船载串并混联海上稳定廊桥动力学建模与分析

设计了一种新型3-UPU/UP-RRP串并混联海上稳定廊桥机构，并对其进行了动力学建模与分析。利用矢量法推导并联机构各构件的速度与加速度，求解得到机构各分支的Jacobi矩阵；运用虚功原理求出3-UPU/UP并联机构的动力学模型，利用牛顿-欧拉迭代动力学方程分别对RRP串联机构中的关节力进行迭代分析，进而得到RRP串联机构的动力学模型。通过理论计算与动力学仿真分析验证了动力学模型的准确性，根据稳定补偿仿真分析得出该补偿方案具有较高的精确度。     

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.     

基于拓扑优化理论的3-PRR型全柔顺并联机构构型设计及实验测试

采用微运动学原理和同构特性计算传统的3-PRR并联机构的微分Jacobian矩阵,以微分Jacobian矩阵为运动约束,以优化前后材料体积比为约束条件,以柔度最小化为优化目标构建3-PRR型全柔顺并联机构的SIMP优化模型,运用Opti Struct求解器求得3-PRR型全柔顺并联机构的最佳构型,并对最终的构型进行加工制造和实验测试。理论和实验研究表明:基于同构性构造的3-PRR并联机构与基于拓扑优化设计的3-PRR型全柔顺并联机构对比,微运动特性具有一致性且均处于同一微分数量级。拓扑优化理论在工程结构优化问题中的应用具有一定的参考价值。     

一种新型五自由度混联机器人的动力学研究

所要研究的对象是一种由2RRU/RUU并联机构和RP串联机构组成的五自由度混联机器人,它适用于一条自动化生产线上,用来完成物料的抓取和搬运工作。该机器人既有串联机器人工作空间大的优点,又有并联机器人刚度大、精度高的优点,但是这也增加了其动力学分析的难度。我们首先采用有限元分析软件对其进行了模态分析、谐响应分析等动态性能分析,接着采用牛顿-欧拉法推导出该模型的动力学方程,并借助MATLAB软件进行了动力学仿真,验证了建模的正确性。     

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。     

灰色多元回归模型在港口吞吐量预测中的应用

利用灰色模型和多元回归模型建立3种灰色多元回归模型:并联型、串联型和嵌入型.将各模型用于上海港吞吐量预测.可得结论:串联模型和嵌入模型是利用灰色理论对多元回归模型的改进,其能弱化原始数据的随机型,提高模型预测精度;并联型模型本质上是组合模型,能综合多种信息,预测具有非劣性,具有一定的实用价值.     

基于旋量理论的空间机器人动力学建模研究

在旋量理论和Kane方程的理论基础上,将旋量理论和Kane方程相结合,找到理论的结合点——偏速度,即雅可比矩阵,引入了偏速度旋量的概念;介绍了求解机器人雅可比矩阵的新方法——将矢量积和旋量理论相结合的方法,推导出了基于旋量理论的Kane动力学方程。     

环境激励下自升式海洋平台损伤诊断

为探究适用于海洋平台结构的有效损伤诊断方法,针对某自升式平台的比例模型开展环境激励下损伤诊断试验研究。分别采用频域法中的增强频域分解法和时域法中的随机子空间法处理测试数据,提取前三阶的固有频率、振型和阻尼比等模态参数,并结合频率和振型识别结果计算节点柔度矩阵。通过分析平台模型模态参数和节点柔度矩阵的变化率,识别预先设置的结构损伤。试验结果表明,两种模态识别方法均能有效识别环境激励下的平台模型模态参数,其中利用固有频率变化率能够有效判断结构是否产生损伤,利用振型和柔度矩阵的变化率能够实现损伤的准确定位。     

二端离散元件动力学特性的矩阵描述法在阻振基座分析中的应用

在元件坐标系下,分别推导了离散元件(质量、弹簧、阻尼、刚体)输入端状态向量与输出端状态向量之间的关系,给出了向前传递矩阵、向后传递矩阵和广义阻抗矩阵的解析公式.并且讨论了点阻抗或点导纳与传递矩阵或广义阻抗矩阵之问的关系.此外,文中还分别采用传递矩阵法和导纳矩阵法推导了阻振基座的纵向振动方程,得到了纵向力传递率的解析公式.两种方法得到的结果相同,但传递矩阵法的推导过程更简洁.文中还采用传递矩阵法推导了阻振基座的横向振动方程,得到了横向力传递率的解析公式.所导得的公式可用于指导阻振基座的动力学设计,计算工作量不大且精度较高.     

船用蓄电池保养装置旋盖机构的建模和运动仿真

介绍使用Pro／E与ADAMS建立船用蓄电池保养装置中旋盖机构的虚拟样机方法,建立三维模型样机并进行了运动仿真分析。分析过程中使用参数化设计方法得到适合机构运动要求的零件参数,为旋盖机构和安装平台的整体设计提供了理论依据。     

船用波浪补偿稳定平台的稳定性研究

对于船用波浪补偿稳定平台,由于机构复杂,耦合度/非线性高,因此建立准确的动力学模型是实现补偿稳定控制的前提。论文研究的波浪补偿稳定平台以Stewart平台为主体,基于其机构的特点及运动耦合性,通过欧拉角坐标转换法,运用运动学逆解分析其运动特性,求得机构的Jacobi矩阵;采用Lagrange方程从能量的观点求出机构完整的动力学方程,得出"惯量"为主要的耦合量;运用微分几何控制法解耦,得到上平台的运动规律。通过理论仿真与试验分析,验证了所建的动力学模型的正确性,为实现波浪补偿稳定平台高精度解耦控制提供了重要的理论依据。     

船用电热水器温度的反前馈解耦控制方法

利用反前馈的解耦方法,以PCT-Ⅲ型过程控制装置为对象,以组态王软件为平台,对船用电热水器温度系统进行了解耦控制模拟,通过模拟计算,得到对角形解耦矩阵,达到解耦的目的,解决了船用电加热炉水温度波动问题.     

深海平台砰击载荷的数值分析

文章以深海平台为例,研究在迎浪海况的作用下,波浪对平台的砰击效应.将平台简化为大尺度,深吃水,几何形状规则的刚体,采用计算流体力学中的有限体积方法,将计算区域划分为一系列不重复的控制体积,使每个网格节点周围有一个控制体积,求解离散方程,利用流体体积理论捕捉自由表面的波形.依据三阶斯托克斯波波浪理论,利用fluent软件建立相应的数值水槽,并进行造波及消波设置,得到稳定的波浪场.采用固定平台六自由度的方法,初步地对平台所受的波浪砰击载荷进行分析计算.     

基于振动测试的海洋平台结构简化模型

针对海洋平台结构复杂、节点众多、水下部位振动传感器不易布置等因素导致的实测模态信息空间不完备问题,首先引入平台各层刚体运动的假设,利用海洋平台结构三维有限元模型,按柔度方法将平台简化为x、y向平动的串联多质点模型;通过平台水面以上传感器的布置,采用GUYAN振型扩展方法来估计未测量水下部位的振型值,解决了实测模态信息不完备问题,以某海洋平台为例,对上述方法的有效性进行数值验证。数值结果表明,简化模型与有限元模型的计算结果吻合较好,且可以大大提高计算效率,节省计算时间;在水下部位无测点的情况下,GUYAN振型扩展方法可以比较精确地实现低阶模态振型扩展,具有良好的工程应用前景。     

基于相关序列的在线频率估计方法

给出一种在线频率估计的时域算法.从Hankel矩阵与可控矩阵的隐含关系出发,利用可控矩阵的shift结构,推导出系统矩阵特征根与相关序列的显式关系,从而得到信号频率估计的简单公式.对于二阶系统,或可分解为并联二阶系统的高阶系统,特征频率可由信号分量的相关序列估计得到.对定常系统和时变系统的频率估计进行仿真,结果表明频率估计值可以快速逼近真实值,而且稳态误差小于1%.     

二端离散元件动力学特性的矩阵描述法在阻振基座分析中的应用

在元件坐标系下,分别推导了离散元件(质量、弹簧、阻尼、刚体)输入端状态向量与输出端状态向量之间的关系,给出了向前传递矩阵、向后传递矩阵和广义阻抗矩阵的解析公式。并且讨论了点阻抗或点导纳与传递矩阵或广义阻抗矩阵之间的关系。此外,文中还分别采用传递矩阵法和导纳矩阵法推导了阻振基座的纵向振动方程,得到了纵向力传递率的解析公式。两种方法得到的结果相同,但传递矩阵法的推导过程更简洁。文中还采用传递矩阵法推导了阻振基座的横向振动方程,得到了横向力传递率的解析公式。所导得的公式可用于指导阻振基座的动力学设计,计算工作量不大且精度较高。     

船舶上层建筑整体纵向振动固有频率预报方法研究

文章推导了船舶上层建筑整体纵向振动固有频率预报公式,将上层建筑整体纵向振动固有频率视为由上层建筑根部刚性固定在主船体上的剪弯振动固有频率和上层建筑根部弹性固定在主船体上的刚体回转振动固有频率两部分串联合成,重点研究了上层建筑刚体回转振动固有频率计算公式中等效刚性系数的取法,并对剪切振动固有频率计算公式进行了修正,给出了考虑弯曲振动影响的修正系数计算公式。采用三维有限元模型计算了6600TEU集装箱船、112000t油轮、35000t散货船、PANAMAX型油船、31000t散货船和12000t货船六条船的上层建筑整体纵向振动固有频率以及剪弯振动固有频率和刚体回转振动固有频率,并且得到了各条船的等效刚性系数,绘制了等效刚性系数曲线。以52000t大舱口货船为例,采用本文方法计算其上层建筑整体纵向振动固有频率,与实测值较为接近,证明文中提出的方法是可行的。     

三自由度并联机器人的同步组合控制

针对三自由度平面P-R—R型并联机器人,建立了三自由度并联机器人的动力学模型,结合同步控制的优点,实现了对机器人轨迹的精确控制．为了达到同步控制,提出了同步误差的概念,通过组合多个线性闭环控制,计算出同时满足各个闭环控制的控制方程．该方法直观、高效,提高了对并联三自由度平面P-R-R型并联机器人轨迹控制的精度,也同时满足了多个闭环控制系统的组合控制．     

并联机构6-PRUU的运动学分析研究

文中提出了结构合理的6-PRUU并联机构,并对其进行运动学分析研究.建立了6-PRUU并联机构的位置正解和反解方程,并用数值法进行求解;建立了该机构的速度、加速度模型与相关的铰链约束模型;在位置分析的基础上采用Matlab软件进行定姿态下工作空间分析,确定了该并联机构的工作空间边界,将工作空间形状用可视化形式显示出来,为进一步研究该机构提供了基础与依据.     

三自由度平面并联机器人误差分析

为了研究各种误差对并联机器人输出产生的影响,以三自由度平面并联机器人为例,利用并联机器人的环路特性,采用机器人微分理论,建立了误差正向模型.通过M atlab编程和计算机仿真,得出输出误差与机器人结构尺寸变化、位置和姿态变化的关系图.为该类型机器人的设计、制造、装配提供了指导依据.