摘要：机械系统中,铰接处接触力受铰间间隙量大小、运动副各部件的材料属性、运动过程中的接触状态等因素的影响,表现出很强的非线性。传统的间隙铰摩擦理论模型主要关注对摩擦现象描述的普适性,而难以精确地描述摩擦过程中摩擦力的非线性特征。基于物理样机试验获得的数据,使用深度学习方法建立了间隙铰非线性接触力神经网络模型,通过摩擦试验生成接触摩擦力数据集,结合旋转铰间隙接触碰撞力混合模型生成接触碰撞力数据集,对模型进行训练和测试,得到了旋转间隙铰的神经网络动力学模型。在此基础上,结合拉格朗日方程对含间隙铰的曲柄滑块机构进行建模,建立了“多刚体系统-间隙铰-多刚体系统”的动力学模型,通过仿真分析得到系统关键参数的动力学响应,并与物理试验结果进行了对比,验证了基于深度学习方法获得的间隙铰模型的正确性,为深度学习方法在非线性系统动力学建模方向上的应用提供了一个可行的思路。

摘要：紧密连接的多刚体系统可在脱离运载航天器后在轨自主分离,无需多次利用航天器发射装置或在航天器中安装多个发射装置进行分离释放,从而有效提高运载航天器空间利用率,简化分离释放操作和降低碰撞风险.本文针对多刚体系统的在轨分离释放问题,研究在轨分离策略及释放过程动力学.首先,考虑刚体相对运动及姿态变化,基于虚功原理及自然坐标方法建立单个刚体的动力学模型.考虑多刚体系统在轨分离释放阶段的轨道运动和连接约束变化,计入分离时刚体间的相互作用,利用拉格朗日乘子法获得含连接约束的非线性动力学模型.考虑到实际工程应用,在多刚体系统分离释放阶段,通过安装在刚体间每个接触表面4个角上的弹射装置实现自主分离.其次,为保证分离过程中刚体之间无碰撞发生,规划了多刚体系统的分离时序,并基于不同弹射方向及分离顺序设计了两种分离释放方案.最后,通过算例研究分析了在轨分离释放过程中刚体的非线性动力学行为,验证了分离释放方案的有效性.

摘要：针对切换拓扑条件下的多刚体系统分组姿态协同控制问题进行了研究.采用修正型罗德里格斯参数(modified Rodrigues parameters)描述刚体姿态.构造的多刚体系统包含若干个分组,并通过分块的邻接矩阵和Laplacian矩阵来描述切换拓扑.给定了分组姿态协同的定义,设计了分布式的控制输入.证明了多刚体系统达到分组姿态协同的充要条件是系统拓扑为连通图.并且每个拓扑的驻留时间不影响系统达到分组姿态协同.理论分析过程中应用了 Lyapunov稳定性理论.计算机仿真表明了所设计的控制输入的有效性;并且仿真结果说明,如果切换拓扑不连通,那么多刚体系统无法达到分组姿态协同.

摘要：应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica5.2的环境下,对多刚体系统反向动力学进行设计与实现。广义质量是正、反向动力学及联系旋量力和旋量加速度的重要参量,据此可形成高效递推算法。用空间算子代数理论求广义质量、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征。运用***编程软件实现与Mathematica5.2软件无缝集成,对多刚体系统动力学仿真及反向动力学进行参数化分析与计算,给出了实施过程。根据分析结果,对PUMA560机器人进行了反向动力学设计,并与结果进行了对比,通过算例验证了结果的正确性和有效性。

摘要：多刚体系统动力学是近二十年发展起来的力学新分支。本文利用该领域中的R-W方法来建立一种适用于各式独立悬架空间运动分析的通用方法。全文分两部分:第(一)部分对可简化为树形多体系统的单臂悬架,推导出了运动学关系式并给出了相应的计算程序及计算实例;第(二)部分对可简化为闭环多体系统的双横臂、滑柱摆臂式等悬架,采用假想切除铰链的方法将其化为树形系统,然后补充约束方程得到运动学封闭解。应用的实际结果表明,用此程序进行汽车悬架运动分析,所得结果精确、计算迅速,可方便地进行悬架设计方案的比较和参数的选择。

摘要：针对由多个非线性系统组成的多子系统的协同控制问题,给出了一种基于输出反馈的协同控制律的设计方法,并将其应用于空间多个刚体的编队控制和姿态的协同控制系统中,给出了空间多刚体系统编队控制及姿态协同控制问题有解的充分条件,设计了多刚体编队及姿态稳定的协同综合控制律。仿真结果表明,这种控制方法是有效的、可行的,所设计的控制器能够使整个刚体系统在空间运行过程中保持一定的队形,并且同时稳定控制描述各个刚体系统姿态的四元数。

摘要：将一种针对多个一般非线性系统的基于输出反馈的协同控制方法应用在采用四元数法描述的空间多个刚体姿态的协同控制系统中去,给出了空间多刚体系统姿态协同控制问题有解的充分条件,并设计了多刚体系统姿态的协同控制律.算例仿真结果表明,此法设计的协同控制器能够稳定控制描述各个刚体系统的姿态四元数,使其渐近稳定.

摘要：在求解多刚体系统中任意刚体的绝对角速度等运动量时 ,需要对指定刚体到零刚体的路径上所有刚体的某一物理量作求和运算。某一刚体到零刚体的路径长度直接影响着该刚体运动学分析计算量的大小。对有回路的无根多刚体系统 ,寻找最优的派生树系统 ,恰当选择与零刚体直接相连的刚体 ,可以使零刚体到所有刚体的路径长度总和为最小 ,最大限度减小动力分析的计算量。首次就这一优化问题使用图论方法进行了分析 ,提出了解决办法。结合一个简单实例 。

摘要：基于用Kane-Huston方法推导的多体动力学方程,建立了多刚体非线性优化设计的数学模型,提出了求解该问题的逐步线性化方法,给出了某高炮多刚体系统非线性优化算例。计算结果表明这种方法是可行的。

摘要：针对多刚体系统数据存储的不足,对多刚体系统的结构图与图论的有向图之间的关系进行了研究,提出了一种新的基于十字链表的链式存储模型。该存储模型不但较好地解决了复杂多刚体系统的存储问题,而且充分满足了在存储物理多刚体系统时的结构正确性和数据完备性要求,避免了非树形多刚体向树形多刚体的回路切除转换,使多刚体系统在数学建模与数据存储方面达到高度一致。