抑制船舶非线性横摇的液压阻尼陀螺减摇装置

以旋转叶片式液压阻尼器为进动机构的陀螺和船舶作为研究对象,对其建立了联合动力学方程;在设计过程中通过让陀螺重心下移避免了陀螺输出奇异;在周期为4.76 s有义波高为1 m的随机横浪下,研究所设计的陀螺减摇装置对一渔政船的减摇效果,减摇率达到82.03%,仿真结果表明,此装置能有效抑制船舶的非线性横摇,陀螺重心下移能有效抑制陀螺输出奇异。     

甲板上浪船舶的横摇运动

应用数值方法研究甲板上浪时船舶的横摇运动特性。基于修正的伯努利方程,建立了船舶甲板上浪水量的计算模型。根据甲板上浪水的不同横截面形状,推导了甲板上浪水重心及上浪水高度的计算公式。考虑甲板上浪水引起的横倾力矩,建立了规则波浪中船舶的横摇运动方程。以一条艉滑道拖网渔船为例,计算了在不同初始甲板积水量、波浪频率和波浪激励幅值时船舶的横摇响应,分析了甲板上浪对船舶横摇运动的影响。研究结果表明,在初始积水量大于零、波浪激励频率较低时,甲板上浪使船舶的横摇幅值大幅增加。     

船舶减摇水舱横摇和横荡系统仿真

介绍由微机控制的船舶减播水舱试验台架，利用这套试验装置可以实时模拟在规到波和不规则波情况下船舶的横摇和横荡二自由度运动，从而可为研究减摇水舱的减摇性能提供又有效的参考数据。     

六自由度减摇模拟器系统研发

采用六自由度运动平台模拟船舶的运动,在其上部安装六自由度Stewart平台作为减摇装置,将船舶运动平台的位姿实时反馈到Stewart减摇平台的控制系统中,通过减摇控制算法获得减摇平台的控制信号,对Stewart减摇平台进行同步控制,实验结果证明减摇效果非常有效,理论上可以达到静止的效果。     

用于驱动减摇水舱试验台架的电液力矩伺服控制系统设计

船舶减摇水舱试验台架是研究和设计减摇水舱的重要试验设备,能否准确的模拟船舶在海浪中的运动是设计试验台架的关键,设计了用于驱动船舶减摇水舱试验台架的电液力矩伺服控制系统,并对系统进行了仿真,仿真结果表明系统符合设计要求。     

基于PMAC的减摇水舱试验台控制系统设计

减摇水舱属于典型的船舶横摇减摇装置,装船前必须采用试验台验证水舱的减摇能力。水舱试验台能够模拟船舶横摇、横荡两个方向的运动,采用液压伺服系统驱动。为了能够满足水舱试验的要求,克服耦合干扰力,设计了数字控制系统,并采用PMAC运动控制器实现对试验台的控制,最后通过试验调节参数,使系统达到预期指标。     

风浪激励下的两栖车辆非线性横摇动力学研究

采用单自由度系统研究了两栖车辆在规则波浪和风载荷激励下的非线性横摇动力学,建立了考虑非线性阻尼和非线性恢复力矩的非线性横摇动力学方程。非线性横摇动力学方程对应的哈密尔顿函数表明,当只有波浪扰动力矩作用时,非线性横摇运动是对称的;当有风载荷作用时,两栖车辆的非线性横摇运动不在对称。采用梅尔尼科夫法给出了激励幅值的阈值范围。最后,采用四阶龙格库塔法对两栖车辆的非线性横摇运动方程在不同的外载荷参数下进行数值积分。结果表明,两栖车辆横摇在风浪联合作用下表现出明显的非线性特性。     

起重机摇摆下伸缩套管防摇装置仿真和实验

船用起重机在海上作业过程中,悬挂重物的钢丝绳属于柔性件,加上风、浪等海洋环境载荷的影响,使得负载产生摆动。基于起重机海上作业时吊物的摇摆,设计开发了一种新型船用起重机伸缩套管减摇装置,利用套管的刚性约束来减小吊索的摇摆幅度,利用万向力矩结构减轻套管的受力,套管通过万向力矩运动时,依靠弹簧阻尼来存储释放能量,减少吊重的摆幅。介绍了伸缩套管装置的结构和原理,建立船、起重机、伸缩套管的数学模型,并利用Adams建立仿真模型进行运动学分析,得出伸缩套管装置具有明显的减摇效果,同时通过搭建实验平台进行实验,验证了伸缩套管装置在实际应用中具有显著的减摇效果。     

基于AMESim的柱形壳体横摇试验系统建模与仿真研究

以某柱形壳体的横摇装置为研究对象,在实验室条件下模拟高海情时,壳体以大角度横摇的试验要求,设计了多组并联液压系统驱动的横摇装置。为使系统易于实现,减小系统功率,提出了一种逐步加载的驱动方式;为了有效减小系统压力冲击,采用了位置和速度的双闭环控制策略。在AMESim中搭建液压系统模型并进行仿真分析。仿真结果显示,系统运行平稳,性能达到设计要求,为壳体大角度横摇台架的搭建提供了理论指导。     

风浪激励下的两栖车辆非线性横摇动力学研究（英文）

采用单自由度系统研究了两栖车辆在规则波浪和风载荷激励下的非线性横摇动力学,建立了考虑非线性阻尼和非线性恢复力矩的非线性横摇动力学方程。非线性横摇动力学方程对应的哈密尔顿函数表明,当只有波浪扰动力矩作用时,非线性横摇运动是对称的;当有风载荷作用时,两栖车辆的非线性横摇运动不在对称。采用梅尔尼科夫法给出了激励幅值的阈值范围。最后,采用四阶龙格库塔法对两栖车辆的非线性横摇运动方程在不同的外载荷参数下进行数值积分。结果表明,两栖车辆横摇在风浪联合作用下表现出明显的非线性特性。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的高精度位置控制

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经网络滑模控制方法。设计滑模控制律,采用径向基函数神经网络逼近控制律中的非线性模型,自适应算法根据误差在线调整神经网络的权值,同时可以保证整个系统的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出方法的转子位置精度达到99%,稳态误差为0.000 2 mm。神经网络滑模控制可以实现MSCMG转子系统的高精度位置控制。     

液压缸非线性约束下的轧机辊系振动行为

以四辊板带轧机为例,分析液压压下缸及弯辊缸在轧机辊系振动时表现出的分段弹性力和摩擦力两种非线性约束,建立液压缸非线性约束作用下的轧机辊系振动模型,并采用平均法求得振动系统的幅频响应。通过比较两种非线性作用下辊系振动速度和振动幅值的仿真曲线,研究辊系受分段弹性力和摩擦力影响时的行为特性。取不同分段弹性力和摩擦力,仿真分析两种非线性因素分别对轧机辊系幅频特性的影响规律。结果表明,轧机辊系振动速度受分段弹性力大小影响,系统不稳定频率区域随分段弹性力增大而变宽;摩擦力较小时,对辊系振动行为影响表现为阻尼特性,较大时,摩擦力的非线性成为影响辊系振动行为的主要特性。该结论为轧机辊系振动控制提供了理论参考。     

舰载精密光学系统扰动速度的自稳定控制

介绍了具有惯性导航系统的大型舰艇上前馈控制的自稳定方法。分析船摇产生扰动速度, 给出因船摇在方位和俯仰方向产生的附加速度及试验结果;并与速率陀螺自稳定方法进行了对比。     

基于零力矩点的车辆侧倾评价指标及侧倾控制研究

为了使车辆的行驶状态和稳定程度更为便捷的显现出来，以及对系统研发初期的效果进行评价，需要引入一个比较准确的评价指标，使其可以判断并量化车辆的侧倾稳定性，因此将零力矩点(Zero-moment point,ZMP)的概念引入到车辆的侧倾评价体系之中，通过对车辆侧倾模型以及刚性车辆模型零力矩点的推导，从而来预测车辆的侧倾倾向，并得出车辆的侧倾指数y_zmp，根据其侧倾指数y_zmp算出侧倾指标s；再通过与其他现有侧倾评价指标的对比与转换，从而证明该指标的准确性以及有效性。之后，再以某19座商用车为例，建立整车模型，并设计H_∞鲁棒控制的算法对半主动横向稳定杆的侧倾刚度进行实时调节，最后通过Trucksim和Simulink联合仿真来验证两种控制方法的有效性，同时，以侧倾指标来对比判断鲁棒控制算法的半主动横向稳定杆与被动横向稳定杆、模糊PID控制的半主动横向稳定杆对于侧倾运动的改善效果。根据仿真结果显示，半主动横向稳定杆相对于被动横向稳定杆来说，其在各个侧倾参数上都有明显的降低，并且相较于模糊PID控制的半主动横向稳定杆，H     

基于辊缝动力学的板带轧机垂直振动的研究

板形与板厚是衡量板带轧制成品几何精度的两大指标。而与这些指标直接相关的是轧机机座垂直方向的振动。本文将机座与轧件作为一个系统来研究 ,建立了基于辊缝动力学的 ,以分析板带轧机机座垂直振动对板形及板厚影响为目的辊缝动力学模型 ,提出了振动模态对板形及板厚影响的指标。得出的结论是 :板形与板厚控制的实质是辊缝的控制 ,在轧制状态下辊缝不仅与静力学因素有关 ,而且在很大程度上取决于辊缝动力学因素。本文所建立的模型考虑了阻尼因素及由辊缝动力学模型确定的非线性轧制力 P,使模型能更真实的模拟现场实际情况     

磁悬浮控制力矩陀螺锁紧机构可靠性设计及优化

鉴于传统确定性优化方法没有考虑结构参数的随机性对结构性能的影响,本文提出了一种基于可靠性灵敏度的锁紧弹片结构优化方法。首先,以某磁悬浮控制力矩陀螺锁紧弹片为研究对象,研究了有限元建模和失效模式;然后,考虑弹片结构尺寸和材料参数的随机性,结合响应面法与一次二阶矩法,研究了串联失效模式下弹片的可靠度计算方法,进而推导了可靠性关于设计变量均值和方差的灵敏度计算公式;最后,根据灵敏度分析结果,研究确定了弹片结构优化策略,构建了弹片可靠性优化模型。分析了安全系数法和可靠性法优化结果的差异,结果表明:与安全系数法相比,可靠性法的优化结果更好;在保证弹片可靠度的前提下,采用可靠性优化方法不仅使弹片质量下降了23.71%,使锁紧机构更加优化,而且使陀螺房质量也下降了0.98kg,有利于磁悬浮控制力矩陀螺整机结构的轻量化。     

Fuzzy Sliding Mode Control for the Vehicle Height and Leveling Adjustment System of an Electronic Air Suspension

The accurate control for the vehicle height and leveling adjustment system of an electronic air suspension(EAS) still is a challenging problem that has not been effectively solved in prior researches. This paper proposes a new adaptive controller to control the vehicle height and to adjust the roll and pitch angles of the vehicle body(leveling control) during the vehicle height adjustment procedures by an EAS system. A nonlinear mechanism model of the full?car vehicle height adjustment system is established to reflect the system dynamic behaviors and to derive the system optimal control law. To deal with the nonlinear characters in the vehicle height and leveling adjustment processes, the nonlinear system model is globally linearized through the state feedback method. On this basis, a fuzzy sliding mode controller(FSMC) is designed to improve the control accuracy of the vehicle height adjustment and to reduce the peak values of the roll and pitch angles of the vehicle body. To verify the effectiveness of the proposed control method more accurately, the full?car EAS system model programmed using AMESim is also given. Then, the co?simulation study of the FSMC performance can be conducted. Finally, actual vehicle tests are performed with a city bus, and the test results illustrate that the vehicle height adjustment performance is effectively guaranteed by the FSMC, and the peak values of the roll and pitch angles of the vehicle body during the vehicle height adjustment procedures are also reduced significantly. This research proposes an effective control methodology for the vehicle height and leveling adjustment system of an EAS, which provides a favorable control performance for the system.     

基于CFD的起重船水动力系数数值模拟

利用CFD方法计算了起重船船体垂荡、横荡和横摇运动的附加质量与附加阻尼。讨论了滑移面和流场的混合网格模型应用。进行了船模静水横摇试验,测量了起重船体横摇运动的附加质量与附加阻尼,比较了试验结果与数值计算结果,对起重船水动力系数的理论预报做了有益探讨。     

双框架控制力矩陀螺框架系统的扰动观测及抑制

内外框架间的耦合力矩、非线性摩擦和未建模动态是影响双框架控制力矩陀螺框架系统高精度角速率伺服控制的主要因素。为提高框架系统的干扰抑制能力,保证框架系统输出角速率精度,本文提出了一种基于非线性级联扩张状态观测器和滑模控制的复合扰动抑制方法。框架系统中的所有干扰都被认为是集总干扰并由设计的NCESO估计,通过滑模控制可从系统输出通道中消除集总干扰的影响。最后,将本文提出的控制方法与线性级联扩张状态观测器和状态反馈结合的复合控制方法进行了对比仿真实验。仿真和实验结果表明,本文提出的方法具有更好的干扰抑制和动态响应性能,内框架角速度波动从0.5(°)/s减小到0.2(°)/s,外框架角速度波动从0.45(°)/s减小到0.15(°)/s;跟踪正弦参考信号时,速度跟踪误差从1.8(°)/s减小到1.2(°)/s,相位滞后从8°减小到1.3°。