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2011年04月21日

【期刊论文】柔性机械臂的位置主动控制

洪嘉振 蔡国平

机械科学与技术,2005,24(10):1178~1180,-0001,():

摘要

采用一次近似模型对l柔l生机械臂的运动跟踪主动控制问题进行研究。控制策略采用最优跟踪控制方法。仿真结果显示,一次近似模型能够较好地对柔性机械臂的动力学行为进行描述,最优跟踪控制方法能使机械臂到达期望的指定位置,并可使机械臂的残余振动得到抑制。

关键词: 零次近似模型, 一次近似模型, 最优跟踪控制

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2011年04月21日

【期刊论文】中心刚体一柔性梁系统的最优跟踪控制1)

洪嘉振 蔡国平), 李琳

力学学报,2006,38(1):97~105,-0001,():

摘要

对考虑阻尼影响的中心刚体-柔性梁系统的动力特性和主动控制进行研究。研究中考虑了3种动力学模型:一次近似耦合模型、一次近似简化模型和线性化模型。一次近似模型中同时考虑了柔性梁的轴向变形和横向变形。若在一次近似耦合模型中忽略轴向变形的影响,则可得出一次近似简化模型。线性化模型是对一次近似简化模型的线性化处理。另外研究中考虑了3种阻尼因素:结构阻尼、风阻、中心刚体轴承处的阻尼。控制设计采用最优跟踪控制方法。给出了从物理测量中提取模态坐标的滤波器方法。研究结果显示,一次近似简化模型能够有效地对系统的动力学行为进行描述;阻尼对系统的动力学特性有着重要影响;当系统大范围运动为低速时,模态滤波器能够较好地提取出控制律所需的模态坐标,最优跟踪控制方法能够使得系统跟踪所期望的运动轨迹,并且柔性梁的弹性振动可得到抑制。

关键词: 中心刚体-柔性梁系统,, 一次近似简化模型,, 线性化模型,, 阻尼,, 最优跟踪控制

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2011年04月21日

【期刊论文】计及剪切变形的Timoshenko 梁的刚-柔耦合动力学

洪嘉振 李彬, 刘锦阳

计算力学学报,2006,23(4):419~422,-0001,():

摘要

研究带中心刚体的Timoshenko梁的刚-柔耦合动力学问题。从力学的基本原理出发,基于Timoshenko梁假设,用虚功原理建立了带中心刚体的柔性梁的刚-柔耦合动力学方程。仿真计算结果表明,随着梁的惯量矩和横截面积比逐渐增大,剪切变形对梁的刚-柔耦合动力学性态产生了一定的影响。此外,本文还对不计剪切变形的Euler2Bernoulli 梁假设的适用性进行了研究。

关键词: 剪切变形, Timoshenko 梁, 刚-柔耦合动力学

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2011年04月21日

【期刊论文】动力刚化问题的实验研究1)

洪嘉振 杨辉, 余征跃

力学学报,2004,36(1):118~124,-0001,():

摘要

针对当前柔性多体系统动力学的热点问题——动力刚化现象进行了相关的实验研究,以大量文献中研究过的旋转悬臂梁为实验对象,验证了理论分析中的一些结论:在某些高速旋转情况下,传统零次近似模型在计算梁的横向振动响应时会产生错误的结论,而柔性梁实际的横向振动是稳定的,其振动频率随着转速的增加而升高,即所谓的动力刚化现象。进一步的定量分析表明,实验得到横向振动响应与一次近似耦合模型所预测的结果基本一致,说明了该模型的正确性和有效性。

关键词: 动力刚化,, 柔性梁,, 动力学,, 频率,, 黏性阻尼,, 风阻

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2011年04月21日

【期刊论文】中心刚体柔性悬臂梁系统的位置主动控制

洪嘉振 蔡国平

宇航学报,2004,25(6)616~620,-0001,():

摘要

以往对中心刚体一秉性悬臂梁系统的主动控制研究多是基于零次近似模型和线性化模型进行的,而且认为零次近似模型为足够精确动力模型,但是已有研究结果显示出,零次近似模型在对系统动力学行为进行描述时存在某些局限陛。本文采用一次近似模型对中心刚体一秉性悬臂梁系统的位置主动控制进行研究,其中控制律采用最优跟踪控制理论进行设计。仿真结果显示,传统的零次近似模型存在着失效的可能,最优跟踪控制方法能使中心刚体_秉性悬臂梁系统到达期望的指定位置,并可使系统的残余振动得到抑制。

关键词: 中心刚体-秉性悬臂梁,, 零次近似模型,, 一次近似模型,, 最优跟踪控制

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2011年04月21日

【期刊论文】作大范围空间运动柔性梁的刚-柔耦合动力学1)

洪嘉振 刘锦阳), 李彬

力学学报,2006,38(2):276~282,-0001,():

摘要

研究带中心刚体的作大范围空间运动粱的刚-柔耦台动力学问题。从精确的应变一位移关系式出发,在动力学变分方程中,考虑了横截面转动的惯性力偶和与扭转变形有关的弹性力的虚功率,用速度变分原理建寺了考虑几何非线性的空间梁的刚-柔耦合动力学方程,用有限元法进行离散。通过对空间梁系统的数值仿真研究扭转变形和截面转动惯量对系统动力学性态的影响。

关键词: 柔性梁,, 作大范围空间运动,, 刚-柔耦合动力学,, 几何非线性,, 截面转动惯量,, 扭转变形

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2011年04月21日

【期刊论文】中心刚体-柔性梁系统的旋转运动控制

洪嘉振 蔡国平, 滕悠优

宇航学报,2005,26(4):487~490,-0001,():

摘要

中心刚俸柔眭粱系统是一个典型的刚柔耦合动力学系统。对其动力学与控制的研究一直是国内外的研究热点司题之一。采用一次近似简化模型对中心刚体一柔胜粱系统的旋转运动控制进行研究。其中控制律采用变结构控制方法进行设计。切换面的设计采用最优化方法而得出。控制律的设计采用指数趋近律方法。因为所设计的控制律是模态坐标的函数。而模态坐标不可能通过物理测量直接获得。因此给出一个从物理测量中提取模态坐标的滤波器方法。数值仿真结果显示。模态滤波器能够较好地提取出控制律所需的模态坐标:变结构控制能够使得系统达到所期望的运动状态。并可使柔眭粱的残余振动得到抑制。

关键词: 中心刚体-柔性粱, 一次近似简化模型, 变结构控制

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2011年04月21日

【期刊论文】基于MPI的柔性多体系统动力学并行计算

洪嘉振 常忠正

宇航学报,2006,27(1):89~93,-0001,():

摘要

研究解决多体系统动力学仿真计算中串行计算速度比较慢的问题。现将MPI(Message Parallel Inter-face)并行计算环境引入柔性多体系统动力学仿真软件CADAMB(Computer Aicled Dynamic Analysis of MultiBody),对其中的单向递推组集建模方法进行了并行化改造,并给出了知I速比和各进程效率的估计。结果显示该并行算法能大幅度提高仿真计算的速度。

关键词: 多体系统动力学, 单向递推组集建模方法, MPI, 并行计算, 动力学仿真

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2011年04月21日

【期刊论文】作平面运动的二维平面板的热耦合动力学问题*

洪嘉振 李智勇, 刘锦阳

动力学与控制学报,2006,4(2):114~121,-0001,():

摘要

研究受到热冲击的作平面运动的二维平面板的温度场和动力学响应考虑温度场和应变场的耦合,通过计算熵密度,建立了平面板的热传导变分方程,此外,在本构关系式中考虑热应变,基于平面应力假设建立了作平面运动的二维平面板的动力学变分方程用有限元方法分别对温度场和变形场进行离散最后,计算了作直线平动的平面板的温度场和变形场,揭示了温度和变形的相互耦合特征,体现了板运动对温度和变形的影响

关键词: 热耦合动力学,, 二维平面板,, 平面运动

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2011年04月21日

【期刊论文】旋转运动柔性梁的假设模态方法研究1)

洪嘉振 蔡国平)

力学学报,2005,37(1):48~56,-0001,():

摘要

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究,给出简化的控制模型。首先采用Hamilton原理和似设模态离散化方法,在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下,推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的次近似耦台模型、然后对该模型进行简化,忽略柔性梁纵向变形的影响,给出次近似简化模型,最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用自限元离散化方法的结果进行了对比研究。研究中考虑了两种情况:非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知的动力特性研究。研究结果显示,当系统大范旧远动为高速时,在假设模态离散化方法中应增加模态数目,较少的模态数目将导致较大误差。次近似简化模掣能够较好地反映出系统的动力学仃为,呵用于主动控制设计的研究。

关键词: 旋转运动柔性梁,, 假设模态法,, 一次近似耦合模型,, 一次近似简化模型

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2011年04月21日

【期刊论文】旋转运动柔性悬臂梁的动力特性及振动主动控制研究

洪嘉振 蔡国平

机械科学与技术,2005,24(1):70~74,-0001,():

摘要

对旋转运动下柔性悬臂梁的动力特性和振动主动控制进行了研究。研究中考虑了2种动力学模型:零次近似模型和一次近似模型。重点通过算例揭示2种模型之间的巨大差异以及最优控制方法的有效性。算例结果表明,无控制时,零次近似模型只适用于较小旋转角速度时的情况;对于施加控制的情况,该模型的适用范围可放宽许多。一次近似模型不但能适用于较小角速度的情况,而且能够适用于较大角速度时的情况,且适用于无控制或有控制时的情况。最优控制方法能够使非惯性系下柔性梁的振动得到完全镇定。

关键词: 旋转运动柔性悬臂梁, 最优控制, 零次近似模型, 一次近似模型

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2011年04月21日

【期刊论文】柔性多体系统动力学实验研究综述*

洪嘉振 杨辉, 余征跃

力学进展,2004,34(2):171~181,-0001,():

摘要

介绍了国内外柔性多体系统动力学实验研究现状,分为3个方面,即理论模型验证实验、动力学特性的实验研究和其它实验。柔性多体系统动力学建模理论的发展经历了3个阶段:运动-弹性动力学(KED)方法、传统混合坐标方法和计及了动力刚化效应的各种非线性理论。关于这些理论的模型验证实验均在本文中作了重点介绍。文中还对柔性多体系统动力学性态的研究实验也作了介绍,包括系统模态特性和共振等非线性力学行为。关于机械臂控制和碰撞研究实验虽有提及,但不作为重点。随后,着重介绍了柔性体弹性振动位移的测量和阻尼因素的处理这两个在实验不可避免但又难以解决的问题,尤其是结构阻尼和大范围运动引起的空气阻力。最后指出了今后的研究方向。文中对一些较为重要的实验装置也着重予以介绍,并给出了部分实验图片及数据曲线,以给读者一个更好的理解和参考。

关键词: 柔性多体系统,, 动力学,, 实验,, 模型验证,, 测量,, 阻尼

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2011年04月21日

【期刊论文】簇状卫星姿态控制方程的通用建模方法

洪嘉振 王巧, 尤超蓝

宇航学报,2004,25(4)389~392,-0001,():

摘要

当前卫星通常都由一个中心刚体和其他挠胜附件构成。每个挠胜附件都与中心刚体直接相连。组成了一个簇状的刚柔耦合的多体系统。随着挠眭附件的数目的不同。卫星系统的拓扑构型也将有所不同。即使对于同一颗卫星而言。在展开过程的不同阶段。卫星系统具有不同的拓扑构型。本文利用柔胜多体系统动力学的单向递推组集方法。提出了一套通用的解决方案。以推导具有不同拓扑构型的簇状卫星的姿态控制方程。得出了姿态控制方程的系数矩阵。

关键词: 簇状卫星, 姿态控制方程, 单向递推组集方法

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2011年04月21日

【期刊论文】周边式对接机构对接捕获阶段的三体力元动力学模型

洪嘉振 尤超蓝, 章杰

宇航学报,2004,25(4):439~442,-0001,():

摘要

在空间交会对接过程中。从首次接触碰撞到完成捕获这一阶段称为对接捕获阶段。对对接捕获阶段动力学眭态的研究是空间交会对接技术的关键。建立动力学模型进行仿真是研究的一个有效途径。以有内导向瓣异体同构周边式对接机构为研究对象。从机构的物理模型出发建立了对接捕获阶段的三体力元模型。该模型考虑了缓冲系统六个方向之间的耦合和缓冲系统中齿轮等转动部件惯量的影响。并在动力学仿真软件DADS的接口上开发相应的用户模块。在DADS平台上完成对接过程的动力学仿真。

关键词: 动力学模型, 动力学仿真, 周边式对接机构, 航天器对接

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2011年04月21日

【期刊论文】考虑附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性研究*

洪嘉振 蔡国平

机械工程学报,2005,41(2):33~40,-0001,():

摘要

对考虑附加质量的中心刚体一柔性悬臂梁系统的动力特性进行研究。首先采用Hamilton原理和有限元离散化方法,在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下,给出该系统的刚柔耦合动力学方程(即一次近似耦合模型),以及相应的非惯性系下的动力学模型,然后通过数值仿真对系统的动力特性进行研究。仿真结果显示,即使是小的附加质量也会对系统动力特性产生重要影响,附加质量使得梁的响应幅值变大和响应频率降低,且会影响柔性梁和中心刚体的终点位置。附加质量的影响随系统大范围运动的角速度的增大而变大。当系统大范围运动为低速时,传统的混合坐标模型仍然会导致较大误差;当系统大范围运动为高速时,传统的混合坐标模型存在失效的可能。

关键词: 柔性悬臂梁 附加质量 混合坐标模型 一次近似耦合模型

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2011年04月21日

【期刊论文】卫星太阳电池阵的刚-柔耦合动力学*

洪嘉振 刘锦阳

空间科学学报,2004,24(5):367~372,-0001,():

摘要

研究了卫星太阳电池阵在多点撞击过程中的刚。柔耦合动力学问题。基于J0urdain速度变分原理和单向递推组集方法,建立了柔性多体系统的动力学模型。用Hertz撞击法则建立了撞击力和撞击处的局部变形关系,分别用刚体模型和柔性体模型仿真计算了太阳电池阵的撞击力、撞击时间,揭示了变形运动和大范围运动的相互耦合作用。

关键词: 卫星太阳电池阵, 多点撞击, 刚-柔耦合动力学

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2011年04月21日

【期刊论文】高速旋转柔性矩形薄板的动力学建模和近似算法*

洪嘉振 赵飞云, 刘锦阳, 谢永诚

振动工程学报,2006,19(3):416~421,-0001,():

摘要

研究了做高速旋转柔性矩形薄板的耦合动力学建模理论和模态截断法的应用。从连续介质力学中关于柔性薄板的变形理论出发,找出了由于在结构动力学中对无大范围运动柔性薄板的动力学性质影响很小而被忽略的变形量。基于Jourdain 速度变分原理,先推导出做高速旋转薄板的动力学连续变分方程,再用有限元法对柔性薄板进行离散。因为用有限元离散时,柔性薄板的广义坐标规模较大,故仿真计算需要时间较长,所以模态截断法被用来缩减广义坐标数量,提高计算效率。此外通过对有限元法和模态截断法的计算结果进行比较,揭示了当矩形薄板作高速旋转时,模态截断法截取低阶模态时会引起误差,选取更高的模态可以用来提高计算精度,通过数值对比得到了模态截断的规律。

关键词: 动力学建模, 有限元法, 薄板, 模态截断法

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2011年04月21日

【期刊论文】模态信息探伤的实验研究*

洪嘉振 陈纪朝

振动与冲击,2005,24(4):81~83,-0001,():

摘要

以往常规的损伤探测方法多存在着测量结果不能达到损伤探测精度的要求,例如测量点数量不够、测量信号不够精确、测量时所使用的传感器会造成附加质量等。而激光测振仪的使用能够较好地解决这些问题。利用激光测振仪对板结构的损伤位置识别进行研究,给出损伤位置的识别方法,并通过实验进行了验证。

关键词: 激光测振仪,, 模态,, 损伤位置

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2011年04月21日

【期刊论文】温度场中的柔性梁系统动力学建模*

洪嘉振 刘锦阳

振动工程学报,2006,19(4):469~474,-0001,():

摘要

研究温度场下带集中质量的柔性梁系统的动力学问题。考虑几何非线性,在纵向变形与轴向伸长的关系式中计及了与横向变形有关的二次耦合项。考虑温度变化对系统动力学性态的影响,在本构关系式中计及了热应变。用假设模态法对各柔性梁进行离散,从虚功原理出发,根据各柔性梁之间的运动学约束关系,建立了带集中质量的柔性梁系统的动力学方程。仿真结果表明,即使在转速较低的情况下,随着集中质量的增大和温度的急剧变化,纵向变形的二次耦合项的影响不容忽视,此外,温度的变化还引起轴向变形和轴向约束力高频振荡。

关键词: 温度场, 集中质量, 柔性梁系统, 几何非线性, 动力学

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