一、Conservation laws for mechanical systems with unilateral holonomic constraints（论文文献综述）
郭明明[1]（2021）在《非光滑刚体系统动力学的Udwadia-Kalaba方法研究》文中提出非光滑刚体系统具有非线性、不连续和变拓扑结构等特征,考虑摩擦和碰撞等因素的非光滑刚体系统动力学问题一直以来都是多体系统动力学领域研究的热点和难点问题。不同于一般处理受约束系统的拉格朗日方法,Udwadia-Kalaba（U-K）方法将系统的广义加速度与广义约束力解耦,通过求解显式方程直接得到系统的广义约束力,进而得到广义加速度。目前对于U-K方法的应用研究,主要集中在光滑系统的动力学与控制问题,本文旨在研究针对非光滑刚体系统动力学问题的U-K方法,为非光滑的多体系统动力学与控制问题提供新的研究工具和思路。本文的主要工作如下:（1）对受约束系统的U-K方法进行了简要的介绍,描述了其建模理论和建模过程,并通过具体实例进行了动力学模拟,对仿真结果进行了分析。然后,描述了在含有库仑滑动摩擦的非理想约束系统动力学研究中修正U-K方法的详细过程,讨论和分析了修正的意义。（2）基于修正的U-K方法对单边约束的非光滑刚体系统动力学进行了研究,在考虑滑动-粘滞-碰撞等状态改变的情况下,建立了单边约束刚体系统的动力学模型及相应的数值求解方案,对两个实例进行了动力学仿真,实例仿真表明:相比于原有形式的U-K方法,修正的U-K方法更能体现实际的物理特性,验证了修正UK方法的正确性及其在解决单边约束非光滑刚体系统动力学问题时的可行性。（3）基于修正的U-K方法对双边约束的非光滑刚体系统动力学进行了研究,建立了含摩擦双边约束刚体系统的动力学方程,借助数学方面的光滑牛顿算法,研究了该数学模型中未知约束力的绝对值问题,给出了相应的数值求解方案,对两个双边约束的算例进行了动力学模拟,表明了文中给出方法的有效性。（4）基于修正的U-K方法对含摩擦的机械臂轨迹跟踪控制问题进行了研究,给出了一种新的机械臂控制策略,将轨迹跟踪控制转化为约束条件,把由约束方程产生的约束力施加到无约束的动力学方程当中,计算出关节角度对应的约束力矩即为机械臂满足控制要求时所需要的驱动力矩,对一个两关节机械臂进行了仿真,表明了该控制策略的有效性,为此类控制问题提供了一个新的研究思路。
宋艳艳[2]（2021）在《约束变胞机构的冲击动力学特性与参数优化研究》文中指出变胞机构基础理论的不断丰富和发展使其在各个工程领域中得到了广泛应用,此类应用主要是以面向作业任务的约束变胞机构为主。约束变胞机构在运动过程中,因构态切换产生的冲击作用使机构的运动精度下降,加剧动态输出振荡,影响整个系统的稳定性,严重时无法完成变胞过程。对考虑冲击作用的约束变胞机构动力学特性与参数优化进行研究在理论发展和工程应用上具有十分重要的价值和意义。本文以约束变胞机构为研究对象,对其冲击动力学特性和参数优化进行了以下五个方面的研究:第一,引入等效阻力系数描述扩展Assur杆组在变胞过程中运动副所受约束类型的变化,分析变胞运动副在典型约束形式下的等效阻力系数,得到在对应等效阻力系数下变胞运动副的运动特性。在此基础上,提出扩展Assur杆组的3类变胞构态,建立其模块化动力学模型,进而得到约束变胞机构稳态构型下的模块化动力学模型。对其进行仿真研究,提出机构构态切换时的冲击运动问题。第二,根据构态切换形式,将约束变胞机构构态切换时的冲击运动分为Ⅰ类冲击运动和Ⅱ类冲击运动。运用多刚体系统动力学理论分别建立系统的Ⅰ/Ⅱ类冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论与恢复系数方程,推导出约束变胞机构的Ⅰ/Ⅱ类冲量求解模型。对Ⅰ/Ⅱ类冲击运动算例进行仿真分析,搭建冲击动力学测试实验系统开展实验研究,理论结果与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性和有效性。第三,对Ⅰ/Ⅱ类冲击动力学模型进行等效分析,建立变胞运动副冲量求解模型。在Ⅰ/Ⅱ类冲量和变胞运动副冲量的双重作用下,运用Newton-Euler方程,推导出约束变胞机构非变胞运动副的冲量求解模型。仿真研究Ⅰ/Ⅱ类冲击运动算例的内部关节冲击问题。第四,对约束变胞机构构态切换时的冲击运动性能进行研究。分析Ⅰ/Ⅱ类冲量、变胞运动副冲量和非变胞运动副冲量的影响因素,建立机构的全局/局部条件数性能指标、速度性能指标。提取速度突变量和Ⅰ/Ⅱ类冲量之间的映射矩阵,构造机构的全局/局部冲击性能指标。建立机构的冲击动力学性能方程,提出机构的全局/局部动力学条件数指标。定量评估机构参数对冲击运动性能指标的影响程度,为约束变胞机构参数优化及冲击性能改善提供理论依据。第五,基于冲击运动性能评价指标,运用权重系数法,将多性能指标转换成综合性能指标,从而建立机构参数优化设计模型。以Ⅰ/Ⅱ类冲击运动算例为研究对象,分类建立机构参数优化设计模型,并验证其可行性。
陈锐搏[3]（2021）在《含间隙旋转铰机构的多体动力学研究》文中研究说明在工业领域和航空航天领域中的一些机械结构,如工业机器人手臂、带帆板的航天器等,都可简化为通过旋转铰进行连结的机构。通常情况下的旋转铰被认为是理想的,然而在实际的机械结构中普遍会存在含间隙的旋转铰,由于间隙旋转铰内的元素之间在运动过程中不断发生接触碰撞,将连续的动力学过程变成了非连续过程,使得系统动力学方程为高维、强非线性和非连续耦合的微分-代数方程组,不仅造成了动力学方程数值求解的困难,而且间隙旋转铰的存在必然会导致机械系统中的各个构件的运动状况和受力状况发生突变,进而使机构的动力学行为发生了改变,引起剧烈的振动、冲击和噪声。因此,对含间隙旋转铰机构开展动力学分析,研究其在间隙状态下的动力学行为,对其动力学性能加以改善,以便满足机构的运动精度和可靠性需求就显得至关重要。本文基于多体系统动力学理论,以含间隙旋转铰机构为主要研究对象,以曲柄滑块机构为例。通过理论研究与仿真分析相结合的方式,分别建立了考虑旋转铰间隙的曲柄滑块机构的多体动力学理论模型和仿真分析模型,分别采用数值算法和仿真方法求解了含间隙旋转铰机构的多体动力学模型,在此基础上,计算分析了考虑不同机构参数、不同间隙旋转铰接触碰撞力模型、间隙旋转铰个数及位置、杆件的柔性变形等关键因素对机构系统动力学特性的影响,其主要工作如下:（1）基于多体动力学建模理论,分别采用第一类和第二类Lagrange方程建模方法,建立含理想旋转铰的双摆机构和曲柄滑块机构两种典型平面机构的动力学理论模型,运用MATLAB编制Runge-Kutta、Newmark和HHT等数值算法,求解动力学方程,对比分析了不同多体系统动力学建模方法和不同数值算法的特性,为后续含间隙旋转铰机构动力学理论模型的建立和微分方程的求解计算提供了重要的理论基础。（2）结合广义坐标和Lagrange乘子法,建立了考虑旋转铰的间隙和接触碰撞作用的典型曲柄滑块机构的多体动力学微分-代数方程组（DAE）,运用MATLAB编制Newmark数值算法,求解高维、强非线性和非连续耦合的动力学方程,对比分析了曲柄转速、间隙尺寸、摩擦系数、恢复系数等关键因素对含间隙旋转铰的机构系统动力学特性的影响。建立了两种不同的间隙旋转铰接触碰撞力模型,分别将其嵌入机构的多体动力学方程,计算获得了机构的动力学响应,进一步研究了不同接触碰撞力模型对含间隙旋转铰机构动力学分析的影响。（3）为探讨多个间隙旋转铰、不同位置间隙旋转铰、连杆柔性变形等综合因素的复杂影响,运用ADAMS仿真平台,建立了含间隙旋转铰机构的多体动力学仿真模型,仿真分析了考虑旋转铰间隙的曲柄滑块机构的动力学特性,并与理论数值计算结果进行了对比分析。然后,进一步研究了间隙旋转铰个数、不同位置和连杆的柔性变形对机构动力学特性的影响。
刘宇涵[4]（2020）在《特种装备全生命周期重要环节实时仿真关键技术研究》文中提出特种装备在国防科工和社会生产中占据着非常重要的地位,特种装备的种类十分多样,包括国防装备、工程机械、高端实验器械等,其结构复杂,产品开发周期需经历方案论证、概要与详细设计、加工制造、装配和测试等串行阶段。然而其核心环节中人-机-环境的测试验证是事后验证,导致各环节反复,致使研发成本大量增加,造成产品上市与应用周期延长,因此,对特种装备的全生命周期进行实时仿真能够帮助解决特种装备生产、检测、投入使用到安全维护各环节遇到的问题。本文专注于对特种装备全生命周期中部分重要环节的仿真,对其中的关键技术进行研究与实现,主要包括:特种装备及相关大型场景的实时绘制和漫游、基于刚体动力学的特种装备运动与虚拟操控的物理仿真实现、特种装备伪装用柔性织物实时绘制算法改进、以及特种装备实时仿真中多途径人机交互技术的探索和实现。首先,针对特种装备仿真效果差、场景单一和大型环境绘制延时等问题,探索一种能够对多种特种装备及大型场景进行实时仿真的方法。以集成实车、风力发电机和分子级轴承性能试验样机等多种特种装备及其运行场景为实例,采用专项优化模型材质中面片和三角形的策略,引入多层次细节重划分方法,大大缩减绘制模型数量,实现模型材质轻量化,降低仿真的时延;采用微表面材质模型,引入PBR渲染管线技术,完善材质纹理的真实感,减少渲染时间。从而实现对特种装备所处大型场景的实时绘制与漫游。其次,针对特种装备运动和虚拟操控,以徐工集团水泥泵车、压路机和装载机等多种特种工程车辆为例,采用抽象简化模拟物体运动关系的策略,引入刚体动力学实现特种装备和其他对象模拟方法,对多个特种装备进行受力关系分析,对其在场景中的各个运动关节和部件的受力情况进行描述,对各部件受力姿态相关参数进行优化调整,减少特种装备运动和操控上物理仿真的运算量,避免一定程度物理运动仿真偏差大的情况,提高物理仿真的精确性;保证在每一个绘制时间步长内的时间耗散均在虚拟操控容许的时延之内,实现特种装备运动和虚拟操控的实时性。再次,对于特种装备的伪装应用方面,本文对伪装的柔性布料进行仿真模拟。装备伪装评估在现代装备领域是一个重要的技术,军事伪装的不断发展主要得益于人类科技的进步。采用专注于布料的模型建立和动态模拟的策略,从布料的结构和运动为切入点,通过对布料模拟的几何参数和行为参数的分析,对布料模型的建立方法进行优化,减少运算量;对于异质布料的动态绘制,将场景中不同布料的属性和迭代次数进行分类处理,实现不同的材质效果,提高异质布料动态仿真的真实度;提出一种基于动力学方法的随机可控的区域风场模型,减少风场中布料撕裂效果模拟的时延,并对风场中布料撕裂算法进行改进,随网格变化动态改变质点的撕裂阻尼,改善布料撕裂的仿真效果,实现真实的撕裂效果模拟。最后,针对现有的虚拟现实场景交互模式单一且难以取得良好效果的问题,对特种装备实时仿真中多途径人机交互技术进行探索和实现。采用对不同交互需求进行定向设计和交互设计统一化的策略,设计一套完整的虚拟交互框架、流程和方法。对能够进行语音交互的场景,对声音的采集和合成方法进行改进,优化声音交互端的工作,降低场景声音延时,实现实时虚拟声场沉浸体验;对于复杂工作环境中传统交互无法达到预期效果的情况,设计一套能够用于多种虚拟场景中的手势交互指令集,对人体不同的区域范围构画交互内容,降低手指交互指令间的冲突,提高手势指令的控制效率,实现统一的手势交互;对于沉浸式的交互需求,采用HTC VIVE等设备搭建真实的虚拟场景,获得更加真实的交互体验,从而降低使用者在实际操作过程中遇到的意外情况;对于交互舒适性的研究,在人机操作舒适性验证平台实践中,完成对大吨位装载机和双钢轮压路机操作系统的模拟,有效控制企业的产品研发成本。
周贤杰[5]（2020）在《新型可变气门机构设计及与发动机匹配的数值研究》文中进行了进一步梳理在能源危机和环境污染的压力下,政府制定的油耗和排放法规日趋严格,这给车用汽油机带来了巨大的挑战,其节能减排势在必行。为了改善发动机的尾气排放和燃油消耗,研究人员提出了各种各样的技术方案,而连续可变气门升程（Continuously Variable Valve Lift,CVVL）技术是其中最有前景的技术之一。该技术主要可以分为电磁式、电液式、气动式和机械式等。机械式由于具有较高的可靠性、控制精度和较低的成本,目前是各大汽车厂商的首要选择。但是,现有的机械式CVVL需要液压可变气门正时机构的配合才能实现进气门早关的控制策略,而这就给该技术的普及带来了较大的困难,例如结构复杂、成本高、系统控制不协调和发动机标定难度大等。为此,本文设计了一种新型的机械式连续可变气门升程及正时系统（Continuously Variable Valve Lift And Timing system,CVVLT）。该系统能够通过一个控制电机同时控制气门的升程、正时以及开启持续期,相比于现有的机械式CVVL,其结构更简单、研发成本更低、动态响应速度也更快。基于此系统,本文对机械式CVVL系统中的一些关键技术开展了一系列的研究。首先在一台量产发动机（称为原型机）上设计并开发了CVVLT系统。在此过程中,建立了原型机的一维性能仿真（GT-power）模型并计算出了满足发动机性能和机构可行性的气门运动参数;然后利用这些参数设计了CVVLT系统的中间摇臂型线和凸轮型线;接着推导了系统的运动学模型并搭建了冷机性能综合测试台架;最后利用试验台架对CVVLT系统进行了气门运动等方面的测试。结果表明:（1）本文提出的中间摇臂型线和凸轮型线的设计方法在理论上和实际应用上都是切实可行的;（2）除了气门开启持续期外,其余气门运动参数的试验测量结果均与设计结果一致,而气门开启持续期的误差来自于系统驱动部分中齿轮的齿侧间隙,其平均误差约为10.45%。由此可见,CVVLT系统的气门开启持续期受齿轮精度的影响较大。根据研究需要,采用多体动力学仿真技术对原型机和CVVLT系统中的配气机构进行了动力学分析,然后利用其结果对CVVLT系统的中间摇臂进行了结构强度校核和模态分析。结果表明:（1）系统最大的落座速度和冲击力出现在中等气门升程附近,而凸轮与中间摇臂滚轮以及中间摇臂与气门摇臂滚轮之间的最大法向接触应力则在控制角度等于43°时达到最大;（2）系统的润滑状况良好、液压挺柱的受载合理、零件之间也不会产生飞脱现象,但是凸轮轴与中间摇臂滚轮之间的法向接触应力超出了设计的极限值,因此需要对凸轮的材料和表面处理方式做进一步地强化;（3）中间摇臂的安全系数达到了3.01,强度满足设计的要求,并且其一阶固有频率已经远远超出了正常工作时的摆动频率,因此不会发生共振。将CVVLT系统安装在原型机上,然后通过发动机台架测试系统分别对原型机和CVVLT发动机进行了性能试验。根据试验数据,利用一维仿真软件（GTpower）和三维仿真软件（Converge）建立了两台发动机的数值仿真模型,并使用试验数据和仿真模型从多个方面分析了CVVLT系统对发动机性能（在小负荷工况）的影响。结果表明:（1）CVVLT系统能够显着地降低发动机在小负荷下的泵气损失和摩擦损失,从而提高其总体机械效率;（2）虽然系统能够减小发动机在小负荷下的残余废气系数,但是也会降低发动机在点火时刻的缸内气体温度和湍动能,使得其燃烧持续期有所增长,这相应地减小了发动机高压循环的指示热效率,并抵消了机械效率提高所带来的一部分收益,最终发动机在转速为2000r/min且制动平均有效压力为1bar时的有效热效率相比于原型机提高了9.8%。为了解决CVVLT发动机中燃烧过慢的问题,进一步利用Converge软件研究了在气阀座圈且靠近气缸壁面的附近（方案1）或者靠近火花塞的附近（方案2）增加屏蔽对CVVLT发动机进气量、缸内流动和燃烧过程的影响。结果发现:（1）在这两种位置增加屏蔽都能够有效地改善发动机在部分负荷下的缸内流动,从而加快燃烧区域中的火焰传播速度;（2）在部分负荷,方案2能够以增加较少的进气阻力为代价来增强发动机的缸内流动和燃烧过程,因此要优于方案1;在大负荷,方案2则会降低发动机的滚流比和湍动能,而方案1却对火焰传播速度略有改善,所以此时方案1要优于方案2。本文的研究扩展了CVVL技术的实现方式,明确了该技术的优缺点,同时还探究了CVVLT发动机潜在的优化方案。这对于加快CVVL技术的产业化进程具有重要的意义。
熊超伟[6]（2020）在《机器人自行车非线性动力学模型的线性化建模控制》文中研究说明随着科学技术的不断发展,小型化的电驱动自平衡单轨车辆有可能为城市提供廉价、安全、节能的短距离交通工具,进而解决城市污染、道路和停车场拥堵问题。在单轨车辆自平衡控制的研究中,转向控制通常是基于线性动力学模型来实现的,例如Whipple-Cornell-Delft基准自行车。然而,在机器人自行车在处于接近零速度状态的情况下,转向控制是无效的。实际上,当单轨车辆静止时,转向控制对单轨车辆的横滚方向上的运动影响很小。因此,要让机器人自行车实现静态平衡,其中一种可行的手段是通过使用机械飞轮来提供足够大的侧倾扭矩,从而使得车身能够处于静态直立平衡。但是,增加高速的飞轮系统将使得单轨车辆的整体功耗及价格大幅增加,不仅不利于商业化,而且飞轮系统的存在也会使得机器人自行车不能够实现急转弯,从而降低了单轨车辆在复杂路况的适用性。因此,本文提出了一种新的能使机器人自行车在零速度下保持平衡的方法。并且由于已知的文献中没有可直接用于机器人自行车在大转向角状态下控制的线性动力学模型,所以在对自行车非线性动力学模型的研究基础上,建立了一个在大转向角附近下的线性化动力学模型,对新建立的线性模型进行了稳定性分析,并基于新模型设计了一个线性二次型调节器（Linear Quadratic Regulator,LQR）来对零速度下的机器人自行车进行平衡控制。最后还设计搭建了机器人自行车物理样机来验证理论工作的可行性。理论和实验都表明,通过所设计的LQR控制器,机器人自行车可以在零速度下达到平衡,而无需使用飞轮或任何其它提供侧倾扭矩的设备。基于此,本论文主要完成的工作如下:（1）首先通过广义坐标描述了无约束的自行车运动学,并分析了前后车轮与地面接触产生的完整和非完整约束,然后对机器人自行车进行动力学建模,得到了机器人自行车拉格朗日动力学模型,并在此模型的基础上,开发了机器人自行车在90°车把转角下的线性化动力学方程,新开发的线性模型可实现车辆在90°转把下的静态平衡控制,并且该模型与着名的Whipple-Cornell-Delft线性基准自行车模型不同的是,后者仅能够适用于车辆在小转向角和小倾斜角状态下的控制,最后并对新开发的线性化模型的可控性和可观性进行了分析。（2）基于新开发的线性机器人自行车模型设计了一个用于驱动前轮电机的LQR控制器,并进行了Matlab仿真,验证了LQR控制策略的有效性,并且仿真实验也表明,当倾斜角有遇到一定的扰动时,新设计的LQR控制器仍可以快速有效地帮助单轨车辆恢复到原地定车状态,从而实现车辆的静态平衡。（3）机器人自行车实验平台设计与搭建。设计并搭建了一辆通过前轮电机驱动的在90°车把转角下的机器人自行车,主要内容包括样机平台的安装结构设计,平衡控制系统的硬件平台搭建以及相应的平衡控制系统软件工作流程。并以此样机为实验平台进行静态平衡控制实验,物理样机的测试实验实现了车辆在零速度下的平衡控制,验证了该静态平衡控制设计方案的有效性。
张晓燕[7]（2020）在《基于U-K方程的二自由度云台轨迹跟踪控制研究》文中研究指明从最开始的仅仅作为摄像装置承载平台到现在无人机和机器人各种装置的承载平台,云台的使用越来越广泛。针对现有建模方法复杂、易受非线性因素的影响等问题,本文以二自由度云台为研究对象,基于U-K方程对其进行动力学建模进而进行轨迹跟踪控制研究,验证U-K方程用于云台轨迹跟踪控制的可行性。将U-K方程建模方法与其它传统建模方法进行对比,指出其优势所在。通过建立连杆坐标系对云台进行运动学分析,得到云台末端位置与关节转角之间的关系并得到其工作空间,为轨迹规划提供依据。在分析力学的基础上推导了U-K基本方程,给出伺服约束力的求解方法,并在此基础上建立了云台动力学模型得到系统运动方程。根据初始条件是否相容分两种情况对云台进行MATLAB仿真,并用Baumgarte约束违约稳定修正法对初始条件不相容的情况进行修正。在做实验之前通过在ADAMS中建立云台的虚拟样机模型,进行MATLAB与ADAMS的联合仿真对二者模型进行对比与验证,证明基于U-K方法所建模型的正确性,从仿真角度验证了利用U-K方法对云台进行轨迹跟踪控制的可行性,为实验的进行做好准备。最后通过基于U-K方程建立的控制系统对云台进行实验并将实验所得结果与理论值进行对比,从实验角度验证了U-K方程用于云台轨迹跟踪控制的可行性,为云台轨迹跟踪控制提供了新的思路与方法同时也扩大了U-K方程的应用范围。
葛依凌[8]（2020）在《学术演讲集《理论物理学八讲》翻译实践报告》文中认为翻译已经不仅仅是两种语言间的符号转换,而是一定背景下的交际行为,本翻译实践报告以翻译马克思·普朗克的学术演讲集《理论物理学八讲》（Eight Lectures on Theoretical Physics Delivered at Columbia University in 1909）文本的汉译为基础完成。《理论物理学八讲》作为学术演讲集,既有科技文本属性,又兼具演讲稿的特点。科技文本大多属于信息型文本,通过朴实的语言向读者传递信息,一般要求译者以内容为核心。而演讲稿则采用更多口语化表达,导致全文术语表述不严谨和不统一。《理论物理学八讲》中最大的翻译难点和重点就是术语翻译,本文将术语翻译存在的问题分为可读性和层次性两大类,结合案例进行分析。全文共五章。第一章是翻译项目介绍,包括项目承接过程和该项目的语言特征。第二章通过梳理国内外文献,总结了科技翻译和术语翻译的一些问题和翻译方法,并给出术语的定义和术语翻译的要求。第三章强调术语翻译的可读性,要求译者注重时效性和术语意识这两个重要因素。理论物理学发展至今经历了许多阶段,每个阶段都有新的术语出现,而术语得到系统性的定义往往需要很长的一段时间。针对经典早期科技文本中的不规范术语和错误术语,本章从时效性和术语意识两个角度出发,结合案例进行分析。第四章强调术语翻译的层次性,从术语的关联度、前后统一和级阶统一三个角度结合案例进行探讨。首先利用word2vector模型进行词向量分析,提供一个科学的术语关联度的判断依据。然后根据全文术语表,对反复出现的同义术语和相似术语进行统一和规范。最后根据韩礼德的级阶概念,通过级阶分析法,探讨术语翻译的级阶统一问题。第五章针对本翻译实践报告进行了总结。
陈敬阳[9]（2020）在《三自由度欠驱动机械臂的轨迹规划与鲁棒控制》文中进行了进一步梳理广义坐标维数多于控制输入维数的系统被称作欠驱动系统。欠驱动机械臂具有工作效率高,灵活性强,重量轻,能在极端环境作业等优点,广泛应用于工业、医学、军事等领域。针对欠驱动机械臂的轨迹规划和鲁棒控制技术研究是机器人、人工智能、控制理论与技术等研究领域的热点之一,既能提供安全有效的机械臂末端控制方案,也能促进非线性非完整系统控制理论与技术的发展与完善。由于欠驱动系统状态之间相互耦合或伴随非完整约束,对其规划运动轨迹和设计控制算法都是具有挑战性的任务。本文的研究对象为三自由度直升机系统,若把其两个驱动系统的中心位置看成机械臂末端的被控位置,则该系统是一个典型的欠驱动二阶非完整系统,该系统非常适用于先进控制理论与技术的教学和实验验证。本文首先建立了三自由度直升机的多刚体动力学模型,然后简化多刚体模型表达式,分别对偏航、升降、俯仰三个通道进行了参数拟合。搭建仿真和实验环境,进行系统的响应对比。结果表明:辨识得到的模型能准确地描述三自由度直升机平台的动力学特性,相比于原始的系统模型,辨识的模型精确度有很大提升;但相对于实际平台的响应,辨识模型的响应在瞬态和稳态精度方面依然存在一定的偏差。然后针对该二阶非完整系统,采用虚拟完整约束（VHC）方法,构造原广义坐标之间的虚拟约束关系,将辨识模型降阶,得到虚拟受限系统。存在反馈控制律使得约束关系沿着该闭环系统的解不变。根据期望的直升机运动定义了三种完整约束关系,离线规划了直升机的三种典型轨迹,作为跟踪控制的参考信号。基于辨识的模型和轨迹规划模块输出的参考轨迹,设计了末端轨迹鲁棒高精度跟踪控制器。先将系统反馈线性化,然后采用内外环控制结构,根据期望的误差轨迹模型,确定控制器参数;结合不确定与干扰估计器（UDE）设计了一种新的鲁棒控制器,以补偿未准确建模和辨识的因素对系统控制精度的影响。证明了闭环系统的稳定性,分析了影响系统跟踪误差值的关键因素。对轨迹规划方案和鲁棒轨迹跟踪控制方案进行了数值仿真验证和实验验证。首先,在Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证了鲁棒控制律的有效性和对干扰的抑制能力。并通过仿真对比设计参考信号的不同方式,说明了非完整系统轨迹规划环节的必要性和离线规划结合在线规划方法的优点。最后在固高三自由度直升机平台上运行了设计的方案,进行了系统的闭环实验和结果对比。实验结果表明:对规划的三种不同轨迹,被控系统跟踪误差都有界;采用不确定与干扰估计器有利于减小稳态误差,验证了鲁棒控制律的有效性;进一步验证了辨识模型的可靠性和适用性,基于辨识模型规划的轨迹是安全可行的。
衣博文[10]（2019）在《非线性系统状态观测与轨道镇定》文中研究指明本学位论文涉及非线性控制系统的两类问题,即状态观测与轨道镇定。近年来随着一些复杂控制任务的涌现,特别是机器人、无人系统与智能电网等领域飞速发展,这两类问题已成为学术界和工业界的研究热点。高性能控制系统分析与综合,有赖于系统全状态反馈,但全状态测量在工业应用中受限于成本与技术等因素,这使得很多先进控制策略无法适用。在此背景下,状态观测器应用而生。自D.Luenberger的奠基性工作以来,线性系统观测器理论经过半个多世纪发展日臻成熟;另一方面,非线性系统动力学行为复杂,非线性观测器理论与设计方法远未成熟。本文针对一般非线性系统,提出了一种新型状态观测器——[KKL+PEB]观测器。同其他状态估计方法一样,所提出方法要求动力系统满足一定能观性。对于弱能观或不能观系统,一种行之有效的解决方法是借助注入高频信号来获取更多的系统信息,这在诸多工业实践中广为熟知。本文从回归和频域两个视角,研究了高频注入法中虚拟输出估计问题,并给出了利用虚拟输出的非线性机电系统电气坐标观测器设计。本文研究的另一问题是非线性系统轨道镇定。该类问题源于双足机器人、旋转电器、交流变换器及生物等系统中的周期任务,其难点是这类问题属于非平衡点控制。我们将看到,经典的互联与阻尼配置无源控制为这类充满挑战问题,从能量角度提供了优雅的解决方法。本文给出两种轨道镇定方法,并探索了它们间的联系。文中设计均不采用消非线性项或高增益主导的方法,而是充分利用系统非线性,这在工程应用具有很好的实际意义。本文主要研究贡献如下。1.研究了多输入多输出系统的高频注入法,不同于单变量系统之处是引入了加权向量,本文给出了相应的二阶平均分析。在此基础上,从参数回归角度提出一种估计系统输出中高频成分（虚拟输出）的方法,该设计依赖于如下两核心发现:首先,虚拟输出重构可视为线性回归模型中的慢时变参数估计;其次,该问题中回归形式可用近期发展的动态回归与混合方法处理,并得指数收敛结果。所提出方法的优势在于估计器的闭环结构及指数稳定性,故估计结果对噪声不敏感;引入的线性时变算子计算量小,便于工程应用。随后本文讨论了利用虚拟输出为一般机电系统设计电气坐标观测器。本文对高频注入中传统线性时不变滤波技术展开研究,给出其定量理论分析,这在已有文献中通常被认为是开放性问题;同时我们证明了本文提出的方法也具有高通与低通的频域特性,这意味着新方法对传统方法向下兼容。该部分理论结果在内置式永磁同步电机和磁悬浮系统进行了实验验证。2.本文提出了一种新型非线性观测器,即[KKL+PEB]观测器。它以无缝方式统一了Kazantzis-Kravaris-Luenberger（KKL）观测器与基于参数估计（PEB）观测器设计,故适用范围更广。随后,本文证明了KKL、PEB与所提出的[KKL+PEB]观测器可视为广义浸入不变观测器的特殊情形,这为以上观测器的分析与综合提供了统一框架,观测器设计步骤更加系统化。新方法可解性由一组偏微分方程刻画,本文给出了该方程的求解方法。理论结果在直流?uk转换器上开展了仿真研究,通过同多种估计方法比较,表明了本文提出的方法在处理实际问题中的优越性。3.本研究了非线性系统轨道镇定的反馈控制器构造方法,推广了经典的互联与阻尼配置无源控制方法,适用于复杂的轨道镇定问题。本文由此得到两类轨道镇定方法,同其他无源控制方法一样,它们均具有清晰的能量解释,物理概念清晰,便于工程师理解与接受。第一种墨西哥帽能量成型方法通过能量成型,令储能函数在期望闭合轨道上取得极小值,该函数有着类似于墨西哥帽的形状;第二种能量注入与耗散方法使用不定的阻尼矩阵,该矩阵的正负定由系统状态位置决定,可实现注入能量或耗散能量,进而实现能量调节,其中期望轨道由能量水平集刻画。此外,本文提出的能量注入与耗散法,可用于非完整约束机械系统的调节问题,得到了全局定义的、光滑时不变的状态反馈,实现几乎全局渐近收敛。需要注意,该结果满足Brockett必要条件。这一问题此前通常被认为是开放性的。
二、Conservation laws for mechanical systems with unilateral holonomic constraints（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Conservation laws for mechanical systems with unilateral holonomic constraints（论文提纲范文）
（1）非光滑刚体系统动力学的Udwadia-Kalaba方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的背景、意义和目的 |
| 1.1.1 研究的背景 |
| 1.1.2 研究的意义和目的 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 非光滑刚体系统动力学的研究现状 |
| 1.2.2 U-K方法的研究现状 |
| 1.3 研究存在的问题 |
| 1.4 主要研究内容和结构安排 |
| 第2章 U-K方法的简介和修正 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 U-K方法的显式方程 |
| 2.3 U-K方法的建模过程 |
| 2.4 算例1(固定机械臂) |
| 2.4.1 建模与仿真 |
| 2.4.2 结果分析 |
| 2.5 U-K方法的修正 |
| 2.5.1 理论推导 |
| 2.5.2 讨论分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 非光滑单边约束刚体系统动力学建模与分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 碰撞恢复系数 |
| 3.3 库仑摩擦模型 |
| 3.4 基于修正U-K方法的动力学建模 |
| 3.5 计算流程图 |
| 3.6 算例2(单边约束滑块摆杆) |
| 3.6.1 建模与仿真 |
| 3.6.2 结果分析 |
| 3.7 算例3(单边约束滑块摆球) |
| 3.7.1 建模与仿真 |
| 3.7.2 结果分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 非光滑双边约束刚体系统动力学建模与分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于修正U-K方法的动力学建模 |
| 4.3 光滑牛顿算法 |
| 4.4 计算流程图 |
| 4.5 算例4(双边约束滑块摆球) |
| 4.5.1 建模与仿真 |
| 4.5.2 结果分析 |
| 4.6 算例5(圆盘滑块机构) |
| 4.6.1 动力学建模 |
| 4.6.2 仿真与分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 基于修正U-K方法的机械臂轨迹跟踪控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 动力学模型 |
| 5.3 基于修正U-K方法的控制策略 |
| 5.4 算例6(含摩擦移动机械臂) |
| 5.4.1 建模与仿真 |
| 5.4.2 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 内容成果总结 |
| 6.2 主要创新点总结 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况 |
| 致谢 |
（2）约束变胞机构的冲击动力学特性与参数优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究意义与来源 |
| 1.2 变胞机构研究现状 |
| 1.2.1 变胞机构结构学 |
| 1.2.2 变胞机构运动学 |
| 1.2.3 变胞机构动力学 |
| 1.2.4 变胞机构应用 |
| 1.3 约束变胞机构构态切换过程研究现状 |
| 1.4 碰撞动力学建模方法研究现状 |
| 1.4.1 冲量-动量法 |
| 1.4.2 连续接触力法 |
| 1.4.3 接触约束法 |
| 1.5 性能指标研究现状 |
| 1.6 参数优化研究现状 |
| 1.7 存在问题与不足 |
| 1.8 主要研究内容 |
| 第二章 约束变胞机构稳态构型下的模块化动力学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 约束变胞机构组成原理 |
| 2.3 主动件动力学模型 |
| 2.4 基本Assur杆组动力学模型 |
| 2.5 扩展Assur杆组动力学模型 |
| 2.5.1 变胞运动副的运动特性分析 |
| 2.5.2 扩展Assur杆组的构态划分 |
| 2.5.3 扩展Assur杆组的动力学分析 |
| 2.6 约束变胞机构动力学的具体求解过程 |
| 2.6.1 初始时刻约束变胞机构的运动学和动力学 |
| 2.6.2 任意时刻约束变胞机构的运动学和动力学 |
| 2.7 约束变胞机构模块化动力学仿真 |
| 2.7.1 平面双层纸板折叠变胞机构 |
| 2.7.2 变胞式精梳机钳板摆动机构 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 约束变胞机构构态切换过程中的冲击动力学模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 约束变胞机构构态切换过程中的冲击及动力学分析 |
| 3.2.1 冲击类型 |
| 3.2.2 Ⅰ类冲击动力学分析 |
| 3.2.3 Ⅱ类冲击动力学分析 |
| 3.3 约束变胞机构冲量求解模型 |
| 3.3.1 接触碰撞模型 |
| 3.3.2 Ⅰ类冲量求解模型 |
| 3.3.3 Ⅱ类冲量求解模型 |
| 3.4 约束变胞机构冲击动力学仿真 |
| 3.4.1 平面3 自由度约束变胞机构 |
| 3.4.2 平面双层纸板折叠变胞机构 |
| 3.5 实验与分析 |
| 3.5.1 冲击动力学测试实验台 |
| 3.5.2 实验过程 |
| 3.5.3 实验结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 约束变胞机构内部关节冲击响应分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.2.1 Ⅰ类冲击运动系统的变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.2.2 Ⅱ类冲击运动系统的变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.3 非变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.3.1 树系统约束变胞机构系统动力学 |
| 4.3.2 树系统约束变胞机构系统内部冲量求解模型 |
| 4.4 算例仿真 |
| 4.4.1 平面3 自由度约束变胞机构 |
| 4.4.2 平面双层纸板折叠变胞机构 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 约束变胞机构的冲击运动性能评价指标分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 约束变胞机构运动学建模 |
| 5.2.1 树系统约束变胞机构运动学模型 |
| 5.2.2 非树系统约束变胞机构运动学模型 |
| 5.3 速度性能分析 |
| 5.3.1 速度椭球 |
| 5.3.2 全局条件数性能指标 |
| 5.3.3 局部条件数性能指标 |
| 5.3.4 速度性能指标 |
| 5.4 冲击性能分析 |
| 5.4.1 全局冲击性能指标 |
| 5.4.2 局部冲击性能指标 |
| 5.5 动力学性能分析 |
| 5.5.1 冲击动力学性能方程 |
| 5.5.2 动力学操作度椭球 |
| 5.5.3 全局动力学条件数指标 |
| 5.5.4 局部动力学条件数指标 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于冲击运动性能的机构参数优化 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 机构参数优化设计模型 |
| 6.3 平面3 自由度约束变胞机构参数优化 |
| 6.3.1 约束条件及目标函数建立 |
| 6.3.2 优化结果分析 |
| 6.4 平面双层纸板折叠变胞机构参数优化 |
| 6.4.1 约束条件及目标函数建立 |
| 6.4.2 优化结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（3）含间隙旋转铰机构的多体动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 多体动力学理论的发展现状 |
| 1.3 含间隙旋转铰机构国内外研究现状 |
| 1.3.1 间隙旋转铰模型研究现状 |
| 1.3.2 间隙旋转铰接触碰撞问题研究现状 |
| 1.3.3 含间隙旋转铰机构动力学分析研究现状 |
| 1.4 本课题研究内容 |
| 第二章 多体动力学建模理论与数值计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 多体动力学建模方法 |
| 2.2.1 Newton-Euler方程 |
| 2.2.2 广义坐标下的Lagrange乘子法 |
| 2.2.3 第二类Lagrange方程 |
| 2.3 多体动力学微分方程的数值计算 |
| 2.3.1 多体动力学的数学模型 |
| 2.3.2 常微分方程的数值计算 |
| 2.3.3 微分-代数方程的数值计算 |
| 2.4 数值算例 |
| 2.4.1 平面双摆机构 |
| 2.4.2 平面曲柄滑块机构 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 含间隙旋转铰机构的多体动力学建模与数值计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 间隙旋转铰的动力学建模 |
| 3.2.1 间隙旋转铰的数学模型 |
| 3.2.2 间隙旋转铰内的连续接触碰撞力模型 |
| 3.2.3 间隙旋转铰内的摩擦力模型 |
| 3.3 含间隙曲柄滑块机构的多体动力学模型 |
| 3.4 数值计算 |
| 3.5 不同机构参数对机构动力学特性的影响 |
| 3.5.1 曲柄转速对机构动力学特性的影响 |
| 3.5.2 间隙尺寸对机构动力学特性的影响 |
| 3.5.3 摩擦系数对机构动力学特性的影响 |
| 3.5.4 恢复系数对机构动力学特性的影响 |
| 3.6 接触碰撞力模型对间隙旋转铰机构动力学分析的影响 |
| 3.6.1 接触碰撞力模型对比分析 |
| 3.6.2 机构动力学特性分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 含间隙旋转铰机构的多体动力学仿真分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 含间隙旋转铰机构的多体系统虚拟样机建模 |
| 4.2.1 仿真设计 |
| 4.2.2 ADAMS中的接触碰撞力计算 |
| 4.2.3 ADAMS中的摩擦力模型 |
| 4.3 仿真计算分析 |
| 4.4 多间隙旋转铰机构的多体动力学仿真分析 |
| 4.5 考虑杆件柔性变形的含间隙旋转铰机构动力学仿真分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 研究主要结论 |
| 5.2 本文主要创新点 |
| 5.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 攻读硕士学位期间参与科研项目和发表学术论文 |
（4）特种装备全生命周期重要环节实时仿真关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 特种装备及相关大型场景的实时绘制和漫游技术现状分析 |
| 1.2.2 特种装备刚体动力学仿真模拟现状分析 |
| 1.2.3 特种装备虚拟伪装柔性织物仿真现状分析 |
| 1.2.4 特种装备仿真中人机交互技术现状分析 |
| 1.3 存在的主要问题 |
| 1.4 本文的主要研究内容及创新点 |
| 1.5 论文的组织结构 |
| 第2章 特种装备及相关大型场景的实时绘制和漫游 |
| 2.1 大型场景的实时绘制和漫游技术 |
| 2.1.1 多层次细节重划分技术分析 |
| 2.1.2 基于PBR渲染管线技术分析 |
| 2.1.3 实时仿真相关理论应用 |
| 2.2 特种装备大型场景的实时仿真应用实践 |
| 2.2.1 集成实车虚拟仿真平台 |
| 2.2.2 风力发电机虚拟仿真平台 |
| 2.2.3 分子级轴承仿真虚拟场景试验平台 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于刚体动力学的特种装备物理仿真研究 |
| 3.1 泵车刚体动力仿真模拟应用 |
| 3.1.1 泵车仿真问题剖析 |
| 3.1.2 泵车刚体动力学建模 |
| 3.1.3 泵车刚体动力学优化 |
| 3.2 装载机刚体动力仿真模拟应用 |
| 3.2.1 装载机仿真问题剖析 |
| 3.2.2 装载机刚体动力学建模 |
| 3.2.3 装载机刚体动力学优化 |
| 3.3 压路机刚体动力仿真模拟应用 |
| 3.3.1 压路机仿真问题剖析 |
| 3.3.2 压路机刚体动力学建模 |
| 3.3.3 压路机刚体动力学优化 |
| 3.4 仿真系统实验效果对比与分析 |
| 3.4.1 泵车作业模拟应用系统 |
| 3.4.2 装载机的动力学仿真应用系统 |
| 3.4.3 压路机的动力学仿真应用系统 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 特种装备虚拟伪装柔性织物仿真研究 |
| 4.1 伪装布料模型的建立 |
| 4.1.1 针对三角形面片的质点弹簧模型优化 |
| 4.1.2 基于位置动力学的伪装布料建模 |
| 4.2 特种装备应用布料的动态真实性问题剖析 |
| 4.2.1 异质布料的动态绘制 |
| 4.2.2 真实风场物理模型问题剖析 |
| 4.3 风场下伪装布料撕裂的改进 |
| 4.3.1 布料撕裂算法问题剖析 |
| 4.3.2 Half-edge半边结构分析 |
| 4.3.3 Half-edge的改进 |
| 4.3.4 布料撕裂稳定性的改进 |
| 4.4 布料仿真效果验证 |
| 4.4.1 实验背景 |
| 4.4.2 伪装布料真实性验证 |
| 4.4.3 实验结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 特种装备虚拟现实人机交互技术研究 |
| 5.1 虚拟声场的采集和处理 |
| 5.2 虚拟装配中的手势交互 |
| 5.2.1 手势交互系统构建 |
| 5.2.2 面向特种装备虚拟装配场景的交互设计 |
| 5.2.3 手势操控发动机装配案例 |
| 5.3 特种装备的沉浸式交互 |
| 5.3.1 沉浸式交互问题剖析 |
| 5.3.2 碰撞检测与力反馈 |
| 5.3.3 虚拟测量软件模拟及应用 |
| 5.4 特种装备人机交互舒适性验证 |
| 5.4.1 特种装备交互仿真舒适性问题剖析 |
| 5.4.2 真实特种装备操作环境建立 |
| 5.4.3 特种装备仿真交互模式改进 |
| 5.4.4 实验案例 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（5）新型可变气门机构设计及与发动机匹配的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 能源危机和环境污染问题 |
| 1.1.2 汽车保有量及发动机的挑战 |
| 1.2 连续可变气门升程技术的概述 |
| 1.2.1 连续可变气门升程系统的技术原理 |
| 1.2.2 连续可变气门升程系统的分类及研究现状 |
| 1.3 论文的研究意义及主要内容 |
| 第2章 连续可变气门系统设计及试验 |
| 2.1 系统组成和工作原理 |
| 2.1.1 CVVLT系统的组成及关键零部件 |
| 2.1.2 CVVLT系统的工作原理 |
| 2.2 关键零部件设计及开发 |
| 2.2.1 型线设计的边界条件 |
| 2.2.2 中间摇臂型线的设计 |
| 2.2.3 凸轮型线的设计 |
| 2.3 型线的优化 |
| 2.3.1 系统的运动学模型 |
| 2.3.2 型线的优化流程 |
| 2.4 最终设计结果及试验验证 |
| 2.4.1 最终的设计结果及理论分析 |
| 2.4.2 样机试验与结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 多体动力学分析及关键零部件有限元分析 |
| 3.1 CVVLT系统的多体动力学分析 |
| 3.1.1 多体动力学简介 |
| 3.1.2 阀系的多刚体动力学基础 |
| 3.1.3 系统阀系的多刚体动力学模型及结果分析 |
| 3.2 中间摇臂的有限元分析 |
| 3.2.1 有限元理论的基本思想 |
| 3.2.2 中间摇臂的结构强度及模态分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 发动机台架试验及数值研究模型 |
| 4.1 发动机台架试验 |
| 4.1.1 试验样机准备 |
| 4.1.2 发动机台架测试系统 |
| 4.1.3 试验内容和数据采集 |
| 4.2 发动机的数值研究模型 |
| 4.2.1 一维性能仿真模型 |
| 4.2.2 能量平衡和热效率分析 |
| 4.2.3 三维仿真的基础理论及仿真模型 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 可变气门系统对发动机性能影响及CVVLT发动机燃烧室优化 |
| 5.1 CVVLT系统对发动机性能的影响 |
| 5.1.1 系统对发动机进气过程的影响 |
| 5.1.2 系统对发动机燃烧过程的影响 |
| 5.1.3 系统对发动机能量分配及热效率的影响 |
| 5.2 CVVLT发动机燃烧室优化方案的数值研究 |
| 5.2.1 优化方案 |
| 5.2.2 结果分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 全文总结 |
| 创新点 |
| 工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读博士期间的科研成果 |
| 附录 B 攻读博士期间课题参与情况 |
| 致谢 |
（6）机器人自行车非线性动力学模型的线性化建模控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容及章节安排 |
| 第二章 单轨车辆动力学建模及控制方法基础理论 |
| 2.1 欠驱动机械系统及非完整约束的定义 |
| 2.2 单轨机器人自行车系统的建模方法 |
| 2.3 欠驱动机器人自行车系统的控制方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 机器人自行车动力学建模及大转向角下的线性化模型 |
| 3.1 自行车机构分析 |
| 3.1.1 机器人自行车机构 |
| 3.1.2 自行车拓扑构型的描述 |
| 3.1.3 单轨车辆自由度分析 |
| 3.2 前轮驱动机器人自行车运动学分析 |
| 3.2.1 自行车模型运动学 |
| 3.2.2 车轮地面接触点完整和非完整约束分析 |
| 3.3 基于拉格朗日法的自行车动力学建模 |
| 3.3.1 一般性条件假设 |
| 3.3.2 前轮驱动机器人自行车动力学建模 |
| 3.4 前轮驱动机器人自行车90°车把转角下的静态平衡控制运动 |
| 3.4.1 机器人自行车大转向角下的线性动力学模型 |
| 3.4.2 90°车把转角下静态平衡控制的LQR控制器设计 |
| 3.4.3 可控可观性分析 |
| 3.4.4 仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 前轮驱动机器人自行车物理样机搭建与实验 |
| 4.1 车辆机械结构建模 |
| 4.1.1 前轮驱动电机安装位置设计 |
| 4.1.2 STM32嵌入式板安装位置设计 |
| 4.1.3 总体结构 |
| 4.2 控制系统硬件平台设计 |
| 4.2.1 控制系统硬件总体架构 |
| 4.2.2 STM32微处理器 |
| 4.2.3 惯性测量单元 |
| 4.2.4 增量式编码器 |
| 4.2.5 三相直流电机稳定力矩输出的功能实现 |
| 4.3 前轮驱动机器人自行车软件设计 |
| 4.4 实验结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（7）基于U-K方程的二自由度云台轨迹跟踪控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 轨迹跟踪控制研究现状 |
| 1.2.2 U-K方程发展历程及研究现状 |
| 1.3 U-K方法与其它方法的对比 |
| 1.4 论文研究的目的、内容和方法 |
| 1.5 论文章节安排 |
| 第二章 云台运动学分析 |
| 2.1 空间描述和坐标变换 |
| 2.1.1 空间描述 |
| 2.1.2 坐标变换 |
| 2.2 云台正运动学 |
| 2.2.1 云台参数 |
| 2.2.2 连杆坐标系的建立 |
| 2.2.3 齐次变换矩阵 |
| 2.2.4 云台正运动学 |
| 2.3 云台逆运动学 |
| 2.4 工作空间分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于U-K方程的动力学建模 |
| 3.1 基于U-K方程进行动力学建模的基础知识 |
| 3.1.1 广义逆矩阵 |
| 3.1.2 约束及约束方程 |
| 3.1.3 动力学普遍方程 |
| 3.1.4 高斯最小约束原理 |
| 3.1.5 拉格朗日方程 |
| 3.2 U-K方程 |
| 3.2.1 U-K基本方程 |
| 3.2.2 伺服约束力的求解 |
| 3.3 基于U-K方程的轨迹跟踪控制 |
| 3.4 Baumgarte违约稳定法 |
| 3.5 云台动力学建模 |
| 3.5.1 云台系统动能求解 |
| 3.5.2 云台系统势能求解 |
| 3.5.3 云台无约束系统运动方程 |
| 3.5.4 云台约束系统运动方程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于Matlab和 Adams对云台的联合仿真 |
| 4.1 基于Adams的云台建模 |
| 4.2 基于Matlab的仿真 |
| 4.2.1 Matlab仿真的参数设置 |
| 4.2.2 相容初始条件下云台轨迹跟踪控制 |
| 4.2.3 不相容初始条件下云台轨迹跟踪控制 |
| 4.3 基于Matlab和 Adams的联合仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 云台末端轨迹跟踪实验 |
| 5.1 实验系统简介 |
| 5.2 实验方案 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（8）学术演讲集《理论物理学八讲》翻译实践报告（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 翻译项目介绍 |
| 1.1 项目承接 |
| 1.2 语言特征 |
| 第2章 研究背景 |
| 2.1 科技翻译研究 |
| 2.2 术语翻译研究 |
| 第3章 术语翻译的可读性 |
| 3.1 时效性 |
| 3.2 术语意识 |
| 第4章 术语翻译的层次性 |
| 4.1 术语的关联度 |
| 4.2 术语的前后统一 |
| 4.3 术语的级阶统一 |
| 第5章 翻译实践总结 |
| 参考文献 |
| 附录一:书目(非直接引用) |
| 附录二:术语表 |
| 附录三:翻译原文及译文 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（9）三自由度欠驱动机械臂的轨迹规划与鲁棒控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展态势 |
| 1.2.1 欠驱动机械臂建模 |
| 1.2.2 欠驱动机械臂轨迹规划 |
| 1.2.3 欠驱动机械臂控制器设计 |
| 1.3 研究目标与研究内容 |
| 1.4 结构安排 |
| 第二章 三自由度直升机模型 |
| 2.1 固高三自由度直升机介绍 |
| 2.2 单刚体模型 |
| 2.3 多刚体模型 |
| 2.4 多种模型比较分析 |
| 2.4.1 单刚体、多刚体模型对比 |
| 2.4.2 其他典型模型对比 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 三自由度直升机模型参数辨识 |
| 3.1 升降通道参数拟合 |
| 3.2 俯仰通道参数拟合 |
| 3.3 偏航通道参数拟合 |
| 3.4 模型仿真与实验对比 |
| 3.4.1 第一组 |
| 3.4.2 第二组 |
| 3.4.3 第三组 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 三自由度直升机轨迹规划 |
| 4.1 虚拟完整约束方法概述 |
| 4.2 三自由度直升机降阶动力学方程 |
| 4.3 三种典型运动模式 |
| 4.3.1 升降角、俯仰角保持常值 |
| 4.3.2 升降角与偏航角有关,俯仰角保持常值 |
| 4.3.3 升降角保持常值,俯仰角与偏航角有关 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 三通道角轨迹鲁棒跟踪控制律设计与综合实验验证 |
| 5.1 非线性模型反馈线性化 |
| 5.2 鲁棒控制器设计 |
| 5.3 仿真结果及分析 |
| 5.3.1 常值干扰 |
| 5.3.2 正弦干扰 |
| 5.4 轨迹规划算法对比 |
| 5.4.1 无轨迹规划 |
| 5.4.2 基于标定参数模型规划 |
| 5.4.3 离线规划和在线规划 |
| 5.5 实验结果及分析 |
| 5.5.1 升降角、俯仰角保持常值 |
| 5.5.2 升降角与偏航角有关,俯仰角保持常值 |
| 5.5.3 升降角保持常值,俯仰角与偏航角有关 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
（10）非线性系统状态观测与轨道镇定（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 研究进展 |
| 1.2.1 非线性观测器研究进展 |
| 1.2.2 周期轨镇定研究进展 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 1.3.1 状态观测的高频注入:回归与频域视角 |
| 1.3.2 [KKL+PEB] 观测器理论 |
| 1.3.3 能量调节与镇定周期轨 |
| 1.4 本文结构安排 |
| 第一部分 高频注入法 |
| 第二章 高频注入的二阶平均分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 问题描述 |
| 2.3 平均分析与虚拟输出估计 |
| 2.3.1 摄动系统运动分析 |
| 2.3.2 虚拟输出的移动窗口估计法 |
| 2.4 例子 |
| 2.4.1 磁悬浮系统模型 |
| 2.4.2 能观性与虚拟输出 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 虚拟输出DREM滤波器及机电系统中应用 |
| 3.1 问题描述与DREM方法简介 |
| 3.1.1 问题描述 |
| 3.1.2 DREM方法简介 |
| 3.2 虚拟输出DREM滤波法 |
| 3.2.1 y_v估计:一种参数估计视角 |
| 3.2.2 新型虚拟输出估计方法 |
| 3.2.3 讨论 |
| 3.3 电气坐标观测器设计 |
| 3.3.1 机电系统端口哈密顿模型 |
| 3.3.2 观测器设计 |
| 3.3.3 讨论 |
| 3.4 设计实例与实验 |
| 3.4.1 微机电光开关 |
| 3.4.2 磁悬浮系统 |
| 3.4.3 讨论 |
| 3.4.4 实验与仿真 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 高频注入的频域观点:永磁同步电机为例 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 永磁同步电机模型与问题描述 |
| 4.2.1 符号介绍 |
| 4.2.2 动力学模型 |
| 4.2.3 问题描述 |
| 4.3 经典方法的定量解释 |
| 4.3.1 传统频率近似分析 |
| 4.3.2 平均分析下的频率视角 |
| 4.3.3 定量结果 |
| 4.4 第三章方法的频率视角 |
| 4.4.1 DREM转子估计方法 |
| 4.4.2 新方法的频率视角 |
| 4.4.3 参数整定 |
| 4.5 实验与仿真结果 |
| 4.5.1 仿真 |
| 4.5.2 实验 |
| 4.6 小结 |
| 第二部分 [KKL+PEB] 观测器 |
| 第五章 [KKL+PEB] 观测器:状态估计新工具 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 预备知识 |
| 5.2.1 Kazantzis-Kravaris-Luenberger观测器 |
| 5.2.2 基于参数估计观测器 |
| 5.2.3 讨论 |
| 5.3 [KKL+PEB] 观测器 |
| 5.3.1 主要结论 |
| 5.3.2 讨论 |
| 5.4 浸入不变观测器:统一理论框架 |
| 5.4.1 广义浸入不变观测器 |
| 5.4.2 [KKL+PEB] 观测器:浸入不变解释 |
| 5.4.3 讨论 |
| 5.5 例子 |
| 5.5.1 数值算例 |
| 5.5.2 一类非线性系统 |
| 5.5.3 直流-直流 ?uk转换器 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 非线性观测器的构造 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 主要结果 |
| 6.2.1 利用yv放松PEBO假设 |
| 6.2.2 PEBO偏微分方程求解方法 |
| 6.3 例子 |
| 6.3.1 一个不可辨系统 |
| 6.3.2 一类端口哈密顿系统 |
| 6.3.3 双水箱系统 |
| 6.3.4 磁悬浮系统 |
| 6.4 PLv CC机械系统动量估计 |
| 6.4.1 PLv CC机械系统 |
| 6.4.2 类梯度观测器设计 |
| 6.4.3 KKL观测器设计 |
| 6.4.4 讨论 |
| 6.5 小结 |
| 第三部分 镇定周期轨 |
| 第七章 轨道镇定的能量观点 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 互联与阻尼配置无源控制背景知识 |
| 7.3 问题描述 |
| 7.4 主要结论 |
| 7.4.1 墨西哥帽能量配置法 |
| 7.4.2 能量注入与耗散法 |
| 7.4.3 本文两种新方法比较 |
| 7.4.4 讨论 |
| 7.5 能量传输视角 |
| 7.6 例子:异步电机 |
| 7.6.1 动力学模型与控制目标 |
| 7.6.2 异步电机的无源控制轨道镇定 |
| 7.6.3 磁场定向控制属于轨道镇定 |
| 7.7 其他例子 |
| 7.7.1 二维振子 |
| 7.7.2 倒立摆 |
| 7.8 小结 |
| 第八章 非完整系统的光滑时不变调节 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 非完整系统调节:能量注入与耗散法 |
| 8.2.1 主要结果 |
| 8.2.2 讨论 |
| 8.3 非完整积分系统 |
| 8.3.1 光滑时不变反馈控制 |
| 8.3.2 动态光滑时不变方法 |
| 8.4 链式非完整系统 |
| 8.5 仿真 |
| 8.6 小结 |
| 第九章 总结与展望 |
| 9.1 全文总结 |
| 9.2 未来展望 |
| 附录A 非线性系统的概念与基本理论 |
| A.1 基本定义及引理 |
| A.2 Lyapunov稳定性与收敛 |
| A.3 不变流形与系统浸入 |
| A.4 非线性观测器理论基础 |
| A.5 轨道稳定性理论基础 |
| A.6 耗散理论基础知识 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 攻读学位期间申请的专利 |
| 攻读学位期间参与的项目 |
四、Conservation laws for mechanical systems with unilateral holonomic constraints（论文参考文献）
- [1]非光滑刚体系统动力学的Udwadia-Kalaba方法研究[D]. 郭明明. 青岛理工大学, 2021(02)
- [2]约束变胞机构的冲击动力学特性与参数优化研究[D]. 宋艳艳. 天津工业大学, 2021
- [3]含间隙旋转铰机构的多体动力学研究[D]. 陈锐搏. 昆明理工大学, 2021(01)
- [4]特种装备全生命周期重要环节实时仿真关键技术研究[D]. 刘宇涵. 燕山大学, 2020(01)
- [5]新型可变气门机构设计及与发动机匹配的数值研究[D]. 周贤杰. 湖南大学, 2020(12)
- [6]机器人自行车非线性动力学模型的线性化建模控制[D]. 熊超伟. 广东工业大学, 2020(06)
- [7]基于U-K方程的二自由度云台轨迹跟踪控制研究[D]. 张晓燕. 长安大学, 2020(08)
- [8]学术演讲集《理论物理学八讲》翻译实践报告[D]. 葛依凌. 浙江理工大学, 2020(02)
- [9]三自由度欠驱动机械臂的轨迹规划与鲁棒控制[D]. 陈敬阳. 电子科技大学, 2020(07)
- [10]非线性系统状态观测与轨道镇定[D]. 衣博文. 上海交通大学, 2019(06)