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一种共轴双旋翼直升机仿真动力学建模及系统开发

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一种共轴双旋翼直升机仿真动力学建模及系统开发

作者：边德勇沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

在飞行器系统仿真中直升机作为不稳定系统,其气动布局影响整机的性能。当直升机旋翼高速转动,需要考虑气动的高耦合性。直升机的飞行仿真需要考虑其合理的气动布局与控制性能。一般的研究手段是飞行实验,但由于科研条件的限制,本仿真主... 详细信息

在飞行器系统仿真中直升机作为不稳定系统,其气动布局影响整机的性能。当直升机旋翼高速转动,需要考虑气动的高耦合性。直升机的飞行仿真需要考虑其合理的气动布局与控制性能。一般的研究手段是飞行实验,但由于科研条件的限制,本仿真主要采用空气动力学建模。利用此方法模拟双旋翼直升机的动力学建模及仿真系统的开发。仿真的中具体将整机分成部件,在对应部件采用面型对象技术建模。机身部分的气动模型采用刚体6自由度运动气动数据主要采用双线性插值法。直升机的上下双旋翼气动模型,主要以单旋翼气动模型为基础,采用叶素理论、一阶动态流入模型、及上下旋翼的干扰因子得到双旋翼的气动模型。直升机的尾部气动模型主原理与固定翼相同,同时搭建陀螺力矩、重力、大气环境、起落架数学模型。直升机的视景系统主要采用OSG及OSGERATH三维渲染引擎。采用VS2010开发平台,利用面向对象技术编写数学模型。其中仿真视景中的地图能显示真实地理信息,利用3DMAX搭建了飞行器的三维模型,为使模型具有真实性,搭建模型时旋翼采用低速静态、高速动态模糊效果,利用OSG的节点替代当高速时采用模糊模型。整个程序的类比较多运算量大,通过搭建DCOM分布式运算提高运算速度。仿真系统中通过搭建主动显示系统优化视觉效果,利用SONY头盔显示仪实现视点追踪,利用OSG中的主动显示函数,设置左右视点为左右切割渲染状态,与显示仪的左右通道渲染相对应。最终实现主动立体显示。通过主动显示系统能够摆脱传统的屏幕显示使整个系统更加便携,增强了自身的沉浸感。通过强大的OSG三维视景系统与动力学模型结合,飞行仿真模拟系统得以实现,通过键盘与飞行遥杆和头盔显示仪使飞行仿真系统更加贴近实物。

关键词：共轴双旋翼直升机飞行动力学虚拟现实主动显示 OSG

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基于约束优化算法的共轴双旋翼直升机仿真

计算机仿真 2019年第12期36卷 52-56,116页

作者：刘春边德勇沈阳航空航天大学国防重点实验室

双旋翼直升机由于上下旋翼的气动特性复杂,仿真中主要依据动量定理分别搭建机身与旋翼动力学模型,考虑旋翼与机身之间的气动干扰整合动力学方程。通过约束优化法求解非线性数学模型,利用优化约束法求解出方程组的可行解,调整约束值降低... 详细信息

双旋翼直升机由于上下旋翼的气动特性复杂,仿真中主要依据动量定理分别搭建机身与旋翼动力学模型,考虑旋翼与机身之间的气动干扰整合动力学方程。通过约束优化法求解非线性数学模型,利用优化约束法求解出方程组的可行解,调整约束值降低不可行解。依据直升机在不同前飞速度下的各项参数的变化整合数据,最终将搭建好的动力模型编写到程序中运行仿真程序验证仿真系统的可靠性。

关键词：共轴双旋翼直升机动力学模型约束优化视景系统

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基于小扰动理论的潜航器动力学建模及仿真

计算机仿真 2019年第8期36卷 20-24页

作者：刘春边德勇王巍沈阳航空航天大学国防重点实验室辽宁沈阳110136 沈阳航空航天大学民航学院辽宁沈阳110136

潜航器仿真系统主要采用OSGOcean三维渲染引擎建立水环境。运用面向对象技术以及OSG视景系统实现了动态视景。目标潜航器通过CFD计算得到数据,并经过预处理得到潜航器水动力参数,利用经典动量定理与动量矩定理在搭建动力学模型。运用潜... 详细信息

潜航器仿真系统主要采用OSGOcean三维渲染引擎建立水环境。运用面向对象技术以及OSG视景系统实现了动态视景。目标潜航器通过CFD计算得到数据,并经过预处理得到潜航器水动力参数,利用经典动量定理与动量矩定理在搭建动力学模型。运用潜航器特殊姿态对动力学与运动学方程组进行求解,依据在小扰动理论做线性化处理,对潜航器横纵航行稳定性分析,便于方程简化找到主要影响因子,达到稳定控制潜航器姿态目的,最终实现潜航器能在较小扰动环境下稳定运行的效果。

关键词：潜航器模型动力学模型小干扰理论视景系统

基于RRT^(*)-DR算法的机械臂避障路径规划

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 1149-1160页

作者：商德勇汪俊杰樊虎索双富中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083 清华大学机械工程系北京100081

为使机械臂在障碍物环境下快速规划较优路径,提出了一种基于动态区域采样的改进RRT^(*)-DR路径规划算法,将整个规划过程分为快速探索路径和优化初始路径两个步骤。首先利用半目标导向扩展快速探索,找到连接起始点和目标点的路径。随后... 详细信息

为使机械臂在障碍物环境下快速规划较优路径,提出了一种基于动态区域采样的改进RRT^(*)-DR路径规划算法,将整个规划过程分为快速探索路径和优化初始路径两个步骤。首先利用半目标导向扩展快速探索,找到连接起始点和目标点的路径。随后利用动态区域采样方法,始终在当前最优路径的周边范围内采样,优先密化当前最优路径附近的节点树,节省计算资源,使初始路径经过迭代快速向渐进最优路径收敛。同时,提出一种近障碍节点变步长机制,有选择性地缩短靠近障碍节点的扩展步长,可有效减少碰撞检测失败次数,提高算法效率。最后,在MATLAB和ROS系统下进行路径规划算法仿真,结果表明RRT^(*)-DR算法可在更短时间内实现路径规划,同时有效缩小路径代价。进一步通过实体机器人路径规划避障实验,验证了该算法的实用性和有效性。

关键词：机械臂路径规划动态采样区域变步长

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均匀气流中水滴变形过程的数值模拟

空气动力学学报 2024年

作者：边庆勇朱程香谢文龙赵宁朱春玲南京航空航天大学航空学院南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

飞机在结冰环境下飞行将会遇到过冷水滴，水滴与气流的相互作用会使水滴变形，运动轨迹发生改变。针对水滴在均匀气流中运动变形过程，采用相场方法捕捉了水滴形态变化，结合格子玻尔兹曼通量求解器计算水滴-空气两相流流场，比较了不... 详细信息

飞机在结冰环境下飞行将会遇到过冷水滴，水滴与气流的相互作用会使水滴变形，运动轨迹发生改变。针对水滴在均匀气流中运动变形过程，采用相场方法捕捉了水滴形态变化，结合格子玻尔兹曼通量求解器计算水滴-空气两相流流场，比较了不同We数和Oh数、不同环境温度下的水滴形态变化及水滴运动加速过程，分析了水滴后缘流动发展特征及水滴变形过程的动力学行为规律；提出了水滴在气流中的运动阻力模型，进行了水滴撞击特性计算，并与实验结果进行对比以验证水滴阻力模型的准确性。研究发现，水滴在气流中变形具有轴向压缩与径向压缩交替进行的特征，轴向压缩过程中的水滴最大纵横比随时间逐渐减小；水滴临近破碎时，边缘较厚，中心逐渐变薄，直至破碎；低温环境影响水滴变形幅度，但对于水滴运动过程的影响较小。本文建立的水滴阻力模型可实现更准确的水滴撞击特性计算，为后续飞机结冰计算提供准确输入。

关键词：飞机结冰均匀气流过冷水滴数值模拟

基于奇异摄动的刚柔耦合Delta机器人非线性混合控制

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机械工程学报 2024年第5期60卷 95-106页

作者：商德勇黄云山黄欣怡潘崭中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083

在高速运动中,Delta并联机器人杆件发生的弹性变形和振动对运动性能的影响不可忽略。针对有限元法离散柔性杆时出现方程维度高且难以适用于主动控制的问题,通过假设模态法和Kane方法,对Delta刚柔耦合并联机器人进行动力学建模。通过添... 详细信息

在高速运动中,Delta并联机器人杆件发生的弹性变形和振动对运动性能的影响不可忽略。针对有限元法离散柔性杆时出现方程维度高且难以适用于主动控制的问题,通过假设模态法和Kane方法,对Delta刚柔耦合并联机器人进行动力学建模。通过添加闭链刚柔耦合系统运动学位置、速度、加速度约束方程,建立了闭链形式的Delta并联机器人的刚柔耦合动力学方程。针对Delta并联机器人刚柔耦合动力学模型复杂度高的问题,利用奇异摄动法,将刚柔耦合动力学模型依据时间尺度分解为快变和慢变两个子系统。为避免扰动的影响并保证收敛性,针对慢变系统设计了非奇异终端滑模控制器;为抑制弹性振动对运动的影响,针对快变系统设计了LQR最优控制器,并将两个子系统的控制器合并为刚柔耦合系统的非线性混合控制器。仿真对比实验证明,所设计的混合控制器不仅保持了更高精度的轨迹跟踪,而且实现了明显的振动抑制效果,为Delta刚柔耦合并联机器人的主动跟踪控制和振动抑制提供了新思路。

关键词：并联机器人刚柔耦合假设模态法 Kane方法奇异摄动

基于Kane方程的Delta并联机器人刚柔耦合动力学研究

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机械工程学报 2024年第7期60卷 124-133页

作者：商德勇黄欣怡黄云山张天佑中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083

针对Delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了Delta并联机器人系... 详细信息

针对Delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了Delta并联机器人系统的刚柔耦合动力学方程,从而量化了从动臂连杆变形对机器人定位精度造成的影响。通过对比在相同跟踪轨迹下ADAMS模型仿真与MATLAB数值分析结果,两者的动平台质心运动轨迹基本重合且主动关节旋转角度偏差小于0.01rad,验证了刚柔耦合动力学方程的正确性。最后,通过数值分析和Adams-Matlab联合仿真分析,得到机器人在不同负载条件下,末端动平台在X和Z方向的最大位移偏移量及主动关节驱动力矩最大偏差值,仿真结果反映了从动臂柔性对机器人动力学性能的影响规律,为机器人的精确控制提供了理论支撑。

关键词： Delta机器人高速重载刚柔耦合 Kane方程动力学建模

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关于肉牛养殖技术应用和疾病防治的调查分析

吉林畜牧兽医 2024年第3期45卷 1-3页

作者：边爱勇刘冰罗宗辉辽宁省北票市动物疫病预防控制中心辽宁北票122122

发展肉牛养殖业是对国家促进“粮改饲”种植结构、“大力发展牛羊”的畜牧业产业结构等政策的积极响应,是优化畜牧业产业结构的重要举措,促进畜牧业增效和农民增收。在辽宁省农业农村厅专家的大力支持下,北票市实施开展肉牛提质增量项... 详细信息

发展肉牛养殖业是对国家促进“粮改饲”种植结构、“大力发展牛羊”的畜牧业产业结构等政策的积极响应,是优化畜牧业产业结构的重要举措,促进畜牧业增效和农民增收。在辽宁省农业农村厅专家的大力支持下,北票市实施开展肉牛提质增量项目。主要是通过推广肉牛综合技术,并形成一系列完整的促进肉牛提质增量的综合配套技术体系,在北票地区广泛推广后,促进肉牛养殖户增加存栏,提高经济效益和社会效益。

关键词：种植结构肉牛养殖户肉牛养殖业疾病防治农民增收粮改饲提质增量北票市

新型电力系统下省间-省内2级市场交易模式设计及出清优化

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现代电力 2024年第1期41卷 84-96页

作者：刘汉林廖鹏石德勇长沙理工大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410114

为实现“碳达峰,碳中和”目标,习近平总书记提出构建以新能源为主体的电力系统。建立面向低碳能源转型的新型电力系统市场交易模式是实现“双碳”目标的重要途径之一。为此,提出省间-省内2级市场交易模式及出清优化模型。首先,分析新型... 详细信息

为实现“碳达峰,碳中和”目标,习近平总书记提出构建以新能源为主体的电力系统。建立面向低碳能源转型的新型电力系统市场交易模式是实现“双碳”目标的重要途径之一。为此,提出省间-省内2级市场交易模式及出清优化模型。首先,分析新型电力系统下高比例清洁能源接入、高比例跨区电力输送以及高比例灵活资源调节的特征并描述其市场交易框架。其次,设计以新能源为主体的省内市场交易,包括年度双边协商/集中竞价交易、月度双边协商/集中竞价交易、月内(多日)交易以及辅助服务交易;设计省间交易模式,包括年度/月度跨省跨区交易、省间购电交易、清洁能源外送交易以及省间调峰辅助服务交易。在满足电力供需平衡的基础上,构建以省内清洁能源消纳量最大为目标的日前市场出清模型和以总成本最小为目标的日内市场出清模型。最后,以某省新型电力系统为例,模拟典型场景下的日前市场交易和日内市场交易,结果表明所提市场交易模式有效地促进了清洁能源消纳,减缓了弃风弃光、拉闸限电等现象的发生,推动了“双碳”目标的实现。

关键词：新型电力系统省间-省内2级市场出清优化调峰辅助服务