摘要：为研究覆冰导线舞动时气动力的特性,从弱耦合角度出发,基于流体动力学仿真软件Fluent二次开发,利用用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合。计算了新月形覆冰导线在横向振动下的气动力系数,并与静态模拟结果和试验结果进行比较;分析了舞动幅值、频率和扭转振动对动态气动力的影响。结果表明:相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;阻力、升力系数随舞动幅值增大显著增加,特别是升力系数成倍增加;振动频率增加,也使动态气动力系数增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;扭转振动对动态气动力有一定的影响。工程中采用静态气动力系数预测大档距舞动引起的断线的临界风速和塔承受的荷载,其结果不安全,应考虑动态气动力系数对舞动的影响。

摘要：为了提高3-RRRU空间刚柔耦合并联机构的轨迹跟踪精度,提出了一种基于瞬态刚体校正法的逆动力学模型求解方法来构建该机构的非线性控制策略。首先,利用自然坐标法和绝对节点坐标法建立该机构的非线性逆动力学模型,它考虑了各支链柔性空间梁单元的剪切效应,并能描述柔性梁的大范围非线性弹性变形。然后,通过分析刚柔耦合动力学模型在求解过程中出现的相容性问题,结合自然坐标法与理想运动学模型,提出了瞬态刚体校正法并求出逆动力学模型的稳定数值因果解。最后,基于该数值解构建并联机构的非线性控制策略,通过仿真与实验验证了该方法的可行性与有效性。仿真与实验结果表明:逆动力学方程组的求解精度为10-6,约束方程的相容误差为10-8;与刚性并联机构的控制方法相比,该方法在圆形轨迹下的最大跟踪误差降低了0.465mm,圆度误差降低了0.416mm。结果表明:该求解方法解决了闭链机构多体动力学方程的违约问题,有效地改善了系统的综合收敛性能,所构建的控制策略提高了并联机构的轨迹跟踪精度。

摘要：重载机械臂电液伺服系统具有高度非线性和模型不确定性的特点,且受摩擦影响大,为使其具有良好的跟踪性能和抗干扰能力,建立了包含Stribeck摩擦模型的重载机械臂俯仰缸电液伺服系统数学模型,提出了一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统自适应鲁棒控制策略。将扩张状态观测器和采用反演法设计的自适应鲁棒控制器相融合,对系统中存在的不匹配干扰和未知参数进行估计,并利用Lyapunov定理对系统稳定性进行分析证明。通过MATLAB仿真验证,表明该控制策略能够准确跟踪系统指令并估计出非匹配干扰。与传统自适应鲁棒控制策略相比,该控制器可以有效抑制变负载和未知扰动的影响,有效提高了电液伺服系统的控制精度,能够满足重载机械臂的设计要求。

摘要：为了提高1P3R型柔性测量臂的检测精度,提出了一种自适应误差标定方法来完成它的参数标定和误差补偿。首先,基于RPY理论建立柔性测量臂的运动学模型并应用微分法推导了误差模型。然后,基于马尔柯夫链收敛性理论进行实数编码;在遗传算法(GA)中引入自适应控制算子,提高了父代种群的多样性和最优个体变异数量;最后,对比分析了归一化GA、一般GA和最小二乘法等3种算法的误差标定精度及其收敛性,验证了所提出方法的有效性和可行性。结果显示:归一化GA仅用328代寻优计算,其精度达到5.2μm,收敛速度是一般GA的2.3倍且精度提高了3.1μm;最小二乘法经20次迭代计算后停止收敛,精度仅为18.4μm。实验结果表明:归一化GA具有收敛速度快、标定精度高和收敛稳定性好等明显优势,更易于实现该类测量机的高精度检测。

摘要：关节软骨是关节表面具有弹性的承重组织,其结构复杂,由固体相和液体相组成.固体相包括胶原纤维、蛋白多糖等,属纤维增强型复合结构;液体相包括水、电解质等.关节软骨提供了一个低磨损和低摩擦的光滑界面,起缓冲振动和传递载荷等支撑作用.由于膝关节承受的运动量大、应力高,关节软骨损伤在临床上较为常见.但软骨内没有血管,代谢缓慢,其损伤后难以实现自我修复.组织工程从理论上建立了一种治疗软骨缺损的理想方法,但尚未成为临床上常规的治疗选择.如何获得结构和功能相匹配,同时适用于临床治疗的工程软骨,至今仍是亟需解决的问题.在体外构建功能化工程软骨,关键在于运用生物反应器对组织施加合适的力学载荷:首先保证工程软骨复合体内信号分子、营养和废物的有效运输;其次对支架内种子细胞产生特定的力学刺激;同时促进细胞外基质结构与功能的适应性发展.本文对力学载荷在软骨组织工程构建中的应用进展加以综述:按照作用于组织层面的力学载荷传递所需的介质属性,将其分为液体介导、固体介导和其他媒质介导三种类型,重点关注不同载荷对工程软骨功能化构建的作用和效果;分析讨论软骨组织工程构建中存在的关键生物力学问题;总结和展望软骨组织工程未来的发展趋势.软骨组织工程体外培养需要考虑力学载荷和生化刺激的耦合作用;在合适的生化条件下进行滚动、滑动和压缩复合加载,将有利于工程软骨的体外功能化构建.

摘要：利用并联非线性能量阱(NES)抑制主结构的振动,对比研究了并联NES和单NES的吸振效能。推导出简谐激励作用下系统的动力学方程并利用数值方法对其进行分析。通过对单NES和并联NES的安装位置和参数的研究发现,常温下,并联NES的吸振效能优于等质量的单NES。考虑主结构共振频率随温度的变化,在不同温度下对单NES和并联NES的刚度进行优化。研究结果显示,并联NES始终比单NES具有更强的吸振效能,并且,温度越高该优势越为明显。

摘要：自重构机器人根据任务环境的不同可实现自主变换构型。研究了直线蛇形变换为环形的重构过程,定义了单元模块的连接面与坐标变换矩阵,基于D-H方法推导并归纳了多模块由直线蛇形变换为环形的普适公式。利用多体动力学软件RecurDyn与MATLAB对模块构型变换中末端连接面的运动轨迹、速度以及加速度进行了仿真,验证了普适公式的有效性和正确性,准确地判断了末端连接面运动轨迹的变化与重构工作空间,估计了系统的稳定性,提高了对控制算法的认知程度。最后分析了环形构型的两种滚动步态,利用仿真验证了环形构型的越障能力。

摘要：为研究微织构形状对人工髋关节表面摩擦特性的影响,在人工髋关节表面分别设计仿生菱形织构、圆柱形织构和圆环形织构,以雷诺方程为理论研究基础建立流体动压润滑模型,用ANSYS Fluent进行数值模拟,得到微织构表面润滑油膜的平均承载力和摩擦因数,并比较不同织构形状的摩擦学性能。结果表明:在所选织构参数、工况参数范围内,平均承载力随着面积率增大以及滑动速度的提高均呈现上升趋势,在面积率为25%、滑动速度为0.3 m/s时达到最大;摩擦因数随着织构面积率的增大而呈下降趋势,在面积率25%达到最小值,摩擦因数与滑动速度的关系则因织构形状的不同存在一定的差异;研究的3种形状微织构中,仿生菱形织构的摩擦学性能最佳。因此合理选择织构形状可以减少人工髋关节摩擦副表面间的磨损。

摘要：在辐射测温研究中黑体辐射源作为其中的重要组成部分,其温度控制过程伴随着温变性、非线性、时滞等特性。为了提高控温品质,设计一种基于BP神经网络PID的镓点面源黑体温控系统。对黑体辐射源进行建模,分别将BP神经网络PID算法和传统PID算法通过MATLAB/Simulink软件进行比较分析。实验仿真可知BP神经网络PID算法具有精度高、振荡少等优势。通过LabVIEW软件编写BP神经网络PID算法控制程序;利用Compact RIO温度控制器控制并采集镓点面源黑体的温度。实验结果分析,与常规PID控制相比,基于BP神经网络PID算法的控制性能得到明显改善,能够提高黑体辐射源的控温品质。

摘要：针对水稻工厂化育秧播种中普遍存在空穴和单粒穴的问题,运用播种质量视觉检测技术,设计了一种高效智能补种决策系统。采用视觉采集和图像处理系统对播种质量进行检测,建立种群分布数据库;采用卷积计算方法对空穴和单粒穴的补种方案进行智能决策;对吸种相关参数进行设计计算,以确保吸种可靠;通过伺服电机驱动和气动组合吸针相结合的方式组成伺服补种机构,实现了精准、高效、连续的动态补种过程。试验表明:当每个钵体盘的补种率为2%时,平均每穴补种时间为1.51 s,智能补种系统生产率达到420盘/h。说明智能补种决策大大提高了补种系统的工作效率。