新型双体波浪能转换装置多自由度耦合水动力特性研究

提出一种新型双体波浪能转换装置,其主体由浮标和可调节质心的摆体构成。利用AQWA进行频域仿真,获取装置的水动力参数,建立含黏性项的多自由度耦合的时域模型,并将水动力参数代入模型,分别开展规则波、不规则波的仿真,研究质心位置、PTO(power take-off)阻尼对装置性能的影响,最终根据真实海况划分若干不规则波并分别开展仿真,研究装置在真实海况下的发电性能。结果表明,装置可通过调节配重位置在不同周期的波浪中高效发电,且装置在小波高情况下也可以有效利用波浪能量,具有持续的发电能力。

制导炸弹类目标运动建模与仿真

针对现代战争中制导炸弹对要地防空的主要威胁,提高防空武器系统的综合作战效能,结合制导炸弹的受力分析、运动分析,采用了极限参数动力学模型,由航迹控制函数根据制导炸弹的轨迹特性及过载能力限制给出制导炸弹在飞行过程中的受力及控制参数,并对国外典型的制导炸弹弹道进行了模拟仿真验证。验证结果表明,仿真产生的制导炸弹航迹数据比较真实地反映了滑翔类制导炸弹的运动规律,计算简单,实时性好,能够为防空武器对制导炸弹的拦截方式研究提供有效的仿真措施。

汽车半主动座椅悬架主要参数优化研究

半主动座椅悬架能有效改善驾驶平顺性,减少人体垂向振动,提升车内驾乘人员的乘坐体验.其中,半主动悬架的初始性能参数对悬架性能起到决定性作用.为此,本文针对半主动座椅悬架的初始性能参数(弹簧刚度和阻尼系数)的优化问题展开研究,在使用了随机路面模型、六自由度半车模型的基础上,以优化前后座椅垂向加速度之比作为适应度函数,利用遗传算法对半主动座椅悬架的刚度及阻尼系数进行优化.最后,利用MATLAB软件对优化结果进行仿真分析.结果表明,经算法优化后,座椅垂向加速度的均方根减少了16.4%,最大值下降了11.3%;座椅相对位移的均方根减少了36%,最大值下降了39.2%.

车辆稳定性滑模控制器设计

汽车的质心侧偏角和横摆角速度对车辆操纵稳定性控制起着至关重要的作用,通常两者都作为控制系统的状态变量。为提高车辆的转向系统操纵性和行驶稳定性,通过简化车辆模型,分析理想二自由度汽车受力状况,将车辆线性二自由度模型作为理想控制目标,计算理想横摆角速度和理想质心侧偏角,同时在滑模控制的理论基础上,设计基于质心侧偏角和横摆角速度反馈的自适应趋近率滑模控制器。最后使用Carsim搭建整车模型和提供仿真工况,通过与Simulink中的自适应趋近率滑模控制器进行联合仿真,验证所设计的控制器使双移线工况中的车辆横摆角速度响应和质心侧偏角响应在峰值处分别优化了5.5%左右和20.0%以上,能有效改善汽车质心侧偏角和横摆角速度对理想值的跟踪效果,提高汽车的操纵稳定性。

Modeling and Stability Analysis for Dual-Spinning Projectiles with Canards

To develop the guided spin-stabilized projectiles with high hit precision,a class of dual-spinning stabilized projectile equipped with canards in atmospheric is studied.The 7 degrees of freedom(DOF) nonlinear equations are written in a non-rolling body frame.The work reported here focuses on the ballistic property analysis including the spin rates,incidence angle,ballistic drift and lateral velocity.The dual-spinning projectiles are fundamentally less stable than conventional spin-stabilized projectiles.Hence,the gyroscopic stability is also studied in this paper.Theoretical models are given in this work,and the results of numerical analysis are discussed.

汽车转向非线性平衡点遗传算法求解及其改进

针对汽车转向非线性平衡点求解问题,研究了遗传算法求解效果并提出改进方法.建立汽车转向二自由度模型,说明汽车转向非线性平衡点只能数值迭代求解的原因,构造适于智能优化方法的适应度函数,提出了确定可行求解范围的方法.在车速70 km/h、路面附着系数0.5和前轮转角0~0.2 rad的行驶条件下,应用遗传算法求解得到3个平衡点.通过比较大小两个转角的适应值曲面,说明遗传算法求解小转角平衡点不满足精度的原因,提出了遗传算法与BFGS(broyden-fletcher-goldfarb-shanno)拟牛顿法融合的求解流程.结果表明:融合求解流程可以求解满足精度要求的小转角平衡点,求解效率高于遗传算法,弥补了遗传算法单独求解的不足.

基于三自由度模型的电动轮椅操纵稳定性优化与仿真

目的提出一种电动轮椅三自由度模型,旨在优化轮椅转向时的操纵稳定性。方法基于二自由度车辆模型,同时考虑车身惯性和侧向风的影响,引入转向行驶时的轮椅侧倾角,建立轮椅三自由度转向模型。分别对不同工况下电机角速度输入的侧向速度、质心侧偏角、横摆角速度和车身侧倾角响应进行仿真分析,以KS2电动轮椅为例设计轮椅转向实验,验证模型的合理性和可行性,以及该模型算法对轮椅操纵稳定性的优化效果。结果加入三自由度模型算法的电动轮椅操纵稳定性能得到显著提高,响应曲线更加平滑。仿真结果表明,轮椅左右电机转向相同时,|V_(L)-V_(R)|/t越小操纵稳定性越好;|V_(L)-V_(R)|/t相同时,电机反向转动具有更好的转向机动性,但是操纵稳定性也随之降低。结论仿真分析与实验结果具有较好的一致性,验证该模型具有合理性和可行性,该模型算法可以较好优化电动轮椅的操纵稳定性,可普遍适用于研究和分析不同轮椅转向时的操纵稳定性。

八自由度凿岩台车钻臂运动学分析

为研究八自由度凿岩台车钻臂的运动特性,采用改进型D-H参数(Modified Denavit-Hartenberg,MDH)法建立八自由度凿岩台车钻臂的运动学理论模型,推导其机械臂末端的位姿,运用MATLAB软件建立八自由度凿岩台车钻臂的运动学仿真模型,仿真研究机械臂在关节空间中的轨迹规划,得到机械臂各关节的位移、速度和加速度随时间的变化规律,采用蒙特卡洛法求解机械臂的工作空间绘制工作空间的云图,为后续机械臂的运动控制提供依据。

洛伦兹减摇稳定平台二自由度内模控制

洛伦兹减摇稳定平台轴向支撑采用球面滚珠轴承和支撑体组件,由于加工误差、机械磨损、润滑油泄漏和外界温度变化等因素,存在非线性摩擦力。针对洛伦兹减摇稳定平台受到的可变摩擦力干扰,建立了基于洛伦兹磁轴承工作原理的偏转动力学方程,引入LuGre摩擦模型。采用二自由度内模控制的方法对平台偏转系统控制器进行设计,并进行了MATLAB仿真实验,实验结果表明,二自由度内模控制系统具有较好的动态性能和抗干扰能力,适合用于实现洛伦兹减摇稳定平台的快响应和抗干扰控制。

单钢板混凝土组合板冲击响应的数值模拟及计算方法

采用LS-DYNA软件建立了冲击作用下单钢板混凝土组合板(Half-SC板)的有限元模型,根据现有试验结果验证了模型的准确性,并进一步分析了冲击物质量、冲击速度和钢板厚度对Half-SC板位移响应的影响规律。在此基础上,推导了Half-SC板的抗力和刚度计算式,提出了Half-SC板的抗力函数,并建立了计算Half-SC板位移响应的等效单自由度模型。研究结果表明:Half-SC板在冲击作用下的破坏过程可分为弹性受力阶段,混凝土冲切开裂阶段,水平钢筋断裂阶段;冲击速度对Half-SC板位移响应的影响最大,冲击物质量次之,钢板厚度的影响最小;所提出的等效单自由度模型能够很好地预测Half-SC板的位移时程。

六自由度机械手参数化建模及运动仿真

采用Solid Works建立机械手的三维模型,然后按要求对机械手零件以各种约束和螺栓等连接来进行合理装配;并用Matlab软件来实现六自由度机械手的运动仿真,为机械手在实际运用中提供理论依据。

基于七自由度车辆模型仿真平台的轮胎操纵稳定性仿真分析

利用基于MATLAB SIMULINK的七自由度车辆模型仿真平台,以轮胎PAC2002模型为输入,进行车辆操纵稳定性仿真,并与实车测试结果对比。结果证明客观性能指标仿真结果与实车测试主观评价结果的一致性较好,基于七自由度车辆模型仿真平台可以较好地预测轮胎的转向性能,也可以在一定程度上预测操纵稳定性。

飞机六自由度模型及仿真研究

以国产某型号飞机为背景 ,提出六自由度飞机对象建模的一般方法和原则。此建模方法直接根据牛顿第二定律推导出全量非线性方程 ,没有对刚体运动模型和气动数据做线性化处理 ,考虑了飞机纵横向之间的耦合作用和决定飞机性能的绝大多数因素 ,因此该模型更精确、更全面地反映了飞机的实际运行特性 ,并且具有较强的通用性。用高性能仿真软件MATRIXx作为开发环境极大地提高了仿真手段 。

焊接机器人虚拟样机轨迹模拟和运动仿真分析

根据焊接机器人的结构特点,对其进行了模型简化,在对机器人进行正向运动学分析的基础上,运用Denavit-Hartenberg(D-H)矩阵法,求解出焊接机器人末端位姿的数学模型,完成了焊接机器人空间位姿的描述;运用ADAMS软件,建立了焊接机器人的虚拟样机模型,仿真得出了模型的末端轨迹,并与数学模型求解结果进行对比,验证了数学模型的准确性与可靠性;对其进行运动仿真分析,测量并研究了机器人各关节运动学参数的变化情况,为后续焊接机器人的设计和制造提供了依据,对于精确确定焊枪工作位置、确保焊接质量、降低产品废品率有重要意义.

基于AMESim的液压并联机构建模及耦合特性仿真

针对液压六自由度并联机构,采用AMESim和Simulink分别对单缸液压系统及平台机构部分建模,建立了液压并联机构的通用仿真模型.在AMESim模型中单缸系统的等效负载为Simulink模型反馈的负载力而非等效质量.联合仿真模型详细考虑了液压系统,保证了系统的精度,为研究液压并联机构提供了便捷的理论分析手段.通过联合仿真模型研究了并联机构由于液压缸不一致带来的耦合特性.数值仿真结果表明,当液压缸性能不一致时会出现耦合现象,耦合度随着液压缸性能不一致程度的增大而增强.在并联机构设计时,必须保证液压缸性能的一致性.

非线性宽频压电振动能量采集器的研究

为改善双稳态压电振动能量采集器在基础低幅值激励条件下的输出性能,提出了一种带有线性放大器的非线性宽频压电振动能量采集器,通过线性放大器对基础低幅值激励进行一级放大后,激发双稳态压电振动能量采集器进入高能轨道的大幅值周期振动,从而提高能量采集器的输出性能。根据力学和电学平衡方法建立了非线性宽频压电振动能量采集器的两自由度集总参数模型和运动微分方程,并对系统模型进行时域和频域求解,仿真分析了系统质量比、刚度比等参数对系统输出特性(振动位移、速度、相图和输出电压等)的影响。最后,通过与双稳态压电振动能量采集器输出性能的实验结果对比分析,表明非线性宽频压电振动能量采集器在较小的激励幅值作用下具有更高的输出特性和更宽的工作频带。

大型弹道式飞行器六自由度仿真研究与展望

本文针对大型弹道式飞行器传统建模和仿真方法的局限性，采用多种运动形态一体化建模方法， 建立了飞行器全干扰、全量、全通道、时变非线性六自由度模型， 并进行了数字仿真和接入部分实装的半实物仿真。该模型已在控制系统设计、系统质量评估、误差分析与精度评定、飞行效果预报和发射技术决策等领域中应用并获得了良好效果， 证明该模型与传统三自由度模型相比更正确、更符合实际，

伺服机构负载模拟系统设计与动态特性分析

针对火箭发动机喷管伺服机构的负载模拟问题,采用机械的方式,设计了一种可对伺服机构的惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、安装刚度以及发动机喷管柔性特征进行模拟的负载模拟器,并建立了模拟器和伺服机构数学模型.仿真分析了惯性负载、弹性力矩以及喷管柔性对伺服机构负载多自由度特性的影响.通过对伺服机构扫频实验,负载模拟器中的负载在一定范围内调节,可复现伺服机构实际工作中的动态特性.说明该负载模拟器结构设计合理,从而为具有多自由度特性的火箭伺服机构的负载模拟系统设计提供参考.该系统已经得到实际应用.

悬架参数对行驶平顺性和道路友好性的影响

为探讨悬架系统对乘员舒适性及车辆造成道路破坏程度的影响规律,建立了能反映四轮随机输入下车辆振动状况的十自由度三维空间模型,根据行驶平顺性和道路友好性各自评价指标进行了数值仿真,分析了悬架刚度、阻尼值对平顺性和道路友好性的影响,并在现有悬架参数基础上提出了改善二者的合理性建议:应稍减小后悬架刚度,减小前悬架阻尼至最佳阻尼值,适当增加后悬架阻尼值。

基于复杂环境多自由度牙轮钻头动力学模型建立与分析

以牙轮钻头几何学、运动学为理论基础,通过受力分析,建立了多自由度牙轮钻头动力学模型,及综合考虑扭矩、弯矩、横向力和在钻头破岩过程中多种因素耦合作用影响下的牙轮钻头与岩石互作用模型,发展了目前钻头行为力学理论;并通过仿真研究得到典型工况下牙轮钻头轨迹曲线和岩石破碎仿真计算,并模拟分析了软、硬地层岩石交替复杂环境下的井眼轨迹,为今后研究复杂钻井系统井眼轨迹预测提供新的理论依据。