UKF位姿估计的超静平台耦合模型参数辨识

针对载荷无陀螺时辨识超静平台耦合动力学参数存在位姿确定问题,设计了一种基于Schur分解以及无迹卡尔曼滤波（UKF）的位姿确定及参数辨识方法。首先,建立加速度计和姿态敏感器组成的测量系统状态模型和观测模型,并给出测量系统的可观性分析。然后,给出基于UKF的载荷位姿确定方法;在UKF中引入姿态修正信息,从而提高载荷角速度估计精度,实现载荷广义位移、广义速度、广义加速度的准确估计。通过Schur分解实现超静平台动力学模型解耦及辨识模型中动力学参数显式表达。以滤波器估计载荷位姿信息为依据,采用最小二乘法辨识动力学参数。仿真结果表明UKF能够准确估计载荷角速度以及超静平台支杆刚度系数,辨识误差优于百分之一。

基于Stewart平台的并联机床静刚度分析

对基于Stewart平台的并联机床进行了系统描述,计算了并联机床的自由度,利用UG NX8.0建立了并联机床的实体模型,针对并联机床复杂的机械弹性系统采用ANSYS14.0建立了有限元模型,对传动链中的铰链进行了适当地模拟。通过划分单元类型、施加载荷、求解与后处理得到动平台在广义工作空间下的刚度分布规律,从而为并联机床优化和结构改进提供了可靠的理论依据。

一种超静卫星动力学建模及控制方法

针对Stewart超静卫星载荷和星体平台在姿态控制时存在平动和转动耦合问题,提出一种基于广义动量定理,反映载荷质心相对整星质心平动和转动耦合因素的动力学建模方法。由于载荷质心存在平动位移,极易造成Stewart平台支杆行程饱和,甚至发生碰撞。为避免支杆行程饱和,设计了具有平动前馈补偿控制的载荷控制器和具有支杆去饱和控制的星体平台控制器。通过3种姿态控制模式验证了控制器的正确性。仿真结果表明,在星体平台姿态实现10″控制精度的基础上,通过Stewart平台高精度指向控制,实现载荷0.1″指向控制。星体平台和载荷控制器在3种姿态控制模式下都能够有效实现支杆去饱和控制,避免发生机械碰撞。

超强台风下导管架平台结构弹塑性分析

针对超强台风引起的导管架平台甲板上浪载荷,基于三线性上浪载荷时间历程,采用API模型与Stokes 5 th波理论建立了上浪载荷计算方法与流程。在此基础上,应用静力推覆分析方法考察了不同上浪高度下导管架平台结构承载能力与失效模式的变化规律,利用动力弹塑性分析方法探讨上浪高度对导管架平台结构动态特性的影响,结果表明:上浪载荷导致导管架平台极限承载能力降低,当上浪达到一定高度时,平台失效模式由桩基失效演变为导管架顶部失效;平台在弹性和塑性阶段均存在一定程度的动力放大效应,且塑性响应阶段的动力放大效应更加显著。本文研究成果可为我国深水导管架平台的安全评估与优化设计提供参考。

超精密磨削微进给工件平台的研制

采用弹性铰链作为预紧机构,采用压电陶瓷作动器作为驱动机构,设计了一种超精密磨削辅助工件平台。具有结构简单、位移分辨率高、动态响应速度快等优点。文中通过试验研究了其在开环和闭环控制下的静态和动态特性,结果表明,其中心部位静态刚度达到200N/μm,Z向的固有频率达到1289Hz。

双层圆钢管混凝土长柱压扭滞回性能试验

为研究双层圆钢管混凝土长柱在压、扭荷载作用下的力学性能,利用研制的Stewart六自由度加载平台,进行了两个普通圆钢管混凝土长柱和两个双层圆钢管混凝土长柱试件在纯扭、压扭作用下的低周往复试验。对比分析了各试件的承载力、扭转变形、耗能、滞回性能,进行了有限元参数分析。研究表明:普通圆钢管混凝土长柱和双层圆钢管混凝土长柱均具有较好的抗扭能力;与普通圆钢管混凝土长柱相比,双层圆钢管混凝土长柱的初始刚度和承载力略有提升,滞回曲线更饱满,耗能能力和延性大幅提升;参数分析表明含钢率一定时,内层钢管径厚比越大,对抗扭越有利;一定范围内的轴向荷载,可提高钢管混凝土柱的抗扭能力。

大量程预紧式六维力传感器及静态标定研究

提出一种新型的基于6/3-3Stewart结构的大量程预紧式六维力传感器,介绍了传感器的结构特点和测量原理。假设传感器为线性系统的情况下,研究超静定受力状态下的静态标定原理,并给出两种求解标定矩阵的标定方案。为了改善维间耦合和制造误差等因素带来的非线性影响,利用误差反传算法和径向基函数神经网络,研究传感器的非线性静态标定方法。最后对传感器样机进行静态标定实验,给出了4种标定方案的实验结果并进行比较。标定结果表明该六维力传感器具有较好的测试精度,4种方法有效地解决了预紧式传感器超静定受力而带来的标定难题。

基于静刚度的变轴数控机床加工误差仿真研究

以变轴数控机床的运动部件——Stewart平台为研究对象,从变形的角度对机床的加工误差进行了分析和研究,得出了静态载荷条件下加工误差的矢量表达式,并对误差进行了预调,建立了相应的预调模型.该方法为从静刚度方面提高机床的加工精度提供了必要的理论依据,且具有通用性.最后给出了仿真实例,仿真结果表明了由于静刚度而导致加工误差的存在性和误差预调的必要性.

并联机器人机构综合的超混沌数学规划法

针对牛顿法、拟牛顿法求解非线性方程组只能求得一个解,且有时不能收敛的问题,将超混沌系统与数学规划相结合,应用超混沌系统产生迭代初始点,提出了应用超混沌映射的数学规划法求解非线性方程组全部实数解的方法。6-SPS并联机器人的机构综合实例表明,该方法收敛快,能够求出全部实数解,证明了方法的正确性与有效性。

微细电火花三维成型加工控制系统的研究

构造了一个可实现纳米级微量进给的运动平台,并对该平台的控制技术进行了研究,提出了数字PID结合双向静差补偿策略。该补偿策略作为微细电火花加工控制系统的组成部分,大大提高了运动平台的运动精度。实验结果证明此系统运行良好,具有响应时间快、平稳超低速和超高分辨率的优点,达到了微细电火花加工的要求。

新型FF-CPT对松软海底沉积物岩土原位特性的初试成果

剪切强度与超孔隙水压力是决定海底沉积物斜坡稳定性和大位移触发的两项最重要的物理参数。这两项参数需要通过原位测试获取，而静力触探（CPT）是获取原位特性的一种最为理想的测试方法。与标准CPT以匀速贯入沉积物不同，一种新型的自由坠落式静力触探（FF-CPT）被成功研制，这种静力触探可应用于深达200m的浅水区，模块化和轻量化设计使它可以在小型的海洋平台和调查船上使用。其装置的长度（0．5～6．5m）、重量（40～170kg）可以根据地质环境和科研需要加以调整。本文将介绍我们的初试成果作为此项试验的概念验证。在5个不同沉积地层的海域，FF-CPT设备通过组合不同的长度和重量，以从30cm／s至自由落体的不同贯入速度开展了测试，测试的原始数据包括加速度、锥尖阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力，我们则主要针对孔隙水压力的消散和沉积物分类开展研究，结果显示不同的贯入速度对孔隙水压力的影响主要在于消散时间和消散值的不同。最后，初试成果的数据显示，与标准CPT测试相比，使用海洋FF-CPT从时间和成本效益两个方面来讲都是一种更好的选择。