基于概率-区间混合模型的六足机器人运动稳定性优化设计方法

针对中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)模型的不确定性参数对六足机器人运动稳定性的影响,提出了一种基于概率-区间混合模型的六足机器人运动稳定性优化设计方法。首先,建立了六足机器人数值模型,并基于Matsuoka和Kimura模型建立了六足机器人CPG模型;其次,通过概率-区间混合模型来描述CPG模型的不确定性变量,并建立了六足机器人运动稳定性优化数学模型;再次,采用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优化条件和基于最大熵原理的二次四阶矩方法对六足机器人运动稳定性优化设计问题进行解耦,将三层嵌套优化设计问题转化为单层优化设计问题,实现对优化问题的高效求解;最后,基于径向基函数建立六足机器人运动稳定性优化近似模型,并利用遗传算法求解最优设计解。结果表明,采用所提出的方法能够高效求解CPG模型的最优参数,提高了六足机器人的运动稳定性。因此,该方法在机器人运动控制领域具有较高的应用价值。

绳索驱动下肢训练机器人系统运动稳定性分析

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影响函数。综合考虑绳索拉力、系统刚度和速度影响函数等因素定义了机器人系统的运动稳定性评价指标,并通过稳定工作空间、抗干扰稳定工作空间和不同训练轨迹的实例计算明确了机器人工作空间内中上部区域的运动稳定性能更好,为运动支链中的过轮运动规划和训练任务规划提供了理论依据。

剑杆织机关键运动副间隙对打纬稳定性影响研究

为了减小打纬力波动幅度和运动副接触碰撞力,对打纬机构进行了运动学仿真和动力学分析。通过多目标正交试验得到了当前公差设计下不同间隙值对打纬机构运动性能的影响,并以此对共轭凸轮机构运动副间隙进行调整,提高了打纬机构的运动稳定性。

曲线导轨上高速磁浮列车运动稳定性

研究了高速磁浮列车在定常气动荷载作用下曲线上的运动稳定性。建立了考虑气动荷载影响的高速磁浮车在曲线导轨上的动力学模型,经过特征值分析提出了磁浮车的临界速度概念,分析了临界状态时车速、控制参数、气动系数对高速磁浮车曲线导轨上的临界速度影响。结果表明:当系统达到临界状态时,它有两个临界速度。在临界状态条件,位移控制参数由20000 kN/m降为2000 kN/m,气动系数从0.05降为0.01,第一类临界速度变大。第一个临界速度出现特征值的实部为零而虚部不为零,第二个临界速度出现在特征值的实部和虚部都为零。失稳是由于偏离平衡位置引起的,位置由曲线导轨特征和侧风荷载产生。气动升力和向心的风荷载会提高稳定性;气动降力和离心的风荷载会降低稳定性;水平角可与向心力配合,竖直角允许设置的范围小。

无人机/载机近距飞行的简化稳定性判据

无人机蜂群密集飞行和无人机空中回收都涉及到无人机/载机在近距干扰流场中的飞行稳定性问题。针对上述应用背景,采用无人机/载机干扰气动导数模型,分析近距飞行的影响因素,采用纵向运动动力学方程,推导出其简化稳定性判据,并采用典型飞行器参数进行初步分析。通过数值仿真分析,结果表明:该简化判据反映了无人机运动稳定性与气动特性、干扰流场特性的关系,可用于相关无人机在干扰流场中飞行稳定性初步分析和设计;干扰流场中的下洗效应可使无人机出现幅值收敛较慢的短周期模态运动,增加了干扰流场中实现稳定可控飞行的难度。

新型过载驾驶仪滚转弹制导系统稳定性研究

针对平台式图像导引头实际应用中的隔离度寄生回路问题,基于新型过载驾驶仪开展了滚转弹锥形运动的动态稳定性研究。根据滚转弹体的线性动力学模型,引入加速度反馈增稳的新型过载驾驶仪,构建了考虑平台图像导引头隔离度寄生回路的滚转弹体制导系统模型,推导了新型过载驾驶仪滚转弹制导系统的动态稳定性条件。分析了隔离度、舵机总延迟角等重要参数对包含隔离度寄生回路的滚转弹体动态稳定域的影响。研究表明:滚转效应、寄生效应与控制指令延迟是导致驾驶仪参数设计稳定域减小的主要因素,制导系统设计参数应远离稳定性边界从而提升锥形运动稳定性。

基于成本函数与精度稳定性的机械系统精度多目标优化分配

目前在研究机械传动系统运动精度分配时,仅考虑成本因素,而忽视了系统运动精度稳定性因素对精度分配的影响。为此,提出一种基于成本函数与系统运动精度稳定性的机械系统精度多目标优化分配方法。通过引入元动作理论,建立元动作单元的精度-成本函数模型,利用综合复杂度系数表示元动作单元精度提升与成本的关系。以机械传动系统运动误差传递模型为基础,建立机械系统运动精度稳定性分析模型。以机械系统综合成本和系统运动精度稳定性为目标,建立机械系统运动精度多目标优化分配模型。利用模糊集合方法对Pareto非支配解集进行分析,确定最优解。最后,以数控转台系统运动精度分配为例,将所提的多目标优化分配方法与单目标优化分配方法进行对比,验证了文中所述方法的有效性。

服役条件下提速地铁车辆的横向运动稳定性研究

地铁提速是未来轨道交通发展的必然趋势,服役条件下的车轮磨损会导致车轮半径减小和等效锥度增大,容易造成车辆蛇行失稳。为了保持服役条件下提速地铁车辆的横向运动稳定性,通过调研获取了上海某线路地铁车辆的车轮磨损情况,建立了含抗蛇行减振器的地铁横向动力学模型,研究了车轮磨损对于地铁车辆横向运动稳定性的影响,对比服役条件下有无抗蛇行减振器的车辆临界速度,指明了安装抗蛇行减振器对于服役地铁提速的必要性。结果表明,服役条件下的地铁车辆车轮半径减小以及等效锥度增大会降低车辆的临界速度,增大蛇行运动幅值。通过安装抗蛇行减振器,能有效地解决地铁车辆车轮磨损以及提速带来的横向运动稳定性裕量不足的问题,同时也能避免地铁车辆在异常参数匹配下发生一次蛇行运动。论文工作对探究服役地铁车辆进一步提速以及车轮和钢轨的维护保养具有一定的参考价值。

基于CFD的半潜式无人艇水平面运动稳定性分析

半潜式无人艇的运动稳定性对航行安全有着重要影响,所以在设计过程中对半潜式无人艇的运动稳定性进行分析,不仅能了解其当前的运动状态,还能为控制系统的调节提供依据。首先分析了运动稳定性理论,提出基于动网格思想的半潜式无人艇水平面运动时水动力导数的计算方法。然后以设计的一种半潜式无人艇为研究对象,建立其水平面运动方程,基于动网格瞬态计算方法和多相流模型进行半潜式无人艇的直(斜)航拖曳试验和悬臂试验的模拟仿真,将仿真计算得到的水动力导数与实验值对比验证了该方法的可行性。最后计算半潜式无人艇的水平面运动稳定性,计算结果表明半潜式无人艇水平面运动稳定性良好,并进行海试验证。海试过程中半潜式无人艇在海上可稳定航行与作业,证明整体的设计达到了运动稳定性条件,满足了自主移动式监测的应用需求,并为半潜式无人艇后续的优化设计及运动控制的研究提供了参考依据。

风载对高速列车蛇行运动稳定性影响

采用空气动力学和车辆动力学2种分析方法,建立考虑横风作用的高速列车空气动力学模型,分析不同风速及车速条件下列车所受的气动载荷特性变化规律;建立车辆-轨道耦合动力学模型,对高速列车在不同风速横风和轨道不平顺组合作用下头车、尾车和中间车的蛇行失稳临界速度、蛇行振动极限环幅值、蛇行振动频率、蛇行失稳特征等进行对比分析。结果表明:高速列车通过横风区段时产生的气动载荷对其蛇行失稳临界速度有明显影响,头车的蛇行临界速度较无风时明显下降,尾车及中间车的降幅次之;无风与风载工况下车辆的蛇行失稳形式存在本质区别,无风工况下车辆易发生二次蛇行,风载作用下车辆易发生一次蛇行;风载作用下,车辆发生蛇行失稳的最不利工况为较大的等效气动横向力和较大的气动升力共同作用的组合工况;风载和轨道不平顺的持续时间对车辆蛇行运动极限环振动幅值会产生影响,因此在评估高速列车在大风工况下的运行安全性时,有必要考虑实际的风载和轨道不平顺激励的大小和持续时间。

用于汽车门锁的多运动模式空间柔顺开启机构及稳定性分析

针对高端电动开启车门锁多工况下多支链主被动运动相容及力柔顺需求,基于变拓扑柔顺副提出了新型电动开启空间柔顺机构,该柔顺机构可实现运动空间相容、具有力顺应特征。依汽车门锁原动件、限位不同情况自动切换4种运动模式适应上解保险、开启门锁等不同工况;以含槽连杆槽内端点作为连杆特征点,研究该多模式空间柔顺机构的连杆空间轨迹、力柔顺特征、模式切换特征;根据特征点电动开启过程的相图与轨迹可视化分析,发现柔顺副扭簧刚度k_(T)是影响机构运动稳定性关键因素。提出将最大Lyapunov指数作为柔顺机构动力系统稳定性的评价指标,以带时标连杆特征点三维轨迹构造时变位移序列,用Wolf算法计算其最大Lyapunov指数,进行空间柔顺机构运动稳定性衡量,最终优选得到柔顺副刚度k_(T)值,确保了机构运动稳定性。

圆碟形上浮结构水平运动稳定性仿真分析

以圆碟形上浮结构为研究对象,介绍其水动力性能研究现状,并使用计算流体力学方法分析圆碟形结构的水平方向阻力性能,进而对比2种不同主动推力模拟方法下的圆碟形结构的水平运动稳定性。同时,针对复杂海洋环境中该结构受复杂海流冲击可能造成的倾覆,进行了海流影响下的模拟分析,结果表明,圆碟形水下上浮结构具有较低的阻力,在受主动推力及海流影响下能保持良好的运动稳定性,这为预报圆碟形结构水动力性能和运动情况提供了参考。

基于车辆横向运动稳定性的车轮磨耗寿命预测

为预测车轮磨耗寿命,使用综合车辆多体系统动力学模型、轮轨非赫兹滚动接触模型和材料摩擦磨损模型的车轮磨耗计算模型,分析计算车辆不同运行里程情况下车轮型面的磨耗分布情况,并研究车轮磨耗对车辆横向运动稳定性的影响,然后据此提出预测车轮型面磨耗寿命的判断条件。研究结果表明,车轮的磨耗体积和车轮名义滚动圆处的磨耗深度随车辆的运行里程基本呈线性增长,且第1位轮对车轮的磨耗体积和磨耗深度大于第2位轮对。随着车轮磨耗的增加,车辆的临界速度逐渐减小,当车辆运行里程达到30×104km后,车辆的临界速度迅速下降,运行里程超过33×104km后,计算得到的车辆临界速度将低于车辆运营允许的临界速度。为保证车辆的安全运营,在车辆运行达到一定里程后需要对车轮进行镟修。

高速列车运动稳定性设计方法研究

从车辆结构特征和系统参数对高速列车运动稳定性影响的关系出发,提出了合理的遏制车辆蛇行失稳控制策略,并利用灵敏度分析对控制策略进行了验证.针对系统参数的非线性影响、工程应用以及服役特性,探讨了临界失稳速度设计目标值的确定原则;从车体质量、二系悬挂刚度及阻尼、轴箱纵横向定位刚度等悬挂参数的工程应用角度,给出了参数的选择范围;从列车运动稳定性对参数灵敏度和参数对动力学性能的影响,提出了基于灵敏度的优化原则和性能均衡原则,并引入了运动稳定性的可靠度设计理念.

四轮转向汽车运动稳定性分析

研究了四轮转向汽车的运动稳定性 ,从系统与控制理论角度定量地揭示了四轮转向汽车运动稳定性的内在规律性 ,与前轮转向汽车进行了比较。数值结果得出一些有益结论 ,即四轮转向汽车也应具有适度的不足转向特性才能保证稳定性比较好 ,而且后轮转角的控制对汽车的运动稳定性是至关重要的。后轮转角的变化范围可以利用驾驶员—四轮转向汽车闭环系统的运动稳定性分析方法初步确定。

2BG-2型免耕播种机横向运动稳定性分析

由于垄作免耕播种机播种是在原垄上进行工作,假如出现掉垄,犁刀切入土中使播种机很难回到垄上,横向运动稳定性对于垄作免耕播种机是十分重要的。应用第二类拉格朗日方程研究了2BG-2型免耕播种机工作的横向稳定性,并研制了圆锥台型的导向装置,行走在垄沟里,保持播种机走在垄上,防止从垄上滑下。试验表明加装新型导向机构的播种机工作稳定可靠。

数控机床进给系统传动刚度变化对运动精度稳定性的影响规律

数控机床在整个加工空间中的不同位姿下,其运动精度的变化对机床的工作精度与效率的提高有着重要影响。定义运动精度稳定性,并提出利用闭环传递函数的灵敏度研究数控机床运动精度稳定性的方法。建立双惯量进给系统模型,针对解析求解的复杂性,使用渐近线近似法求取闭环传递函数关于传动刚度的灵敏度函数,揭示半闭环/全闭环下灵敏度函数的显著不同;在此基础上,根据典型运动误差相关指令的频谱分布特点,分析传动刚度变化对稳态跟随误差、准停过程振动超调量、圆运动半径误差的影响规律。发现其中指令频宽与控制带宽的比值为主导因素,即仅当指令频宽接近控制带宽时才有显著影响,其他重要的影响因素为控制结构(半闭环/全闭环)和控制带宽与机械共振频率的比值;以系列仿真验证了上述影响规律。

多机器人协调吊运系统力位姿混合运动稳定性评价方法

针对欠约束多机器人协调吊运系统很难用传统方法评定其运动稳定性的问题,以多机器人协调吊运系统的运动学和动力学为基础,分别定义了位置性能因子、姿态性能因子和柔索拉力性能因子,并将三个性能因子通过加权的方式得到了吊运系统运动稳定性评价指标。定义了吊运系统的稳定工作空间和抗干扰稳定工作空间。最后进行实例仿真计算,分析了吊运系统工作空间内不同部位的稳定性高低程度,并通过抗干扰稳定工作空间和稳定工作空间的比较,验证了该方法的合理性和有效性。研究结果为系统的规划和优化控制奠定了基础。

运动稳定性理论在结构动力分析中的应用

本文应用李雅普诺夫一次近似理论，推导了单自由度体系及多自由度体系的非线性动力稳定判别准则。通过典型算例比较，该准则比Ｂ－Ｒ准则更加严密，适用范围也更加广泛。

基于GPS-RTK技术的汽车运动稳定性检测系统

为了准确评价汽车运动稳定性能,成功研制了一种基于RTK全球定位技术的检测系统。应用该系统可实时获取表征汽车运动稳定性的状态参数,实现运动稳定性能的检测与评价。同时提出了先进的车身速度验证测试方法,解决了GPS速度参数的验证测试难题。对汽车运动稳定性检测系统的硬件架构、软件流程等进行了介绍。经实车试验证明了该检测系统的可行性和先进性。