电磁驱动高能量密度动力学实验的一维磁流体力学多物理场数值模拟平台:SSS-MHD

超高压、超高密度物质状态生成和性质研究是当代极端物理学的重要前沿领域,电磁驱动的高能量密度物理实验对于该领域的意义尤为重要。这类实验虽然形式上多种多样,但在物理上有内在统一性,即均以力学守恒定律和宏观电磁理论为基本框架。为了建立统一数值模拟平台、依靠负载电流实验数据(或驱动电路真实数据)确定各种极端实验条件下负载构形的力学运动及其与各个物理场的耦合问题,将经受大量实际检验的冲击、爆轰动力学和激光效应计算的一维拉格朗日编码SSS,实质性扩展成为磁流体力学多物理场耦合编码SSS-MHD。对于具有典型意义的平面准等熵斜波压缩、高速平面固体飞片发射、固体套筒电磁内爆和炸药内爆磁通量压缩实验等各类高能量密度动力学实验案例的模拟计算结果表明,编码SSS-MHD计算与美国Z装置、中国CQ和CJ系列装置的实验及美国编码ALEGRA-1D和2D计算数据的相对偏差基本不超过5%。该数值模拟平台为极端材料动力学实验(包括气体、液体、化合物和金属)提供了有力的支撑,还将有助于多维磁流体力学多物理场编码的开发。

冗余驱动并联机器人动力学建模与驱动力协调分配

冗余驱动可有效降低并联机构的最大瞬时驱动力,提高其承载能力,然而驱动力协调分配不当或冗余驱动力控制误差过大不仅使上述功能无法实现,甚至产生过大内力而对机构造成破坏。为此,以冗余驱动6PUS-UPU并联机器人为例,对驱动分支、约束分支和动平台的速度、加速度进行分析,引入偏速度和偏角速度,使用Kane方法建立系统的动力学方程。提出以最小化最大瞬时驱动力为目标,使用加权最小二乘法对驱动力进行协调分配,通过数值算例获得给定运动轨迹情况下各分支驱动力。采用DSP控制器和运动控制器相结合的方式提高驱动力协调分配的实时性,实现对冗余驱动力的控制。实验结果表明:在冗余驱动力作用下,瞬时最大驱动力明显降低,且驱动力分配更加均衡,证明了所提出的驱动力协调分配方法和冗余驱动力控制策略的有效性。

混合时滞驱动响应动力学网络的函数投影同步

构造了一类具有混合时滞的驱动响应动力学网络。基于Lyapunov稳定性定理,设计了自适应控制器,通过该控制器牵制控制这类驱动响应动力学网络并实现了其函数投影同步。数值仿真的结果表明了该控制器的有效性。同时,响应动力学网络的耦合配置矩阵不需要可约、对称等约束条件。

电流驱动磁化动力学及其研究进展

电流诱发的自旋转矩效应可驱动磁矩翻转和磁畴运动,其微观机理研究是目前磁学界的一个重要的研究热点。本文介绍了巨磁电阻和隧道磁电阻效应以及其反效应自旋转矩效应的概念和原理及应用。重点介绍了电流驱动磁化动力学机制及其研究进展。对基于电流诱发的磁矩翻转原理的几种新型器件的提出、面临的主要问题以及研制的进展情况也进行了综述。

运用代数法的事件驱动分子动力学模拟

分子动力学模拟是随着计算机技术发展而兴起的一种科学计算方法,在基于事件驱动的椭球分子动力学模拟中碰撞检测是一个核心计算问题。为提高基于事件驱动的分子动力学模拟的效率,提出利用代数法计算椭球分子间的碰撞时间,通过椭球分子膨胀形成包围域,并使用代数法建立最近邻居列表。模拟实验结果表明,该算法的计算效率明显提高,特别是该算法不受椭球粒子长宽比的影响。

机车黏着极限态驱动装置结构共振研究

机车处于轮轨黏着极限状态运行时,轮轨黏着饱和及负斜率特性使得驱动轮对出现复杂的动力学现象。为了研究机车驱动装置受到轮轨动态激励的响应,首先研究黏着极限状态轮轨的黏滑特点及其引起轮对的动力学问题,然后建立机车的多体动力学模型,仿真驱动装置各结构部件的振动及其振动主频率,得出避免机车驱动装置结构发生共振的参数匹配原则。结果表明:机车处于黏着极限状态运行时,轮轨间黏滑状态会产生驱动轮对的纵向振动和驱动装置的自激振动等典型动态特征;驱动装置自激振动会激发基于结构固有频率的振动,且各结构振动会相互影响。因此,需合理选取牵引电机吊挂关节的刚度,避免基于电机点头振动固有频率及各结构部件固有频率的振动。特别是,若牵引电机转子旋转、轮对扭转振动和轮对纵向振动的固有频率一致,将引起驱动装置结构产生共振。

黏滑振动理论及其在铁路机车中的应用

为研究机车处于黏着极限态时轮对的动态行为,提出平均滑动率和动态滑动率的概念并对黏滑振动稳定性及其振动特点进行分析。黏滑振动是介于黏着和滑动的动态过程,其稳定性取决于轮轨黏着,减小平均滑动率和动态滑动率有利于黏滑振动稳定。当轮对在黏着及滑动状态的往复交替时,轮对旋转与轮对纵向振动通过轮轨纵向切向力耦合,轮对的纵向振动频率为轮对旋转固有振动频率的整数倍。建立机车机电、控制一体化系统动力学模型,再现轨面黏着条件降低时轮对黏滑振动现象,对理论分析结果进行验证。研究结果表明:增大机车一系纵向刚度,电动机吊挂刚度有利于黏滑振动稳定性,提高机车黏着性能,需要合理匹配轮对纵向定位刚度和电动机吊挂刚度,避免机车黏滑振动时引起结构共振。

带不确定性上界估计的移动机器人编队控制

针对含有驱动器及编队动力学的多非完整移动机器人编队控制问题,基于领航者-跟随者法,以驱动器电压作为控制量,通过反步法设计了一种移动机器人编队鲁棒自适应控制方法。采用单输入径向基神经网络(RBFNN)对含驱动器动力学的机器人动力学非线性不确定部分的上界值进行在线估计,并通过非线性元对建模估计误差进行补偿。所提方法既解决了移动机器人编队控制的多不确定性问题,也确保了机器人编队期望队形下的轨迹跟踪。基于Lyapunov方法设计了参数自适应律,并进行了系统稳定性分析。最后,通过两个仿真实例验证了该方法对不确定性估计的准确性,减低了计算复杂度,提高了抗干扰能力。

复杂网络观察

总结了几位作者对复杂网络研究中存在的重要问题和发展趋势的讨论,其中既包括度分布和度指数的分析和计算,各种不同动力学之间的内在一致性,网络加速增长机制这样的基本问题,也包括了网络中尺度这类细致深入的结构分析。还就复杂网络与其他重要研究方向深入结合的现状和未来展开了讨论,包括复杂网络中的链路预测问题,复杂网络在信息推荐系统中的应用,复杂网络与信息物理系统的可能结合,复杂网络和人类动力学的结合以及复杂网络在国家安全方面可能的重要战略地位。

移动机器人自适应模糊神经滑模控制

针对含有驱动器动力学的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,以驱动器电压作为控制输入,提出了一种新型非完整移动机器人自适应模糊神经滑模控制算法,采用自适应动态递归模糊神经网络在线估计由于参数不确定和外加干扰而引起的未知时变函数,减小了不确定性的估计误差;结合自适应鲁棒控制器,不但克服了移动机器人所受的参数与非参数的多不确定性问题,同时也确保了机器人对指定轨迹的跟踪;基于Lyapunov方法进行了参数自适应律设计和系统稳定性分析,保证了控制系统跟踪误差的收敛性,仿真结果表明了该方法的有效性。

全地形六轮移动机器人的设计与制作

设计制作了一种六轮独立驱动差速转向的全地形移动机器人,分析了六轮驱动和差速转向在全地形移动机器人应用上的优势。对移动机器人进行整体设计,建立了全地形六轮移动机器人平面差速转向的动力学模型,在研究动力学模型的基础上得到电机参数,选择合适的驱动电机和减速器。运用ADAMS虚拟样机对移动机器人的关键尺寸进行多目标优化,得到在一定约束条件下的最优设计尺寸。运用SolidWorks软件建立了三维模型,完成机器人的机械系统搭建和控制系统搭建。

Event-driven Dynamic and Intelligent Scheduling for Agile Manufacturing Based on Immune Mechanism and Expert System

Based on the biological immune concept, immune response mechanism and expert system, a dynamic and intelligent scheduling model toward the disturbance of the production such as machine fault,task insert and cancel etc. Is proposed. The antibody generation method based on the sequence constraints and the coding rule of antibody for the machining procedure is also presented. Using the heuristic antibody generation method based on the physiology immune mechanism, the validity of the scheduling optimization is improved, and based on the immune and expert system under the event-driven constraints, not only Job-shop scheduling problem with multi-objective can be solved, but also the disturbance of the production be handled rapidly. A case of the job-shop scheduling is studied and dynamic optimal solutions with multi-objective function for agile manufacturing are obtained in this paper. And the event-driven dynamic rescheduling result is compared with right-shift rescheduling and total rescheduling.

基于电域反馈神经网络的自适应盲均衡方法

为解决无线分集相干光接收机的电域自适应盲均衡的特定问题,根据动力学驱动反馈神经网络(DDRNN)的特点,提出一种基于同相部分与正交部分振幅激励的DDRNN盲均衡方法。设计了一种结构简单、灵活性强的连续多阈值的正弦函数型激励函数形式,详细分析了该激励函数的参数选择方法并提出了该问题接近点和远离点的新概念;进而从激励函数角度分析了DDRNN电域自适应盲均衡问题的放大因子取值。论述了高阶正交振幅调制(QAM)的激励函数用于低阶QAM系统盲均衡时的适用性。设计了多阈值激励函数和DDRNN新的能量函数并给出相关证明,该激励函数和能量函数的设计和分析不仅可适用于无线相干光接收机的自适应盲均衡,也可推广至其他相关领域。

微观探究和表征锌与氯化铁溶液的反应过程

锌粒与氯化铁溶液混合于试管中,静置释出H2,溶液颜色变深;若振荡试管,释出H2的同时溶液逐渐变为浅绿色。仅从热力学角度无法分析上述现象,通过分析、讨论氢离子和铁离子在溶液中的微观行为,认为氢离子的特殊迁移方式以及水合离子的特点影响了反应进程,体系反应由动力学驱动主导,阐明锌、铁等金属与氟化铁溶液反应的微观过程。