汽车高速行驶操纵性柔性多体动力学预测方法

为了评价、鉴定汽车在高速公路上高速行驶时的操纵性,运用柔性多体系统动力学方法,建立了基于ADAMS软件平台的整车刚柔耦合多体系统操纵动力学仿真分析模型.对模型中柔性体,应用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,利用ADAMS/Flex模块,将模态变形融入柔性多体系统的运动学、动力学仿真中.通过“转向盘中间位置的仿真“,得到了转向盘力输入的主要评价指标值,仿真计算与实测结果最大误差在10%以内.因此,在汽车设计阶段,可以利用柔性多体模型较准确地预测汽车在高速公路上高速行驶时的操纵性,并可替代实车测量方法.     

桥梁柔性对中低速磁浮车辆平曲线通过的影响

为研究桥梁柔性对中低速磁浮车辆在曲线半径为70.0 m的平曲线上运行时的动态响应影响,对通过柔性桥梁和刚性轨道时的车辆动态响应开展了对比分析. 首先,建立了122个自由度的车辆空间动力学模型,模型中考虑了具有主动悬浮与被动导向特性的二维磁轨关系;其次,利用三维铁木辛柯梁参数化建模方法,建立了由柔性桥梁组成的平曲线有限元模型;最后,通过悬浮力的联系形成了车辆-曲线桥梁系统刚柔耦合动力学模型. 研究结果表明:17.0 m跨径的圆曲线桥梁的自振特性和动位移响应满足相关标准要求;与车辆通过刚性轨道相比,柔性桥梁作用下的车辆系统动态响应更为剧烈,这种差异在车辆系统的横向动态响应上体现明显,而悬浮间隙和车体垂向加速度的响应差异较小,考虑刚性轨道时将高估车辆的曲线通过能力;柔性桥梁和刚性轨道两种模型计算得到的电磁铁最大横向位移不超过6.0 mm,悬浮间隙可在额定值的 ± 4.0 mm内波动,表明在开展对比计算的工况下车辆具有良好的曲线通过性能.      

Relative Attitude Dynamics and Control of Spacecraft Formation Flying Considering Flexible Panels

As a key technology for orbital applications, researches on spacecraft formation flying (SFF) attract more attention. However, most of existing researches about dynamics and control of SFF focus on rigid spacecrafts without considering the effect of flexible attachments (such as flexible panels). In this paper, relative attitude dynamics and active control of SFF for a flexible spacecraft (follower spacecraft) and a rigid spacecraft (target spacecraft) are investigated. Firstly, a dynamic model of the flexible spacecraft is established by the principle of angular momentum. Then, the equation of relative attitude dynamics between the flexible spacecraft and the rigid spacecraft is derived by the quaternion to represent the attitude relation of the two spacecrafts. Finally, an attitude feedback controller is designed for the SFF system, and its stability is proved by the Lyapunov stability theory. Simulation results indicate that the panel flexibility has an obvious influence on the dynamic behaviour of the system, the designed controller can effectively control the attitude of the two spacecrafts to achieve synchronization, and the elastic vibration of the panels may be suppressed simultaneously.     

基于传递矩阵法的车辆振动特性分析

针对车辆系统的振动特性,建立一种柔性车体动力学模型,根据车辆结构的局部相似性,将车辆系统划分为多个子结构,利用拉普拉斯变换推演了子系统的传递矩阵,并且将其应用于整个车辆系统.应用传递矩阵比较分析了车辆系统的振动模态和简谐激励响应,结合拉普拉斯逆变换分析了轨道不平顺度引起的时域随机振动响应.结果表明,传递矩阵法分析车辆系统动态特性具有较好的精确性,车体加速度随车辆运行速度增加而增大;而且传递矩阵法有利于简化模型,减少计算量.     

Hierarchy-Based Adaptive Generalized Predictive Control for Aerial Grasping of a Quadrotor Manipulator

In this paper, an adaptive generalized predictive control(GPC) based on hierarchical control strategy is designed for a quadrotor with a robotic arm. For this nonlinear and coupled system, a two-layer control structure is adopted to achieve more precise trajectory tracking and keep the tracking performance after aerial grasping.The inner-layer controller is a proportional-derivative(PD) controller. The outer-layer subsystem is linearized by input-output linearization first and an adaptive generalized predictive controller is applied. The effectiveness of this approach is verified through the simulation using MATLAB/Simulink. A PD controller with feedforward control input is applied on such a system for a comparative study. Simulation results show that a better tracking performance can be achieved by the proposed strategy.     

基于模型预测控制的智能车横纵向控制器设计

针对智能车横纵向控制中路径跟踪精度、行驶稳定性以及乘坐舒适性等问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的横纵向综合控制方法。速度规则系统根据参考路径曲率与车辆跟踪位移误差计算出期望速度曲线,速度跟踪控制采用分层式控制器,上层控制器利用MPC算法计算期望加速度,下层控制器利用车辆逆纵向动力学模型对车辆的驱动和制动进行协调控制。横向控制器根据参考路径、车辆反馈状态以及纵向上层控制器的期望速度计算车辆前轮转角。最后通过实验对比本算法与恒速MPC横向控制算法的轨迹误差,结果表明:本算法控制的车辆横向位移均方根误差减小了0.051 m,有效提高了车辆轨迹跟踪的控制精度。     

两自由度并联机器人的RBF神经网络辨识自适应控制

针对平面两自由度五杆并联机器人的轨迹跟踪问题,提出了一种基于RBF神经网络的自适应PID控制方法.该控制方案利用RBF神经网络自适应学习辨识并联机器人系统的未知非线性动态,可以在线调整PID控制参数以实现高精度控制.仿真结果显示该控制策略可以精确实现对于并联五杆机器人的轨迹跟踪控制,该方法的自适应性和跟踪性能均优于传统的PID控制.     

大场地足球机器人视觉子系统及其识别算法

为了满足MiroSot 11 vs．11大场地机器人足球赛对视觉识别子系统高精确度的要求，介绍了一种参加FIRA Robot World Cup 2004的MiroSot Large League 11 vs．11足球机器人系统计算机视觉子系统和机器人／足球识别算法．详细论述了其视觉子系统结构、色标设计、识别算法和后处理滤波等技术，并介绍了一种利用色度最小平均差分绝对值确定队员标识颜色的新方法．实验和比赛结果表明，该算法效果良好．     

基于自适应动态面的航向跟踪控制器设计

针对船舶航向控制非线性系统模型中存在的不确定性和外界干扰的影响,采用动态面控制算法设计了一种鲁棒自适应控制器。由于在反步法设计过程中加入了一阶低通滤波器使得该方法无需对模型非线性多次微分,因而设计方法简单。所设计的鲁棒自适应控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐进跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整。以中远集装箱船COSCO Shanghai号为例进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的。     

新型混合交通交叉口信号与车辆轨迹协同控制方法

新型混合交通环境下的交叉口交通控制可通过信号灯控制与自动驾驶车辆的轨迹控制协同实现,能够极大地优化道路通行资源利用效率。已有研究中,信号配时与车辆轨迹集中优化的控制策略难以应用于车辆自组织控制的现实场景,且往往计算复杂度较高。本文提出一种无中心框架下基于逻辑的交叉口信号与车辆轨迹协同控制方法。基于协同理论中的快慢变量主动伺服控制原理,设计一种交叉口信号配时慢变量与车辆轨迹策略快变量协同框架,并分别提出基于逻辑的信号配时优化和网联自动驾驶车辆轨迹协同控制方法。协同控制方法可以在车辆自主控制的条件下,一方面,实现交叉口信号配时动态适应交通需求;另一方面,实现网联自动驾驶车辆主动优化驾驶速度,高效通过交叉口。而且网联自动驾驶车辆在进口道可引导混合车队高效通过交叉口,降低绿灯启动损失,提高交叉口通行效率。仿真实验表明,本文的协同控制方法相较于传统控制方法可显著降低交叉口车辆平均延误,同时,基于逻辑的决策模型可实现快速求解。通过对网联自动驾驶车辆控制策略关键参数的敏感性分析,进一步讨论新型混合交通流交叉口通行公平性,并比较在不同网联自动驾驶车辆渗透率下的控制效果。     

盾构隧道联络横通道的振动台试验与数值模拟

联络横通道与隧道主体形成的空间交叉结构是隧道抗震的薄弱环节. 为探讨联络横通道采用刚、柔两种连接形式时对盾构隧道地震响应的影响，以相似理论为基础，通过室内土工试验确定了振动台试验中地层和结构相似模型的材料参数及配比，分别建立了振动台试验结构模型和数值分析模型；将第1组试验得到的地层卓越频率15.0 Hz作为其余试验工况和数值计算中地震动频率的输入依据，通过试验和数值计算相结合分析的方法对主隧道与联络横通道的地震响应规律进行了研究. 研究结果表明:结构与相同深度位置地层的加速度响应变化规律基本相同，离地面越近，地层加速度的放大效应越明显；联络横通道采用刚性连接时，其最大应变反应出现在结构的拱顶和两侧拱脚处，而采用柔性连接可较好的降低结构各处的应变反应，且输入地震峰值加速度越大其减弱效果越明显；主隧道横断面上，靠近联络横通道连接处的位置易受其影响而产生应力突变，采用刚性连接时，其受到的影响更大；振动台试验与数值结果规律基本一致，采用刚性连接时，联络横通道对主隧道纵向的影响范围约为3.0倍联络横通道宽度，而采用柔性连接时其影响范围则减小至1.5～2.0倍.      

铁路重载货车轮对弹性振动及其动态影响

为研究轮对弹性振动特性及其对重载货车动力学性能的影响，以30 t轴重重载货车为研究对象，对轮对刚、柔建模时的整车运动稳定性、曲线通过性能等进行了对比研究. 首先，给出了多体动力学中弹性体的数学建模方法；其次，建立轮对柔性体有限元模型，分析了轮对的弹性振动模态，进一步将其集成于多刚体系统中，形成重载货车刚柔耦合动力学分析模型；最后，针对货车多刚体和刚柔耦合两类建模方法，以干线不平顺叠加短波不平顺作为系统激励源，对比分析了重载货车的轮对振动响应、蛇行运动稳定性以及动态曲线通过性能的差异. 研究结果表明:相对刚性轮对而言，柔性轮对的变形能够缓和轮轨刚性冲击，同时弱化轮轨间的刚性约束能力，导致其振动幅度降低，使得车辆非线性临界速度下降约9%，通过小半径曲线时，轮轨横向力也降低了约13.7%，轮对弹性振动对重载货车动态性能的影响同样不容忽视.      

高速综合检测列车车体与车下设备耦合振动分析

针对时速400km高速检测列车,建立了刚柔耦合的车辆非线性系统动力学模型,探讨了车下弹性悬挂系统的振动特性．通过仿真和理论分析,研究了检测列车整备状态车体结构模态参数与车下悬挂设备模态参数间的匹配关系,给出整备状态车体与车下有源设备最佳模态参数匹配原则,确定了车体与车下设备悬挂件最佳匹配参数．研究结果表明：该方法可以根据车下悬挂系统的动态响应,有效确定时速400km高速检测列车的最佳车下悬挂方案．     

船舶航向非线性系统的动态面控制

针对船舶航向控制非线性系统模型中存在的不确定性和外界干扰的影响,采用动态面控制算法设计了一种航向控制器。由于在反步法设计过程中加入了一阶低通滤波器使得该方法无需对模型非线性多次微分,因而设计方法简单,所设计的控制器能够保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐进跟踪期望轨迹。数字仿真结果表明,控制系统对给定航向的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性,具有较强的鲁棒性。     

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在轨道交通系统中,列车的运行控制系统是确保列车运行安全和提高列车运行效率的核心子系统。列车运行机理的分析,列车追踪模型和算法的建立,是开发列车运行控制系统的基础。本文根据地铁列车追踪运行的特点,建立了固定自动闭塞系统下的元胞自动机模型,并对北京地铁2号线进行了模拟仿真。通过时空图和速度—时间—位移图,我们研究和探讨了地铁列车追踪运行的一些主要特性,分析了速度、时间、位置之间的相互变化。模拟结果再现了地铁列车运行时列车流的动态特性。通过对比分析模拟结果和实际运行结果发现,所提出的模型是一种有效的模型,可以很好地用来描述地铁中列车运行的特点。     

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论文运用系统工程原理和系统动力学方法，将复杂开放的公路货运超载运输大系统分成超载运输、超载治理与经济3个子系统分别进行描述和协调发展的系统动力学建模，构建超载治理子系统和经济子系统协调发展的总体因果关系图以及主要的正负反馈环，并以安徽省为对象运用STELLA软件构建了3个子系统的模型流程图，给出相关参数说明，进行了模型的仿真研究，完成安徽省未来30年治超投资比重的政策分析，得到最适宜的治超投资比重．     

柔性双层隔振系统振动能量解耦方法及应用

为解决难以利用能量解耦法设计柔性双层隔振系统的问题,提出一种能够表示柔性设备和中间质量弹性模态特点的多自由度模型;基于该模型,提出采用广义弹性力对柔性隔振系统进行解耦的方法,并推广到柔性结构中;以某内燃动车动力总成双层隔振系统为例,基于所提方法探讨了构架弹性模态下刚体振动与弹性振动的耦合情况;最后通过振动实验台验证了该方法的有效性.研究结果表明：机组一级隔振系统垂向频率从12 Hz降低到8 Hz后,系统所有模态频率均得到不同幅度的下降,前两阶刚体振动模态频率下降最明显,分别下降50.00%和49.98%;构架弹性模态频率比机组弹性模态频率更低,影响更大,构架弹性模态频率下降8.32%,机组弹性模态频率下降0.80%;在构架弹性振动模态振动中,构架弹性振动能量所占比例提高14.88%,刚体振动能量所占比例降低90.64%,降低一级隔振系统垂向频率能够提高振动解耦效果,减少振动传递.     

基于模型预测控制无人驾驶车辆避障轨迹跟踪器设计

针对无人驾驶车辆的轨迹跟踪和避障问题,基于模型预测控制算法设计了避障轨迹跟踪控制器,实现避障和轨迹跟踪功能。在不同车速下采用Matlab和CarSim进行联合仿真试验,结果表明:设计的控制器控制性能和稳定性良好,能满足无人驾驶车辆的避障和轨迹跟踪需求。     

高速列车弹性车体与转向架耦合振动分析

建立了某高速列车车体有限元模型,采用Guyan缩减进行模态求解,结合SIMPACK多体动力学软件建立包含弹性车体的系统动力学模型。运用模型分析了车体弹性模态对运行平稳性的影响,研究了弹性车体与转向架构架垂向耦合振动。分析结果表明：当车体垂向一阶弯曲频率与车体点头振动空响应点频率接近时,会发生车体的垂向弹性共振;当车体菱...     

大跨度钢桁梁悬臂架设及柔性拱拱脚合龙施工关键技术

京沪高速铁路黄河特大桥主桥为下承式、等高度、连续、刚性梁柔性拱结构,文章详细介绍了主桥在悬臂架设及柔性拱安装中采用的竖、横、纵三维快速同步调整钢桁梁和拱脚合龙等核心技术.上述施工技术的采用确保了两桁式四线铁路钢桁梁桥悬臂拼装过程中的结构线形和施工精度精确符合设计要求,实现了柔性拱拱脚的无应力合龙,为结构受力符合设计计算模型起到了技术保障的作用,可供类似结构的桥梁施工参考.