基于动力学约束的实时弹道滑动处理方法

应用卫星短弧定轨理论,根据导弹运动特性建立被动段弹道动力学模型来约束其运动,研究了基于动力学约束的实时弹道滑动处理方法,能有效地提高弹道的定轨精度和稳定性。同时通过设计合理的累积窗口和滑动窗口宽度,可实现弹道处理近实时的快速计算。仿真结果表明,将该方法用于被动段实时弹道处理,其速度精度可提高1～2个量级,明显地克服了滤波定轨的收敛时间较长和单点定位精度较差的不足。

基于动力学约束的动态运动基元机械臂轨迹规划

针对传统机械臂轨迹规划方法存在适用性差的问题,利用动态运动基元的学习与泛化特性规划出机械臂的运动轨迹。在动态运动基元的基础上,加入改进的耦合项来实现机械臂避障,再把对速度及加速度的约束转化为对时间缩放因子的约束,利用改进的更新律来满足机械臂动力学约束,从而提出一种基于动力学约束的动态运动基元避障轨迹规划方法,并通过仿真和物理实验验证该方法的可行性。结果表明,基于动力学约束的动态运动基元机械臂轨迹规划方法能够使机械臂在避障的同时,遵守速度或加速度约束,且速度约束可以在线修改;该方法可以提升机械臂在不同约束下的轨迹规划能力与环境适应性。

全动力学约束的机器人高效时间最优轨迹规划

针对当前机器人时间最优轨迹规划算法存在的求解效率低、约束不完整等局限性,提出了一种改进的基于可达性分析的时间最优轨迹规划算法.该算法基于路径离散化将整个规划问题转化为多阶段迭代求值问题,求解效率高;由于考虑了包含摩擦在内的全动力学约束以及运动学约束,算法求得的结果在保证时间最优的前提下更为符合机器人实际运动性能.数值仿真实验证实了本算法的可行性和求解高效性.

一种有效的隐式约束动力学布料动画方法

布料动画中,通常采用施加约束的方式限制布料的过度拉伸.已有的研究工作没有充分考虑拉伸约束与弯曲形变之间的关系,构造的动画模型并不完善,无法模拟布料无拉伸而多褶皱的"刚柔"相混的复杂变形效果.针对此问题,提出一种基于隐式约束力的布料动画方法.首先,建立有效的布料弯曲受力模型,并提出一种动态适应性约束方法,能够同时处理布料运动过程中结构和剪切2种不同类型的拉伸,避免单一结构拉伸约束导致的"过剪切"变形或者过约束导致的"刚性"失真效果;建立碰撞约束,避免局部调整穿透质点引起的过度拉伸问题.其次,将各种约束以隐式约束力的形式增加到动力学系统中,采用约束型迭代精化的方法进行求解.实验结果表明,该方法稳定有效,能够在保持布料弯曲形变的前提下,将拉伸控制在合理范围内,真实地刻画布料"易弯抗拉"的变形特征,实现逼真的布料变形动画模拟.

基于3D-APF和约束动力学的无人机编队飞行控制

针对无人机编队的路径规划和队形保持问题,提出了一种基于三维人工势能场(three-dimensional artifical potential field,3D-APF)的无人机编队路径规划与队形保持方法。对于无人机的路径规划,建立了改进的三维人工势函数。在此基础上,建立并推导了虚拟力环境下的无人机运动学模型。对于无人机的队形保持问题,运用约束动力学理论引入拉格朗日乘子建立含有队形约束的编队无人机约束动力学方程组,使编队无人机在整个飞行过程中保持期望队形。采用Penalty-Formulation对拉格朗日乘子进行求解,得到编队无人机约束动力学方程组。最后基于Matlab的仿真实验验证了所提方法的有效性。

周边式对接机构航天器的对接动力学仿真(第2部分)──约束动力学

建立了两个航天器对接系统的约束动力学方程。在论文第一部分所建立的运动学约束方程的基础上，提出运用D'Alembert正交补方法消除系统动力学方程中的未知接触约束力，解决了约束方程的维数是不确定变化条件的系统动力学方程的数值求解问题。而且还开发出周边式对接机构航天器的对接动力学分析与仿真通用软件。最后，通过算例验正了理论方法及软件的有效性。

一类非完整约束动力学系统的人工场导向控制

对于一类具有轮式移动机构的非完整动力学系统 ,本文通过建立人工场的方法来实现其位姿镇定、轨迹跟踪和路径跟踪等控制问题 .人工场用于导向和控制方向角 ,而通过辅助的线速度控制以获取最佳收敛路径 .控制器设计中同时兼顾动力学扰动及实际系统速度和输出力矩的饱和限制 ,所得控制器对于跟踪问题仅需知道期望位姿 ,而且结构简单、鲁棒性强。

纳米水滴及真空中β-环糊精和对-甲基苯酚1∶1包结物的约束动力学模拟研究

报道了在室温条件下利用pcff力场和Rattlebond法对 β 环糊精 (β CD)和对 甲基苯酚形成的 1∶1CD包结物溶解在 4 2 7个水分子中形成的纳米水滴在 2 0 0 ps时间间隔内进行约束动力学模拟的结果 ,并与真空下的CD包结物进行了比较 .结果表明 ,在模拟时间内 ,CD包结物在水滴中和真空中是稳定的 .通过对径向分布函数 (rdf)的计算发现 ,在模拟时间内 ,没有一个水分子进入环糊精包结物腔体内 ,用约束动力学模拟方法证实了CD腔体确实具有疏水作用 .模拟研究还发现 ,水滴中环糊精的亲水外侧确实存在明显的由氢键引起的水化作用 ,与环糊精的性质相吻合 ;对 甲基苯酚的酚羟基在水滴中与水分子间存在明显的氢键作用 ,而在真空中则与 β CD的宽口处的O3间存在明显的氢键作用 ,这使得客体在水滴中插入CD中的深度要浅于在真空中的情形 .实验模拟结果说明 ,可以利用约束动力学的方法来研究水溶液体系的动力学行为 .

考虑动力学模型的非完整移动机器人运动规划

针对非完整移动机器人,在运动学和动力学约束条件下提出了一种运动规划方法.在工作环境已知情况下,根据移动机器人的动力学模型和无打滑非完整运动约束条件,采用立方螺线对规划的路径光滑化,从而使得移动机器人易于跟踪所规划的路径,同时考虑了移动机器人速度的限制.最后采用Matlab对该算法进行了数值仿真,结果表明该方法是有效的.

热带地转适应运动的动力学基础

文中讨论了热带斜压大气地转适应过程中的若干动力学约束关系 ,在不考虑行星位势涡度梯度的前提下给出了三维重力惯性波的频散方程、位势涡度时间不变式。在这基础上指出由于 Taylor- Proudman定理成立 ,运动将趋于水平化。同时指出 ,在热带纬圈半地转平衡更易出现。地转适应后的运动 ,一般是水平无辐散的 ,虽然垂直运动趋于零 ,但物理场随高度仍然有变化 ,即是层结的。

非线性约束动力学系统的Lagrange逆问题

通常处理带约束的Lagrange逆问题和稳定作用量原理都局限于一类特殊的线性约束动力学系统 ,即Chaplygin系统 .本文运用现代微分几何方法证明了当一般约束动力学系统的伴随对称性满足一定条件时 ,也同样存在拉氏量 。

并联机器人动力学的子结构Kane方法

基于 Kane方法 ,提出了一种适合建立并联机器人动力学方程的子结构 Kane方法 .该方法将并联机器人的各个杆件看作是独立的子结构 ,针对每个子结构建立各自的动力学方程 ,根据子结构之间的约束关系构成系统的约束动力学方程 ,最后运用正交补法或 SVD奇异值分解法消去子结构之间的约束 ,形成系统的动力学表达式 .以 Stewart平台机械手为例 ,说明了该方法的建模过程 .与 Newton- Euler方法、Lagrange方法及传统的 Kane方法相比 ,整个推导过程简单明了 ,最终构成的系统动力学方程非常简洁 ,计算效率高 。

航天器对接动力学分析

本文建立了带有周边式对接机构的航天器对接系统的约束动力学方程，根据对接机构的空间特点，运用矢量代数的概念，给出了对接机构之间接触滑移的运动约束方程，最后，提出了运用矩阵正交补原理消除系统动力学方程中的未知约束力，解决了系统约束方程的维数是不确定变化的系统动力学方程的数值求解问题。

六自由度机械臂约束预测控制系统的设计

本文提出了一种基于约束预测控制的机械臂实时运动控制方法.该控制方法分为两层,分别设计了约束预测控制器和跟踪控制器.其中,约束预测控制器在考虑系统物理约束的条件下,在线为跟踪控制器生成参考轨迹;跟踪控制器采用最优反馈控制律,使机械臂沿参考轨迹运动.为了简化控制器的设计和在线求解,本文采用输入输出线性化的方式简化机械臂动力学模型.同时,为了克服扰动,在约束预测控制器中引入前馈策略,提出了带前馈一反馈控制结构的预测控制设计.因此,本文设计的控制器可以使机械臂在满足物理约束的条件下快速稳定地跟踪到目标位置.通过在PUMA560机理模型上进行仿真实验,验证了预测控制算法的可行性和有效性.

结构优化中的约束

对优化设计中的约束 ,进行了较广泛而系统的讨论。研究了静力约束与动力学约束的性质 ,论证了 :除固有频率约束的可行域非凸外 ,所有静动约束的可行域皆为有界凸域。对一些有争议的问题 ,阐明了作者的观点。

运用量子约束动力学对具有耗散的量子位的追踪控制

在有限温度环境内,量子约束动力学及其追踪控制可使退相干系统的相干性稳定一段时间.约束方程产生的控制场能够按量子比特的动力学状态进行控制(量子动力学轨道的反馈控制);依靠量子比特的这种反馈效应,可使量子位稳定在设定的时间内.同时,在量子位的稳定方面,温度扮演一种消极的角色.

基于RRT的无人机动态航路规划算法

针对传统航路规划算法存在速度慢、航路可飞性差、动态调整能力不足的问题,提出一种基于改进快速扩展随机树(Rapidly Exploring Random Tree,RRT)的无人机动态航路规划算法。首先,引入RRT方法进行全局航路规划,同时为加快算法收敛,在随机树待扩展节点的选取上引入目标启发信息,并在新节点生成和添加过程中融入无人机动力学约束,确保生成的航路具有现实可飞性;其次,为了应对突发威胁情况,提出一种动态扩展随机树的方法来对原有随机树进行剪枝和重构,进而快速避开威胁,生成一条安全航路。实验结果表明,相较于传统RRT算法,改进算法的规划速度提升约20%,节点扩展数减少32%,且规划所得航路符合无人机基本动力学约束条件;当面对突发威胁时,其可以快速进行航路动态调整,实现航路重规划。

基于CRS-RRT算法的无人机航迹规划

针对快速搜索随机树(RRT)算法在航迹规划过程中存在采样点扩展随机性强、航迹曲折不平滑等问题,提出了一种基于约束随机采样点的RRT(Constrained Random Sampling-based RRT,CRS-RRT)算法。该算法引入人工势场法中的引力场势能函数约束随机采样点在目标点附近采样,引导随机树朝着目标点生长,提高算法的规划速度,并结合去除冗余节点策略和Minimum Snap航迹平滑方法,在复杂三维环境中可快速生成一条安全、平滑且满足无人机动力学约束的航迹。仿真结果表明,该算法有效提高航迹规划速度并缩短航迹长度。

正则形式的SU（N）规范理论的约束关联动力学（I）关联Green函数的运动方程

在关联动力学思想框架内，运用生成泛函技术，在时性规范和正则量子化形式下，建立起ＳＵ（Ｎ）规范理论的约束关联动力学的完整体系，得到了关联Ｇｒｅｅｎ函数的运动方程组系列．

复杂环境下的无人机三维路径规划

针对存放大量杂物的室内环境或室外高楼林立的城市场景的复杂环境,提出一种以Theta^(*)算法做全局路径规划、改进动态窗口法(DWA)追踪路径节点的方法来实现四旋翼在三维环境下的路径规划。相较于先全局静态路径规划后路径C2连续性优化的方法,所提方法可躲避地图中未知障碍物信息并且生成的曲线符合无人机(UAV)动力学约束,保证UAV能够跟随路径而不会发生速度剧烈变化导致姿态错乱的情况。算法最终不仅生成规划好的避障路径,而且也生成电机的转速变化。所提方法可实现在无干扰情况下,仅跟踪电机转速变化就能进行轨迹跟踪,简化了UAV的控制难度。