ROBOTIC DYNAMIC MODEL ON LOAD SWING OF SLEWING CRANE

This paper sets up a robotic manipulator model on slewing crane. The model can synthetically describe the dynamic behavior of the load of slewing crane in rotating, elevating and hoisting motions. The dynamic equations of the system are recursively derived by a Newton Euler method. The dynamic behavior of the load of slewing crane in rotating motion is simulated on a computer. The method of robotic dynamics to derive the dynamic equations of the swing of load is accurate and convenient and it has good regularity. The result of the study provides a base in theory on design of crane and an accurate mathematical model for controlling the swing of load.

考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法

刚性直棒法作为一种简单高效的输电导线风偏响应估算方法,在输电工程领域得到了广泛的应用,然而其适用对象仅限于水平风作用下的未覆冰导线,对于线路常遇的覆冰以及二维风荷载情况未能涉及。该文采用阵风荷载包络线法(GLE法)推导了二维等效静力风荷载的表达式,获得了考虑二维风荷载作用的导线风荷载调整系数,通过引入二维等效静力风荷载改进了现有刚性直棒法,改进后的刚性直棒法综合考虑了线路是否覆冰、二维风荷载、上升气流以及风的脉动效应。建立了某真型输电线路的精细化有限元仿真模型,采用覆冰导线气动力风洞试验结果和非线性数值仿真验证了改进后刚性直棒法的准确性。基于改进后的方法分析了竖向平均风速和导线覆冰厚度对风偏响应的影响。研究表明:考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法是一种准确度明显提高的通用方法,能适用于常规的、覆冰的、有上升气流的多种工况下的导线风偏位移计算。

基于视觉伺服的四旋翼吊挂抗摆控制方法

四旋翼吊挂飞行时载荷的摆动会显著影响无人机的操纵性和稳定性,无人机运动会引起负载振荡,严重威胁控制系统的安全。针对无人机从起飞阶段加速跟踪远距离时变期望轨迹,尤其是弧形轨迹的过渡过程中,吊挂载荷摆动频率较高的问题,提出了一种基于视觉伺服的三闭环轨迹跟踪和载荷抗摆控制方法,通过对期望姿态角指令进行修正,减小载荷摆动对无人机的影响。对不同吊挂载荷质量以及载荷质量突变的情况进行了分析,仿真和飞行实验结果表明,该抗摆控制策略不但可以极大地降低吊挂载荷的摆动频率,还能使无人机平稳跟踪期望飞行轨迹。

往复摆动加载测试过程中的运动学分析

以工业机器人用减速器的摆动疲劳试验为例,利用Lagrange方法从理论上分析了单侧配重和对称配重两种加载单元在相同加减速运动规律下的运动学特性,并利用Adams仿真和摆动加载试验进行了评估。结果表明,基于Lagrange方法对加载单元产生的有效摆动加载扭矩的计算结果与仿真和试验结果基本一致。单侧配重在单位重量下可以产生更高的有效加载扭矩,从而在相同的有效加载扭矩下产生更小的倾覆载荷力。同时也表明在摆动疲劳可靠性试验中应用单侧配重加载单元更加科学合理。

往复摆动式仿生人工关节间润滑薄膜测量系统

本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行机构、运动执行机构和环境温度等进行了重新设计和完善,可较好地模拟关节运动时承受的载荷、运动方式和环境温度;最后,呈现了3个不同的仿生人工关节间润滑薄膜测量实例.测量结果表明:与硬-硬人工关节摩擦副对比,承受相同载荷时低弹性模量的PDMS垫发生的较大变形能捕获更多的润滑剂流入接触区内从而形成了有效的润滑;在硅油和水润滑条件下对陶瓷球施加固定载荷和冲击载荷时,对PDMS软垫层的变形量随时间的变化实现了可视化测量,且发现在载荷施加初始的极短时间内变化很快,随后逐渐变得缓慢;对固定载荷下陶瓷球往复摆动的整个运动过程中形成的润滑膜进行了原位观察并同步测量了软垫层的变形量.本测量系统为评价仿生润滑材料的润滑性能提供1种新的技术手段,对揭示仿生人工关节的润滑机理具有较为重要的意义.

塔式起重机负载能量耦合下消摆控制方法仿真

由于塔式起重机的启动和制动过程对吊绳影响较大,致使吊钩上负载发生一定的摆动,无法快速将负载运送到目标位置,降低了工作效率。现提出一种负载能量耦合下的塔式起重机消摆控制方法。构建塔式起重机结构图,对其分析后得到动力学模型和其对应能量函数;加强壁架小车与负载间的能量耦合,求导能量函数;计算吊钩负载与目标位置间的误差信号,选取另外5种不同的误差信号,将求导后的能量函数与误差信号结合起来,得到控制塔式起重机旋转的驱动力,在加入一定控制增益后,实现塔式起重机消摆控制。对所提控制方法展开性能实验测试,结果表明,所提控制方法可在最短的时间内,完成精度最高、效果最好、最稳定的消摆控制,使吊钩负载可以稳定的运送到目标位置。

六向钢节点摆动电弧增材制造及其承载性能

根据六向钢节点结构特点,采用分区成形、平面切片以及摆动与偏置填充的策略制造。为了避免钢节点已成形部分与弧焊枪的相互干涉,将六向钢节点分为直壁圆筒区、两管相贯区和三管相贯区。直壁圆筒区采用摆动填充,两管相贯与三管相贯区分别采用轮廓偏置填充与混合路径填充。合理的成形策略与摆动电弧增材制造工艺,使成形的六向钢节点有良好力学性能与高的成形精度,摆动电弧增材制造六向钢节点整体尺寸偏差为(±1.30)mm。有限元分析和台架测试电弧增材制造六向钢节点在实际工况条件下相贯区的最大应力为36.7MPa,远小于堆积金属屈服强度,始终处于弹性状态,具有高的承载性能。

不同参数对掘进机载荷功率谱的影响分析

为了保证所设计的截割头不仅可以满足高效的掘进效率,而且具有耐磨等特性,在对掘进机截割机理进行研究的基础上,以EBH-132型掘进机为研究对象,重点对掘进机截割不同硬度煤岩层下,对不同截割转速以及不同横摆速度对掘进机截割煤岩层时所承受的动态载荷和负载扭矩、功率等指标进行综合分析,所得结论将指导掘进机截割头参数的改进设计。

基于波动控制的直升机吊挂鲁棒减摆技术

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动模型,采用小扰动的方法在平衡点处对所建模型进行线性化;在此基础上,基于特征值配置法设计状态反馈控制器;设计波动控制器来减小摆角控制具有良好的动态性能和稳态性能。在仿真中对吊挂载荷质量进行拉偏,证明所设计波动控制器具有较强的鲁棒性,结果表明:所设计波动控制器有效。

风载荷对工作状态下门式起重机货物摆动影响的动力学分析

门式起重机在工作中容易受到风载荷的影响,使吊运货物的运动状态发生改变,增加装卸作业的安全隐患。建立包含风载荷的门式起重机动力学模型,对动力学模型进行线性化处理,实现货物摆动在小车运行方向和主梁运行方向的解耦。改进以风力等级为标准的风载荷计算方法,将瞬时风速分解为平均风速和湍流风速,通过正态分布函数预测一段时间内与湍流风速相关的风载荷。对风载荷作用下货物的摆动特性进行仿真研究,并估算不同风速条件下货物可能产生的最大摆角,为不同气候条件下的货物装卸作业提供一定的参考依据。

基于改进果蝇优化算法的塔机自适应滑模控制研究

针对部分工况下塔机负载摆角直接测量困难、系统滑模控制器抖振明显以及控制器参数调节复杂等问题,提出了一种基于改进果蝇优化算法的塔机自适应滑模控制方法。首先,根据拉格朗日方程,得到了塔机单摆系统的动力学模型。然后,设计了线性扩张状态观测器,用于观测塔机负载摆动状态,并将观测结果反馈到自适应滑模控制器中;在构造滑模面时,采用双曲正切函数代替常用的符号函数以增加其连续性,从而减小抖振。最后,改进了果蝇优化算法的寻优策略及搜索半径,并对自适应滑模控制器的参数进行了优化。结果表明,所设计的线性扩张状态观测器跟踪观测塔机负载摆角的收敛速度较快且跟踪误差小于1.3%;经改进果蝇优化算法优化后的自适应滑模控制器不仅对负载摆动有较好的抑制作用,而且具有较强的抗干扰性和鲁棒性。所提出的控制方法可在实现精确定位的同时有效避免塔机负载摆动带来的安全隐患,保障工人的安全和工程的顺利开展。

基于运动补偿的起重船吊装过程抑摆控制

为了解决起重船海上作业受风、浪和流等环境载荷作用导致吊物大幅度摆动问题,本文综合考虑波浪力、系泊力和风载荷等对起重船运动影响,提出基于运动补偿的起重船吊装过程抑摆控制方法。通过建立起重船-吊物系统动力学模型和机械系统动力学自动分析(ADAMS)软件的二次开发,实现对起重船-吊物系统耦合运动的时域模拟,研究不同海况下有无补偿装置的吊物运动响应。计算结果表明:起重船-吊物系统具有复杂运动特性,导致不同海况下吊物呈现多种空间运动轨迹;5级海况下补偿装置可以使吊物摆动幅值降低65%;4级海况下补偿装置可以使吊物摆动幅值降低55%。

基于改进延迟分离涡方法的潮流能水轮机纵摇运动水动力分析

为探究强迫纵摇运动对浮式潮流能水轮机水动力性能的影响,该文基于改进延迟分离涡模型(IDDES)与滑移网格技术相结合的方法,建立了浮式潮流能水轮机旋转和纵摇耦合运动的CFD数值模型。首先选取潮流能水轮机的水槽试验结果来验证所建立的数值模型的计算精度,其次在不同纵摇频率和纵摇幅值下,对浮式潮流能水轮机开展三维非定常模拟。研究结果表明:(1)水轮机水动力系数(能量利用率系数和轴向载荷系数)的整体波动频率为纵摇频率的两倍,同时伴随着频率为叶轮转频的高频脉动;(2)随着纵摇频率的增加,水轮机平均水动力系数略有增加,而随着纵摇幅值的增加,其平均水动力系数略有减小,但均小于无纵摇工况下的平均水动力系数;(3)在纵摇最大振幅位置处,水轮机各叶片迎流面承受不同程度的水压载荷。纵摇运动对平衡位置和最大振幅位置处的尾迹均有影响,且尾迹出现较为明显的低速区摆动现象。

火炮自动装填系统摆动机构的运动精度可靠性与灵敏度

为高效准确地分析某自动装填系统摆动机构的运动精度可靠性,并分析其尺寸参数的可靠性灵敏度,构建摆动机构运动学模型。考虑摆动机构尺寸误差以及铰接间隙的影响,利用稀疏网格数值积分方法获得运动学响应变量的前4阶统计矩,通过鞍点估计方法得到运动学响应变量的概率密度函数,获得某自动装填系统摆动机构运动精度可靠度,并以此为条件通过计算得到尺寸参数的可靠性灵敏度分析结果。研究结果表明:新方法的计算结果能够较好地吻合蒙特卡洛方法获得的结果,且所需样本点较少,验证了方法的有效性,同时计算所得的摆动机构运动精度的失效概率较小,运动精度可靠性较高;主动臂长度对运动可靠性影响较大,其余参数影响较小,为摆动机构基于可靠性的设计提供了参考。

限位条件下直轨倒立摆摆起控制量的分析研究

目的研究直轨倒立摆在导轨限位条件下摆起控制问题,为倒立摆的摆起控制策略提供参考。方法利用达朗贝尔原理建立倒立摆在导轨限位下倒立摆的系统力学模型,根据现有的倒立摆数据在摆杆处于最低点进行短时加载计算,并从实验观测出发,以摆起终点为目标,对摆起控制量进行优化。结果对倒立摆系统进行短时加载,倒立摆系统经过14次正反向的加载,成功实现了在6.14 s内对倒立摆系统的摆起控制工作。结论直轨倒立摆在导轨限位条件下,对其进行短时加载,可以实现倒立摆的摆起控制,有效降低了倒立摆系统控制量出现冗余情况,提高了倒立摆系统的摆起控制效率。

一种适用于柔性接头摆动寿命的预估方法

根据柔性接头弹性件的实际工况,采用有限元方法模拟哑铃试样和四重片试样的循环受载情况,预估不同应变条件下试样的疲劳寿命。分析仿真结果发现,四重片试样在结构及受力状态等方面更符合柔性接头摆动疲劳测试工况。选取四重片为柔性接头寿命表征件,并对其开展剪切疲劳寿命试验,发现随着应变增加橡胶的疲劳寿命减小。对比有限元预估试样件寿命与试验结果,循环次数相差13%以内,验证了该有限元寿命预估方法的正确性。文中所提出的有限元预估寿命方法可进一步应用于多种载荷情况下柔性接头的寿命预估,可节省试验成本,为柔性接头摆动寿命测试提供参考。

基于LQR的无人机吊挂飞行系统减摆控制设计

基于无人机吊挂物资飞行速度较低且飞控算力有限的实际情况,为无人机吊挂飞行系统的减摆控制设计了线性二次调节器(LQR),该控制器能够实现无人机的位置控制和吊挂负载的减摆控制。首先,建立了系统的动力学模型,并在平衡点处进行线性化处理;然后利用线性模型设计了LQR控制器;最后进行了仿真试验,仿真结果表明LQR控制器对无人机吊挂飞行系统取得了较好的减摆控制效果。

基于VS-IRL的继电保护装置测试研究

在动态应力情况下,继电保护装置很容易发生三区误动作,导致电力系统级联跳闸,甚至使得用户端停电。对此,提出了增强型广域距离继电保护算法,利用实时脆弱性研究(VS)和故障检测方法(IRL)对常规三区备用继电保护装置进行测试,以在各种应力条件下识别故障。在继电保护装置发生意外跳闸之前,计算适当的装置脆弱性指数,并利用该指数对任意运行条件下的关键装置进行排序,来估计继电保护装置脆弱性的强度,一旦识别出一组高度易受攻击的继电保护装置(RPE),智能继电保护装置将监控测试这些RPE。最后通过在DDRTS平台上实现数字动态实时仿真验证该方案的有效性。结果表明该算法在不影响系统可靠性的前提下可以对继电保护装置进行测试,有效地增强了电力设备的全站保护运行,显著提高了远距离中继的安全性。

黄南电站水轮发电机组设计及现场试验

浙江省松阳县黄南电站装机2台5 000 kW混流式水轮发电机组,该电站具有水轮机水头变幅大的特点,满发时最大水轮机水头与最小水轮机水头的比值接近2倍。水头变幅大不仅给机组选型带来较大难度,还可能导致机组在局部工况下振动、摆度等机械性能变差,影响电站安全稳定运行。据此,合理选择水轮机转轮水力模型,确定机组额定工况点,选取合适的转轮直径和转速;分析机组振动、摆度试验成果,真机现场测试证明取得良好的运行效果。

四旋翼无人机吊挂系统防摆控制方法研究

为了解决四旋翼无人机在吊挂负载飞行过程中吊挂负载在其水平方向摆角波动过大、不能消除、四旋翼无人机无法精确定位等实际工程问题,通过能量分析的方法研究提出了一种基于能量分析的四旋翼无人机吊挂飞行系统非线性耦合防摆控制器。首先,采用拉格朗日法建立了四旋翼无人机吊挂飞行系统的二维动力学模型;然后,通过非线性能量耦合的方法设计了针对此系统的非线性耦合防摆控制器,通过拉塞尔不变性原理和李雅普诺夫方法证明了该闭环反馈控制系统的稳定性。结果表明,所提出的非线性能量耦合控制器能够适用于多种飞行运输情景,在其改变飞行目标位置、吊挂负载质量、附加初始摆动时均有良好的控制效果。最后,通过数值仿真,与其他基于能量分析的控制器,就其目标定位、摆角消除等控制效果进行了对比,结果表明所提出的控制器在改变飞行目标位置、吊挂负载质量、附加初始摆动时,均具有良好的鲁棒性。