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薄膜天线航天器刚-柔-热耦合动力学建模与复合控制研究
1
作者 陈呈 刘翔 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期283-297,共15页
大型空间薄膜天线在深空探测、天基预警、对地观测等领域具有广阔的应用前景.由于薄膜天线具有大、轻、柔的显著特征,其动力学与控制问题十分复杂且突出.与此同时,由于天线工作性能的需求,天线在轨运行时必须保持极高的指向精度和形面精... 大型空间薄膜天线在深空探测、天基预警、对地观测等领域具有广阔的应用前景.由于薄膜天线具有大、轻、柔的显著特征,其动力学与控制问题十分复杂且突出.与此同时,由于天线工作性能的需求,天线在轨运行时必须保持极高的指向精度和形面精度.这就要求我们对薄膜航天器进行精细的动力学分析与有效的主动控制设计.该文针对一类平面张拉式薄膜天线进行刚-柔-热耦合动力学建模与复合控制问题的研究.首先,基于非线性有限元方法建立了薄膜天线结构的非线性动力学模型,并对该模型进行了模型降阶.然后,基于非线性降阶模型并考虑空间热环境的影响,采用混合坐标法建立了航天器的刚-柔-热耦合动力学模型.最后,采用合力合成控制方法结合拉索作动的非线性振动控制策略,对航天器的姿态运动和非线性振动进行了同步、复合控制. 展开更多
关键词 薄膜天线 刚-柔-热耦合动力学建模 非线性振动 复合控制
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滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析
2
作者 张欣雨 赵巍 +1 位作者 张雷 王太勇 《机床与液压》 北大核心 2024年第13期176-188,共13页
数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,... 数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。 展开更多
关键词 滚珠丝杠进给系统 刚柔耦合动力学建模 时变动态特性 模态实验
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谐波驱动柔性臂系统耦合动力学建模及辨识 被引量：4
3
作者 娄军强 周优鹏 +3 位作者 张振振 陈特欢 杨依领 魏燕定 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1198-1204,1358,1359,共9页
为研究谐波驱动的柔性臂系统耦合动力学建模问题,分别进行了谐波驱动模型的参数辨识和柔性机械臂振动特性的耦合动力学模型辨识。通过阶跃电流激励和低匀速转动实验辨识出了关节的库伦摩擦力,在伪随机二进制信号的激励下,辨识得到了包... 为研究谐波驱动的柔性臂系统耦合动力学建模问题,分别进行了谐波驱动模型的参数辨识和柔性机械臂振动特性的耦合动力学模型辨识。通过阶跃电流激励和低匀速转动实验辨识出了关节的库伦摩擦力,在伪随机二进制信号的激励下,辨识得到了包含驱动系统转动惯量和黏性摩擦因数的驱动传递函数模型,将其与实际结构系统比较验证了此模型的准确性。理论分析了振动耦合力矩和柔性臂应变输出电压之间的线性关系,辨识得到了从电机转动角位移到柔性臂应变电压输出之间的传递函数,其输出在时域和频域上都与实际系统比较吻合,说明了建立的传递函数模型对于实际系统的适用性。综合两个辨识得到传递函数模型,实现了对谐波驱动的柔性机械臂系统的耦合动力学建模。 展开更多
关键词 谐波驱动 柔性臂 系统辨识 耦合动力学建模
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采煤机截割传动系统耦合动力学建模与传动齿轮啮合状态探讨
4
作者 鲁家和 《石化技术》 CAS 2020年第4期160-160,162,共2页
机械动力强度分析,是机械做功探究的主要因素之一,它与动力系统耦合强度,传动齿轮的吻合度之间关系密切。基于此,本文以采煤机截割传动系统为例,着重对传动系统耦合动力学建模与传动齿轮啮合状态两方面进行探究,以达到合理调控动力学建... 机械动力强度分析,是机械做功探究的主要因素之一,它与动力系统耦合强度,传动齿轮的吻合度之间关系密切。基于此,本文以采煤机截割传动系统为例,着重对传动系统耦合动力学建模与传动齿轮啮合状态两方面进行探究,以达到合理调控动力学建模因素,提高采煤机传动系统做功速率的目的。 展开更多
关键词 采煤机截割传动系统 耦合动力学建模 传动齿轮啮合状态
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基于机电耦合动力学的3K行星轮系裂纹故障电流信号研究 被引量：2
5
作者 桑萌 黄康 熊杨寿 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第21期129-139,共11页
考虑3K行星轮系内部时变啮合刚度、阻尼、齿侧间隙、综合啮合误差等非线性因素和电机-减速器系统内部机-电-磁耦合效应,建立了电驱动3K-Ⅱ型行星传动系统机电耦合动力学模型。并基于该模型,计算了5种裂纹故障情况下各齿轮副随转角变化... 考虑3K行星轮系内部时变啮合刚度、阻尼、齿侧间隙、综合啮合误差等非线性因素和电机-减速器系统内部机-电-磁耦合效应,建立了电驱动3K-Ⅱ型行星传动系统机电耦合动力学模型。并基于该模型,计算了5种裂纹故障情况下各齿轮副随转角变化的时变啮合刚度,得到了不同齿轮裂纹故障情况下的定子电流仿真信号。通过时移叠加去工频频谱和包络解调谱对电流信号进行了分析。结果表明:定子电流信号受故障特征的频域调制作用,且出现的边带成分中包含供电频率负值;定子电流信号受故障特征的幅值调制作用,在包络解调谱中,齿轮故障表现为在故障频率及其倍频处出现峰值;太阳轮故障在定子电流频谱边带和包络谱中虽能识别,但相较于其他齿轮故障,表现不够明显。通过机电耦合模型得到的分析结果与通过AM-FM(amplitude modulation-frequency modulation)数学模型分析结果吻合,表明提出的机电耦合模型的合理性,可为研究3K行星轮系各类齿轮故障情况下的电机定子电流信号提供理论指导。 展开更多
关键词 3K行星轮系 机电耦合动力学建模 定子电流信号 故障诊断
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并联式髋关节外骨骼设计与基于人机耦合动力学方法的系统实现 被引量：1
6
作者 王向阳 陈春杰 +2 位作者 马跃 曹武警 吴新宇 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期339-350,共12页
同构串联式外骨骼普遍存在人体生物关节轴线与外骨骼机械关节的转动轴线发生偏移(即人机关节失配)的问题。为此,本文提出了一款并联式髋关节外骨骼,通过新型的结构设计消除了人机关节失配的问题和穿戴前繁琐的人机关节校对环节,同时具... 同构串联式外骨骼普遍存在人体生物关节轴线与外骨骼机械关节的转动轴线发生偏移(即人机关节失配)的问题。为此,本文提出了一款并联式髋关节外骨骼,通过新型的结构设计消除了人机关节失配的问题和穿戴前繁琐的人机关节校对环节,同时具有人体髋关节的所有运动自由度,并实现髋关节屈曲/伸展和外展/内收方向的助力。另外,为解决并联外骨骼驱动力耦合问题,提出了基于人机耦合动力学模型的控制方法,实现了各支链驱动器的协同助力控制。最后,构建了可穿戴外骨骼样机系统,在穿戴者身上开展了1类外骨骼运动性能验证实验和4类运动助力实验,实验结果验证了所提出外骨骼与人体良好的运动相容性以及控制器助力的有效性。 展开更多
关键词 并联式外骨骼 人机耦合动力学建模 人机交互 髋关节外骨骼
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面向桥壳圆度圆柱度检测装置的并联PID伺服电动机控制器设计 被引量：1
7
作者 高聪 张鹏 +2 位作者 刘鹏博 单东日 刘金良 《制造技术与机床》 北大核心 2020年第2期173-178,共6页
针对重卡桥壳轴头圆度圆柱度在线测量对运动精度、平稳性以及鲁棒性等提出的伺服问题,在伺服运动系统机电耦合动力学建模研究的基础上,提出了基于位置、转速和电流三闭环调速的并联PID控制方法,并结合相位裕度和主导极点配置法整定控制... 针对重卡桥壳轴头圆度圆柱度在线测量对运动精度、平稳性以及鲁棒性等提出的伺服问题,在伺服运动系统机电耦合动力学建模研究的基础上,提出了基于位置、转速和电流三闭环调速的并联PID控制方法,并结合相位裕度和主导极点配置法整定控制器参数。基于自行搭建的桥壳在线检测实验装置对控制算法进行了实验验证,结果表明提出的控制方法可以根据工业现场对速度和位移跟踪性能要求调节权重,有效实现了伺服电动机匀速、平稳的高精度运动控制,并表现出良好的跟随性能和鲁棒性,极大地提高了桥壳检测装置的检测精度。 展开更多
关键词 重卡桥壳在线检测 伺服运动控制 机电耦合动力学建模 并联PID控制器 主导极点配置
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太阳帆板扰动下的DFP航天器姿态控制方案
8
作者 徐安鹏 徐振邦 +1 位作者 王晓明 韩思凡 《计算机仿真》 北大核心 2023年第8期82-86,119,共6页
为更好的满足无扰载荷(Disturbance-free payload,DFP)航天器在未来太空探索的应用,本文针对支持模块(support module,SM)太阳帆板的扰动会造成SM的姿态失控的问题,考虑了SM太阳帆板扰动的影响,建立了SM的刚柔耦合动力学方程和有效载荷... 为更好的满足无扰载荷(Disturbance-free payload,DFP)航天器在未来太空探索的应用,本文针对支持模块(support module,SM)太阳帆板的扰动会造成SM的姿态失控的问题,考虑了SM太阳帆板扰动的影响,建立了SM的刚柔耦合动力学方程和有效载荷模块(payload module,PM)的刚体姿态动力学方程。在此基础上分别建立PM姿态PD控制律,SM姿态PD鲁棒控制律、PM和SM相对位置PD控制律,考虑执行器和传感器以及太空环境的影响对PM和SM模块进行仿真分析,结果表明了太阳能帆板的振动对SM姿态控制产生较大影响,采用PD鲁棒控制律很好的提升了SM姿态控制的稳定性其指向精度高出三个数量级。 展开更多
关键词 无扰载荷航天器 刚柔耦合动力学建模 鲁棒控制 高精度指向
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