架空线路风偏计算的多刚体动力学模型及其分析

为准确高效地计算架空线路动态风偏位移响应,进而预防风偏闪络事故发生,结合架空线路风偏摆动的运动特征,考虑绝缘子串中各个绝缘子的相对运动,采用多个刚杆与扭转弹簧相互连接模拟架空导线,根据风偏变形的力学关系与能量守恒原则,建立了连续档架空线路风偏位移响应的多刚体模型与动力学方程;通过量纲分析与相似理论构建物理仿真模型的风洞实验,验证多刚体模型的准确性;通过对工程实例进行数值仿真分析,并比较多刚体模型与通用软件有限元模型的运算时间,验证多刚体模型的高效性。研究结果表明:连续档架空线路的风偏多刚体动力学模型可以有效展现各个绝缘子串与各档导线的动态风偏响应规律,计算精度能够满足工程使用需求,计算效率优于有限元模型。

4自由度并联机构刚体动力学模型

以一种具有空间SCARA运动(三维平动和一维转动)的四自由度并联机构为研究对象,系统研究其简化刚体动力学模型的创建方法,提高了力矩求解精度。在运动学分析的基础上,利用虚功原理,建立机构的完备刚体动力学模型,并利用ADAMS校验该模型的正确性。考虑机构各活动构件的结构和运动状态,建立机构的单变量简化刚体动力学模型,奠定了变量优化的模型基础。以机构沿标准轨迹运动时,将完备模型和简化模型计算所得的单轴驱动力矩差值的最大值的绝对值的平均值作为优化目标,分析各尺度参数对优化目标的影响规律,为简化模型的最优变量确定提供指导。以一组给定参数为例,利用单目标优化方法,求解出变量最优值,通过与现有简化方法对比,验证了所述方法的有效性。

Delta并联机械手刚体动力学模型简化方法

基于虚功原理建立了机械手的完备刚体动力学模型,并对机械手动力学模型的各组成部分(惯性力矩项、惯性力项和重力项)进行了分类;在分析从动臂的运动对机械手力矩各组成部分贡献的基础上,提出了一种基于组合分配系数的刚体动力学模型简化策略;以简化刚体动力学模型与完备刚体动力学模型逼近度为优化目标,提出一种基于运动过程力矩偏差最小的优化指标,从而确定组合分配系数;基于以上刚体动力学简化方法,从机械手尺度参数与运动轨迹参数两方面因素出发,结合机械手典型运动轨迹,采用多因素分析方法,通过仿真分析了各因素对简化刚体动力学模型准确性的影响,结果表明该刚体动力学模型简化方法针对不同机械手尺度参数与运动轨迹参数均具有较高的计算速度和精度。

加减速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型简化研究

为解决刚体动力学模型的复杂性与控制系统的实时性之间的矛盾,对加减速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型的简化进行了研究。首先采用Newton-Euler法建立了并联机床的刚体动力学模型,将模型分解为18项,并通过仿真分析了并联机床的刚体动力学特性。在此基础上,提出和检验了刚体动力学模型的简化策略。检验结果表明,提出的简化策略具有计算效率高、简化误差小的特点,为并联机床的精确实时控制奠定了基础。

考虑桨叶伺服控制的浮式风机多刚体动力学建模与验证

浮式风机是深远海域风力发电的关键结构,分析其在复杂海况下的动力学响应特征对保障远海风能开发具有重要意义。在初步设计和方案比选阶段,需要开发能够定量把握浮式风机动力学主要特征、且分析高效的一体化分析模型。为此,针对大型Spar式海上浮式风机,建立了多刚体动力学全耦合分析模型。基于Lagrange方程,推导了考虑桨叶转动与桨距控制的8自由度刚体运动方程。结合所建议的多刚体模型,基于Spar式浮式风机1∶50缩尺模型试验实测数据,建立了与试验物理模型相应的一体化多刚体数值模型,并进行了静力、纯风、纯浪以及风-浪联合条件下数值分析结果与试验观测结果的对比分析。采用本文建模理论,建立了OC3-Spar式浮式风机足尺结构数值分析模型,并与常用的风机结构分析软件FAST的计算结果进行了对比分析。通过与上述缩尺物理模型试验和足尺数值模型软件分析对比,验证了浮式风机多刚体动力学分析模型的有效性。

匀速条件下并联机床刚体动力学模型的简化

为了解决刚体动力学模型的复杂性与控制系统的实时性之间的矛盾,对匀速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型的简化进行了研究。首先采用Newton-Euler法建立了并联机床的刚体动力学模型,并将模型分解为15项。根据实际加工情况,通过数值仿真方法分析了并联机床的刚体动力学特性。在此基础上,提出和检验了刚体动力学模型的简化策略。采用文中提出的简化策略,逆动力学求解的效率可以提高47%～74%,引起的简化误差在-99～92N之间。

基于拉格朗日的冗余驱动并联机构刚体动力学建模

针对4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构的刚体动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立冗余驱动并联机构动力学模型。首先,推导出4-UPS-RPU冗余驱动并联机构系统的动能表达式、势能表达式和作用于并联机构非保守力的等效广义力;然后,应用拉格朗日法建立4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的动力学模型,为并联机构驱动力的求解以及整个机构的动力学分析奠定基础;最后结合算例,采用Matlab编程对动力学模型进行数值计算并绘制了机构驱动杆驱动力变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构动力学优化设计和控制等后续研究提供了理论依据,也为其他冗余驱动并联机构的动力学建模提供了可行的方法。

海上补给高架索刚柔混合动力学模型

在已有的多刚体动力学模型的基础上,对钢索单元之间的球铰进行柔性化,建立了高架索刚柔混合体动力学模型;采用嵌入多体动力学仿真软件ADAMS对海上横向干货补给过程进行了仿真计算,并与高架索多刚体动力学模型的仿真结果进行了比较分析。结果表明:海上补给高架索刚柔混合体模型与现有的高架索动力学模型相比,在反映高架索的动力学特性方面更加趋于实际,可以直接应用在工程实践中。

柔顺机构PR伪刚体动力学建模与特性分析

基于伪刚体模型,综合考虑柔性杆的横向变形和轴向变形的影响,建立了末端受力作用下柔顺机构的PR伪刚体动力学模型,应用拉格朗日方程推导了其动力学方程。从方程特征、响应曲线等方面显示了PR伪刚体动力学模型的性能变化。数值分析结果表明:PR伪刚体模型引入了P副来模拟柔性杆件的轴向运动,可以更真实地体现出柔顺机构的动力学特性,更适合于柔顺机构的动力学分析与设计。

人体步态分析的Kane动力学模型

对Hanavan15刚体人体模型进行简化。建立由6个刚体组成的6自由度Kane动力学模型,由此获得人体参数和肌肉参数。再利用6自由度Kane方程及约束条件,计算出人体在步态运动情况和脚部突然受阻静止后引起的人体运动情况,得到各杆的初始转速。从而模拟出人体运动情况及人体着地时与地面的撞击力。

基于拉格朗日乘子法的Delta并联机器人简化刚体动力学建模方法

针对广泛应用于高速抓放操作的Delta并联机器人,提出了一种基于拉格朗日乘子法的刚体动力学建模方法,并利用约束方程的全微分求解出了动力学模型的显示表达式。建立了机器人的逆运动学以及刚体动力学模型,考虑机器人从动臂臂杆为轻质碳纤维杆,两端为较重的金属附件的特点,建立了简化刚体动力学模型。并针对机器人常用的高速抓放轨迹进行仿真,将简化前后的2种动力学模型与ADAMS仿真结果进行对比。

基于ADAMS.LifeMOD的人体头颈部动力学仿真与验证

基于多刚体动力学软件ADAMS和生物力学仿真软件LifeMOD,建立了一个人体头颈部三维多刚体动力学模型。该模型包括颅骨、颈椎骨、肩胛骨、躯干上段以及体现粘弹性性质的肌肉组织。采用美国海军力学实验室的前碰撞志愿者实验数据对模型进行了验证。验证结果表明,该模型具有很好的可信度,可以用来研究在碰撞条件下头颈部的动力学响应特性。

基于Motion的摩托车多体动力学建模和仿真

为了从整体上研究摩托车的振动特性,采用Virtual lab/motion软件建立摩托车多刚体动力学仿真模型,并在施加外部激励(发动机激励和路面激励)的条件下对其进行动力学仿真。通过对模型施加不同工况下的发动机激励来比较车架质心处的加速度;通过Virtual lab/motion仿真摩托车通过凸块的运动过程,计算得到车架质心处的加速度。计算结果表明,该摩托车的振动特性良好。

实现等速往复运动的机械传动系统动力学分析

一种非圆齿轮-正弦机构串联组合而成的组合机构理论上可严格实现从动件等速往复运动规律。但由于机械系统的动力学效应和电动机输出特性等因素引起的电动机输出轴的速度波动,会导致从动件等速运动速度发生偏差。文中以该组合机构的主传动系统为研究对象,建立了电动机-主传动系统单自由度多刚体动力学模型,并采用数值法求解其运动微分方程,得到了从启动到稳态运动过程中电动机角速度及正弦机构从动件输出速度变化规律。计算结果表明:额定工况条件下电动机角速度波动率为9.78%,正弦机构从动件输出速度偏差率为0.164%。在此基础上,建立了考虑非圆齿轮轮齿弹性变形的主传动系统弹性动力学模型,采用Runge-Kutta法求解系统运动微分方程,得到了额定工况条件下一个运动周期内从动件的往复运动速度规律,其从动件偏差率增加到0.568%。在需要严格实现等速运动规律的应用场合,系统的动力学效应是不可忽视的。

二自由度并联机械手动力学控制方法

本文针对一种二自由度并联机械手高速运动状态下的动力学控制方法展开研究。通过对并联机械手简化刚体动力学模型的建模误差进行溯源分析,提出了一种基于双系数补偿分配策略的建模方法,对机械手的简化刚体动力学模型进行了优化,并基于该简化模型建立了机械手的动力学前馈控制方法。为进一步提高控制过程的鲁棒性,结合H_∞控制方法提出了一种H_∞+动力学前馈的控制方法。在建立机械手整机机电联合仿真系统的基础上,对所提出的两种控制方法进行了详细的仿真和对比。仿真结果表明,本文提出的控制方法可以减少力矩扰动对伺服电机输出带来的影响,大大减小了机械手末端的定位误差,提高了机械手的控制精度。

丙氨酸饱和多肽链折叠的分子动力学模拟

根据丙氨酸饱和多肽链的分子结构,定义了两种不同的刚体结构,然后基于刚体动力学模型采用AMBER和AMOE-BAPRO两种力场对丙氨酸饱和多肽链的折叠进行分子模拟,并将结果同全原子模拟做了比较.研究结果表明利用刚体动力学模型研究丙氨酸饱和多肽链的折叠不仅与刚体结构的划分有关,还依赖于对力场的选择。

基于伪刚体模型法的平行板簧机构动态性能分析(英文)

本文以伪刚体(PRB)动力学模型为基础,对微纳米定位平台中的柔顺导向机构进行了分析.有限元分析的应用验证了柔顺导向机构在微纳米定位平台中伪刚体的动态特性.计算分析证明伪刚体模型法用于研究微纳米定位平台结构的动力学分析的可行性和有效性.

复杂地形下轮腿复合机动平台动态运动控制

复杂地形环境下质心参考轨迹的动态精确跟踪是保障轮腿复合机动平台稳定执行各项任务的关键。为提升平台的地形适应能力与位姿跟踪能力,提出一种动态运动控制策略。综合地形因素,建立包含车轮动力学的单刚体动力学模型,并通过近似简化将系统动力学模型转化为状态空间方程的标准形式。考虑车轮与腿部耦合运动,提出一种基于前馈力矩与反馈力矩的混合运动控制方法。通过二次规划算法求解最优地面反作用力,利用雅克比矩阵将作用力映射至关节以获取前馈力矩。为避免由环境引起的外部扰动造成系统无法在较短时间内完成优化计算,引入关节力矩反馈控制及时修正位姿跟踪误差,使系统能够快速准确地响应外部扰动,有效提高系统的鲁棒性和稳定性。仿真结果表明,新方法可有效提升平台在复杂地形下位姿动态跟踪精度,保障平台平稳运行,为复杂地形下轮腿复合机动平台的工程应用提供有力支撑。

飞行操纵系统PCU刚柔耦合动力学仿真

飞机操纵系统在飞机飞行中担负着改变飞机状态、航迹等任务,是飞机系统中十分复杂的子系统,现代飞机操纵系统已经从借助钢索和拉杆的机械操纵系统发展到电传飞行控制系统。但是,无论飞机操纵系统如何发展,其机械系统的稳定与可靠始终是飞行安全和机动性能的保障。

摩托车平顺性的仿真研究

简要介绍应用ADAMS/view建立摩托车的多刚体模型,并对其进行动力学仿真,得出垂向振动加速度。对垂向振动加速度进行数据处理,得到垂向振动加速度的自功率谱密度函数,并参考汽车的平顺性评价指标,利用加速度加权均方根值为评价指标,对摩托车的平顺性进行评价研究。结果表明,ADAMS软件可以应用在摩托车的开发阶段,对摩托车的平顺性进行分析预测。