并联机构雅可比矩阵的新式解法

介绍了并联机器人雅可比矩阵的两种新式解法：矢量构造法、基于符号运算的微分构造法。由于采用构造的方式计算雅克比矩阵，避免了以往对反解方程直接求导的计算方式，从而使雅克比矩阵的计算大为简化，另外利用计算机强大的计算功能，采用符号运算的方式也很方便。文中以6-PSS结构并联机器人为立，计算结果表明：这两种方法计算简单、准确、在工程应用中具有很强的实用性。     

基于微分几何的过驱动并联机器人驱动奇异性分析

运用微分几何方法对过驱动并联机器人驱动奇异性进行了分析。应用位形流形和环境流形上黎曼度量的投影关系,分析其驱动奇异性产生原因,进一步依据嵌入映射定义,提出用位形流形切空间的任一标架来代替雅可比矩阵分析驱动奇异性的方法,并利用矩阵秩的有关特性,给出分析驱动奇异性的简洁等价形式以避免矩阵乘积运算。与应用隐函数微分法相比,该方法避免多次求解逆矩阵,从而降低了计算的复杂性。最后,以平面2-DOF 过驱动并联机器人为例,说明上述理论是可行且有效的。     

Geometric error compensation for multi-axis CNC machines based on differential transformation

As the geometric errors of motion axis can be equivalent to the differential movement, regarded as a differential operator based on its ideal position, a new modeling method for multi-axis CNC machines based on differential transform theory is proposed in this paper. First, the workpiece coordinates is selected to observe the errors of the tool pose. Then, a general geometric error model for multi-axis machines is established. Moreover, the Jacobian matrix is applied to describe the relationship between the tool pose error vector and the compensation error vector. All the elements of the matrix are obtained by computing the differential operators instead of computing the partial derivatives. The compensation errors vector is solved using the pseudo-inverse Jacobian matrix. Finally, an automatic modeling procedure is developed to construct the geometric errors for multi-axis machine tools. An experiment on a five-axis machine tool is conducted to test and verify the proposed method. The results show that the proposed method dramatically improves the overall position accuracy of the test tool path.     

基于微分变换的多轴数控机床几何误差解耦研究

基于几何误差可等效为微分运动的原理,提出了基于微分变换的多轴数控机床几何误差建模的方法;运用雅可比矩阵建立了补偿值与刀具位姿误差之间的映射关系,矩阵中的元素可通过微分变换进行求解,由此利用雅可比矩阵的广义逆建立误差解耦模型。在此基础上,设计了多轴数控机床通用的自动化解耦计算流程。最后进行了五轴联动测试轨迹的误差补偿实验,补偿后的轨迹精度得到了显著的提高,验证了误差模型及解耦算法的有效性。     

超声全聚焦成像校正模型及加速算法

超声全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的成像技术,具有成像精度高、缺陷表征能力强的优点,但也存在数据量大、计算时间长、近表面区域噪声较大的缺点,目前主要应用于后处理成像。针对以上问题,建立了基于阵元指向性函数的成像校正模型;结合并行计算设备,提出了基于三角矩阵数据采集和索引技术的成像加速算法。使用16阵元相控阵探头对带有人工通孔的铝制试块进行检测试验,结果表明,使用加速算法可以将每帧图像成像时间缩短至135 ms以内,满足实时成像的要求;添加校正模型后,对于图像近表面区域噪声抑制效果明显,降低了伪缺陷出现的可能性,提高了图像信噪比。     

基于伴随灵敏度的暂态稳定预防控制快速算法

针对已有算法难以适应现代电力系统在线预防控制的实时性要求的问题,研究了一种基于伴随灵敏度分析的暂态稳定预防控制快速算法,采用了约束转换技术来缓解大规模电力系统暂态稳定预防控制中的"维数灾"问题,提出了一种优化层-仿真层的双层结构以实现算法:优化层基于预测-校正内点法,利用近似海森矩阵的扩展生成方法以提高算法的准确性和收敛性;仿真层中采用伴随灵敏度方法实现了灵敏度快速计算,并使用非诚实牛顿法和雅克比矩阵重用技术以进一步提高计算速度。研究结果表明,该算法能够显著提高大规模电力系统的暂态稳定预防控制求解效率,且相较其他已有算法体现出极大的速度优势,完全能够达到现代电力系统在线预防控制对控制算法的实时性要求。     

一种基于超椭圆曲线的数据加密方案

本文在超椭圆曲线上,结合公钥证书技术设计了一个新的数据加密方案,该方案具有安全性高,加密和签名速度快,通信量少等优点,特别适合用于解决用户群是一些计算能力和存储能力受限的系统(如smart卡)中的安全问题．     

高速弹性连杆机构的满应力优化设计

本文介绍了一种进行高速弹性机构满应力优化设计的方法。在进行迭代优化时,快速准确地求出迭代矩阵是提高计算效率的关键。给出了简便地求出雅可比迭代矩阵的方法,由于采用了精确的弹性机构的迭代矩阵,故该方法适合于许用应力较大的高速弹性机构满应力的优化设计。     

超级电容与蓄电池混合储能对微电网频率稳定性改善研究

随着越来越多的新能源发电并入微电网,单一储能技术已无法满足微电网对自身频率稳定性的要求。这时需要采用多元混合储能技术来改善微电网的频率稳定性。该文主要研究了微电网孤岛运行时,通过在交流母线处配置蓄电池和超级电容器两种储能装置,并且协调控制这两种储能装置的运行,来使微电网在风速扰动时系统频率能够快速地恢复稳定。通过对仿真结果的分析及比较,验证了所提出的混合储能方案对微电网孤岛运行时频率稳定性的改善作用优于单一储能方案。     

基于可变加权矩阵的机器人雅可比矩阵规范化

末端同时具有平移和转动自由度的机器人雅可比矩阵量纲不统一,导致灵活性指标计算困难,针对此问题提出一种简洁有效的基于可变加权矩阵的雅可比矩阵规范化方法。分析现有规范化方法的原理和不足,根据机器人灵活性的本质意义,提出使对应末端两类速度的雅可比矩阵行矢量有效相对化是雅可比矩阵规范化的核心问题。从雅可比矩阵条件数的定义和各向同性位形的要求出发,给出了雅可比矩阵规范化的一般思路和方法,定义了可变加权矩阵概念。可变加权矩阵直接由雅可比矩阵自身导出,并用于雅可比矩阵规范化,避免了现有方法需要引入额外参数的缺点和不便,也证明了灵活性是机器人的固有属性,与任何额外引入的参数无关。以6R机器人为例进行的理论推导,和以平面3R机器人和Puma560机器人为例进行的数值仿真,验证了可变加权矩阵方法的有效性。     

基于径向基函数的动网格技术应用研究

综合分析了基于径向基函数的动网格技术,利用紧支径向基函数构造位移插值函数,推导了位移传递矩阵,使得流场空间节点的位移插值只依赖于物面节点运动。通过一种基于贪婪算法的节点缩减算法与并行技术解决了该方法计算时间长、占用存储空间大的缺点。针对物面变形较大和构型复杂的情况,该技术可很好的完成网格变形。数值算例表明:应用该技术同时适用于结构以及非结构网格,且网格变形前后质量变化不大。     

确定非线性系统Hopf分岔点的数值方法

从非线性自治系统产生Hopf分岔的条件出发，构造确定非线性系统Hopf分岔点的数值算法．将非线性系统Hopf分岔点的确定问题转化为一个非线性方程组的求解问题?该算法克服了一般方法在确定系统Hopf分岔点时，对于参数的每一次变化都必须求解系统的特征根，并判定特征根的实部是否为零的庞大计算量的缺陷：计算过程可以将系统的Hopf分岔点以及系统在Hopf分岔点处系统Jacobi矩阵特征值的一对纯虚根同时求出。通过实例验证了方法的有效性。     

五自由度手术框架机构精度的研究

为了简便地计算五自由度手术框架的精度,基于无限小线性变换原理,推导出相对简单的精度计算方法,相对于通过求矩阵微分的关系和解雅可比矩阵来求解机器人精度分析的传统方法,该方法更简便、通用.     

自动铺丝机器人动力学性能指标研究

根据自动铺丝机器人的运动学方程,得出其加速度,并定义加速度偏差。研究发现,加速度偏差的大小与Jacobian矩阵和Hessian矩阵有关,据此提出了基于Jacobian矩阵和Hessian矩阵的自动铺丝机器人动力学性能指标。采用该性能指标对自动铺丝机器人进行了动力学分析,绘出动力学性能指标图谱,得到机器人结构尺寸和动力学性能之间的变化曲线图。结果表明,与基于Jacobian矩阵的速度水平上的性能指标相比,采用Jacobian矩阵和Hessian矩阵相结合的机器人动力学性能指标对机器人动力学性能影响更大,故采用Jacobian矩阵和Hessian矩阵相结合的动力学性能指标作为衡量机器人动力学的性能指标是可行的。     

基于子循环-样条插值预测校正方法的流固耦合分析

流固耦合计算通常使用的多场弱耦合方式会引入滞后误差,从而导致计算发散,尽管改进的线性预测校正方法可以消除误差,提高稳定性,但是存在计算时间耗费大的问题.为此提出将子循环方法与基于样条插值的预测校正方法相结合的耦合分析方法,并成功应用于流固耦合问题的数值计算,通过计算超声速壁板非线性颤振问题,表明此方法不但可以保持计算稳定性,而且可以降低计算时间耗费.此外,还模拟与分析样条插值点数对结果的影响,结果表明只需采用较少的插值点数就可以获得满意的精度.     

Numerical model for thermal hydraulic analysis in cable-in-conduit-conductors

The issue of quench is related to safety operation of large-scale superconducting magnet system fabricated by cable-in-conduit conductor. A numerical method is presented to simulate the thermal hydraulic quench characteristics in the superconducting Tokamak magnet system. One-dimensional fluid dynamic equations for supercritical helium and the equation of heat conduction for the conduit are used to describe the thermal hydraulic characteristics in the cable-in-conduit conductor, The high heat transfer approximation between supercritical helium and superconducting strands is taken into account due to strong heating induced flow of supercritical helium, The fully implicit time integration of upwind scheme for finite volume method is utilized to discretize the equations on the staggered mesh, The scheme of a new adaptive mesh is proposed for the moving boundary problem and the time term is discretized by the-implicit scheme, It remarkably reduces the CPU time by local linearization of coefficient and the compressible storage of the large sparse matrix of discretized equations. The discretized equations are solved by the IMSL The numerical implement is discussed in detail, The validation of this method is demonstrated by comparison of the numerical results with those of the SARUMAN and the QUENCHER and experimental measurements.     

喷水推进器斜流泵级的性能预测研究

使用商用CFD软件NUMECA研究了喷水推进器斜流泵级的性能和内部三维紊流流场。采用结构网格对全流道区域进行剖分，选用k-ε双方程紊流模型，使用时间推进法计算流场中的各流动参数。并根据流场计算结果对泵级的流量-扬程特性和流量-效率特性进行了预测，试验测试和计算结果相一致，说明该计算方法具有较好的可信度及较高的计算精度。     

The velocity problems of two 3-R robots manipulating a four-bar linkage payload

This paper presents solutions to the forward and inverse velocity problems associated with two planar three-degree-of-freedom robots, with all revolute joints, manipulating a planar four-bar linkage payload. These kinematic problems are formulated using two Jacobian matrices: one associated with the independent inputs to the robots, and the other associated with the payload outputs. The paper shows that both Jacobian matrices can be obtained from a geometric inspection of the system. This provides kinematic insight into the system and is believed to be important in the design and control of cooperating robot workcells. The paper also shows that the inverse of the Jacobian matrix associated with the independent inputs can be obtained directly from inspection. The inverse of the Jacobian matrix associated with the outputs is obtained from a geometric inspection by considering a four-input mechanism equivalent to the passive part of the system. Choosing one input at a time, the instantaneous centers of zero velocity provide relationships between the outputs of the mechanism and each input. The matrix is then formulated from these relationships using the principle of superposition of the outputs. The paper also includes a discussion of the singular and stationary configurations of the system and emphasizes the geometric interpretation of these configurations. For illustrative purposes, a numerical example is presented which shows how singular and stationary configurations effect the solutions to the velocity problems.     

PSS型冗余输入并联机构静力学与运动学分析

提出一种8-PSS型冗余输入并联机构,建立了相应的静力学平衡方程,得出了其力雅可比矩阵;用矢量运算方法建立了其速度雅可比矩阵,验证了PSS型冗余输入并联机构的力雅可比矩阵与速度雅可比矩阵的转置关系,并且与冗余输入的数目无关,通过实例表明了上述结论的正确性。