冗余驱动闭链弓形五连杆动力学建模与优化

研究了冗余驱动闭链弓形五连杆动态翻滚过程中驱动力矩协调分配的问题。建立了闭链弓形五连杆运动学分析模型,分别对驱动杆件和约束杆件的速度、加速度进行分析,得到各杆件的加速度矩阵和角加速度矩阵,进而得到各杆件的合力及力矩,从而获得该机构的牛顿-欧拉动力学方程。采用伪逆法对各驱动力矩进行协调分配,使瞬时驱动力矩2范数最小。给定机构动态翻滚过程的关节轨迹,分别计算非冗余驱动和冗余驱动方式下的驱动力矩,计算结果表明,冗余驱动方式可以显著减小最大瞬时驱动力矩。     

基于傅里叶级数的最优能量运动轨迹优化方法

从机器人关节空间出发,以单关节系统为例,针对机器人关节空间能量最优的运动轨迹优化方法进行了研究。在基于Stribeck摩擦模型构造单关节系统动力学模型的基础上,建立了以傅里叶级数表征任意位置和规律的运动轨迹规划方案。以能量作为优化目标,通过添加边界位置、速度及加速度等约束条件,构建了运动轨迹优化的理论模型。基于遗传算法对傅里叶级数的最优系数进行搜索,从而形成以能量最优为目标的运动轨迹优化方法。通过具体算例分析了傅里叶级数系数的数量对于优化后的轨迹作用于关节系统能耗及运动学性能等方面的影响,并与多项式运动规律进行对比分析,结果表明该运动轨迹优化方法对于降低关节系统能耗具有显著作用。     

空调水系统变流量的运行特性

为了降低空调能耗,探明空调水系统变流量工况下冷水机组性能参数和系统能耗的变化规律,对空调水系统变流量的运行特性进行了研究。利用DOE-2软件对某建筑模型进行了负荷预测,建立了适于变流量模拟的改进冷水机组和水泵模型,利用TRNSYS软件对空调系统在变流量运行工况下的系统总能耗、冷水机组能耗与COP值、水泵能耗和节能率进行了模拟和分析。结果表明,当冷冻水或冷却水流量分别从100%降至50%时,冷水机组COP值分别降低了8.04%和9.96%;而系统总能耗相对定流量系统而言,分别降低了15.79%和13.56%。这表明,无论是冷却水变流量还是冷冻水变流量均降低了冷水机组的COP值,但同时也能降低系统总能耗;采用冷冻水变流量技术比冷却水变流量的节能率高,冷却水变流量范围不宜过大。     

变速变排量液压驱动系统的动态过程能效优化

液压系统广泛应用于工程机械与液压成形装备等领域,但液压驱动单元输出功率与负载需求功率不匹配造成的低能效问题一直不可忽视.变速变排量驱动单元可协调控制电动机转速和泵排量,实现液压系统在各稳定工况下驱动单元输出功率与负载需求功率的匹配,提高液压系统能量效率.为进一步提高变速变排量驱动单元在复杂多变工况下的能效,对其动态过程中的能效进行深入研究.建立了动态过程能耗优化模型,通过优化模型并结合试验分析得出动态过程最小能耗对应的电动机加速度.通过试验研究了不同加速度下的系统稳定性,分析得出液压缸推杆振动与电动机转速波动有关,可通过调整电动机加速度以限制电动机转速波动从而保证系统稳定性.最后,以液压拉深成形过程为例,在保证系统稳定性的前提下分析拉深成形过程的动态能耗,当电动机采用最佳加速度时,整个动态过程的能效平均提高了 8.0％、转速波动量平均降低了 14.9％.     

电动叉车势能回收效率的影响因素研究

为了提高电动叉车势能回收效率,给出了势能回收系统各部件的数学模型及势能回收效率的数学模型,研究了电动叉车势能回收效率的影响因素。利用AMESim和Virtual.lab Motion软件进行了电动叉车势能回收系统仿真分析,最后通过实验来检验仿真模型的有效性和仿真结果的正确性。研究结果表明:电动叉车势能回收效率随着门架负载及液压马达排量的增大而增大,随着货叉下降速度、货叉下降加速度、液压马达转动惯量、升降油缸活塞面积及升降油缸运动部件质量的减小而增大。     

运动控制中的加速度分析与设计

提出了一种具有正弦特征的变加速度运动控制策略，旨在保证控制系统运动平稳性的前提下，提高运动的平均速度，缩短加工时间。从运动学和动力学方面分析了变加速度运动原理，理论上推导了相应的公式，并在快速成形系统上完成了该策略直线运动的实验和数字仿真。实验结果证实，同固定加速度运动策略相比较，采用变加速度策略能有效提高系统加工效率。     

考虑跃度影响的四自由度并联机构轨迹规划

以一种四自由度3PUS-P-RU并联机构为研究对象,首先利用运动链矢量方程法建立机构的跃度逆解模型,然后揭示了动平台运动过程中没有刚性冲击和柔性冲击的七次多项式运动规律,最后通过运动学逆解计算得到各个关节的运动轨迹。计算结果表明,该运动轨迹下各个关节的速度、加速度和跃度曲线平滑连续且没有突变,运动特性优越,轨迹规划方法有效。     

阻尼对数控机床工作台轴向振动的影响分析

为研究阻尼对滚珠丝杠进给系统动态性能的影响,综合考虑了丝杠扭转振动和轴向振动的耦合,利用拉格朗日方程建立进给系统的动力学模型,并采用MATLAB软件对其动力学方程求解,得到不同阻尼参数下工作台轴向振动的加速度曲线。分析结果表明,螺母阻尼对工作台的轴向振动影响最大,导轨阻尼影响次之,电机转子扭转阻尼影响最小;增大阻尼可减小工作台的轴向振动加速度。     

变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达系统恒转速控制方法研究

以变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统为研究对象,提出变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法。建立恒流状态下系统恒转速控制的数学模型,分析系统的相乘非线性特征与变量马达斜盘摆角基准值的计算方法,采用稳态控制量叠加基于小信号线性化补偿控制量的控制方法。通过定量泵-变量马达系统的开环辨识,得到系统参数。对系统进行仿真与试验研究,得到在恒流状态下变量马达斜盘阀控缸的响应速度、马达斜盘摆角和定量泵转速对系统控制特性的影响规律,验证变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法的有效性。为拓展定量泵-变量马达容积调速系统应用领域奠定了理论基础。     

变论域模糊补偿的机械臂积分终端滑模控制

为了减小机械臂在环境扰动、参数漂移和建模误差等影响下的轨迹跟踪误差,设计了基于积分终端滑模和变论域模糊补偿的组合控制器。采用拉格朗日方程建立了机械臂系统的动力学模型,制定了不确定因素影响下机械臂跟踪控制方案;设计的积分终端滑模控制器可以将系统初始状态限制在滑模面上,消除了控制过程的抖振并提高了跟踪速度;提出了自适应论域策略,该策略可以提高补偿力矩的输出细粒度,并将变论域模糊算法用于不确定因素补偿。经实验验证,变论域模糊补偿控制对关节1角位置的最大跟踪误差为0.103 rad,误差绝对均值为0.025 rad,对关节2角位置的最大跟踪误差为0.073 rad,误差绝对均值为0.012 rad,跟踪控制精度高于模糊补偿控制、RBF-BP控制和自适应鲁棒控制,验证了变论域模糊补偿控制方法的有效性和先进性。     

船舶空调系统及设备节能运行技术研究

以降低船舶空调通风系统能耗为目标,针对某型试验船开展变风量节能技术研究。首先对管网送风稳定性及调节性进行分析,确定静压测点布置方案及阀门开度调节范围;然后分别从系统风量控制和新风量控制两个方面给出节能方案,提出“变静压-总风量”系统风量控制方法及“最小新风量+过渡季全新风”新风量控制方法,计算全年运行能耗验证节能效果。结果显示:“变静压-总风量”控制策略兼具节能性及响应快速性优势,总能耗降低约43%;新风量控制策略在环境温度舒适时关闭冷热源采用全新风调节室温,在保证环境质量的同时能够进一步提高节能效果约11%。     

展开速度对天线展开过程动力学影响分析

针对某大型椭圆周边桁架天线展开过程动力学研究,采用几何精确梁理论对杆件建模,一维移动介质单元法对驱动绳索建模,结合对变形较小的铰链、斜杆做刚性假设,实现对整个天线动力学建模;通过在不同展开速度下仿真,得到不同条件下驱动力、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力随展开时间变化曲线;通过对仿真数据分析发现,随着展开速度降低,驱动力峰值、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力也会下降。该研究为天线展开策略规划提供了参考。     

货车连挂方式对万吨重载列车循环制动过程纵向冲动影响分析

基于纵向动力学理论,分析了货车连挂分别采用车钩、两连挂和三连挂的3种万吨重载列车编组在长大下坡道上循环制动过程中的纵向冲动特征,结果表明:3种列车编组循环制动周期内车钩力和加速度沿列车方向分布规律一致,其最大拉钩力和最大压钩力均出现在列车中部,最大加速度出现在列车端部;列车循环制动过程中的最大车钩力出现在制动缓解后,车钩力呈现出"先拉后压"的趋势;制动初速对循环制动过程中的纵向冲动影响较小,其纵向车钩力和加速度均随车钩间隙增大而增大。实际运用中应根据线路条件合理搭配使用牵引杆,兼顾其启动和曲线通过能力。     

并联机床的平衡机构设计及优化

在通过仿真计算获取并联机床势能分布规律的基础上,设计了机床的平衡机构。以平衡效果最佳为目标函数,通过优化计算,得出了该平衡装置的结构参数值。平衡后,机床各驱动关节的最大驱动力只有平衡前的13.7%,平衡效果很好。该平衡方案结构简单,平衡效果好,可为类似结构机床的平衡提供参照。     

电液比例控制半主动悬架研究

针对车辆平顺性与安全性问题,该文提出了一种基于力输出的新型电液比例控制半主动悬架系统。并建立了1/4半主动悬架模型,应用变论域模糊控制策略进行了AMESim和Simulink的联合仿真,结果表明经过变论域模糊控制策略后的1/4半主动悬架较被动悬架簧载质量加速度降低了34.3%;悬架动挠度降低了7.3%;非簧载质量加速度降低了10.6%。     

一种机器人单关节伺服系统的能耗研究

以伺服电动机和减速机为主体的机器人单关节伺服系统为研究对象,在实验和仿真的基础上,对该关节系统的摩擦模型、动力学模型以及能耗模型的建模方法以及模型的特性进行了研究。首先,将该单关节系统分解成由高速轴和低速轴构成的抽象模型,基于Lu Gre摩擦模型和lagrange方程法分别建立高速轴和低速轴的动力学模型。在实验的基础上,利用最小二乘法和频响法对Lu Gre摩擦模型的静态参数和动态参数进行辨识。为了降低参数辨识的难度,根据高速轴和低速轴摩擦环境的近似性,建立了单关节系统简化摩擦模型。通过仿真和实验的对比分析,结果表明:建立的摩擦模型能够很好地反映该系统的摩擦行为。建立了考虑摩擦和电动机热损耗因素的能耗模型。通过实验和仿真分析,该动力学模型和能耗模型能够准确地反映关节伺服系统的力矩行为和能耗行为,从而为后续建立机器人多关节伺服系统的能耗模型和能耗优化控制提供理论基础。     

基于人行走能耗分析的踝关节外骨骼设计

基于对人体行走的能耗分析,设计了一种新型有源无动力踝关节外骨骼。首先,基于耦合摆模型建立人体行走摆动相动力学方程并采用打靶法求解。根据动量守恒原理分别计算摆动腿膝关节锁定、脚跟着地以及关节摩擦引起的能耗率。计算结果表明,脚跟着地引起的能耗率远大于膝关节锁定和关节摩擦引起的能耗率。然后,基于该能耗分析结果设计了一种足底弹性储能机构将脚跟着地时的能耗存储起来,在跖屈蹬地阶段释放助力。通过前脚掌压力信号控制电磁铁驱动的离合机构,实现对助力弹簧夹紧与释放的状态切换。样机实验结果表明：足底储能机构可以提高外骨骼的输出力矩和功率,提升助行能力;外骨骼的最大输出力矩为19N·m;穿戴该外骨骼行走时小腿三头肌激活度相较于不穿戴时最大下降约8.6%。踝关节角度测量结果表明,在摆动相期间外骨骼很少干扰穿戴者踝关节的正常活动。     

气力输送中变径管道系统设计的研究

介绍了气力输送中变径管道的设计方法和主要参数（临界速度、管径、压降、气体流速、变径位置、变杆角）的确定。通过分析实验数据,说明采用逐渐增大管径的变径管道可以有效地降低输送管道中的气速、压损和能耗。     

一种多柔体系统动力学建模方法

应用转动规范理论建立惯性系与非惯性系之间速度和加速度转换关系式。以此为基础导出多柔体系统的速度和加速度表达式 ,根据速度变分原理建立动力学方程。用本文方法 ,降低了计算机存储 ,最后给出一个数值算例。     

机器人的运动轨迹插值方法研究与分析

为了实现工业机器人手臂末端执行件在作业过程中的运动轨迹平稳、光滑且连续,同时关节运动轨迹中的速度、加速度变化光滑连续,且变化过程中不出现突变情况。基于NACHI的MZ07六自由度工业机器人,对其进行逆运动求解,在关节空间中,对过路径点的三次多项式、高阶多项式的插值算法进行研究与仿真。在过路径点的点到点(PTP)运动中采用三次与五次多项式结合的"353"多项式插值算法,并通过仿真,证明了"353"多项式插值能使各关节加速度变化得到平稳轨迹,并且降低了使用五次多项式插值后关节较高的最大加速度,使加速度变化更加平稳,减小了机构冲击。