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张伟
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"任意字段=第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议"
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智能柔性机械臂系统压电作动器优化配置研究
智能柔性机械臂系统压电作动器优化配置研究
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
路恩
李威
杨雪锋
中国矿业大学 机电工程学院
江苏徐州 221116
针对智能柔性机械臂系统中压电作动器优化配置的问题,提出了一种新的压电作动器优化准则。首先,基于假设模态法和哈密尔顿原理,建立了压电智能柔性机械臂系统的
动力学
方程,并采用奇异摄动法将耦合的
动力学
方程分解为表征系统刚性运...
详细信息
针对智能柔性机械臂系统中压电作动器优化配置的问题,提出了一种新的压电作动器优化准则。首先,基于假设模态法和哈密尔顿原理,建立了压电智能柔性机械臂系统的
动力学
方程,并采用奇异摄动法将耦合的
动力学
方程分解为表征系统刚性
运动
的慢变子系统和表征柔性结构弹性
振动
的快变子系统。智能柔性机械臂系统的
振动
主要来自快速子系统所描述的弹性
振动
,因此基于快变子系统的模态H2范数,提出了压电作动器的优化配置准则,并使用改进的粒子群优化算法,实现了压电作动器优化配置的求解。随后,为了验证所提出的压电作动器优化配置方法的有效性和可行性,设计了压电智能柔性机械臂的复合控制器。数值仿真表明,压电智能柔性机械臂系统具有较好的单模态可控性和可观性,利用优化结果粘贴的压电作动器对抑制系统的弹性
振动
具有良好的效果,验证了所提出的压电作动器优化配置准则和方法是可行和有效的。
关键词:
柔性机械臂
奇异摄动法
H2范数
优化配置
振动
抑制
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旋转
运动
柔性臂
动力学
建模和控制研究
旋转运动柔性臂动力学建模和控制研究
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
杨子涵
江俊
西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室
西安710049
随着航空航天工业及制造业的飞速发展,轻量化和低能耗的旋转机构的应用越来越广泛,如:高速旋转机器人、空间大型机械臂、风电发电叶片等。由于这类挠性旋转结构具有
非线性
,大变形,强耦合的特征,针对这类系统的建模、
动力学
与
振动
...
详细信息
随着航空航天工业及制造业的飞速发展,轻量化和低能耗的旋转机构的应用越来越广泛,如:高速旋转机器人、空间大型机械臂、风电发电叶片等。由于这类挠性旋转结构具有
非线性
,大变形,强耦合的特征,针对这类系统的建模、
动力学
与
振动
控制方法的研究是当前热切关注的课题。本文以旋转
运动
柔性臂为研究对象,采用哈密顿原理和假设模态法建立了带有压电作动器的旋转
运动
柔性臂的
动力学
方程,并利用MATLAB/SIMULINK对
动力学
模型进行了仿真,验证了模型的有效性。在此基础上,采用PID控制和最优控制,实现了旋转
运动
柔性臂对给定
运动
状态的跟踪。由于旋转
运动
柔性臂在
运动
和停止过程中会产生较大幅值的
振动
,影响其位置定位的准确性,本文又设计了柔性臂
振动
控制的PD控制方法。基于仿真结果,在SIMULINK环境下借助QUARSER公司的Q8采集卡搭建了旋转
运动
柔性臂的
运动
跟踪和
振动
控制的实验平台。通过采用压电纤维复合材料(MFC)作为传感器和作动器,并结合位置伺服控制系统,实现了对旋转柔性臂位置跟踪和大幅
振动
的抑制。实验结果验证了
动力学
模型和控制方法的有效性。
关键词:
旋转
运动
柔性臂
运动
控制
振动
控制
压电纤维复合材料(MFC)
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两轮电动平衡车的分数阶PID控制研究
两轮电动平衡车的分数阶PID控制研究
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
凯周
永鹏台
宁陈
南京林业大学
两轮电动平衡车可以归属于轮式机器人的范畴,结构较为简单、占地面积小、
运动
灵活性较高,适用于危险狭窄的空间;其
动力学
系统具有多变量、
非线性
、强耦合、参数不确
定性
等特性,是研究各种控制方法的一个理想平台。因此,本文旨在研...
两轮电动平衡车可以归属于轮式机器人的范畴,结构较为简单、占地面积小、
运动
灵活性较高,适用于危险狭窄的空间;其
动力学
系统具有多变量、
非线性
、强耦合、参数不确
定性
等特性,是研究各种控制方法的一个理想平台。因此,本文旨在研究一种控制方法,在多自由度的车体结构中,使用陀螺仪和加速度传感器,来检测车身俯仰状态和状态变化率,通过高速中央处理器计算出适当数据和指令后,驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果;同时,通过改变两轮转速差可实现转向功能。本文根据两轮电动平衡车和电机的
力学
模型,基于
动力学
与电机理论,建立两轮电动平衡车辆的状态空间方程。采用分数阶PID控制通过控制左右轮的转速实现平衡车的平衡和
运动
。最后通过MATLAB仿真,分析了电动平衡车在正常路况下的
动力学
特性。由于引入了分数阶积分和微分阶次,控制器参数数量增加,整定范围变大,得到了更好的控制效果。
关键词:
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基于频域信号的反馈控制回路中固有时滞的辨识
基于频域信号的反馈控制回路中固有时滞的辨识
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
孙艺瑕
徐鉴
上海工程技术大学机械工程学院
上海 201620
同济大学航空航天与力学学院
上海 200092
时滞现象是
振动
主动控制中不可避免的.为明确时滞对系统
振动
特性的影响,时滞辨识已然成为主动控制中的基本问题,亦是难题之一.本文针对一个主动反馈控制系统,从频域信号出发,利用最小二乘拟合的方法辨识到了反馈回路中的固有时滞量...
详细信息
时滞现象是
振动
主动控制中不可避免的.为明确时滞对系统
振动
特性的影响,时滞辨识已然成为主动控制中的基本问题,亦是难题之一.本文针对一个主动反馈控制系统,从频域信号出发,利用最小二乘拟合的方法辨识到了反馈回路中的固有时滞量.首先,本文构建了一个主系统和时滞
动力
吸振器耦合系统的实验装置及反馈控制回路,并辨识得到滤波过程的固有时滞量;其次,建立了基于频率信号的时滞辨识理论模型,并在固有时滞-反馈增益系数的两参数平面上分析了系统的
稳定性
;再次,通过三组实验得到的幅频响应曲线,利用最小二乘拟合,辨识得到了反馈控制回路的固有时滞量;最后,讨论了固有时滞对系统幅频特性的影响.辨识结果表明,反馈控制回路中的固有时滞量约为63ms.这与基于时域信号的固有时滞辨识结果一致.此外,计入固有时滞后,通过选择合理的反馈增益系数,时滞
动力
吸振器可以大幅降低主系统的第二阶共振响应.
关键词:
时滞反馈控制
时滞辨识
稳定性
实验
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有界噪声诱导的二元机翼系统的矩
稳定性
分析
有界噪声诱导的二元机翼系统的矩稳定性分析
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
吴建成
刘先斌
南京航空航天大学
江苏南京210016
江苏科技大学
江苏镇江212003
南京航空航天大学
江苏南京210016
气动弹性
力学
是物理学和工程学中研究惯性、弹性与气
动力
之间相互作用的一个分支。在
非线性
气动弹性
力学
的研究领域,机翼问题具有重要的地位。机翼颤振是气动弹性
力学
中自激
振动
的一种重要现象,其由结构
非线性
和气
动力
非线性
的耦合所...
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气动弹性
力学
是物理学和工程学中研究惯性、弹性与气
动力
之间相互作用的一个分支。在
非线性
气动弹性
力学
的研究领域,机翼问题具有重要的地位。机翼颤振是气动弹性
力学
中自激
振动
的一种重要现象,其由结构
非线性
和气
动力
非线性
的耦合所引起。颤振不
稳定性
可能会降低飞机的性能,甚至会引起飞机事故,因此研究机翼颤振具有重要的实际意义。但是,先前的研究者在对颤振系统进行数学建模时,很少考虑到随机因素对系统的影响。为了研究随机因素对颤振系统的影响,本文用有界噪声构建随机因素,因为此噪声是许多工程应用中常用的噪声的理想模型。为了分析有界噪声对二元机翼系统的随机
稳定性
的影响,本文研究了p阶矩李雅普诺夫指数。虽然矩李雅普诺夫指数在随机系统的
动力学
稳定性
的研究中是重要的,但是完全确定它是困难的。通过摄动法和格林函数法,矩李雅普诺夫指数的二阶近似展开的解析解被得到。同时,根据Feller边界分类,本文讨论了奇异点的类型,得出此系统的边界点事进入边界。最后,利用Monte Carlo方法模拟了系统的矩李雅普诺夫指数的数值解,和解析解在
定性
上有很好的一致性。
关键词:
二元机翼系统
有界噪声
摄动法
格林函数
矩
稳定性
来源:
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基于变尺度和盲域消除法结合的Holmes-Duffing振子微弱信号检测方法
基于变尺度和盲域消除法结合的Holmes-Duffing振子微弱信号检测方...
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
赵波
杨绍普
赵志宏
石家庄铁道大学机械工程学院
石家庄 050043
针对微弱信号的检测,传统的方法以时域和频域分析为主,例如小波分析和频谱分析等方法,要求信号有较高的信噪比,且需要对信号进行预处理,来消除噪声,局限性很大。虽然消噪可以减少噪声的干扰,但是在消噪的同时,也会损失有用的微...
详细信息
针对微弱信号的检测,传统的方法以时域和频域分析为主,例如小波分析和频谱分析等方法,要求信号有较高的信噪比,且需要对信号进行预处理,来消除噪声,局限性很大。虽然消噪可以减少噪声的干扰,但是在消噪的同时,也会损失有用的微弱信号。随着
非线性动力学
的发展和混沌理论研究的深入,人们开始利用混沌方法来检测微弱信号。目前微弱信号的检测大多适用于特定频率的信号,效率低,而且忽略了待测信号初始相位对检测效果的影响,存在盲域,精度低等缺点。另外,在实际检测中,噪声的影响是不可避免的。针对这种情况,本文提出了一种高效率、高精度的盲域消除法和变尺度法的结合的新方法。即使用一组确定的参数,在分析初始相位对检测效果的影响下,构造检测方程组,来检测未知的微弱信号。此外还分析了噪声对检测效果的影响,并在检测时利用此结果进行了一定程度的消除。通过实例验证,相比以前的检测方法,此方法的检测精度更高,且简洁高效。
关键词:
Duffing方程
盲域消除
变尺度
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声学黑洞效应在压电能量采集中的应用
声学黑洞效应在压电能量采集中的应用
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
熙李
千丁
天津大学
如果薄板的厚度以指数形式减小(h(x)= εxm,h(x)为薄板在x处的局部厚度,ε为常数,m为正有理数且m ≥ 2),弯曲波波速会随着厚度的减小逐渐减小。在理想情况下,波速将减小为零,不会发生尖端反射,产生类似于黑洞的效应,这种楔形结构就是声...
如果薄板的厚度以指数形式减小(h(x)= εxm,h(x)为薄板在x处的局部厚度,ε为常数,m为正有理数且m ≥ 2),弯曲波波速会随着厚度的减小逐渐减小。在理想情况下,波速将减小为零,不会发生尖端反射,产生类似于黑洞的效应,这种楔形结构就是声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)。声学黑洞效应对波有操纵能力,可以将波动能量聚集到一定的区域内,实现宽频聚能,在减振降噪、能量采集等领域具有广泛的应用前景。本文研究声学黑洞效应在压电能量采集中的应用。首先利用传递矩阵法求出带有截断厚度楔形结构的固有频率和模态函数;然后分析了不同参数对楔形结构尖端应变能分布的影响,验证了声学黑洞的聚能效应;最后建立楔形悬臂梁声学黑洞压电能量采集器的机电耦合
动力学
方程,求解并讨论各种参数对频率响应函数的影响。通过与等厚度梁的对比,表明该结构能大幅度提高能量采集效率。
关键词:
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Z型折叠机翼的气
动力
计算及
非线性动力学
分析
Z型折叠机翼的气动力计算及非线性动力学分析
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
陈璐璐
郭翔鹰
张伟
北京工业大学机电学院
100124
气动弹性
力学
是一门涉及空气
动力学
、结构
动力学
和弹性
力学
的交叉学科,其任务是研究气
动力
和弹性体之间的相互影响.计算变形机翼结构的气
动力
需要结合伸缩机翼本身的机构变形特性,通过分析结构的
动力学
特性将进一步推动变形体中气动...
详细信息
气动弹性
力学
是一门涉及空气
动力学
、结构
动力学
和弹性
力学
的交叉学科,其任务是研究气
动力
和弹性体之间的相互影响.计算变形机翼结构的气
动力
需要结合伸缩机翼本身的机构变形特性,通过分析结构的
动力学
特性将进一步推动变形体中气
动力
计算的发展.Z型折叠机翼是变形机翼的一种,其结构主要通过改变折叠角度来改善全机升阻特性.本文主要研究了Z型折叠机翼的气
动力
计算及
非线性动力学
分析,探讨了可折叠翼变形飞行器气动特性,并对气动性能进行一定的分析,利用准定常假设来简化计算机翼折叠过程中变体飞机的气
动力
:认为在机翼折叠的任一瞬时,全机的气
动力
仅取决于该瞬时飞机的静态构型和飞行状态,从而推导出机翼折叠过程中的气
动力
.本文将Z 型折叠机翼简化为以刚性铰链相连接的三块复合材料层合板.采用Reddy 经典板理论、考虑Von Karman 几何大变形,利用Hamilton 原理建立了在气
动力
作用下的Z 型可折叠复合材料层合板结构的
非线性动力学
方程,通过有限元模拟设置合理的边界条件进行结构的模态分析与谐响应分析,研究Z 型折叠板不同模态下的
振动
形式,从而求得Z 型复合材料折叠板前两阶的模态函数.运用Galerkin 法对Z 型折叠板结构的
非线性动力学
方程进行二阶离散,利用数值方法分析Z 型折叠板的特定参数条件下的
非线性动力学
行为.
关键词:
Z型折叠机翼
折叠角度
气
动力
非线性动力学
来源:
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随机环境下周期通道中的粒子
运动
随机环境下周期通道中的粒子运动
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
梅若星
许勇
西北工业大学理学院应用数学系
周期通道是从分子筛、石墨烯、细胞膜离子通道等实际模型中提炼出来的一种边界模型,具有周期性的几何结构。粒子在周期通道
运动
时,因受到周期通道和施加于周期通道的外驱力的影响,会出现与周期通道不存在时不同的
运动
行为。本研究以...
详细信息
周期通道是从分子筛、石墨烯、细胞膜离子通道等实际模型中提炼出来的一种边界模型,具有周期性的几何结构。粒子在周期通道
运动
时,因受到周期通道和施加于周期通道的外驱力的影响,会出现与周期通道不存在时不同的
运动
行为。本研究以正弦形周期通道为研究对象,首先考虑随机环境为白噪声,周期通道中的外驱力是常力。在朗之万方程对应的FPK方程基础上,将周期边界等效为作用于粒子的势,得到了考虑白噪声强度下描述粒子
运动
的FJ方程以及粒子流的解析表达式,并用数值解验证了所得结果的有效性,揭示白噪声的噪声强度对周期通道内粒子
运动
的影响。其次,考虑随机环境为色噪声,类比白噪声情形下的研究思路,分析色噪声的相关时间、色噪声强度、周期通道中外驱力对粒子流等
运动
行为的影响,为粒子分离器、DNA碎片的分离机制的设计提供建议。
关键词:
周期通道
色噪声
FPK方程
FJ方程
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基于气
动力
耦合的压气机叶片
振动
特性分析
基于气动力耦合的压气机叶片振动特性分析
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第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议
作者:
马莉
姚明辉
张明明
张伟
北京工业大学
北京100124
机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室
北京100124
北京工业大学
北京100124
由于叶片的流固耦合特性、三维强
非线性
和非定常特性,使得气流激振力下的叶片
振动
分析仍然是当今的技术难点之一。本文基于叶栅实验及叶片设计原理,研究压气机叶片非定常气
动力
时空结构特性,重点分析在给定来流情况下气
动力
的分布形...
详细信息
由于叶片的流固耦合特性、三维强
非线性
和非定常特性,使得气流激振力下的叶片
振动
分析仍然是当今的技术难点之一。本文基于叶栅实验及叶片设计原理,研究压气机叶片非定常气
动力
时空结构特性,重点分析在给定来流情况下气
动力
的分布形式和规律。在考虑方程统一性的前提下进行关联性的定量化建模和分析,构建基于气
动力
耦合的叶片
动力学
模型。对低转速低压压气机单个叶片表面的气
动力
级数形式、多项式形式的显式表达式进行推导,并且对叶片的
动力学
特性进行分析。叶片被简化为预扭转预安装的旋转悬臂板,在变转速和离心力条件下,考虑剪切变形,考虑弯扭耦合效应所引起的截面翘曲,利用Chebyshev-Ritz 法求出叶片板模型的动态频率,并与有限元结果进行对比。基于Reddy一阶剪切板理论和Von-Karman大变形理论,结合气
动力
耦合模型,应用Hamilton原理建立气
动力
作用下旋转叶片的
非线性
偏微分
动力学
方程,进行Galerkin二阶离散,针对离散后的常微分
运动
方程,分析预安装角、预扭转角、厚度和变转速对叶片
振动
特性的影响,并与有限元结果进行对比。研究结果表明,在低压压气机中,推导所得的气
动力
显式表达式具有较高的准确性。
关键词:
亚音速气
动力
非定常
显式多项式
截面翘曲
动态特性
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