基于虚功原理的Stewart-Gough型并联机构的逆动力学研究

为了提出一种更为简便的系统方法用于对Stewart-Gough型并联机构的动力学逆解问题进行求解,采用矢量法研究Stewart-Gough型并联机构的运动学,在运动学的基础上,基于虚功原理和雅可比矩阵理论,建立Stewart-Gough型并联机构的动力学方程,将Stewart-Gough型并联机构的动力学方程缩减为一组包含6个未知数的6个线性方程.最后,编制了一套计算程序用于求解并联机构的逆动力学,通过仿真得到了动平台的动力变化曲线.由于采用了雅克比矩阵方法,而不用去求偏速度和偏角速度,使并联机构的动力方程更为简洁.     

基于GPU并行的液货船破损浮态计算

为了提高液货船破损浮态计算性能,提出一种基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)的船舶破损浮态并行计算方法。通过对船舶三维模型切片,然后对所有切割肋位横截面做等距偏移和简化,得到船舶外壳和破损舱室的外板离线数据。在GPU中进行船舶外壳、破损舱室和水线面的求交计算。然后对雅可比矩阵系数分类进行并行计算,将计算得出的雅可比系数送回中央处理器(center processing unit,CPU)中求解船舶破损浮态方程。通过计算两种载况下的破损组合,与直接使用CPU计算相比,在保证计算精度的前提下,计算速度可提高9～14倍,有效提高了液货船破损浮态浮态计算的实时性。     

Stewart型并联平台跃度映射

以刚体速度的旋量描述为基础,推导刚体跃度的旋量表达式.在此基础上利用旋量的李括弧运算,得到6自由度UPS串联机构的跃度映射.将串联机构的跃度映射推广到并联机构,建立Stewart型并联平台的跃度映射模型,得到表征跃度映射的三阶影响系数矩阵.该矩阵为四维矩阵,只与机构的位型有关,根据机构类型、运动学尺寸及广义坐标,即可直接得到该矩阵.以XYZ欧拉角为例,推导出上平台的姿态三阶导数与其角跃度的变换公式.最后通过虚拟样机仿真和理论计算的对比验证了跃度映射模型的正确性.     

工业机器人雅可比的空间算子代数描述

应用空间算子代数理论,研究工业机器人雅可比的结构特点,研究表明工业机器人雅可比可表示为3种空间算子的乘积,即J=B*Ф*H*,这种表示具有简洁的数学表达和明确的物理意义,据此可形成对速度和静力的高效递推算法.     

基于Kane动力学和通路矩阵的水下自重构机器人建模

文章推导出基于通路矩阵和Kane方法的水下自重构机器人的运动学和动力学方程。引入图论的知识解决水下自重构机器人的统一构形描述问题,提出采用通路矩阵描述水下自重构机器人的不同构形,结合Kane方法,建立了水下自重构机器人的运动学和动力学模型。以水下自重构机器人的典型构形(水下四足行走构形)为例,验证了该方法的有效性和可用性。     

工业机器人雅可比的空间算子代数描述

应用空间算子代数理论，研究工业机器人雅可比的结构特点，研究表明工业机器人雅可比可表示为3种空间算子的乘积，即：J＝B＊Φ*H*，这种表示具有简洁的数学表达和明确的物理意义，据此可形成对速度和静力的高效递推算法。     

基于CUDA的散货船稳性并行计算

为提高散货船配载仪中船舶稳性计算速度,通过使用CUDA(Compute Unified Device Architecture)对稳性计算过程进行并行加速.首先基于CGAL(Computational Geometry Algorithms Library)中的切片模块按肋位纵向切割船体型表面,得到每个肋位处横剖面型值数据;然后对横剖面型值数据进行等距偏移模拟板厚,得到各肋位处的外板数据;然后将外板数据发往GPU;在GPU中通过水线面和外板数据求解并行计算雅克比矩阵系数;最后将雅可比矩阵系数传回CPU,求解稳性方程组.     

基于CUDA的散货船稳性并行计算

为提高散货船配载仪中船舶稳性计算速度,通过使用CUDA(Compute Unified Device Architecture)对稳性计算过程进行并行加速。首先基于CGAL(Computational Geometry Algorithms Library)中的切片模块按肋位纵向切割船体型表面,得到每个肋位处横剖面型值数据;然后对横剖面型值数据进行等距偏移模拟板厚,得到各肋位处的外板数据;然后将外板数据发往GPU;在GPU中通过水线面和外板数据求解并行计算雅克比矩阵系数;最后将雅可比矩阵系数传回CPU,求解稳性方程组。     

平方根求容积卡尔曼滤波的组合导航算法

以全球定位系统与航位推算(GPS/DR)相结合的组合导航系统为研究对象.为解决在GPS/DR组合导航研究中传统扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的滤波精度和稳定性差问题,引入了平方根求容积卡尔曼滤波算法.作为一类sigma点滤波方法,SCKF有效避免了EKF计算雅可比矩阵,提高了估计精度.仿真结果表明,对于船用GPS/DR组合导航问题,该算法能获得更好的性能指标,更符合实际船用组合导航要求.     

置信域优化法求解船舶浮态方程

船体在欧几里德空间内的位置通过欧拉角描述后,根据牛顿定律可建立以横倾角、纵倾角和水线面高度为变量的浮态平衡方程。求解该非线性方程组可以转化为数学中的数值优化问题,并使用非约束优化方法求解。通过理论研究和基于MATLAB编程的计算实例表明:传统的牛顿法容易产生雅可比矩阵不可逆的问题,导致迭代中断,而置信域法能保证目标函数收敛,对初始值的依赖程度低,因此更加稳定可靠,适合应用于工业计算;此外,该方法也可应用于其他稳性问题,如计算完整稳性和破舱稳性中的复原力臂曲线以及平台的变轴横倾等。     

五自由度船舶靠泊装置机构设计及运动分析

为提高船舶靠泊安全系数，减少大型船舶靠泊事故的发生，设计一种以两转动一平移3-RPU并联机构为主体结构的5自由度船舶靠泊装置。基于螺旋理论和修正G-K公式，计算出并联机构的自由度；利用齐次位姿变换建立各连杆矢量方程，推导出并联机构位置正反解数学表达式，基于位置反解表达式求出并联机构的雅克比矩阵，根据雅克比矩阵对3-RPU机构的三类运动学奇异性进行分析；建立机构驱动关节速度与动平台速度之间的关系，对正反解的研究结果进行数值验证，并运用MATLAB对位置和速度反解进行仿真；采用蒙特卡洛法求解并联机构的可达工作空间，并运用MATLAB编程绘制出工作空间三维图和截面图，验证了3-RPU并联机构的可行性，为3-RPU并联机构的应用提供理论依据。     

非线性自整定PID主机数字调速器

调速系统是船舶主机遥控系统的核心组成部分,船舶主机性能优劣及寿命很大程度上取决于其调速系统的性能.分析船舶主机调速系统的特点,研究了基于径向基函数(RBF)神经网络自整定非线性PID的主机转速控制,基于内模原理的偏差重复补偿PI的主机油门控制.讨论了PID参数随偏差变化的规律,控制对象的Jacobian辨识和主机油门的重复控制补偿,并分别进行了仿真.结果表明,本文设计的非线性自整定重复控制补偿调速器在充分考虑偏差特性的情况下,有效提高系统的动态精度和抑制扰动的能力,改善主机运行的稳定性.     

The design of underwater hull-cleaning robot

The research on underwater ship-hull cleaning robot was conducted on the purpose of realizing the automation of cleaning underwater ship hull so that service life of ship will be prolonged and ship speed will raised. Moreover, fuel consumption and the work intensity of divers will be reduced. In this paper, the current situation and the latest technology in China and abroad were analyzed; meanwhile, the typical characteristics of the underwater cleaning robot were introduced. According to the work principle of the underwater cleaning robot, the emphasis was put on the analysis and study of permanent-magnetic absorption, magnetic wheel, airproof and anticorrosion, underwater cleaning equipment and control system. The robot is easy in rotation and simple in control.     

基于凝集质量法的海洋缆索动态响应建模与仿真

提出了一种基于凝集质量法的海洋缆索动态响应研究的模型,该模型采用Kane方法以广义主动力与广义惯性力相平衡的方式得到缆索运动的控制方程。模拟了以拖船-落锚方式布放次水面浮标的时间历程。对浮标结构设计与布放作业有一定的参考价值。     

基于面元法的吊舱推进器定常性能研究

基于势流理论面元法建立了吊舱推进器定常性能的计算方法.分别建立螺旋桨和吊舱的积分方程,通过在表面上布置双曲面元将方程离散为以面元上偶极强度为未知量的矩阵.螺旋桨和吊舱之间的相互影响通过迭代计算来处理.Newton-Raphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件.为避免数值求导中的奇异性,用柳泽(Yanagizawa)方法求得物体表面的速度分布.支架作为升力体处理,并通过迭代计算更新支架的尾涡形状.计算了拖式吊舱推进器的定常水动力性能,与实验结果的比较表明,计算误差在5%以内.分析了舱体对螺旋桨的影响,舱体的伴流会引起螺旋桨的载荷增大.     

基于相对可计算性理论的过程模式可计算泛函

研究了无穷计算的基本性质,引入基于相对可计算理论的过程模式可计算泛函概念。通过可计算性基本性质比较,证明了过程模式可计算泛函概念是部分递归泛函概念的扩展,即部分递归泛函类是过程模式可计算泛函类的真子集。     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

矩阵方程AX-XTB=C可解的充要条件

利用矩阵的广义逆矩阵理论,通过把矩阵方程化为与其等价的方程组求解,给出方程有解的充要条件,并给出在有解条件下方程通解的表达式。