提出一种双闭环5-DOF机械臂,该机械臂在((2-UPS)+U)PU构型的基础上增加闭环结构,得到新的拓扑构型2-UPS+((2-UPS)+U)PU,闭环结构的引入使得机构获得更高的承载能力且为拓扑新的构型提供了新思路。应用矢量链法,建立了机构的位置模型;推导了支链驱动速度、支链摆动角速度与运动平台广义速度Vo的映射,建立了机构的独立变量q与运动平台广义速度Vo之间的解耦矩阵;建立了机构支链中的摆动杆、伸缩杆质心速度与运动平台广义速度Vo之间映射,并基于虚功原理建立了机构的动力学模型,将推导的动力学模型变换成具有Lagrange动力学形式的动力学模型;在Adams仿真软件中建立该机构的虚拟样机模型,通过仿真验证了推导的动力学模型的正确性。

Udwadia-Kalaba方程为多体系统的动力学建模提供了一种新的思路。以双机械臂协同搬运物体为研究对象,针对Udwadia-Kalaba方程建模过程中存在的获取解析形式的约束关系和数值解存在误差的问题,给出了一种具有广泛意义的约束关系,并对Udwadia-Kalaba方程进行了改进。仿真结果证明了提出方法的有效性。

目的:为实现气动肌肉机械腿关节角度跟踪,设计两自由度气动肌肉机械腿。方法:对拮抗气动肌肉到关节传动问题,建立关节驱动机构模型;主要分析四连杆膝关节力矩静态特性,设计膝关节力矩到气动肌肉拉力的映射关系。机械腿摆动采用双闭环控制策略,外环为位置PD控制,在控制输出中加上机械腿动力学计算力矩项;内环为气动肌肉拉力控制,设计拉力前馈控制器和误差补偿控制器。结果:进行机械腿摆动控制仿真和实验,关节角度跟踪误差在±3°以内。结论:结果表明关节建模有效,动力学控制可实现机械腿关节角度跟踪。

针对具有摩擦和负载等不确定性的液压机械臂轨迹跟踪控制问题,建立机械臂机械系统、液压系统的数学模型,基于李亚普洛夫函数,提出一种模糊补偿策略进行控制,构造模糊系统逼近摩擦力和负载,应用流量补偿器消除负载压力变化对伺服阀性能的影响,应用重力补偿器消除负载质量变化时对系统性能的影响.仿真结果表明,设计的控制器可以使机械臂关节较好追踪期望轨迹,优于传统模糊控制和PD(proportional-differential)控制,最后模拟了3种负载工况,分析了控制器的补偿极限,为后续研究奠定了基础.

为了研究串联式双回路液压制动阀对湿喷机制动性能的影响,根据制动阀结构及工作原理,考虑稳态液动力等非线性因素,采用键合图理论建立了液压制动系统的动力学模型,基于MATLAB平台仿真分析了制动阀的静、动态特性,并在湿喷机上搭建实验平台进行其制动性能测试。结果表明:制动阀输出压力具有比例特性,后桥制动响应快于前桥,且后桥制动压力约大于前桥制动压力0.2 MPa;制动阀双段制动压力梯度的设计可以满足湿喷机在高低速行驶时动能差别较大的制动需求;制动阀阶跃响应迅速,系统能在0.3 s内趋于稳定,且无明显压力超调,制动性能稳定;在制动阀复位阶段,制动油缸将工作腔油液迅速排入油箱,解除制动。制动压力的测试值与仿真值基本吻合,验证了所建模型的准确性。研究结果可以为制动系统的参数匹配和制动阀结构优化提供参考。

针对径向载荷作用下滚动轴承表面局部缺陷引起的振动问题,为了更加准确地揭示振动响应的机理,将滚动体经过缺陷的接触过程进一步细化为多事件,建立了内圈表面存在局部缺陷的滚动轴承2自由度动力学模型。将滚动体从进入缺陷到离开缺陷的过程细化为进入事件、冲击事件、离开事件和载荷补偿事件,根据相应事件构造合适的激励力函数;考虑缺陷和轴承变刚度振动引起的时变位移对动力学响应特性的影响,基于赫兹接触理论,建立局部缺陷轴承的动力学模型。利用四阶变步长的龙格-库塔法对动力学方程进行求解,得到了振动响应信号;同时研究了缺陷尺寸和转速对轴承系统振动加速度幅值的影响规律。通过故障轴承实验,验证了模型的正确性和可靠性。

针对多级柔性伸缩臂滑动耦合动力学问题,根据ADAMS柔性体建模理论,建立了一种基于虚拟样机的多级柔性伸缩臂动力学模型。利用三维建模软件,依托改装的轻型伸缩臂式起重机建立实体模型,利用有限元分析软件对各级伸缩臂建立有限元模型,生成模态中性文件导入ADAMS中建立动力学仿真模型。为了实现仿真过程与实际工作状态一致,保证仿真结果反映实际工况,在伸缩臂间分别添加滑移副约束和接触力约束建立动力学仿真模型,通过比较两种不同约束方式所产生的动力学响应,并通过实验验证,分析得出多级伸缩臂臂间滑块与臂节之间接触碰撞会影响伸缩臂作业平稳性和安全性。研究结果为多级柔性伸缩臂动力学建模分析和设计制造提供了参考依据。

对流体元件传递矩阵模型进行了改进，提出有效处理流体网络节点边界条件的简便方法，建立了复杂流体管网动力学建模和仿真的规范化方法，为工业应用的大型液压气动网络动力学特性分析提供了有效手段，对其它工程领域也有一定的借鉴作用。对比试验验证了方法的正确性。

分析矿用自卸车举升液压系统工作过程，利用AMESim仿真平台建立自卸车举升液压系统的动力学模型，设置模型中的主要参数进行动力学仿真，并分析仿真结果。仿真结果表明：各级液压缸伸出时有明显的压力冲击，进油插装阀节流口直径越大，则进油插装阀的开启速度越大，压力冲击越小，反之亦然。

针对车辆减少能量消耗与提高抗侧倾能力需求,提出了一种主/被动可切换的液压互联悬架抗侧倾控制方法。基于9自由度车辆动力学模型,考虑蓄能器、液压缸、液压泵三者之间耦合的体积-流量-压力特性,建立液压互联悬架主动控制时域模型;结合＂车身侧倾角-车身侧倾角速度＂相平面法及车辆侧向加速度,得到车辆侧倾稳定域,并提出液压互联悬架系统侧倾稳定性控制介入与退出判据;在此基础上,采用Backstepping非线性控制算法设计主动液压互联抗侧倾控制器。最后,分析并改进侧倾稳定性评价指标,通过在MATLAB/Simulink环境下进行高速双移线、鱼钩试验等极端工况数值仿真,验证所提出的液压互联悬架主/被动切换控制系统能在减少能量消耗的情况下能否提高车辆抗侧翻的能力。研究结果表明：所提出的控制系统能有效提高车辆抗侧翻能力;当车辆侧倾状态超出...