含摩擦滑移铰及驱动约束多刚体系统数值算法

研究了具有驱动约束及非光滑滑移铰多体系统动力学方程的建模与数值计算方法.将驱动约束视为非定常约束,非光滑滑移铰视为双边定常约束,滑移铰的摩擦模型采用库仑摩擦模型;应用第一类Lagrange方程建立系统的动力学方程,应用距离函数建立滑移铰的约束方程;将线性互补方法和Baumgarte约束稳定化方法引入,以解决滑移铰法向约束力的计算以及约束方程违约问题.最后应用曲柄摇杆机构作为算例,说明该方法的有效性.

基于不等式约束的三维电阻率探测混合反演方法

三维电阻率探测的线性反演和非线性反演中均存在着多解性的固有难题.电阻率线性反演方法的效率较高,但反演结果对初始模型的依赖性较强,易陷入局部极小;而非线性反演方法不依赖初始模型,但搜索效率极低,尚未见到关于三维电阻率非线性反演的文献.针对上述问题,融合线性与非线性反演方法的互补优势,提出了最小二乘法(线性方法)与改进遗传算法(非线性方法)相结合的混合反演方法的概念和思想.首先,提出了将介质电阻率变化范围作为不等式约束引入反演方程的思路,以实现压制多解性、提高可靠性的目标.提出了宽松不等式约束和基于钻孔推断的局部严格不等式约束的获取及定义方法.在此基础上,分别提出了基于不等式约束的最小二乘线性反演方法和遗传算法非线性反演方法.其次,对于遗传算法在变异搜索方向控制、初始群体产生等方面进行了改进,优化了其搜索方向和初始群体多样性.然后,提出了混合反演方法及其实现方案,利用改进遗传算法进行第一阶段反演,发挥其对初始模型的依赖程度低的优势,搜索到最优解附近的空间,输出当前最优个体;利用最小二乘法进行第二阶段反演,将遗传算法得到的当前最优个体作为初始模型,在最优解附近空间执行高效率的局部线性搜索,最终实现地电结构的三维成像.最后,开展了合成数据与实际工程算例验证,与传统最小二乘方法进行了对比,发现混合反演方法在压制多解性、摆脱初始模型依赖和提高反演效果方面有较好效果.

软指灵巧手关节力矩优化设计研究

通过将软指接触的摩擦约束线性化,推导出满足平衡约束和接触力约束、以关节力矩矢量为变量的线性约束不等式限定条件,构建了各关节力矩平方和最小的二次目标函数,从而将关节力空间中力矩的优化变为线性约束条件下的二次规划问题,以得到最优的关节力矩矢量。采用线性化的软指接触模型,减小了软指接触力约束的计算量。线性约束下的二次优化可直接化为单纯形法可快速解决的线性优化问题,提高了实时性。最后以软指接触情况下的两指灵巧手抓取平面椭圆物体为例进行了关节力矩的优化,证明了算法的有效性和实时性。

柔性关节机械臂最优控制方法研究

为了更好地利用柔性关节机械臂的固有柔顺性,使机械臂具有更佳的运动性能,将障碍函数法同迭代线性二次型调节(ILQR)算法相结合,提出了改进型ILQR算法,来处理受物理约束限制的柔性关节机械臂的最优控制问题,并通过KKT条件系统地证明了改进型ILQR算法的收敛性;采用PD方法对电机端进行控制,使电机端动力学模型转化为二阶临界阻尼系统,将电机端运动轨迹约束转化为控制量上下界约束,并通过模型参数嵌入到电机端动力学模型当中,从而减少了最优控制系统中软约束的数量,建立了易于改进型ILQR算法求解的数学模型;对不同类型的柔性关节机械臂最优控制问题进行求解,仿真结果表明:所提出的改进型ILQR算法可实现受物理约束限制的柔性关节机械臂的最优控制,并可利用其固有柔顺性提高机械臂的运动性能。

联合分布网络的随机约束模型及其应用

针对随机约束的联合分布网络模型是一种复杂的非线性模型,当工序数较多时难以求解,假设用一组单独的随机约束近似取代联合随机约束,则可得到某种确定性的线性等价模型。实例应用结果表明,采用线性等价法求解随机约束的联合分布网络模型,可得到较精确的网络参数。

基于协方差矩阵双层重构的稳健自适应单脉冲测角

常规自适应单脉冲方法在主瓣干扰下会引起自适应波束形成性能恶化并导致其单脉冲比曲线严重失真,影响被动雷达的测角精度与跟踪性能。针对此问题,提出了一种适用于平面阵的基于协方差矩阵双层重构的稳健自适应单脉冲测角方法。首先,利用Capon功率谱通过稀疏重构法初步估计出干扰加噪声协方差矩阵,通过干扰导向矢量估计完成对协方差矩阵的优化校正以提高自适应波束形成性能;然后,基于线性约束最小方差(Linearly Constrained Minimum Variance,LCMV)准则对方位角和俯仰角进行联合线性约束以避免单脉冲比曲线在主瓣干扰下严重失真;最后,根据自适应单脉冲比值求出目标与波束指向之间的偏转角以实现目标测角。与常规方法相比,所提方法在干扰抑制能力与测角精度上都有显著提升。