Stewart机床运动学分析

运用多体系统理论研究了6-SPS型Stewart机床机构和丰田型Stewart机床机构的运动学,建立了相应的零级（位姿）和一级（速度和角速度）运动学方程,获得了两种Stewart机床机构的雅可比矩阵。运用多体系统通用分析软件对Stewart机床的运动进行了仿真计算,为后续研究等奠定良好基础。     

光学自由曲面机床检测系统静态几何误差快速辨识方法研究

本文以光学自由曲面加工机床为研究载体,实现了机床检测系统的静态几何误差的快速辨识。通过多体运动学理论建立了机床几何误差模型,从而提取出影响检测系统精度的13项静态几何误差。并在此基础上,类比球杆仪工作原理,设计了针对该系统静态几何误差辨识的特征样件,并基于该样件完成了误差辨识算法的研究。最终通过模型仿真与初步实验验证了该算法的可行性。     

基于Kane方法的双旋弹飞行动力学建模及仿真

针对双旋弹飞行动力学建模,提出了基于Kane方法建立树形多刚体系统动力学方程的方法.分析了双旋弹后体和前体的运动,并分别建立了其动力学方程,综合得到了双旋弹的七自由度飞行动力学方程.基于四元数转换,建立了双旋弹转动运动学方程.通过编程对双旋弹的无控和有控运动特性进行了仿真分析.结果表明,双旋弹无控时以小迎角稳定飞行;有控飞行时弹体产生配平迎角,且纵向和横向修正会出现交叉耦合.     

光电探测系统指向误差分析、建模与修正

针对光电探测系统(EODS)的高精度指向要求,提出一种基于半参数同归模型(SPRM)的改进算法.全面分析了误差来源,如光学系统的光轴一致性误差、机械框架的垂直度和回转误差、控制系统的稳定跟踪误差等,采用多体系统运动学理论,建立了具有明确物理意义的指向误差线性模型.同时,针对系统中的非线性误差因素,提出了半参数回归模型改...     

导弹运动方程的逆解析解

针对在采用反馈线性化理论设计导弹飞行控制系统时控制器算法对导弹逆模型的要求 ,推导了导弹运动方程的逆解析解 ,包括导弹质心运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解、姿态运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解 ,详细给出了逆模型的求解过程 ,为一类飞行控制系统运用全局线性化设计奠定了基础。最后 ,结合工程应用进行了仿真计算 ,仿真结果表明逆解析解的推导是正确的     

喷嘴为执行机构的空间飞行器基于误差四元数的非线性姿态跟踪控制

研究带喷嘴空间飞行器在姿态跟踪机动时的多轴耦合非线性姿态控制问题。姿态运动学和动力学用误差四元数描述。通过线性变换将误差四元数动力学方程转换成 4个摄动双积分系统 ,并基于此摄动双积分系统设计了开关控制器。由误差四元数及其导数构成的抛物型开关函数决定了控制器中的逻辑。文章考虑了最短的姿态捕获路径、外部干扰抑制、和不确定参数补偿问题。控制器允许力矩矩阵为非对称 ,从而使喷气执行机构的安装有更好的灵活性。由于不需要目标的加速度反馈 ,控制器可用于对机动目标的跟踪。用相平面方法分析了闭环系统的鲁棒稳定性。仿真结果验证了控制方案的可行性     

基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统

针对行人导航定位问题,研究了基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统实现的关键技术。首先基于人体运动学原理构建了零速检测模型,使用最优综合判断条件有效检测出对应的零速时刻,实时进行速度和姿态的更新修正。在检测到零速时刻时,将速度误差、位置误差作为观测量,经Kalman滤波估计惯导系统误差并进行反馈校正,抑制惯导系统的误差,提高导航定位精度。研制了集信息采集、数据传输、导航解算与监控显示于一体的可穿戴式行人导航系统,可对行人的运动状态进行实时监控。所设计的基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统,平均定位误差小于行走距离的1.1%,最大不超过1.7%,验证了本系统的可靠性和适用性。     

基于横截函数的欠驱动航天器姿态跟踪方法

针对航天器姿态跟踪任务,考虑一种配置2个独立动量交换型执行机构的欠驱动航天器,提出了一种基于横截函数的任意姿态轨迹跟踪控制律。利用三维特殊正交群SO(3)建立航天器姿态运动学方程,并基于动量守恒条件,将动力学方程与运动学统一写成以执行机构输出角动量为控制输入的降阶系统。利用横截条件与Lie代数秩条件构造基于SO(3)的横截函数,其本质为能够任意逼近平衡点的一个嵌入子流形,并基于横截函数与姿态误差建立降阶跟踪控制系统的伴随系统。针对伴随系统,提出了一种光滑静态反馈控制律,利用Morse函数证明了对于任意轨迹闭环系统的最终有界稳定性。进一步针对可行轨迹,基于零动态系统设计了横截函数的参数自调整律,使得在零动态时横截函数趋近跟踪系统的平衡点,证明了闭环系统具有指数稳定性。最后,通过数值仿真验证了提出控制器的有效性。     

机动飞行数值模拟关键技术及初步验证

建立飞机机动飞行仿真及飞行性能评估能力是未来航空CFD发展的重要目标之一,为此,对机动飞行数值模拟的方法、原理、关键技术及潜在的应用方向进行了探讨。采用惯性系下任意拉格朗日-欧拉(ALE)形式描述的Navier-Stokes方程与机体运动学方程相耦合的方法,结合动网格技术建立了通用的机动飞行数值模拟应用框架。从微分方程形式的运动学方程出发,建立了与流动控制方程进行紧耦合和松耦合计算的两套计算方案,并提出了利用预报-校正技术提高耦合计算精度的方法。计算结果表明,所提方案合理、可行,为单自由度/多自由度机动飞行模拟、动导数分析等计算提供了可靠的新工具。     

自由漂浮空间机器人点到点避奇异运动控制方法

针对具有冗余机械臂的自由漂浮空间机器人（Free Floating Space Robot, FFSR）点到点避免奇异性规划和控制问题,提出了一种冗余FFSR的点到点避免奇异控制方法。首先,该方法基于离散状态依赖李卡提方程（DSDRE）控制器设计方法,利用FFSR的动力学和运动学方程实现了FFSR系统方程的伪线性重构;然后,基于伪线性重构系统及DSDRE状态调节器设计方法实现了FFSR的关节角速度和末端位姿的同时跟踪控制;其次,根据跟踪控制器对FFSR广义雅克比矩阵（GJM）行满秩的设计要求,定义FFSR的奇异性判别依据,构造了避奇异约束函数;再次,由于冗余FFSR系统具有多逆运动学解特点,考虑关节角及关节角速度约束,结合避奇异约束函数设计了FFSR的期望轨迹在线规划器,进一步将设计的跟踪控制器与规划器相结合提出了冗余FFSR末端点到点避奇异运动控制方法。最后,为验证所提方法的有效性同时考虑简化计算,采用平面4连杆FFSR模型进行数值仿真,仿真结果表明所提点到点避奇异运动控制方法能够有效实现冗余FFSR系统的点到点避奇异运动。     

Precise modeling of arc tooth face-gear with transition curve

A fabrication method is adopted for which an imaginary gear simultaneously realizes conjugated meshing with an arc tooth cylindrical gear and an arc tooth face-gear. The cutter fillet and tooth crest edge form the tooth root fillet of the gear, and the linear tooth surface equation of the imaginary gear and the position vector of the curvature center of the cutter fillet arc constructed with certain cutter inclination to deduce a working arc tooth surface equation. The tooth root fillet equation of the arc tooth face-gear is derived from the meshing geometry and kinematics. A numer- ically controlled machining model of the arc tooth face-gear is established through the transforma- tion of adjustment parameters from the cutter-tilt milling machine to a common multi-axis NC machine. Motion parameters of each movement axis of the NC machine are acquired. A processing example is presented to verify the precision of the fabrication method in processing the arc tooth face-gear. The method provides a theoretical and tentative basis for the analysis of tooth surface contact stress, tooth root bending stress and dynamics. A hobbing test is conducted to demonstrate the good meshing condition of the arc tooth face-gear pair.     

基于多体系统理论的机床静态精度分析方法研究

通过对多体系统理论方法的研究,阐述了该理论的精度建模原理。以某型号三轴数控机床为例,建立机床静态精度模型,利用机床厂提供的基本参数,预测某水平面的加工精度,并将预测值与试件的加工精度要求进行对比,证明了精度预测的准确性。     

多体运动理论与齿轮测量中心的几何误差建模

本文阐述了多体系统的拓扑结构和低序体阵列,其特征矩阵的基本概念和构建方法,分析了多体系统误差运动的基本规律,结合891E型齿轮测量中心研究了根据特征矩阵得到其空间几何误差的算法,为齿轮测量中心精度分析和几何误差提供了一种理想的建模方法.     

基于多体理论的数控机床精度可再生关键技术的研究

通过分析数控系统如何来控制机床的运动进给,构造了实现精度再生的系统模型。并将基于多体系统理论的几何误差补偿技术应用到数控系统中,开发了仿真补偿软件,达到了理想的补偿效果。     

空间站柔性展开机构仿真方法研究

空间站展开机构是典型的大型多柔体系统，其展开收拢过程涉及非线性大变形以及接触碰撞问题。首先采用绝对节点坐标法作为柔性体的建模方法，建立了梁单元的有限元单元格式，然后基于拉格朗日方法和Hertz接触理论建立了考虑接触碰撞问题的柔性多体系统动力学方程，采用向后差分方法数值求解柔性多体系统的微分代数方程，最后以自由梁、简支梁和柔性单摆进行数学仿真验证。结果表明，该方法可用作我国空间站大型柔性太阳电池翼的设计分析参考。     

融合机床精度与工艺参数的铣削误差预测模型

为弥补现有五轴联动数控铣床加工飞机结构件的加工精度评估系统的不足,提出利用机床精度检测数据和零件特征及其工艺参数来构建评估指标体系,基于BP神经网络建立了飞机结构件加工误差预测模型。通过完成训练的网络权值分布,计算出各输入指标对最后评估结果的影响,并通过实例分析检验了模型的可靠性。结果表明,经BP神经网络模型训练得到的结果和样本零件的三坐标测量机测量数据基本吻合,选取的评价指标具有有效性。该评估模型能够有效地融合机床精度检测数据和零件特征及其加工工艺参数,对飞机结构件的铣削加工误差进行预测。     

进给伺服系统特性对加工精度的影响分析

根据数控机床进给系统结构模型,导出其解析—数值计算方法,在此基础上针对系统的增益、速度误差、系统频率特性所引起的加工误差以及响应的稳态位置偏差对提高加工精度的影响进行了分析研究,提出了各参数选择的原则。     

散乱点曲面测量造型技术及其在飞机曲面工装模具设计与制造中的应用研究

 分析研究了利用坐标测量机进行曲面模具数控测量的有关理论和方法。提出了一种基于测量规划、散乱点三角划分和采用Ｂｅｚｉｅｒ三角形插值曲面重建曲面模具实物数学模型的方法。目前，这种重建实物数学模型的方法已经在复杂曲面模具散乱点测量、几何造型和数控加工系统３ＭＳ中得到了应用，较好地解决了航空、航天及汽车工业中一类构型十分复杂、形状和边界极不规则曲面产品的设计与制造     

打磨机操作臂运动学仿真研究

采用D—H方法建立打磨机操作臂的运动学方程,并讨论该操作臂的运动学问题。首次将MATLAB中的Robotics Toolbox命令与编写的MATLAB程序相结合应用于新型打磨机操作臂正运动学、逆运动学仿真,并对正、逆运动学以及空间轨迹进行了实例仿真。通过仿真观察到操作臂各个关节的运动并得到了所需的数据,说明操作臂建模以及所设计参数的合理性和运动算法的正确性,为打磨机的动力学、控制和规划的研究提供了可靠的参数。     

BLM001型叶片测量仪准刚体数学建模研究

基于自行研制的BLM001型航空压气机叶片型面四坐标激光在线测量仪,研究其准刚体数学建模方法,测量其机构误差源,通过误差补偿提高叶片型面的测量精度。