基于牛顿-欧拉法的人体下肢动力学分析与建模

人体下肢运动分析和建模是研究助老助残下肢外骨骼康复机器人的重要内容。建立了基于人体下肢步态分析的连杆刚体力学模型,采用牛顿-欧拉法构建人体下肢的各部分的动力学模型,可减少计算步骤,提高计算效率,获得关节力矩准确值,从而量化了下肢的运动。最后对人体下肢各关节的动力学模型进行了仿真,求解了方程,得到了所建模型对单腿支撑相和摆动相下的踝关节、髋关节和膝关节力矩曲线。利用该动力学模型可以获得训练过程中各关节的受力情况,为深入研究、设计助老助残康复机器人奠定了基础。

基于质点弹簧模型和骨架球模型的虚拟肾脏建模

针对软组织建模中的几何剖分、物理建模和数值解算方法选择等关键问题,在软组织的几何剖分中采用德劳内法,提出了质点-弹簧模型和骨架球模型相结合的方法,解决了单一质点-弹簧模型形变仿真效果不佳问题。通过对比各数值分析方法选择改进显示欧拉法完成对虚拟肾脏物理模型运动学方程的数值求解,并提出对于虚拟软组织模型运动形变区域的确定与限定方法,提升了虚拟手术系统的图像刷新率与力反馈刷新率。

阶梯圆柱形耦合声场的特征正交-里兹法建模及声学特性分析

针对阶梯圆柱形耦合声场建模问题,提出基于特征正交-里兹能量原理的声学建模方法。该方法利用二维特征正交多项式和周向傅里叶级数表征阶梯圆柱形耦合声场子分段的声压函数,从能量角度考虑邻近子声场间声学连续性条件,并结合里兹法获得耦合声场的声学特性。基于本建模方法对不同分段的耦合声场开展声学特性分析,结果表明,本建模方法在保证计算准确性的基础上有效提高了计算效率,且对任意阶梯分段的圆柱形耦合声场普遍适用;圆柱形耦合声场固有频率会随着腔体外径增大而普遍增大,而腔深的影响规律相反;降低声学边界阻抗可抑制声学响应幅值,为此类声场的噪声控制提供了设计依据。

养分平衡法配方施肥数据库建模

【研究目的】养分平衡法是一种重要的配方施肥方法,在进行施肥决策时,需要依赖大量的施肥参数进行计算,所以建立数据库对施肥参数进行有效地管理是一项非常重要的工作。【结果】笔者给出了养分平衡法简洁的计算公式,采用实体-关系建模的方法确定了8个实体对象和12个关系对象,并绘制了完整的实体-关系图。【结论】本文的分析对于其他配方施肥方法的参数管理同样具有参考意义。

1,3-丙二醇脱氢酶三级结构的模建

利用生物大分子数据库及生物信息学技术 ,对来源于Klebsiellapneumoniae的 1,3 丙二醇脱氢酶分子进行二级结构预测、多序列联配 .实验发现 ,其具有较保守的铁离子结合位点 ,而未发现常见的NAD(H)结合位点 .在此基础上 ,利用同源建模法和穿线法模建该酶的三级结构 ,进一步发现铁离子结合位点在空间上形成一口袋状结构 .探讨对其作用机制 ,同时发现该序列中存在 2个含铁元素的乙醇脱氢酶信号 .

一种新的GM（1，1）建模方法——迭代加速法

在GM（1，1）逐步优化直接建模方法的基础之上，得到了迭代的收敛速度，并由此得到了迭代－加速公式。在参数a较大时，迭代加速法具有收敛速度快等优点，弥补了原逐步优化直接建模方法收敛速度慢的缺陷。

神经-模糊建模平台的设计与应用

详细论述了采用神经模糊实际建模过程中必须考虑的各种因素,各因素之间的相互影响及关系,以及各不同参数的选择过程,并在Matlab环境下,利用模糊工具箱设计了一个神经模糊建模平台,给出了一个实际的具体非线性系统建模的应用。

3-DOF平面微动并联机器人的动-静态建模

在叠加变形原理基础上,利用柔性关节两端的广义力传递关系和位移传递关系,分别对微动并联机器人进行运动学建模和静力学建模,两者相结合构成系统的动-静态模型.对于大多数工作在低速、低频和工作空间较小的微动机器人都是适应的.以3-DOF平面并联微动机器人为例,介绍了整个建模过程和求解方法.相比应用伪刚体法进行的解析建模,模型精度有了大幅度的提高.

考虑关节摩擦的3SPS+1PS并联机构显式动力学建模研究

显式动力学模型是并联机构控制器设计的基础,由于并联机构的闭环结构特点,导致其显式动力学建模过程通常比较复杂。为了避免动力学建模过程中繁琐的求导过程,考虑关节摩擦并基于牛顿-欧拉法对3SPS+1PS并联机构的显示动力学模型进行了研究。在并联机构运动学及受力分析的基础上,建立其具有一般形式的动力学模型,选取动平台上球铰链所在位置点的运动学参数作为中间变量,并将其表示为各运动参数的函数,通过参数替换,最终得到包含人工髋关节、推力球轴承、球铰链及电动缸等处摩擦且具有显式形式的动力学模型。将所建立并联机构动力学模型的数值仿真结果与实测结果进行对比分析,验证了所建立模型的有效性。得到的动力学模型可用于并联机构的动力学控制器设计及摩擦补偿控制研究,所使用的方法同样适用于其他构型并联机构的显式动力学建模。

卧式下肢康复机器人动力学建模及控制研究

为掌握人体下肢在康复训练过程中的力学特性,对卧式下肢康复机器人进行了动力学建模和仿真研究。考虑到机器人利用机构牵引人体下肢,辅助患者实现对髋、膝、踝关节的康复训练,将人体下肢和机构作为一个整体,应用闭环矢量法和牛顿-欧拉法建立了机器人的运动学及动力学模型,并以动力学模型为基础,基于计算力矩法设计了控制器,以轨迹跟踪为目标进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制方案对康复训练是有效的,并且动力学模型能快速、有效地给治疗师和患者提供训练参数,为制定有效的康复训练策略和进行动态性能分析提供理论依据。

工业机器人动力学建模与联合仿真

为了实现工业机器人的实时控制,进行前馈补偿,提高机器人的设计效率,以HT001型6自由度工业机器人为研究对象,运用牛顿-欧拉递推法对工业机器人进行了动力学分析,并采用三维设计软件SolidWorks及动力学仿真软件ADAMS联合建立了接近实际的6自由度工业机器人的动力学仿真模型,并进行了动力学仿真,得到了相关的性能曲线图,仿真结果与MATLAB理论计算结果一致,验证了理论推导的正确性和三维仿真建模的合理性,研究内容为工业机器人的机械结构设计和最优控制提供了依据。

考虑电压安全裕度的多目标最优潮流模糊建模

将模糊建模方法应用于考虑电压安全裕度的多目标最优潮流模型,并提出为保证系统安全经济运行,有必要确定合理的理想负荷裕度范围。系统所有负荷按线性、恒功率因数持续增长的变化模式进行研究,用预测–校正原对偶内点法求解优化模型。算例结果表明,该模型可有效确定出系统运行需要避免的负荷条件以及系统的最优安全负荷点。仿真分析指出了影响系统最优发电成本的主要因素。

复方剂量配比多目标优化的ED-NM-MO三联法

针对复方多药物(多部位多组分多成分)、多靶点多药效指标、非线性的特征,提出复方剂量配比优化的ED-NM-MO三联法,该方法具有良好的非线性拟合能力,可以适应复方的非线性特征,又可以实现同时针对多个药效指标的多目标优化,适合复方的多靶点特征,是一种适应复方特点的优化方法。

舰用主动柔性耦合隔振系统建模研究

针对目前复杂柔性隔振系统建模方法的局限性,提出了一种将阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合的、适用于实际工程控制应用的新方法,建立了包括被隔离设备、多个电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的复杂柔性耦合系统的数学模型,并通过有限元方法对建模方法进行了验证,结果证明了该方法的正确性。

带闭链机器人动力学建模的符号－数值技术

对带闭链的（并联型）机器人的动力学建模采用了符号－数值方法，在计算机上获得了一、二阶影响系数矩阵和动力学方程中各矩阵元素的最简解析表达式，解决了当分支的广义坐标数不等于６时出现的长方形（奇异）矩阵求逆的解析表达问题。此外，还将键图法与符号－数值技术结合用于机器人动力学的建模及仿真。

电力系统无功优化模糊建模研究

传统无功优化算法的目标函数一般为满足电压限制下的有功网损最小,未考虑电压的'软约束'特性,这通常会使得优化后的系统部分母线电压非常接近其合格范围的边界,成为系统安全运行的隐患。针对无功优化问题的这些特点,引入模糊规划算法以解决这一问题。建立了带有模糊安全约束的无功优化模型,并采用非线性原-对偶内点法内嵌二次罚函数法求解。算例的结果表明,带有模糊安全约束的无功优化模型能够在降低系统网损的同时确保节点电压留有一定的安全裕度。

基于牛顿—欧拉法的3-UPS/S并联机构动力学分析

以3-UPS/S并联机构的运动支链为研究对象,得到支链运动与动平台运动之间的映射关系。以此为基础,采用牛顿—欧拉法分别对运动支链和动平台进行动力学建模。通过消除构件间的内力,建立了3-UPS/S并联机构的动力学模型,得到驱动力与机构运动及外力之间的关系。最后给出了仿真算例,得到了当动平台做一定规律运动时,驱动力及约束力的变化曲线。

产品服务系统仿真模型的构建

目的明确产品服务系统的概念,分析产品服务系统的核心组成元素和分类,提出产品服务系统仿真模型的基本特性,创建产品服务系统的层-蓝图仿真模型,实现产品服务系统的可视化。方法将分层建模法与服务蓝图法相结合,以分层建模法描述产品服务系统的核心元素和类型,以服务蓝图法描述产品服务系统各组成元素的关系以及服务流程。结论产品服务系统的层-蓝图仿真模型实现了产品服务系统结构、功能和行为的初步仿真。

基于能量-相角的无线电能传输系统建模与验证

为了解决无线电能传输系统中电流和电压的变化频率较快且不能直接反映负载上的电压有效值的问题,采用基于能量-相角的建模法为全桥逆变器的无线电能传输系统建模,同时避免了相较于d-q分解法系统阶数较高的情况。首先分析了由全桥逆变器驱动的无线电能传输系统的等效电路模型,然后将能量和相角作为变量对等效电路模型进行小信号建模,接着将小信号模型在工作点附近线性化,得到系统的线性模型及其传递函数,最后开发全桥逆变器原型机并应用于无线电能传输系统。实验结果与小信号建模得到的幅相特性曲线在中低频段基本一致,在1 000 rad/s及以下频率情况下的吻合度达到90%,验证了建模方法和模型的准确性。

非惯性系下鳗鱼机器人动力学建模与仿真

在惯性系下得到的鳗鱼机器人的动力学方程由于耦合度高、非线性强而不利于控制器的设计。本文受自主水下航行器(AUV)基于体坐标系的模型表示法的启发,定义了一个与鳗鱼机器人运动方向一致的非惯性系。在该非惯性系下,利用科里奥利定理获得鳗鱼机器人的二维运动学模型,并利用改进的牛顿第二定律和力矩平衡原理获得水下二维鳗鱼机器人在非惯性系下的动力学模型。该模型是解析的,可直接获得切向速度子动力学,更适合于基于模型的现代控制方案,与精确模型相比,其通过方向角参数解耦实现了模型的简化。最后,对一个9模块的机器人系统进行了数值仿真,并与已有的精确模型进行了对比分析,发现所建立简化模型和精确模型的几乎重合,从而验证了所建立简化模型的准确性。