、阻尼器等弹性元件所产生的广义主动力用偏微分方程描述不便于数值计算的问题。本文采用矢量变换的方法把偏微分方程简化为矢量方程。文中对弹簧两接点用相对于参考系中固定点的位置矢量进行表示,并代入原来的偏微分方程并展开,进行矢量变换后,引入偏速度的定义,得到了一个用弹簧两接点的偏速度与单位矢量的点积表示的矢量方程,实现了将偏微分方程简化为矢量方程的目的,便于编写计算机程序求解凯恩方程。

基于凯恩方法的箭伞系统动力学建模与分析

对于内装式空中发射方案,箭机分离过程中可以采用阻力伞稳定运载火箭点火前的姿态。针对这一过程,利用凯恩方法建立了箭伞系统的9自由度动力学模型,并编制了箭机分离过程仿真程序。仿真结果表明,阻力伞可以使运载火箭获得合适的发动机点火时机,并能够有效抑制运载火箭的偏航扰动运动。

充液柔性航天器刚-液-柔耦合动力学研究的凯恩方法

借助凯恩方法对携带太阳能帆板的充液航天器耦合系统进行动力学建模,采用六自由度描述航天器的轨道及姿态运动,由运动脉动球模型模拟贮箱内液体燃料的晃动,根据几何非线性变形的假设引入太阳能柔性帆板的动力刚化效应并建立了航天器刚-液-柔耦合系统动力学模型。最后,为了验证理论的正确性和模型的合理性进行了数值仿真,结果表明微重力环境下液体晃动对航天器姿态机动将产生明显的干扰;随着重力效应的增加液体晃动对航天器姿态机动的干扰愈发明显,而刚液柔耦合效应对航天器的姿态机动具有不可忽视的影响。研究成果对复杂航天器动力学分析与总体设计有重要参考意义。

基于凯恩方法的麦克纳姆轮AGV动力学建模及仿真

根据麦克纳母轮的结构特点,基于运动学分析,分析了麦克纳母轮AGV的运动约束方程。在全局坐标系和随体坐标系建立了速度对应关系,在随体坐标系内进行速度运动模式规划,在全局坐标系进行轨迹规划,使麦轮AGV实现全向运动。在运动学约束的基础上,基于凯恩方法,分析了麦轮AGV运动学递推关系和受力情况,建立了麦克纳母轮AGV的动力学微分方程,并进行了仿真。最后,结合工程实践的需要,基于PID方法设计了麦轮AGV的控制系统,结果表明控制系统设计可以满足一般工程使用要求。相关研究内容一方面可用于基于伺服控制的AGV控制系统设计,另一方面可用于AGV动力学仿真,分析麦轮AGV的受力情况和动力学响应,实现多机联动的复杂控制。

基于凯恩方法的双横臂悬架和转向机构优化

把双横臂悬架和转向系统作为整体,利用凯恩方法建立系统的多体模型,列写系统的较低序号物体阵列,建立系统运动方程。以转向总误差为目标函数,以三维连续性函数为权重函数建立系统优化模型,用遗传算法作为解算工具,对双横臂悬架和转向系统进行优化研究,并对优化前后转向误差和运动性能进行了对比。结果表明:该方法优化效果显著,可获得较佳的悬架和转向系统参数。

基于凯恩方法的6R机器人动力学建模与仿真

6R串联机器人为非线性输入输出多杆耦合的位置时变动力学系统,用凯恩方法建立了机器人力学方程,在Sim Mechanics环境下进行计算机辅助建模,并相互验证和分析了两种模型的正确性。为机器人机构设计、关节驱动、传动方案选取、操作机的实时控制、前馈补偿以及伺服系统增益控制提供了理论依据。

浮基多体系统自激运动响应的时域分析方法

浮基多体系统上部机构作业时不仅存在多体系统内部各物体间的耦合作用 ,还存在浮基与流场间的耦合作用。本文将浮基在流场中引起的辐射势表示为浮基加速度与时域规范化速度势乘积的卷积形式 ,导出流体动压力及静水系泊恢复力与浮基运动的关系。使用多刚体力学的凯恩方法得到系统的动力学方程。

基于控制体积方法的降落伞初始充气模型

考虑降落伞初始充气过程中降落伞变形情况与受力特性,建立了基于控制体积方法的初始充气模型。模型从理想气体状态方程出发,通过伞衣内部气体质量求解伞衣内部各个部分所受压力,将压力结果代入基于凯恩方法建立的伞衣结构模型中,即可得到对应的伞形;模型在计算时能够考虑伞衣结构透气的影响。数值计算的结果表明,模型计算得到的初始充气过程伞衣形状变化与试验吻合较好,初始充气时间与经验公式基本一致。该方法还可用于对降落伞主充气阶段的数值模拟。

柔性关节机器人的凯恩动力学建模与仿真分析

针对柔性关节机器人的动力学建模问题,首先在已存在的柔性关节机器人凯恩动力学求解方法的基础上对广义主动力的求解进行分类与合并,详细地推导出传动比不为1的多连杆柔性关节机器人的动力学方程。然后分别运用ADAMS与S函数对柔性关节机器人进行正动力学仿真与数值仿真。最后通过对比仿真,证明了用凯恩方法建立的柔性关节机器人动力学方程的正确性。

建立弹性连杆机构动力学方程的一种新方法

本文采用凯恩(Kane)方法,结合有限元法来建立运动弹性动力学(简称KED)的数学模型。运用此法还建立了计及作用在构件上的各种外力因素的连杆机构的KED 数学模型,借助该模型可以进行考虑多种因素的连杆机构的KED 分析.

一种链式多体系统接点约束力的求解方法

基于兼有矢量力学与分析力学的优点、在多体系统问题分析中有着广泛应用前景的凯恩方法,建立了链式多体系统动态特性分析模型,并进一步给出了求解其(铰)接点约束力的计算方法。最后,利用多体系统离散时间传递矩阵法和经典力学方法对计算模型的有效性和准确性进行了验证。相关结果对基于Kane方法开展多体系统动力特性分析具有参考意义。

Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析

为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.

浮基多刚体系统动力分析

引入浮体势流流固耦合理论和多刚体力学的凯恩方法对浮基多刚体系统进行动力分析。考虑入射规则波的影响和上部作业物体进行回转作业、升降作业的影响，建立了浮基多刚体系统的运动方程，讨论了浮基多刚体系统运动方程在三类情况下的求解途径。

双旋制导火箭弹动力学建模

依据双旋火箭弹的多体特点,采用多体动力学中的凯恩方法建立了包含弹头和后体动力学特征的双旋火箭弹动力学模型。综合考虑弹头和后体的相互作用,将轴向的约束力视为非理想约束,并将其考虑进广义主动力,最终得到7个标量动力学方程。理论分析与仿真结果表明,采用凯恩方法建立动力学模型同牛顿欧拉法所建模型相比较,凯恩模型不仅能够精确地展现双旋制导火箭弹的飞行特性,同时也减少了微分方程的求解数量,便于计算机的仿真计算,具有一定的适用性。

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。

六圆柱轮式月球车动力学建模与仿真

为了实现月球车的运动控制与自主避障,对六圆柱轮式月球车的动力学进行了建模与仿真研究.根据该六轮月球车的机构原理和结构特点,分析了车轮的受力情况,并根据车辆动力学理论给出了简化计算公式.利用凯恩方法建立了月球车的动力学方程,并提出了基于动力学模型的车轮计算力矩控制方案,利用MATLAB/Simulink完成了动力学模型和控制方案的仿真分析.研究结果表明,基于动力学模型的车轮计算力矩控制方案是可行的,可以使月球车跟踪期望轨迹,并按轨迹跟踪的精度要求来选择控制器的参数,使得轨迹控制既满足位置精度,同时也满足速度精度.

虚拟吊装绳索系统设计仿真

柔性绳索的仿真是虚拟吊装训练系统的仿真难点之一,针对柔性绳索仿真存在的实时性差、逼真度不高等问题,建立了基于弹簧-质点模型的虚拟吊装训练系统中吊臂-绳索-重物的动力学模型。将绳索离散为集中质点模型,质点间通过无质量弹簧连接。通过Kane方法建立其动力学方程,并对其运动过程进行动态仿真。仿真结果表明,上述动力学模型能有效地对柔性绳索动态过程进行仿真,增大对柔性绳索仿真的逼真度和实时性,提高了仿真效率。对提高虚拟系统的真实性和训练效果具有很大的帮助。

助行训练机器人骨盆位姿机构动力学分析

为了辅助偏瘫病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构,根据该机构的原理和组成,利用凯恩方法建立了骨盆平面机构的动力学方程,并根据骨盆位姿的运动规律进行了运动学仿真计算,得到了机构运动杆件的位移、速度和加速度曲线。通过解算动力学方程得到了驱动力曲线。计算结果表明:该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,通过控制x、z方向的移动机构和骨盆平面机构两个杆的伸缩,可以实现人行走训练时骨盆四个自由度的运动。