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空间柔性机械臂在轨捕获碰撞动力学分析

空间柔性机械臂在轨捕获碰撞动力学分析

作者：洪训超北京邮电大学

学位级别：硕士

近年来随着空间探索事业的不断开拓和发展,空间机械臂因其优越的运动特性和负载能力在空间操作任务中得到广泛的应用。由于空间机械臂一般具有臂杆细长、结构刚度低等特点,导致其臂杆柔性特征明显,而其在执行目标捕获、转位对接等接触... 详细信息

近年来随着空间探索事业的不断开拓和发展,空间机械臂因其优越的运动特性和负载能力在空间操作任务中得到广泛的应用。由于空间机械臂一般具有臂杆细长、结构刚度低等特点,导致其臂杆柔性特征明显,而其在执行目标捕获、转位对接等接触碰撞型任务时所产生的接触碰撞力不仅会引起基座姿态扰动,还可能加剧柔性臂杆的变形与振动,从而影响机械臂末端的操作精度和整个系统的稳定性,甚至可能使目标逃逸导致任务失败。此,迫切需要针对空间柔性机械臂执行目标捕获、对接任务中的关键理论技术开展研究,这对空间技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。本文针对空间柔性机械臂目标捕获、对接任务中的柔性机械臂建模、多体系统碰撞动力学建模以及柔性机械臂的轨迹跟踪和振动抑制等关键理论技术开展研究,并通过数值仿真和实物实验对有关理论的有效性进行验证。主要研究工作如下:首先,在考虑臂杆多维柔性的条件下开展空间柔性机械臂运动学和动力学建模研究。基于悬臂梁模型和假设模态法,提出了一种同时考虑位于臂杆大范围刚性运动平面内和垂直于该运动平面的臂杆柔性变形的柔性臂杆建模方法以提升对臂杆变形描述的准确性;基于DH参数法和转换矩阵推导了考虑臂杆多维柔性的机械臂正向运动学方程和各杆件间速度、角速度递推关系,并基于矢量积法推导了柔性杆件模态坐标的雅克比矩阵;在求解了柔性臂杆动能和势能的基础上,基于拉格朗日方程推导建立了柔性机械臂的动力学方程,并在此基础上推导了关节处于自由、锁死和受控三种状态下的系统响应方程。其次,开展单柔性杆的碰撞动力建模研究,并分析其碰撞响应。基于牛顿第二定律和欧拉方程推导了单体的普适动力学方程,并在此基础上结合赫兹阻尼碰撞力模型建立了单体与单体间的碰撞动力学方程;进一步的基于拉格朗日方程和赫兹阻尼碰撞力模型推导建立了单柔性杆碰撞动力学方程;通过MATLAB数值仿真和ANSYS/ADAMS软件仿真对比验证了所建立模型的有效性和精确性。然后,对空间柔性机械臂执行碰撞捕获任务过程中的关键理论技术进行研究,包括多体碰撞动力学建模、碰撞捕获构型优化技术、轨迹跟踪和振动抑制。基于机械臂动力学方程和赫兹阻尼碰撞力模型建立了柔性多体系统碰撞动力学方程,并采用等效质量法对机械臂的碰撞捕获构型进行优化以减小碰撞响应;采用非线性解耦反馈控制方法对机械臂轨迹跟踪进行控制并利用线性二次型最优控制方法(LQR方法)对机械臂的残余振动进行主动的抑制控制。最后,针对空间机械臂的碰撞理论进行实物实验验证。通过对实验结果的整理和分析,得到了与预期目标较为相符的实验结果,验证了本文中空间机械臂多体系统碰撞动力学模型的正确性与有效性。

关键词：空间柔性机械臂碰撞力模型轨迹跟踪振动抑制

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非分散红外分析仪设计建模分析和应用

光学学报 2024年第18期44卷 331-338页

作者：张猛刘洋盛训超汤玉美胡源中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥中科环境监测技术国家工程实验室有限公司国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室

阐述了基于气体滤波相关的非分散红外（NDIR）检测技术。首先，依据NDIR技术原理建立仿真模型，利用模型仿真构建系统核心件参数与探测信号之间的关系，得出参考光路和测量光路的光强比值，为后续放大电路设计提供参考。其次，通过系统... 详细信息

阐述了基于气体滤波相关的非分散红外（NDIR）检测技术。首先，依据NDIR技术原理建立仿真模型，利用模型仿真构建系统核心件参数与探测信号之间的关系，得出参考光路和测量光路的光强比值，为后续放大电路设计提供参考。其次，通过系统响应函数评估系统的测量误差最大不超过1×10-6，并定量评估外界温度变化对系统造成的误差。外界温度变化10℃会导致反演的CO2气体体积分数最大变化约为9×10-6，研究表明，为了保证仪器的精度和漂移要求，对长光程测量气室进行控温是必要的。所研制的NDIR分析仪使用模拟参数，并采用恒温技术将测量气室的温度控制在（45±0.1）℃，NDIR分析仪的测试结果表明，仪器检出限达到0.075×10-6，示值误差为0.19%，精密度（相对标准偏差）为0.11%,24 h内零点漂移低于0.033%ξFS(ξFS为满量程)，且量程漂移也低于0.3%ξFS。NDIR技术测试结果和激光技术测试结果显著相关，其线性拟合度R2为0.94。实际设计的仪器测试结果表明，该仿真方法具有一定的应用价值。

关键词：光学设计非分散红外技术温度控制检出限漂移

改革开放以来农村宅基地管理的制度政策演进逻辑与驱动机制

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中国农业资源与区划 2024年

作者：梁发超洪若冰华侨大学政治与公共管理学院

[目的]分析改革开放以来农村宅基地管理制度政策的演进逻辑和驱动机制，为新时代推进乡村全面振兴的宅基地改革提供理论遵循和现实参考。[方法]文章从历史制度主义的分析视角出发，构建起“历史演进——变迁逻辑——驱动机制”的复合性... 详细信息

[目的]分析改革开放以来农村宅基地管理制度政策的演进逻辑和驱动机制，为新时代推进乡村全面振兴的宅基地改革提供理论遵循和现实参考。[方法]文章从历史制度主义的分析视角出发，构建起“历史演进——变迁逻辑——驱动机制”的复合性分析框架，纳入政治经济和社会因素对宅基地管理制度政策演进过程与驱动特征进行深入学理阐述。[结果]研究表明，宅基地管理政策经历了主体放宽和日趋规范、限制流转和平衡调适、产权明晰和放活流转、权能细化和灵活管控四个阶段的发展态势，其制度政策变迁路径呈现出宏观政策控制下的强制性特征，变迁路径与置换、漂移、转换三种模式共同作用，并沿着“路径依赖”与“关键节点”下的制度变迁惯性发展。其中，外部环境、内部结构、观念与行动者作为系统的有机整体形成宅基地制度政策变迁的动力机制。[结论]未来，需综合考量政治经济和社会因素完善宅基地制度改革配套和相关政策法律，探索与区域经济社会结构相适应的宅基地盘活利用方式，加强产权明晰工作和建立健全相关反馈渠道，以形成多方利益行动者的综合合力和良性互动。

关键词：农村宅基地政策演进制度变迁驱动机制历史制度主义

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氧化锆负载硒催化苯酚氧化反应

有机化学 2024年第4期44卷 1343-1347页

作者：雍达明田杰杨瑞洪吴启超张旭扬州工业职业技术学院化工学院江苏扬州225127 扬州大学化学化工学院江苏扬州225002

氧化锆负载硒可以由易得的二氧化锆与硒氢化钠反应制备.研究表明,该材料可催化苯酚氧化,制备对苯醌.与传统硒催化氧化反应相比,该反应无需使用化学氧化剂,而是可以直接利用分子氧为氧化剂,从而显著降低合成成本,并且相对安全.氧化锆负... 详细信息

氧化锆负载硒可以由易得的二氧化锆与硒氢化钠反应制备.研究表明,该材料可催化苯酚氧化,制备对苯醌.与传统硒催化氧化反应相比,该反应无需使用化学氧化剂,而是可以直接利用分子氧为氧化剂,从而显著降低合成成本,并且相对安全.氧化锆负载硒是一种稳定的含硒材料,可以反复多次回收利用而不会失活.其卓越的催化氧化性能有望应用于工业.

关键词：硒氧化锆催化氧化苯酚对苯醌

基于能量反馈自适应的SPGD算法合束仿真与验证

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激光与光电子学进展 2024年

作者：李剑洪高亮安岩胡立超李响宋延嵩董科研长春理工大学光电工程学院长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心

为改善传统随机并行梯度下降(Stochastic Parallel Gradient Descent, SPGD)算法收敛速度慢且迭代步长难以选取的问题，提出了一种基于能量反馈自适应调整步长的SPGD算法。该算法通过远场光斑的能量反馈数值，自适应调整步长，从而加快... 详细信息

为改善传统随机并行梯度下降(Stochastic Parallel Gradient Descent, SPGD)算法收敛速度慢且迭代步长难以选取的问题，提出了一种基于能量反馈自适应调整步长的SPGD算法。该算法通过远场光斑的能量反馈数值，自适应调整步长，从而加快算法收敛速度；同时只需确定步长收敛区间，在收敛区间内可任意选取初始步长，解决了初始步长难以选取的问题。进行了3、19、37路合束仿真，收敛速度较传统算法分别提升了6.67%、33.33%、42.78%；收敛精度较传统算法分别提升了0.18%、0.18%、0.75%。搭建了3路合束实验，实验表明评价函数值与收敛精度分别提升了57%、2.9%，最终电压值提升了0.052V。通过传统算法与改进算法的合束对比仿真及实验，证明了该改进算法的可行性。该改进算法能有效减少系统合束所需要的时间并提高合束能量，对多光束合成技术具有一定的研究意义。

关键词：随机并行梯度下降算法光束合成能量反馈自适应步长收敛速度收敛精度

基于复振幅重构的大口径离轴光束质量测量系统

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激光与光电子学进展 2024年

作者：吕浩然安岩胡立超李剑洪宋延嵩董科研长春理工大学光电工程学院长春理工大学空间光电技术研究所

激光通信光端机的光束质量测量对光端机的设计、装调和应用均具有重要意义。本文搭建了一种基于复振幅重构的大口径离轴光束质量测量系统。通过离轴抛物面聚焦获得光强信息和相对位置信息，接着求解强度传输方程重构聚焦光束的复振幅信... 详细信息

激光通信光端机的光束质量测量对光端机的设计、装调和应用均具有重要意义。本文搭建了一种基于复振幅重构的大口径离轴光束质量测量系统。通过离轴抛物面聚焦获得光强信息和相对位置信息，接着求解强度传输方程重构聚焦光束的复振幅信息，以角谱理论获得光束在空间中的光场强度分布，最后实现光束质量M2因子的快速测量。大口径离轴聚焦系统避免了光端机出射光束的口径限制，并以光学仿真的形式分析了系统对测量的精度要求。强度传输方程求解相位为纯粹数值分析过程，不受聚焦光束光场变化幅度的影响。与基于ISO国际标准的获得的结果对比，所得到的测量结果在精度上误差可控制在4%以内。整个实验系统不需要搭建复杂的光学设备，避免了多次采样花费时间，能实现对激光通信光端机的快速、精确测量，为光端机的动态质量检测提供了技术手段。

关键词：激光器与激光光学光束质量测量离轴聚焦系统复振幅重构角谱理论

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动力打桩桩周泥岩损伤特性与损伤模型

土木工程学报 2024年第8期57卷 58-71页

作者：白晓宇银吉超张亚妹王永洪闫楠桑松魁青岛理工大学山东青岛266520

针对泥岩地基同施工场地条件下动力打入桩的承载力差异性大且部分打入桩承载力不足等异常现象,文章开展了桩周0.2m处打桩前后的桩周泥岩单轴抗压强度对比试验,和打桩后的桩端中风化泥岩三轴压缩试验,明确打桩后桩周泥岩的损伤特性,基于... 详细信息

针对泥岩地基同施工场地条件下动力打入桩的承载力差异性大且部分打入桩承载力不足等异常现象,文章开展了桩周0.2m处打桩前后的桩周泥岩单轴抗压强度对比试验,和打桩后的桩端中风化泥岩三轴压缩试验,明确打桩后桩周泥岩的损伤特性,基于统计损伤理论建立考虑受打桩影响的桩周泥岩损伤本构模型,并对泥岩地基打入桩的承载性能进行探讨。研究表明:打桩后桩周0.2m处泥岩强度平均损伤28.2%,弹性模量平均损伤41.4%;桩端中风化泥岩损伤后抗剪强度参数平均值为c=217.2kPa、φ=21.6°,φ仅是同场地原状强风化和全风化泥岩的49.1%和51.4%;打桩后桩周泥岩应力-应变曲线的损伤模型计算值的与实测值吻合较好,验证模型的合理性;泥岩地基打入桩承载力异常特征为桩端受力小,但桩端沉降显著,静载破坏时桩端阻力的平均占比为5.25%;动力打桩对桩周泥岩的损伤是泥岩地基打入桩承载力异常的重要原因;泥岩地基打入桩的设计计算与数值模拟采用原状泥岩力学参数不合理,泥岩损伤后不易恢复,建议按损伤特性赋予参数。研究结果对泥岩地基打入桩的设计、施工、承载力评价有较强的参考价值。

关键词：动力打桩泥岩单轴压缩试验三轴压缩试验损伤模型损伤变量承载力异常

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龟箴

长江文艺 2024年第6期 30-45页

作者：於可训武汉大学

我出生的时候,已不时兴用龟甲占卜,占卜大都改用著草,著草易得,处理起来也方便。不过,龟在人的心目中,还是个灵物,不用龟甲占卜了,喜欢龟的人还是不少,上到王公大臣,下到黎民百姓,有的把龟当观赏把玩之物,有的把龟当馈赠酬谢的礼品,有... 详细信息

我出生的时候,已不时兴用龟甲占卜,占卜大都改用著草,著草易得,处理起来也方便。不过,龟在人的心目中,还是个灵物,不用龟甲占卜了,喜欢龟的人还是不少,上到王公大臣,下到黎民百姓,有的把龟当观赏把玩之物,有的把龟当馈赠酬谢的礼品,有的把龟供养在家里,图个吉祥,也有的让龟学会几样本领,像猴子那样,送到街头表演,有这些喜欢龟的人养龟,养龟就成了一种风气。

关键词：王公大臣龟甲占卜

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投资者异质性、分红与资产价格的复杂动态

管理工程学报 2024年第3期38卷 46-57页

作者：宫庆彬刁训娣上海交通大学安泰经济与管理学院上海200030

本文构建了包含技术面交易者和基本面交易者的带适应性预期的市场演化模型,借助非线性动力系统方法,求解了模型的均衡及其稳定性条件。模型考察了投资者对资产的基本面估值和分红所决定的资产内在价值,分析了二者之间的偏离对于市场定... 详细信息

本文构建了包含技术面交易者和基本面交易者的带适应性预期的市场演化模型,借助非线性动力系统方法,求解了模型的均衡及其稳定性条件。模型考察了投资者对资产的基本面估值和分红所决定的资产内在价值,分析了二者之间的偏离对于市场定价、投资者结构及市场稳定性的影响,从投资者行为角度解释分红对股票定价的影响机理。结果表明:当基本面估值与资产内在价值偏离增大时,市场中基本面投资者的占比增加,市场均衡价格偏离理性均衡价格,市场的有效性和稳定性降低。另外,若股利不平稳性增大,基本面投资者的占比会减少。借助数值仿真方法,本研究分析了当参数取值偏离稳定性区域时系统演化过程中会出现的周期性、混沌等复杂动态。主要结论有助于解释此前一些文献的实证结果,对理解市场中的复杂波动现象、制定股利政策和进行市场监管等有启发意义。

关键词：异质信念分红动力系统稳定性混沌