单自由度力觉交互系统建模与分析

为提高力觉交互系统性能,需要通过建模和分析来了解各参数对系统性能的影响.对单自由度力觉交互系统,假设虚拟环境为被动,将操作者对系统影响分为主动输入和被动阻抗,建立了包括操作者在内的力觉交互系统模型;通过双端口网络理论的应用,就系统对刚度阻尼组合虚拟环境的稳定性进行了分析,给出了系统稳定条件的一般判定准则,并由此分析了传动刚度对系统稳定性的影响.该方法可以用于对力觉交互系统的性能评估和设计指导.      

基于离散能量法的牙体预备仿真力觉渲染算法

在力觉交互的虚拟现实系统中,力的逼真度和系统稳定性是系统的两个重要性能.在力觉交互虚拟现实牙医培训系统中,通过力反馈设备作用在医生手上的力直接影响培训质量.采用四面体剖分建立人类牙齿的实体模型.结合经验公式和实验数据,提出了一种牙体预备虚拟切削力模型,研究了保证系统稳定性和虚拟力逼真度的算法,并利用离散能量法对等采样间隔的切削力序列进行渲染处理,使得力信号在力的逼真度和系统稳定性之间得到优化解,较好地消除了力序列中的高频振动,从而改善了力觉交互虚拟现实牙医培训系统的性能.     

具有位置/力混合控制的虚拟装配模型

目前在虚拟环境的应用领域研究主要集中在视觉的逼真性方面,而力觉在交互过程中有着不可替代的作用.采用位置/力混合控制的方法,通过具有力反馈的数据手套在虚拟约束空间中装配虚拟物体可获得触觉效果,使操纵者感受到操纵的细腻过程,如同操纵者直接与物体相接触一样,达到了虚拟装配过程的临场感目的.结果表明,采用力控制技术可使零件的设计质量、装配速度得到显著提高.      

CCSDS下行链路虚拟信道调度方法及其性能分析

描述了分包遥测的信源特点 ,并在此基础上提出了传送层虚拟信道划分和使用原则 ;利用轮询系统的方法建立了虚拟信道调度模型 ,从系统延时性能和缓存分配原则的角度 ,分析了不同信源组合下不同调度策略对系统可能造成的性能影响 ;提出了不同信源条件下适宜的调度策略和缓存分配策略。结果可为系统早期设计提供参考     

复杂产品虚拟装配系统的人机交互技术

介绍了一种基于双机同步的desktop虚拟现实设备的复杂产品虚拟装配仿真系统,对系统的人机交互技术进行了深入研究,提出了一种基于SOP(Structure of Parts)数据结构的属性类驱动算法的产品信息管理技术以及模型转心匹配法,阐述了一种适用于多部件多场景的、快速的基于扫描线技术的直接操纵交互算法原理,通过系统的实现验证了算法的实用性与效率,有效地提高了系统性能与扩展性.     

需求信息共享供应链系统稳定域内的优化

考虑由分销商和制造商构成的需求信息共享的二级供应链系统,通过考察系统参数对系统稳定性的影响,确定系统的稳定域;建立系统的3个稳定性指标,利用最优化理论及多目标优化算法NSGA-Ⅱ在系统稳定域内搜索实现系统最优状态的参数组合,这些最优解能使系统的3个稳定性指标达到Pareto最优,即不可能改善某一个稳定性指标,而不使其他指标受损.通过仿真实验确定系统在不同提前期参数取值情况下的最优稳定性指标值和相应的参数组合,研究在稳定域内系统参数对系统最优状态下3个系统指标的影响.根据研究结果提出了旨在提高供应链运行稳定性及稳定状态下寻找最优系统状态的管理学建议.     

发动机-变量泵-变量马达驱动系统分层控制

为充分发挥工程车辆用发动机及液压系统的工作性能,并同时提高其在动态条件下的功率传递效率,对发动机-变量泵-变量马达(三变量)组成的串联型液压驱动系统控制策略进行研究.对驱动系统各个部分进行参数匹配,确定各环节的额定计算工况; 提出自适应分层控制策略,以系统效率最大化为目标,主动调节发动机、变量泵以及变量马达的工作点,主动适应负载功率需求.在MATLAB/Simulink软件中对系统进行后向建模,仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效地保证系统高效率的功率传递,通过优化发动机工作点降低油耗.      

偏置弹簧对SMA驱动器输出性能影响规律

偏置弹簧参数对形状记忆合金(SMA,Shape Memory Alloy)驱动器的输出性能有着非常大的影响.为获得其影响规律,通过试验研究了不同偏置弹簧刚度以及不同弹簧预压缩载荷下,SMA驱动器的作动位移、响应速度的变化规律以及循环次数对驱动器性能的影响规律.试验结果表明,驱动器最大作动位移及响应速度随弹簧刚度或预载的增大而降低;驱动器性能在前几次循环中衰减较大,随着循环进行性能逐渐趋于稳定;弹簧预载的增大使驱动器性能稳定所需的循环次数减少,而弹簧刚度对驱动器输出性能的循环变化规律影响不大.      

飞机主动侧杆的弹簧-阻尼系统力矩控制策略

主动侧杆(Active Side-Stick,ASS)成为了目前的研究热点,主动侧杆可提供力反馈功能以模拟弹簧的作用,反馈的杆力随侧杆位移变化,且可自动回弹到中立位。针对飞机主动侧杆模拟弹簧控制问题,将主动侧杆等效为一个无质量的弹簧-阻尼系统,采用永磁同步电机作为力矩电机,对其采用PI电流环控制,根据位移-杆力特性曲线及阻尼特性得到交轴电流参考值,根据侧杆位移输出对应的转矩。并采用一种回中定位策略,根据侧杆不同的偏转角改变控制参考值。仿真和实验结果表明,该控制策略能够实现主动侧杆模拟弹簧功能,且杆力反馈具有较高的精度和稳定性,并可保证主动侧杆的快速精确回中。     

水下燃料组件转运系统耦合振动分析

核动力厂燃料组件转运系统运行的平稳性和系统结构的可靠性对确保燃料组件安全至关重要。为了解运行过程中系统的振动情况，建立了考虑水影响的梁-小车+刚性杆-质量+弹簧+阻尼的耦合系统动力学模型，推导了系统的非线性运动微分方程。在此基础上，采用数值算法计算了小车在不同行走速度下系统的响应。研究结果表明:运行过程中，小车行走速度越小系统振动越弱，相对越平稳；由于静变形，即使小车行走速度很低，吊篮仍会承受一定的横向力作用，需注意吊篮薄弱部位的强度；导轨支撑附近位置为吊篮的相对危险位置，必要时可以在此设置监测点以保证燃料组件安全。      

高超声速飞行器刚体／弹性体耦合动力学建模

高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质复合材料、薄壁结构等,导致结构振动与刚体运动频率非常接近,给飞行器制导控制系统设计带来了巨大挑战.针对该类飞行器的特点,考虑结构的横向位移,将机身前后体简化为于质心处固联的2根悬臂梁,并从统一的能量观点出发,基于拉格朗日方程与虚功原理,在纵向平面推导出适合高超声速飞行器的刚体/弹性体耦合动力学模型.通过对比耦合模型与传统刚体模型的极点分布情况,发现结构振动与刚体短周期模态紧密耦合,离心力的引入影响了高度与长周期模态,对高超声速飞行器航迹运动的作用不可忽视.最后分析了飞行速度与结构阻尼变化对耦合模型动态性能的影响.结果证明飞行速度对刚体运动模态影响显著,而结构阻尼的变化主要改变弹性模态.     

轴向间距对转子叶片颤振特性的影响机理

使用自行开发的非定常流固耦合数值模拟程序,研究了上游叶排影响转子叶片颤振特性的机理,采用影响系数法分析轴向间距影响转子气动弹性稳定性的规律。结果表明:在协调叶栅中,叶片吸力面相邻的叶片振动对转子叶片气动阻尼的大小起决定性作用,其影响甚至超过振动叶片本身的影响;多排环境中,导叶（IGV）对转子叶片气动阻尼最小值的影响最大,并使其对应的节径增大;相邻叶片振动引起的通道变化抑制了导叶对非定常压力波的反射作用;随着轴向间距的减小,导叶对非定常压力波的反射作用减弱了非定常压力波的周向衰减,从而增大了叶片振动的非定常影响范围;在多排环境中使用影响系数法需要测量更多的叶片才能得到较为准确的气动阻尼。      

全柔性空间机器人基于虚拟力的输出反馈有限维重复学习控制及振动抑制

探讨了基座、关节、臂均存在柔性情况下，空间机器人关节轨迹运动及多重柔性振动的主动控制和主动抑制问题.结合线性弹簧、扭转弹簧、简支梁及假设模态法，利用拉格朗日方程建立了基座、关节、臂全柔性影响下的空间机器人系统动力学模型，利用奇异摄动法，将模型分解为关节运动慢变子系统与关节柔性振动快变子系统.为控制慢变子系统中载体姿态、关节刚性运动并且抑制臂的柔性振动，依据虚拟控制力的概念，设计了基于有限维傅里叶级数解析周期信号的输出反馈重复学习算法.李雅普诺夫直接法证实了上述控制器的稳定性.为了抑制快变子系统中基座和关节的柔性振动，分别采用线性二次最优控制方法以及引入关节柔性补偿器间接增大关节等效刚度的方式，使控制算法不局限于求解弱非线性问题.系统数值仿真结果表明，所提出的控制器能够有效抑制机器人多重柔性构件的振动，实现对期望信号的高品质追踪.      

虚拟层次化无线mesh网络信道分配策略

为了获得具备良好的用户分集效果和路由稳定性的无线mesh网络,提出了一种虚拟层次化网络架构.这种无线mesh网络将临近节点聚合为虚拟小区,该小区内部节点不仅能够直接通信,还具有路由转发功能.虚拟小区内部节点之间的连接构成虚拟的底层网络,虚拟小区之间的连接则构成虚拟的顶层网络.为解决虚拟层次化无线mesh网络的信道资源分配问题,提出了一种图着色模型——广义集合T-coloring模型.该模型以虚拟小区为无线信道的分配单位,并采用射频防卫度为无线信道的干扰约束指标,在保证网络连通性的前提下,既降低信道干扰又提高信道利用率.采用虚拟小区分裂方式进一步增加了网络容量也提升了信道分配公平性.仿真结果验证了该策略的有效性.     

反转轴间气膜密封动特性分析

用有限元法计算了双端面期末密封两端面的气膜刚度和阻尼,分析了密封跑道质量和主密封环质量对气膜刚度和阻尼的影响,并对瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程进行了讨论.结果表明:膜厚对气膜刚度和阻尼影响较大,在膜厚小于5μm下尤为明显;系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同环道质量比对系统振动的收敛时间影响不大.     

基于双环滑模控制的直/气复合控制系统设计

直/气复合控制导弹具有强干扰、强非线性以及强耦合等特点，传统的姿态控制器难以适用于该种复杂干扰并存的情况，文章提出了基于双环滑模控制的直/气复合控制器。首先采用有限时间收敛趋近律分别构造内外环滑模控制器，并将角速度回路的滑模变量量化为直接力指令，以解决空气舵与姿控发动机之间的耦合问题。接着使用非线性扩张状态观测器估计综合干扰，从而设计控制器补偿侧向喷流干扰及模型不确定性等综合干扰的影响。然后基于李雅普诺夫方法证明了控制系统闭环稳定，分析了干扰补偿对控制器收敛域的影响。最后仿真结果表明，该方法跟踪速度快，动态过程平稳，具有较强的干扰抑制能力，具有很强的鲁棒性。