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关键词： 压电能量收集   双自由度俘能结构   涡致振动   压电圆管   ANSYS  

摘要： 为解决俘能结构频带较窄,仅能从一个方向对机械振动能量进行收集的问题,研发了一种基于涡致振动的双自由度嵌套式压电圆管俘能结构。建立了俘能结构的流-固-电耦合数学模型,利用数值模拟和实验测试对前置阻流体的单俘能结构、串列双俘能结构及并列双俘能结构等情况进行了研究,分析了这些结构的振动性能与压电特性。数值模拟与实验测试结果表明,风速、俘能结构间距、压电圆环直径以及俘能结构排列方式都会影响压电俘能结构性能。在数值分析中,并列双俘能结构输出电压最大,在当结构间距(L)与压电俘能结构外直径(D)之比为2、风速为7 m/s时,上下端俘能结构的最大输出电压分别为5.7和6.8 V,对应输出功率为165和193μW。实验测试中,在风速为7 m/s、L/D=2时输出电压出现最大值,其上端俘能结构的最大输出电压为3.7 V,输出功率为80μW;下端俘能结构的最大输出电压为5.2 V,输出功率为148μW。研究结果表明,双自由度嵌套式俘能结构及其阵列可适当提高结构的输出电压,可为研究涡致振动压电能量收集提供新的参考方案。

关键词： 7自由度冗余机械臂   逆运动学分析   共形几何代数   臂型角参数化   几何直观  

摘要： 基于共形几何代数(Conformal geometric algebra,CGA),提出了一种求解SRS(S:球副,R:转动副)7自由度机械臂逆运动分析的臂型角参数化法。首先,根据臂型角参数化,在共形几何代数框架下,使用点、线、面、球和点对等基本几何体的相交、分离和对偶等运算,得到机械臂5个关节点的位置;接着,通过构造过关节点的直线与平面,使用构造的直线间或构造的平面间的内积,得出机械臂7个关节转角的余弦表达,从而获得了机械臂逆运动学分析的所有16组解析解;最后,以Kinova Jaco27自由度机械臂为数值实例求解,并通过SolidWorks仿真验证了所提方法的正确性。结果表明提出的方法具有几何直观性强和计算简明的特点,为其他7自由度机械臂的逆运动学求解提供了一种新思路。

关键词： 风洞   操作机   设计   有限元分析  

摘要： 针对一些大型模型的风洞试验需求,在特定风洞环境中设计五自由度操作机,用于支撑试验模型开展风洞试验。通过分析模型的重力及气动载荷、操作机的安装及使用空间、指标要求,采用串并联结构形式,实现特定风洞环境中的五自由度操作机设计。有限元分析结果表明:该操作机满足刚度、强度指标,精度和行程满足要求,能实现一类模型的风洞试验需求,具有重要价值。

关键词： 机器人   运动学   MATLAB   工作空间  

摘要： 为解决垃圾分拣机器人在智能工厂产线的摆放和控制问题,通过改进Denavit-Hartenberg参数法,对IRB2600机器人完成了运动学的正逆运动学分析,在MATLAB环境下使用Robotics Tool建立三维模型,验证正逆解结论,阐述了基于蒙特卡洛随机采样法构建机器人的工作空间的原理,给出了六自由度垃圾分拣机器人的参考工作空间,为其他六自由度工业机器人运动学分析及工作空间的构建提供了参考。

关键词： 无模型自适应控制   三自由度直升机   数据驱动控制   姿态控制  

摘要： 本文针对三自由度直升机姿态控制系统改进了无模型自适应控制方法(Model Free Adaptive Control,MFAC).MFAC是数据驱动的控制方式,其只利用系统输入、输出数据,不依赖于系统数学模型.然而现有基于紧格式动态线性化数据模型的MFAC方法要求系统满足四个假设.本文首先证明了三自由度直升机姿态控制系统虽然满足假设1-3,但不满足假设4(控制输入增加时相应的受控系统输出应该是不减的).为此,本文针对三自由度直升机姿态控制系统改进了MFAC,具体有:(1)定义新的输出为角度与角速度的线性组合,并证明了新定义的输出满足假设4;(2)用根轨迹法证明了新定义输出中所引入的线性参数影响了闭环系统性能;(3)增加了输入微分项,并用根轨迹法证明了输入微分的引入可改善闭环系统特征根的分布,提高系统性能.最后,本文通过仿真实验和实物实验分别验证了所提方案的有效性.

关键词： 七自由度模型   随机路面输入模型   性能指标  

摘要： 建立七自由度模型并采用随机信号作为路面输入模型，采用PID控制设计PID控制器，七自由度模型对影响车辆乘坐舒适性的车身加速度，影响车辆安全性的轮胎动位移和影响悬架工作性能的悬架动行程进行优化控制，同时，还对俯仰角加速度和侧倾角加速度两个性能指标进行优化。仿真结果表明，采用主动PID控制后，各项性能指标被优化的程度不相同，车辆舒适度指标和安全性指标均有所改善。MATLAB功能强大，Simulink为搭建仿真模型提供了可靠的平台，通过PID Tuner整定PID参数、为仿真带来很大的方便，提高了工作效率，仿真结果可靠。

关键词： 主被动隔振   动力设备线谱振动   多自由度振动传递控制   分散控制  

摘要： 动力设备线谱振动经基座传递至船体结构,引起的低频声辐射是船舶水下噪声的主要来源之一。针对单向集中力控制通常难以抑制动力设备振动向弹性基础传递且辐射噪声衰减效果有限的问题,提出基于路径控制体多自由度振动控制的振动传递路径控制方法,切断路径功率流传递。根据广义变分原理建立动力设备-可控隔振单元-壳体系统的耦合动力学模型,通过振动功率流分析揭示振动能量多自由度传递机理,明确基于多自由度控制的路径可控性。在此基础上,构建局部多通道耦合控制与全局分散控制相结合的控制策略,通过数值计算与实验验证基于多自由度控制的振动传递路径控制效果。结果显示,相比于单向集中力控制,基于多自由度控制的方法可有效阻止功率流传递,实现更加显著的壳体振动衰减。

关键词： 旋转比   圆柱绕流   流致振动   脱涡模式   流固耦合  

摘要： 为探讨不同自由度下旋转圆柱流致振动特性,本文对单/双自由度二维旋转圆柱在不同转速比下的流致振动进行了数值模拟研究,分析并对比了不同自由度下漩涡脱落模式及分布区间、流体力、振幅响应。研究时观察到六种脱涡模式,单自由度四种(2S,P+S,2P,U),双自由度五种(2S,P+S,P+T,2T,U),单自由度下U模式区间更大,双自由度下在较高转速比及约化速度下易呈现多涡模式(P+T、2T)。研究结果显示:对于1-DOF圆柱,振幅峰值随转速比增加而增大,锁定区间随旋转比增加而加宽,且在(α=3,Vr=11)时发生跳跃,此时脱涡模式由2S变为2P;对于2-DOF圆柱,无旋转下顺流向自由度促进横流向振动,横流向振幅峰值较1-DOF更大;在转速较小(α=1)时,横流向振幅峰值较无旋转更小,锁定区间缩短,表明低速旋转下顺流向自由度抑制横流向振动;对于较高转速比(α=2,3),圆柱振幅响应发生多次跳跃,每次跳跃峰值递增,并伴随脱涡模式改变(脱涡数增多,脱涡大小、涡量及尾流结构的对称性降低);双自由度下圆柱运动轨迹从8字形逐渐变为窄椭圆形,最终变为大回环扁椭圆形运动。解放顺流向自由度促进了横流向振动,引起了尾流结构的复杂化和圆柱振幅响应的多次跳跃。

关键词： 太阳能电池   追光系统   三自由度   光度检测  

摘要： 为提升能源利用效率,太阳能电池可设计为可追光的形式。基于此,文章对太阳能追光系统结构进行分析,提出了一种可应用于太阳能追光系统的三自由度机械结构,通过电机旋转保证太阳能电池面板与日光照射角度垂直,避免太阳能电池面板在水平方向上与周围的其他构筑物发生干涉。通过优化对光照的追踪策略,采用两组光电传感器来检测光线的角度,实现了对日光的实时跟踪。