發(fā)布時(shí)間：2020-07-18 04:29

【摘要】： 目前有關(guān)FMS(Flexible Multibody system柔性多體系統(tǒng))的逆動(dòng)力學(xué)建模,尚無理想的通用方法。本文針對(duì)高速往復(fù)FMS(Flexible Multibody System柔性多體系統(tǒng)),提出利用特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并基于合理的近似假設(shè),來解決動(dòng)力學(xué)方程中的強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合性的問題的方法,建立一種多級(jí)逆動(dòng)力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上制定前饋控制策略,為類似的問題提供了新的思路。 本文力圖根據(jù)高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)本身的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),引進(jìn)“慢變振動(dòng)”的概念,求解出一個(gè)“多級(jí)逆動(dòng)力學(xué)模型”;根據(jù)工況的要求、目標(biāo)位置x?和精度ε來規(guī)劃運(yùn)動(dòng)律,力求在到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)定位精度滿足要求的情況下,效率盡量高,即T盡量小,以便制定一個(gè)前饋控制律p (t )。 本文的主要研究工作包括: 1、以采茶為工況背景,設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的伸縮機(jī)構(gòu);并采用了歐拉梁的小變形等一系列假設(shè)建立了相應(yīng)的理想化動(dòng)力學(xué)模型,使其兼顧描述的精確性和推導(dǎo)的簡(jiǎn)潔性。 2、借助“慢變振動(dòng)”的概念,根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),建立了一個(gè)多級(jí)逆動(dòng)力學(xué)模型。首先在“慢變振動(dòng)”意義下,求解彈性坐標(biāo);再根據(jù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),來化簡(jiǎn)動(dòng)力學(xué)方程,求解較為精確的彈性坐標(biāo),進(jìn)而利用振動(dòng)評(píng)價(jià)公式,來描述末端到達(dá)目標(biāo)位置前后的振動(dòng)的情況。 3、基于Taylor基數(shù),將運(yùn)動(dòng)描述變量θ1和θ2展開,將工況要求歸結(jié)為有界條件極值問題,完善了多級(jí)逆動(dòng)力學(xué)模型并制定了控制策略:以目標(biāo)位置x?和定位精度ε作為約束指標(biāo),以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間作為優(yōu)化指標(biāo)。 4、利用工況的特點(diǎn),在保證精度的前提下,對(duì)控制算式進(jìn)行了適當(dāng)?shù)幕��?jiǎn),使得控制算式更具時(shí)效性�；�簡(jiǎn)的方式有以下兩個(gè)方面:1)對(duì)振動(dòng)能算式中的彈性坐標(biāo)進(jìn)行合理的放大處理。2)對(duì)運(yùn)動(dòng)變量中的三角式進(jìn)行了線性化。 5、驗(yàn)證了逆動(dòng)力學(xué)模型和控制算法的正確性。其中有界條件極值問題的求解,借助MATLAB優(yōu)化工具箱(Optimization Toolbox)中的相關(guān)命令完成;并以ADAMS正模型作為精確解,利用MATLAB的simulink模塊與ADAMS聯(lián)合仿真,向正模型導(dǎo)入所求得的驅(qū)動(dòng)力并觀察仿真結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH113
【圖文】：

圖 2.1 理想伸縮機(jī)構(gòu)B 點(diǎn)、F 點(diǎn)處均有滑動(dòng)副連接與固定支架，各連桿之間并連桿與滑動(dòng)接。重力方向?yàn)閺淖笾劣�，A、F 之間以電磁鐵為驅(qū)動(dòng)力來源。這樣構(gòu)和受力上都是對(duì)稱的，便于逆動(dòng)力學(xué)的推導(dǎo)（詳見第三章）。C 桿、EF 桿、ED 桿與 CD 桿的具體機(jī)構(gòu)設(shè)定將在下一節(jié)詳述�？s機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型關(guān)說明與約定立的模型，不僅要盡量反應(yīng)系統(tǒng)的物理學(xué)特性，還有方便后面逆模型是要求整體（剛性）運(yùn)動(dòng)描述與變形運(yùn)動(dòng)描述在形式上盡量分離。這描述的精確性和推導(dǎo)的簡(jiǎn)潔性。種要求和理論特點(diǎn)，本文采用了如下的理論框架 ：基于歐拉梁的小分析動(dòng)力學(xué)的虛功原理和相對(duì)描述法（向量約定如圖 2.2），其中采用[1]

圖 2.2 相對(duì)描述的向量約定標(biāo)系，' ' 'x o y 為動(dòng)坐標(biāo)系，'fu 為 p 點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)系進(jìn)行離散有：'qf fu = Φ 。些約定：所有坐標(biāo)系均采用右手坐標(biāo)系，以 來表坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)的變量( i)( i)θ ，其正向?yàn)閼T性系坐標(biāo)(1x 陣、向量（θ 除外）均用黑體表示。近似假設(shè)： 的質(zhì)量�；瑝K B 是在理想化處理時(shí)加上的，運(yùn)動(dòng)統(tǒng)中并沒有�；瑝K A、F 質(zhì)量。它們只是使得動(dòng)力學(xué)方程中質(zhì)義力向量中的各項(xiàng)在形式上變的復(fù)雜一些，對(duì)于的制定沒有本質(zhì)性的影響，推導(dǎo)不失一般性。

圖 2.3 系統(tǒng)各坐標(biāo)系的設(shè)立（1）AC、OE 桿：橫截面為正方形，面積為 S，彈性模量為 E，橫截面的慣性矩為 I，密度為ρ，長度為 2l，取前兩階模態(tài)，相應(yīng)的固有頻率22ii El AπωIρ = ， i=1 ,2；模態(tài)矩陣為1 20 0φ φ Φ= ，1sin2xlπφ = ，2sinxlπφ = ；彈性坐標(biāo)向量 [ ]1 2q =Tfq q 。（上標(biāo)略）（2）CD、ED 桿：橫截面為正方形，面積為 S，彈性模量為 E，橫截面的慣性矩為 I，密度為ρ，長度為 l，取前兩階模態(tài)，相應(yīng)的固有頻率2ii El AπωIρ = ， i=1 ,2；模態(tài)矩陣為0 0φ φ Φ= ，1sinxπφ = ，22sinxπφ = ；

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本文編號(hào)：2760412