非线性非保守耦合系统的模态分岔与稳定性

用模态的方法分析了一个具有弹性耦合项的非线性耦合Van der Pol振子系统,研究了此系统的非相似模态运动及分岔,并通过理论和数值结果对模态运动的稳定性和合成性进行了分析.研究结果表明,模态的合成能有效地模拟原系统的衰减效应,即当系统作衰减运动时,理论和数值结果之间的误差很小.然而,当系统的参数穿越某个值后,系统的模态运动方程发生Hopf分岔,产生一个稳定的极限环,此时,模态的合成失效,特别表现在相位上.     

高速无人机地面变速滑跑转弯方向稳定性研究

高速起降无人机地面滑跑过程中受到轮胎力、气动力、舵面力等多个非线性因素的影响，容易发生转弯失控，在地面打转甚至冲出跑道等严重事故。目前利用分岔理论分析飞机地面滑跑非线性转弯系统稳定性时，都是基于匀速滑跑的平衡态系统，无法分析加减速对非线性非自治飞机地面滑跑系统稳定性的影响。对此，提出利用达朗贝尔原理将非线性动态系统转化为等效非线性平衡态系统进行分岔特性研究。在MATLAB/Simulink中建立无人机非线性地面变速滑跑动力学模型，并基于达朗贝尔原理在系统模型中引入惯性力，将系统转化为等效平衡态系统，进而利用数值延拓法对系统全局稳定性及分岔特性进行求解，分析了无人机变速滑跑过程中加速度对无人机转弯方向稳定性的影响，并对系统出现的鞍结分岔现象、Hopf分岔现象进行分析。通过对3种典型工况下无人机的运动状态和受力进行分析，揭示了无人机地面变速滑跑转弯时发生方向失稳的本质与机理。同时，在加速度单参数分岔分析的基础上，采用开折方法，将前轮转角作为附加参数引入无人机地面滑跑动力学模型，进行双参数分岔分析，讨论了双参数组合对无人机地面滑跑方向稳定性的影响规律，并就双参数分岔过程中新出现的BT分岔、G...     

液体不完全起旋时充液陀螺稳定性研究

一些旋转充液系统,尽管理论上满足固化液体系统的陀螺稳定性条件,并且也不在章动与液体惯性波的共振区域内,但是在实验时系统却出现运动不稳定.这一现象无法由SWM(Stewartson-Wedemeyer-Murphy)线性理论解释,致使在工程设计中很难避开不稳定的参数区域.本文采用数值方法分析了液体未完全起旋对高速旋转充液陀螺稳定性的影响,并应用Lyapunov-Rumjantsev 部分变量稳定性理论,得出了液体不完全起旋时,充液陀螺稳定性条件.      

基于线性回归近似替代模型的分布式卫星系统不确定性分析方法

分布式卫星系统在空间科学领域具有广泛的应用前景,同时也对概念设计阶段的分析工作提出了更高的要求.在分布式卫星系统概念设计阶段,评价不确定性参数对于最终探测效能的影响有着重要的工程应用价值.传统的不确定性分析方法存在解析困难、数值模拟计算效率低且耦合关系表征不明确的缺点.本文结合概念设计阶段不确定性分析的特点和需求,提出...     

温度场中柔性臂超谐共振及复杂运动分析

通过Garlerkin方法建立了考虑阻尼、材料非线性、温度变化和轴向激励的柔性臂系统动力学微分方程.分析了系统存在同、异宿轨道及周期轨道的充分必要条件,通过Hamilton函数得到了对应的参数方程表达式.根据非线性振动的多尺度法,得到了系统在3次超谐共振情况下的一次近似解及其定常解,揭示了系统内各参数之间的关系.对得到的微分方程进行数值计算,分析柔性臂系统参数对纵向振动响应曲线的影响.结果表明,材料非线性和温度变化对系统纵向振动的影响不可忽略;在一定参数条件下,系统有发生复杂非线性运动的可能.为了有效的控制柔性臂的振动,应合理选取系统的物理参数,避免其处于混沌运动状态.     

基于星体边缘和轨道投影的光学自主导航算法

针对光学导航中存在的通过星体（球体）图像部分边缘点拟合椭圆参数计算轨道参数产生中间误差的问题,提出利用边缘点映射轨道参数的直接投影模型,避免拟合椭圆参数的方法。在小孔成像模型基础上,建立了边缘点与轨道参数的直接投影数学模型,对其映射过程进行了理论推导,利用列文伯格-马夸尔特迭代算法进行求解轨道参数。用实际探测器以及镜头参数进行数值仿真验证,结果表明：该方法在相同边缘点的条件下,轨道精度可以达到5‰。与传统方法相比,这种方法避免了椭圆的拟合过程,减少了引入中间误差过程。     

双曲率开槽板精密成型有限元数值模拟

通过有限元数值模拟方法对双曲率开槽板的贴模性问题进行了系统研究.建立了开槽板在离散钉模上贴模性分析的有限元模型,研究了槽深、槽宽等开槽参数对面板型面精度的影响规律,其中相对槽深是影响开槽板贴模性的主要因素.通过分析计算确定了优化的开槽参数,为开槽方案的制定提供了可用的数据和重要依据.数值模拟和实验验证表明,工作板开槽可以解决紧缩场双曲率连续表面面板的胶接成型问题.      

基于Hadamard方差的导航星座自主时间同步算法研究

文章在总结国内外研究成果基础上,针对GPS铷钟虽然短期稳定性较好,但采用Allan方差描述铷钟频率稳定性时,其钟差状态方程仅为两参数,在较长平滑时间里存在时钟漂移和甚低频噪声的影响,使噪声特性淹没或估值不收敛的缺陷,引入Hadamard方差建立了三参数系统状态误差模型,通过三次采样方差从模型上解决了线形漂移和甚低频噪声的影响问题。在时钟系统状态模型和星间双向测量方程建模基础上,给出了工程实用的标准Kalman基本滤波方程。数值分析仿真表明,采用Hadamard方差描述时钟频率稳定性显著提高星载时钟自主同步精度,从而克服了Allan方差描述产生的频率漂移影响较大和甚低频噪声不收敛的问题。     

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.      

Examination of a smallest CELSS (microcosm) through an individual-based model simulation.

Research of the effect of space environment on an ecosystem consisting of plants and animals is essential when they are to be positively used in space. Although there have been experiments on various organisms under space environment in the past, they mainly studied the effect of space environment on an individual organism or a single species. Microcosm is drawing attention as an experimental material of an ecosystem consisting of multiple species. The object in this research is to understand the nature of this network system called ecosystem. Thus, a mixed microorganism culturing system consisting of three types of microorganisms which form a minimum food chain system as a closed ecosystem (chlorella as the producer, bacteria as the decomposer, and rotifer as the consumer) was taken for the subject, on which to research the universal characteristics of ecosystems. From the results of experiments under the terrestrial environment, formation of colonies, which is an ecological structure, has been observed at its mature stage. The organisms form an optimal substance circulation system. Therefore, formation of colonies in simulation models is important. Many attempts have been made to create ecosystem models. For example, the Lotka-Volterra model forms a simultaneous equation with the differential equation expressing predator and prey relationship and many numerical calculations have been conducted on various ecosystems based on expanded L-V models. Conventionally, these top-down methods have been used. However, since this method only describes the average concentration of organisms that are distributed uniformly throughout the system and cannot express the spatial structure of the system, it was difficult to express ecosystem structures like colonies and density distributions. In actual ecosystems, there is heterogeneity in the number of individuals and in substance density, and this is thought to have great significance in ecosystems. Consequently, an individual-based model was used that applies rules to predator-prey relationship, suppression, production, self suppression, etc., of each species. It enabled the emergence of the overall system only by its local rules, and it was possible to reproduce colony generation. In addition, the transition and the ratio of populations for each species match well with experimental results.     

混沌疲劳初探

引入非线性动力系统分叉与混沌研究方法,探讨疲劳损伤系统的性质突变.基于物理力学观点,提出了疲劳损伤微观系统模型,定性地分析、讨论了疲劳损伤系统的局部分叉(Hopf分叉)与全局分叉(混沌)机制,给出了系统产生局部分叉时的参数取值范围和产生混沌运动的门槛值.     

轴对称钝体前缘分离剪切层的非线性行为

实验研究了锐前缘轴对称钝体前缘分离剪切层发展演化的动力学过程,以及分离剪切层与外加声激励之间的非线性作用.研究结果表明,自然状态下,存在着亚谐频现象,分离剪切层的演化发展是通过涡合并方式实现的.从分离到再附,层流分离剪切层一般经过2次涡合并过程,湍流分离剪切层一般经过5次涡合并过程.混沌动力学分析表明,层流分离剪切层是经过Hopf分岔和周期倍分岔途径进入混沌状态的.此外,讨论了分离剪切层对外加声激励的响应.     

摩擦力作用下电液伺服系统非线性动力学行为

以电液伺服系统为研究对象,重点探究了非线性摩擦力对系统动态特征的影响规律.根据非线性动力学原理,建立了电液伺服系统的非线性动力学模型.通过理论研究,指出非线性摩擦力作用可以用Van Der Pol方程描述.通过数值试验分析,揭示了系统内在的分岔现象及典型非线性动力学行为.用非线性动力学研究方法对实测的电液伺服系统的动态数据进行了深入分析,揭示了摩擦力引起的“极限环型振荡”现象.发现摩擦力的非线性作用会引起电液伺服系统在工作过程中发生非线性振动,其对系统动态特征的影响不容忽视,在系统建模与动态特性研究时应该将摩擦力的非线性作用考虑在内.      

需求信息共享供应链系统的稳定性分析

生产/库存系统的稳定性是供应链管理中的重要指标.需求信息共享(DIS, Demand Information Sharing)机制已在管理实践中得到广泛的应用.但对DIS供应链系统稳定性的研究仍然非常有限.使用控制工程理论建立了一个两级DIS供应链系统模型,定量分析了系统的稳定性条件,给出了系统参数的取值范围,并通过仿真实验进行了验证.研究结果表明合理调整系统参数能够提高供应链系统的稳定性.在此基础上针对阶跃需求输入研究了系统参数对供应链系统中订单、库存和在制品动态响应的影响.揭示了供应链系统的动态特性,提出了供应链成员决策的管理建议.     

A combined modeling and experimental approach for achieving a simplified closed ecosystem.

In CELSS both biological and physico-chemical processes have to be used to support the main needs of the crews and to minimize the re-supply of food and air from Earth. The basic idea is to create a complete food chain (an artificial ecosystem), beginning from the crew, with its wastes, and returning to the crew to supply it with food and air. Two main other steps of this food chain are a waste treatment process and a biomass production including higher plants. We set up the connection of these key modules, which we called ECLAS (Ecosysteme Clos Artificiel Simplifie). A growth chamber containing higher plants is connected to a continuous supercritical water oxidation reactor, that converts the harvested biomass into carbon dioxide and enables the photosynthesis of the canopy. To achieve a stable coupling through optimized regulations between the modules, we programmed a modular numerical simulation of the system, in order to assess the involved fluxes and to constrain the last degrees of freedom of the experimental system already built. Simulation results and the first experimental results are here compared.     

地月空间的远距离逆行轨道族及其分岔研究

地月系统中存在着一类绕月逆行、高度稳定的轨道族,称为远距离逆行轨道族(DRO)。以圆型限制性三体问题(CR3BP)为动力学模型研究了DRO轨道族周边的动力系统结构。利用Broucke稳定性图寻找分叉点,判断分叉类型,基于数值延拓计算分岔后产生的一系列新轨道分支。分叉类型主要有切分叉与多倍周期分叉(从3倍周期开始),轨道维度包含平面轨道族与三维轨道族。计算新轨道族的特征,包括形状、周期、能量、稳定性、双曲流形结构等。探讨周期轨道的轨道周期与能量的关系,以几何化的方式展现分叉结构、多周期轨道的双曲流形结构等。该动力结构将为基于DRO轨道族的地月空间任务提供重要的理论支持。      

吊舱平台微电机转子系统的分岔特性分析

通过对光电吊舱稳定平台的微电机转子系统进行非线性动力学分析,得出了影响吊舱平台系统稳定输出的一些设计要素。着重考虑转子系统的转速变化对转子系统稳定性的影响,其响应会出现周期、拟周期及混沌振动状态。根据非线性分岔特性结果可知,在吊舱平台稳定性设计中需要考虑到转速及刚度特性对平台探测稳定性的影响。