惯导减振系统灵敏度分析及参数优化

惯导系统所处振动环境对其测量精度的影响不可忽视。针对某光纤惯导减振系统,根据基于频响函数的子结构综合方法建立的随机振动模型,推导了IMU均方根响应对减振器设计参数灵敏度的解析解。通过数值算例,首先将其与中心差分法进行了数值对比,验证了该方法的正确性。然后使用该方法,以IMU均方根转角的均方值最小为优化目标,对减振器的刚度进行了优化,优化后惯导减振系统的角位移明显减小。结果表明所提方法能够有效抑制惯导系统的振动耦合。     

无人机惯导减振系统设计及其支架拓扑优化

支架作为惯导减振系统的重要组成部分,其动态特性对惯导减振系统的影响不可忽视。以某型号无人机惯导减振系统为例,根据其动态特性要求,对该系统的减振器参数进行了设计与工艺匹配;其次,基于变密度法对支架进行了拓扑优化,质量减少了19.9%,系统的一阶固有频率由57.09 Hz提高到58.76 Hz。最后,分别进行了惯导减振系统线振动和角振动实验,实验结果表明:优化后惯导减振系统的谐振频率为55 Hz,最大加速度传递率为2.2,-3 d B带宽在30~40 Hz范围内,相位滞后在5.16°~9.17°内,均满足设计要求。说明该惯导减振系统的设计及其支架拓扑优化方法是有效的。     

硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器的设计方法及实验分析

降低发动机扭转振动的方法之一是加装曲轴扭转减振器。而传统的纯橡胶阻尼式曲轴扭转减振器由于其橡胶材料的滞后角普遍较小,因此不能在较宽的频域范围内提供适当的阻尼,导致其减振、隔振的效果较差。介绍了硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器的结构,建立了该扭转减振器的力学模型并提出了基于粒子群优化方法的设计参数优化方法。计算结果表明,优化后的系统中曲轴的扭转振动幅值降低,并通过实验验证了硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器控制发动机曲轴扭转振动的有效性。     

发动机曲轴系统扭转振动计算方法及优化控制

以某一发动机曲轴系统为研究对象,建立了曲轴系统扭转振动的集总参数模型,并利用集总参数模型计算了曲轴前端在气缸压力作用下的扭转角位移;分析了减振器惯性质量绕曲轴中心线的转动惯量和扭转刚度对曲轴系统扭转振动的影响;最后,对扭转减振器进行了参数优化设计,并给出了优化结果.     

节点刚度和惯质对减振器及轨道车辆悬挂性能的影响

为了研究节点刚度和惯质对减振器阻尼性能及悬挂减振性能的影响,基于等效原理和强迫振动原理,首次建立了统一的等效"质量-弹簧-阻尼"(MSD)模型和基于节点刚度和惯质的垂向动力学模型。数值分析结果表明:等效阻尼与原阻尼成比例关系,比例因子为刚度比、质量比、阻尼比和频率比的函数;等效MSD模型的振动特性与不考虑节点刚度时的趋势一致,但放大因子有所增加;节点刚度和惯质对减振器和悬挂系统特性的影响效果相反,但综合考虑节点刚度和惯质可以得到合理的悬挂设计。该结果为悬挂结构优化设计提供了一种新的思路和方法。     

捷联惯导减振器参数估计与光纤环应力响应分析

建立了捷联惯导系统的有限元模型,提出用单自由度弹簧振子模型估计减振器的刚度和阻尼系数的方法,并得到实验的验证。提出用一维系统低频逼近多自由度解耦系统的近似分析方法。解释了陀螺随机振动响应曲线高频波动的原因。分析了光纤环的材料刚度和几何参数对其内应力的影响规律。     

深孔钻削系统扭振动力减振器的优化设计

深孔钻杆在钻削过程中易产生扭转振动,可通过在钻杆支架上设置动力减振器,来抑制钻杆的扭转振动;为了取得良好的减振效果,需要对常规设计方法得到的动力减振器进行优化。首先对深孔钻削扭振减振系统进行简化,得到系统附加动力减振器的运动方程及减振指标;再对动力减振器减振特性进行研究,初步确定最优结构参数的范围;最后根据在现实中的使用情况,提出目标函数对常规设计方法得到的动力减振器的各项参数进行优化。从而使得在结构设计阶段,通过选取合适的阻尼和刚度材料,使其在工作过程中减振效果最佳。     

基于BTA钻杆扭振的动力减振器设计

在BTA系统深孔钻削过程中，钻杆容易产生扭振。首先，分析了钻杆产生扭振的原因；其次，对使用动力减振器减振进行研究，建立了深孔钻杆系统附加动力减振器后的模型和运动方程；再次，分析了各参数对减振性能的影响，并对动力减振器的参数进行优化；最后，对动力减振器进行结构、安装位置的设计，以保证其减振效果。     

馈能式磁流变半主动悬架协调控制研究

为了优化车辆悬架的减振控制及振动能量回收,提出了一种基于协调控制的馈能式磁流变半主动悬架。建立了1/4车二自由度悬架力学模型、磁流变减振器数学模型和馈能模型,利用MATLAB/Simulink软件对馈能特性进行了仿真分析,并进行了参数敏感性分析。分析了减振器实现自供能的条件及结构参数的影响,设计并分析了多模式协调控制下的悬架动力学特性和馈能特性。结果表明,该减振器馈能结构参数对自供能影响较大;协调控制器能够有效协调悬架系统减振与馈能关系,降低能耗,阻尼力可控性好,能够衰减车辆振动,馈能特性效果良好,验证了该结构的可行性。     

双柔性梁振动激光视觉测量与自适应协同控制

双柔性梁耦合结构常用于航天领域，如太阳翼伸展结构、太阳能电池阵等。针对双柔性耦合梁系统振动非接触测量和控制问题，构建了基于点激光结构光视觉系统的测控实验平台，进行了点激光视觉振动测量研究和振动控制算法设计。对点激光视觉系统进行标定，通过图像处理结合几何方法提取了柔性梁的振动信号。建立了系统动力学模型，采用小波变换和优化方法辨识状态空间方程参数。设计了直接自适应模糊协同控制器（Direct Adaptive Fuzzy Cooperative Controller, DAFC）进行双柔性梁系统的振动主动控制，采用羚羊优化算法基于辨识模型优化控制器参数。在双柔性耦合梁系统固定和平移运动两种情况下，进行了振动视觉检测和控制实验研究。实验结果表明：所设计的点激光视觉传感器有较好的振动测量精度，DAFC控制器相比于PD控制器有更好的控制效果，可以更加快速地抑制双柔性耦合梁的振动。     

面向室内行人的Range-only UWB/INS紧组合导航方法

为了提高室内行人组合导航系统的精度和灵活性,提出了一种Range-only超宽带(UWB)/惯性导航系统(INS)紧组合导航方法。该方法将锚点的位置信息引入到系统状态变量中并通过数据融合滤波器进行预估,以克服传统UWB/INS紧组合导航模型中需要预先获取锚点位置信息的缺点,减少锚点位置信息精度对组合导航系统的影响。在此基础上,利用迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)来完成组合导航系统的数据融合滤波,以提高对目标行人导航信息的预估精度。实验结果显示,所提方法的平均绝对位置误差与传统UWB/INS紧组合方法相比降低了11.69%,算法对锚点位置信息的依赖程度也显著降低。     

GPS/INS组合导航系统的研究

讨论了飞机惯性导航系统(INS)与全球卫星导航系统(GPS)的利与弊以及卡尔曼滤波方法在组合定位中的应用情况,进一步提出了基于神经网络数据融合方法的GPS/INS组合导航系统.系统神经网络结构采用单隐层的三层神经网络,输入输出神经元数目是4个,基于256个训练样本由经验公式求得隐层神经元数目为8个,同时还建立了惯导系统的数学模型和数据融合的数学模型.给出了利用MATLAB编制的神经网络训练程序并对这一神经网络进行了训练和仿真.实验表明,组合导航系统经度误差可达9m,纬度误差可达8m,与单独GPS定位和INS定位相比精度得到了提高.     

The structure optimization of tracked ambulance nonlinear vibration reduction system

Our aim was to improve the performance of tracked ambulance nonlinear vibration reduction system by structure optimization design. The structure optimization focuses on the stretcher base. Two structure optimization schemes are proposed based on the mechanism of Dynamic vibration absorber (DVA): Linear and nonlinear structure. The linear structure optimization scheme is finally adopted by comparison of the two schemes under random vibration, and the performance of linear scheme is also verified under shock vibration. Then the global sensitivity analysis method is applied to calculate the parameter sensitivity of nonlinear vibration reduction system. Finally, the Nondominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) is used to optimize the performance of the nonlinear vibration reduction system. It shows that the vibration energy of the supine human body on a stretcher is reduced after above studies, which proves the validity and feasibility of the structure optimization schemes proposed and the optimization studies applied in this paper.     

基于NSGA_Ⅱ算法的双驱动进给系统结构优化

为了满足双驱动进给系统轻量化和高抗振性能要求,提出了以质量、最大耦合应力和一阶固有频率为目标函数的进给系统多目标优化设计方法。采用灵敏度法选取优化参数,通过正交试验设计方法建立了进给系统的二阶响应面模型,并将非劣排序遗传算法Ⅱ（NSGA_Ⅱ）作为求解算法。计算结果表明工作台质量减小0.3%,最大耦合应力减小5.9％,一阶固有频率提高了9.32%。以双驱动进给系统的工作台为研究对象进行了结构多目标优化设计,并将优化前后双驱动进给系统进行了动态试验测试,验证了所提出的优化方法的正确性。     

微型高精密惯导测试转台结构设计及力学分析

惯导测试转台在航空航天领域有重要作用,是模拟、测试、仿真等的关键设备。文中基于用户需求,提出一种转台的轻量化设计方法,运用UG软件实现建模和优化,并进行有限元分析,结果表明主要零件及结构总体的强度和刚度均满足设计要求。同时,该转台的前6阶频率在555.44 Hz和1 534.7 Hz之间,满足共振频率≥450 Hz的要求。在飞行器微型化的趋势下,该微型高精密惯导测试转台的设计方法可为类似产品的设计提供参考。     

一种新的舰载惯导系统摇摆基座初始对准方法

针对舰载惯导系统在摇摆基座条件下高精度初始对准问题,提出一种简单且易于实现的快速初始对准方法。利用开路法构建数学稳定平台隔离载体摇摆运动,提高了高精度舰载惯导系统摇摆基座对准过程中量测数据的信噪比,缩短了对准时间并提高了误差参数的估计精度;建立了开路法数学平台偏角的误差模型,利用参数辨识法提取相关对准参数,从而估计出陀螺漂移和数学平台偏角并进行补偿。海上试验结果表明,该对准方法可在8 h内达到优于0.000 5°/h的对准精度,有效地解决了摇摆基座条件下舰载惯导系统的高精度初始对准问题。     

INS/SFGPS PPP紧组合系统动态补偿滤波算法

惯性/卫星组合导航系统结合精密单点定位技术可有效提高导航定位精度。但精密单点定位技术一般需采用双频接收机,成本较高;同时该系统中采用载波相位作为部分或全部观测量,极容易受到周跳的影响而导致精度下降和系统不稳定。针对上述问题,设计了一种惯性/卫星精密定位紧组合导航系统以及基于动态周跳补偿的鲁棒滤波算法。该系统采用低成本的单频接收机(SFGPS),以精密单点定位技术(PPP)处理过的伪距和载波相位作为观测信息,与惯性导航系统(INS)等效观测量进行紧组合,建立了相应紧组合观测模型并引入周跳作为信息融合滤波状态模型中的状态量,以滤波器信息构建周跳检测统计量并对周跳幅值进行识别和估计,实时补偿观测量以提高观测信息精度,同时以前述周跳估计的结果对状态模型中周跳状态量部分滤波参数进行实时调节。上述方法通过动态补偿周跳误差提高导航精度,通过滤波器参数自适应调节提高滤波稳定性。仿真结果验证了该系统模型及算法的有效性。     

激光捷联惯导便携式测试设备设计及实现

针对激光捷联惯导提出了便携式测试设备的研制方案。基于易携带、智能化、高可靠、低成本的原则,通过选用加固型平板电脑,优化的软件人机界面和流程设计,研制成功了激光捷联惯导便携测试设备。通过大量试验和用户的使用,表明该设备能方便迅速地实现在外场条件下惯导功能及性能测试的设计要求。     

基于动力吸振原理的随机振动减振优化

针对随机振动下某器件加速度响应过大的情况,设计了2 款无阻尼梁式动力吸振器。以器件上最大加速度响应有效值最小化为减振设计目标,以吸振器安装位置、尺寸等参数为设计变量,对吸振器进行优化设计,比较了不同材料、不同形式吸振器的减振效果。研究结果表明,梁式吸振器结构简单,质量比小,在不改变印制板布局的前提下,能显著减小器件的加速度有效值。     

基于减振器设计的高速列车地板降噪特性研究

为解决铁路列车在轻量化、高速化的过程中带来的一系列车辆振动和噪声问题,针对已有车体结构,重点研究了地板减振器参数变化对改善车辆隔声性能的影响。首先,开展车内噪声特性及车内噪声源识别测试,探明车内噪声的显著频段、主要声源源强及分布特性;其次,对比分析地板内部安装减振器前后车辆噪声特性的变化,明确地板减振器的降噪效果;最后,运用基于声学实验室测试的方法对地板减振器各类参数开展研究和优化设计。研究表明:地板结构为车内噪声主要传声结构和声源分布区域;安装地板减振器可以有效提高地板结构的隔声量,从而达到抑制车内噪声的目的;改变地板减振器刚度、邵氏A硬度、阻尼、载重及数量均对地板结构隔声性能有一定影响。本研究可为轨道车辆减振降噪设计提供依据。