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水下机械手设计及运动控制方法研究

水下机械手设计及运动控制方法研究

作者：程攀龙浙江海洋大学

学位级别：硕士

近年来,水下机械手的发展应用十分迅速,特别是在水下或者海洋资源的开发中,水下机械手通常搭载在AUV或ROV上。由于机械手运动系统具有非线性、强耦合性等特点,而且水下复杂的环境中存在水动力和噪声,会影响机械手的控制性能。其次水下... 详细信息

近年来,水下机械手的发展应用十分迅速,特别是在水下或者海洋资源的开发中,水下机械手通常搭载在AUV或ROV上。由于机械手运动系统具有非线性、强耦合性等特点,而且水下复杂的环境中存在水动力和噪声,会影响机械手的控制性能。其次水下机械手的准确运动学模型没法获得,所以一些传统的控制方法效果不理想。因此,对于工作环境特殊的水下机械手,提出一种精度、稳定性都比较好的控制方法具有重要的意义。针对上述问题,本文以六自由度水下机械手为研究对象,进行运动学、动力学和运动控制研究。以下是本文的主要研究成果:首先,先确定所设计水下机械手的用途,以此来确定水下机械手的技术指标,再以制定的参数为标准进行水下机械手总体方案设计,包括结构、自由度、材料以及机械手的驱动方式;利用Solidworks软件中的Simulation模块对所设计的部分零部件进行有限元结构分析,通过有限元方法验证所设计零件的强度。其次,对所设计的水下机械手进行运动学分析,包括正、逆运动学分析求解,利用Dcnavit-Hartcnbcrg法建立水下机械手各个关节的坐标系,推导出水下机械手的正运动学方程;利用代数法对水下机械手进行逆运动学求解,得到水下机械手逆运动学解。在前文研究的基础上,对水下机械手工作空间运用蒙特卡洛法进行分析,并通过Matlab仿真得到水下机械手的工作空间,结果表明水下机械手各参数设计合理。利用五次多项式插值法对水下机械手进行轨迹规划仿真,保证运动的稳定性,为后续研究提供基础。之后,进行水下机械手的动力学分析,利用拉格朗日法建立水下机械手的动力学模型;计算出水下机械臂的雅克比矩阵,基于雅克比矩阵利用Matlab得到水下机械手的可操作度,验证其灵活性;利用Morison方程,进行水下机械手动力学特性分析,通过计算得到附加质量力矩、水阻力力矩和浮力力矩,最终得到水下机械手含水动力的动力学方程。最后设计了AWNN-NTSMC控制方法,用于在存在集中扰动（包括参数不确定性和外部扰动）的情况下对水下机械手的路径跟踪控制。此外,使用饱和函数代替符号函数以减少抖振现象。在提出的AWNN-NTSMC方案下,位置跟踪误差通过李雅普诺夫稳定性趋于渐近为零。使用6自由度水下机械手进行五种情况的数值模拟。与其他方案相比,更快的收敛速度、更高精度的跟踪性能和更强的抗干扰鲁棒性,在仿真结果中,显示出了所提出的控制器的可行性和有效性。

关键词：水下机械手正逆运动水动力方程滑模控制小波神经网络

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仿蝎式消防警察

信息记录材料 2017年第3期18卷 181-183页

作者：何聪熊镇川程攀龙杨敏皮加辉张荣武汉东湖学院机电工程学院湖北武汉430000

商场、餐馆、公寓、酒店这些地方火灾事件时有发生,由于这些地方人口集中,在这些地方的发生火灾常会造成巨大的损失,甚至危及生命。为了尽可能避免悲剧的发生,及时采取预警措施和第一时间控制火源,对防止火灾扩散非常重要,本文的研究就... 详细信息

商场、餐馆、公寓、酒店这些地方火灾事件时有发生,由于这些地方人口集中,在这些地方的发生火灾常会造成巨大的损失,甚至危及生命。为了尽可能避免悲剧的发生,及时采取预警措施和第一时间控制火源,对防止火灾扩散非常重要,本文的研究就是在对商场、餐馆、公寓、酒店这些地方火灾发生的特点了解和研究基础上,从人们的切身安全利益出发,运用机械智能设计的方法,解决目前火灾发生时,采取人工预警和人工灭火的救援方式速度慢而错过最佳灭火时间的问题,设计了一款真正有效的仿蝎式消防警察。

关键词：火灾仿蝎式消防救援

考虑边界滑移状态的液体动静压球轴承稳定性分析

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机械强度 2024年第1期46卷 176-186页

作者：程攀沈景凤秦薇薛浩朱锐上海理工大学机械工程学院上海200093

液体动静压球轴承稳定性分析包括探究其动态特性及临界转速,其刚度和阻尼系数对轴承转子系统稳定性具有重要影响,而研究临界转速可有效避免轴承转子系统发生涡动失稳。考虑边界滑移条件,将小孔节流器进入油腔流量与封油边流出流量相等... 详细信息

液体动静压球轴承稳定性分析包括探究其动态特性及临界转速,其刚度和阻尼系数对轴承转子系统稳定性具有重要影响,而研究临界转速可有效避免轴承转子系统发生涡动失稳。考虑边界滑移条件,将小孔节流器进入油腔流量与封油边流出流量相等作为边界条件,求解出边界滑移状态下的Reynolds方程得到油腔压力和封油边压力;对边界滑移状态下瞬态Reynolds方程采用小扰动法推导出扰动压力偏微分方程,结合有限差分法和松弛迭代法求解方程得到边界滑移状态下液体动静压球轴承的刚度和阻尼系数,进而通过线性稳定性方法求解临界失稳转速,探讨滑移系数、供油压力、转子转速之于轴承动态特性的影响及临界转速之于滑移系数的变化规律。结果表明,滑移系数增大会导致4个刚度系数和交叉阻尼系数减小、直接阻尼增大;供油压力增大将导致8个动态特性系数均增大,转速增大将导致刚度增大及阻尼减小,且滑移效应的发生不影响上述规律;临界转速随滑移系数的增大而减小,系统稳定性降低。

关键词：液体动静压球轴承小孔节流 Reynolds 方程边界滑移动态特性临界转速

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船用低压直流设备的稳压研究

自动化与仪表 2020年第10期35卷 78-82页

作者：郑堃张存喜程攀龙王瑞苏玉香浙江海洋大学海洋工程装备学院舟山316022 浙江海洋大学船舶与海运学院舟山316022

目前直流电网在船舶电力系统中的应用越来越广,包括船舶推进,船舶设备等。由于船舶电网中的电压相对较大,所以必须经过降压后才能对通信导航设备、自动化仪器、探鱼仪等低压直流设备进行供电。该文针对船上这些低压设备的降压模块中的... 详细信息

目前直流电网在船舶电力系统中的应用越来越广,包括船舶推进,船舶设备等。由于船舶电网中的电压相对较大,所以必须经过降压后才能对通信导航设备、自动化仪器、探鱼仪等低压直流设备进行供电。该文针对船上这些低压设备的降压模块中的降压电路,分别采用了传统PID和模糊PID两种方法来控制,并在Matlab/Simulink中仿真对比,结果显示模糊PID控制的效果更优,电路响应速度快,动态性能好,且输出电压稳定有助于设备更安全更稳定的工作。

关键词：低压直流设备降压电路模糊PID 建模仿真

基于CFD方法的民用飞机缩比飞行试验尺度效应研究

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空气动力学学报 2024年第8期42卷 77-83,I0002页

作者：陈恺吴大卫孙宇辰陈石程攀毛昆上海飞机设计研究院上海201210

缩比飞行试验在民用飞机的研制过程中日益受到重视,其尺度效应影响评估是设计缩比飞行试验工况的基础,也是确认飞行数据适用性的关键。基于几何和动力学相似准则,针对某民用飞机及其缩比验证机设计分析工况组,采用计算流体力学方法研究... 详细信息

缩比飞行试验在民用飞机的研制过程中日益受到重视,其尺度效应影响评估是设计缩比飞行试验工况的基础,也是确认飞行数据适用性的关键。基于几何和动力学相似准则,针对某民用飞机及其缩比验证机设计分析工况组,采用计算流体力学方法研究相似准则参数(马赫数Ma、雷诺数Re、弗劳德数Fr)对气动载荷、典型气动导数及弹性变形的影响。研究结果表明,在动力学相似时,验证机与原型机间的气动特性差异主要来源于马赫数,雷诺数影响较小;当原型机以中低马赫数(Ma<0.5)飞行时,此时马赫数压缩效应不明显,验证机与原型机具有近似的展向与弦向载荷分布特征,典型稳定导数及操纵导数差异约10%,在控制律设计鲁棒性范围内;进一步保持质量与刚度分布相似时,机翼翼尖扭转变形差异不超过0.5°,挠度差异不超过0.5%,在工程上属于可接受的范围。

关键词：缩比验证飞行相似准则尺度效应气动特性机翼弹性变形

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液体动静压球轴承轴心运动轨迹研究

润滑与密封 2024年第3期49卷 74-81页

作者：秦薇沈景凤朱锐程攀薛浩薛伟强上海理工大学机械工程学院上海200093

为研究外载荷对轴承转子系统稳定性的影响,以小孔节流的液体动静压球轴承转子系统为研究对象,建立液体动静压球轴承转子系统动力学模型。通过求解轴承润滑数学模型获得非线性油膜力,分析转子所受到的外载荷,采用欧拉算法预测出轴心下一... 详细信息

为研究外载荷对轴承转子系统稳定性的影响,以小孔节流的液体动静压球轴承转子系统为研究对象,建立液体动静压球轴承转子系统动力学模型。通过求解轴承润滑数学模型获得非线性油膜力,分析转子所受到的外载荷,采用欧拉算法预测出轴心下一个时刻位移、速度和加速度,并分析转子系统质量、不平衡载荷和阶跃载荷对转子回转精度的影响。结果表明:随着转子系统质量的增加,所需平衡的油膜力增加,轴心振动幅度增加,从而导致转子回转精度降低;相对于不考虑不平衡载荷,考虑不平衡载荷后其振动形态为椭圆且振动幅值增大,减小不平衡值将减小振幅并提高旋转精度;随着阶跃载荷的增加,达到平衡所需的时间也增加。

关键词：液体动静压球轴承小孔节流轴心轨迹回转精度阶跃载荷

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全市国土绿化暨林业重点工作现场会召开

全市国土绿化暨林业重点工作现场会召开

碳纤维复合材料预制体针刺技术研究现状与思考

孝感日报

作者：胡登程攀

本报讯全媒体记者胡登通讯员程攀 3月21日，全市国土绿化暨林业重点工作现场会在孝昌召开。市委常委、副市长程涛出席会议并讲话，市政协副主席吴鹏参加会议。会议部署了全市国土绿化林业重点工作。孝昌县、湖北泽丰农业发展有限公司... 详细信息

本报讯全媒体记者胡登通讯员程攀 3月21日，全市国土绿化暨林业重点工作现场会在孝昌召开。市委常委、副市长程涛出席会议并讲话，市政协副主席吴鹏参加会议。会议部署了全市国土绿化林业重点工作。孝昌县、湖北泽丰农业发展有限公司作了交流发言。会议强调，各地各相关......

关键词：国土绿化

来源： cnki报纸评论

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化工新型材料 2024年第7期52卷 14-19页

作者：魏宇博贺辛亥程攀李彦璋梁军浩刘菲王强西安工程大学材料工程学院西安710048 西安市纺织复合材料重点实验室西安710048 陕西美兰德炭素有限责任公司西安710600

预制体作为复合材料的“增强骨架”,对复合材料的性能具有重要影响。而针刺工艺因其简单、快捷、低成本等优点逐渐成为制备预制体的主流技术。为了深入了解有关针刺技术、针刺预制体以及针刺复合材料的研究情况,介绍了针刺技术概况,论... 详细信息

预制体作为复合材料的“增强骨架”,对复合材料的性能具有重要影响。而针刺工艺因其简单、快捷、低成本等优点逐渐成为制备预制体的主流技术。为了深入了解有关针刺技术、针刺预制体以及针刺复合材料的研究情况,介绍了针刺技术概况,论述了针刺工艺参数、针刺预制体类型以及针刺复合材料的实验研究和理论建模方面的研究进展,并基于此分析了针刺技术未来的发展方向。

关键词：碳纤维复合材料预制体针刺工艺

电液混合动力系统关键技术及能量管理研究综述

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西南交通大学学报 2024年第3期59卷 600-614页

作者：刘桓龙西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610031 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

现有混合动力驱动技术以油电、油液混合动力为主,旨在提高传统燃油车辆的能量利用率、降低油耗和排放.基于液压技术的大功率密度及能量再生优势,电液混合动力系统可在全速工况范围内实现能量高效利用,提高纯电驱系统的功率密度,有效改... 详细信息

现有混合动力驱动技术以油电、油液混合动力为主,旨在提高传统燃油车辆的能量利用率、降低油耗和排放.基于液压技术的大功率密度及能量再生优势,电液混合动力系统可在全速工况范围内实现能量高效利用,提高纯电驱系统的功率密度,有效改善电动车辆续驶里程及蓄电池循环使用寿命.本文对电液混合动力系统构型、能量回收技术、能量释放模式及控制策略等相关研究成果的进展、现状及发展趋势进行综述,分析了利用电液混合动力构型与先进能量管理策略提升纯电动车辆动力性能与能量利用率的可行性技术方案与应用前景.根据已有研究成果,装备电液混合动力系统后车辆最大可降低约40%的能量消耗,在能量高效利用方面具有显著优势.对于电液混合动力系统而言,液压能再生、耦合与释放等与行驶场景及电机工况点密切相关,研究重点应解决动力耦合、再生制动与能量管理等关键技术,从而提升动力系统的综合性能特别是功率密度与节能特性.

关键词：电液混合动力系统动力混合再生制动高效利用能量管理策略