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基于毕卡迭代的捷联姿态更新精确数值解法

宇航学报 2017年第12期38卷 1307-1313页

作者：严恭敏翁浚杨小康秦永元西北工业大学自动化学院

针对捷联惯导在大角度机动等场合下姿态精确求解问题,论文根据四元数微分方程的毕卡级数解法,提出一种新的求解姿态更新的数值算法。新算法利用角增量建立角速度多项式拟合,再根据多项式四元数的乘法特点将其变换为多项式的卷积运算,求... 详细信息

针对捷联惯导在大角度机动等场合下姿态精确求解问题,论文根据四元数微分方程的毕卡级数解法,提出一种新的求解姿态更新的数值算法。新算法利用角增量建立角速度多项式拟合,再根据多项式四元数的乘法特点将其变换为多项式的卷积运算,求得更新四元数的幂级数解。新算法在推导过程中未做任何近似和假设,不存在原理性误差。在大幅值圆锥运动和大角度机动环境下,新算法与传统算法进行了对比仿真试验,校验了新算法具有明显的精度优势。

关键词：捷联姿态更新算法毕卡级数多项式拟合仿真试验

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基于驾驶模拟器的转向系统力矩反馈研究

基于驾驶模拟器的转向系统力矩反馈研究

作者：刘涛吉林大学

学位级别：硕士

转向系统是汽车的重要组成部分之一,其性能直接影响车辆的操纵稳定性。转向系统可以给驾驶员提供路感反馈,便于驾驶员掌握当前车辆轮胎与路面的接触信息并及时做出正确的转向操作。转向系统的力矩反馈是路感的最重要内容,主要体现在方... 详细信息

转向系统是汽车的重要组成部分之一,其性能直接影响车辆的操纵稳定性。转向系统可以给驾驶员提供路感反馈,便于驾驶员掌握当前车辆轮胎与路面的接触信息并及时做出正确的转向操作。转向系统的力矩反馈是路感的最重要内容,主要体现在方向盘的手力感上。转向系统反馈力矩的影响因素较多,其中系统摩擦和助力是最为重要的两个因素。目前多数转向系统动力学模型和动力学仿真软件中,忽略摩擦或将其简单设置为定值,助力采用查表的方式,对这两个关键环节表达不准确。因此本文对转向系统动力学模型进行详细的研究分析,建立更精确的反馈力矩模型来计算方向盘力矩。随着计算机与虚拟现实技术的飞速发展,驾驶模拟器技术更加成熟,也更多地应用到汽车技术的研究开发之中。驾驶模拟器实现了“人-车-路”的闭环研究,考虑了人的主观因素,可以得到更理想的研究结果。本文结合课题组转向系统高精度建模研究项目,基于驾驶模拟器进行转向系统力矩反馈的研究,主要工作内容如下:(1)转向系统动力学分析研究。以电动助力转向系统为研究对象,介绍其组成、工作原理和分类。对EPS系统机械结构部分简化并建立动力学方程,能够实现较高的仿真精度,所需参数较少且易于通过转向试验获得。使用力控阻尼器干摩擦模型表达系统摩擦,通过阻尼器两端的速度差表达阻尼特性,可表现出速度对摩擦的影响,计算结果更加准确。设计了包含助力、回正和阻尼控制的转向助力控制模型,可以很好地表现EPS系统的助力特性。进行转向台架试验及参数辨识,获得了模型所需参数信息。(2)整车模型搭建及联合仿真方案设计。使用VI-CarRealTime软件搭建整车模型并对各个子系统进行简要说明,对软件本身的基础转向系统模型和高级转向系统模型重点介绍。使用Simulink搭建外接转向系统动力学模型并设计了与整车模型的联合仿真方案。(3)模型验证及模拟器应用。进行实车操纵稳定性试验,并进行相同工况下的仿真,将仿真结果与试验数据对比,分别验证了无助力和有助力状态下的转向系统模型准确性。结果表明,外接转向系统动力学模型的计算结果比软件本身的基础转向系统模型更准确,比软件本身高级转向系统模型更简单,且可以达到理想的仿真效果。之后将模型接入桌面级驾驶模拟器得到了接近实际车辆的方向盘力感的反馈。(4)基于驾驶模拟器的主观评价力感影响因素研究。根据操纵稳定性主观评价内容,筛选出与转向系统力矩反馈相关的评价项目和评价指标。设计主观评价试验项目并确定相应的评分方法。选定一些对转向系统反馈力矩影响较大的因素,采用正交试验法进行了四因素三水平正交试验并主观评分。采用极差法处理分析试验结果,得到了各因素对各评价指标的影响程度并分析了影响原因。

关键词：转向系统力矩反馈仿真试验驾驶模拟器主观评价

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高压环境等离子弧电离行为及其切割工艺研究

高压环境等离子弧电离行为及其切割工艺研究

作者：佟浩东北京石油化工学院

学位级别：硕士

在工业领域中,等离子电弧因其弧柱能量集中、温度高,几乎可以熔透任何金属的优异性能而得到迅速发展。近年来,等离子弧切割技术的研究趋近于成熟,但对于高压环境(大于0.1MPa)等离子弧切割技术的研究尚处于萌芽阶段,高压环境下等离子弧... 详细信息

在工业领域中,等离子电弧因其弧柱能量集中、温度高,几乎可以熔透任何金属的优异性能而得到迅速发展。近年来,等离子弧切割技术的研究趋近于成熟,但对于高压环境(大于0.1MPa)等离子弧切割技术的研究尚处于萌芽阶段,高压环境下等离子弧电离行为的研究理论尚不成熟,高压环境下等离子弧切割的工艺研究较少。本文以《大埋深高水压盾构刀盘机器人等离子弧切割技术研究》项目为研究背景,研究适用于高压环境下的等离子弧切割技术,探究高压环境等离子弧电离行为的变化,摸索高压环境下的等离子弧切割工艺。本文采用高频高压引弧技术和非高频引弧技术,通过对现有商品化等离子弧切割机的改进优化,分别实现了0.6MPa环境压力与1MPa环境压力下的引弧切割,克服了高压环境下不起弧、引弧难的问题。研究表明:随着环境压力的升高,切割质量逐渐变差。通过控制变量试验,研究了不同工艺参数对切割质量的影响。对于等离子切割质量评价的多指标问题,采用综合评分法,合理确定权重比;通过正交试验,利用直观分析法得出了0-0.7MPa高压环境下最优的切割工艺参数。研究表明:在电源激励能量达到要求时,随着环境压力的升高,送气压力成为影响切割质量的主要工艺参数。利用焊接相机系统,进行了不同高压环境下的等离子弧形态研究。电弧形态分析表明:随着环境气氛压力的增大,等离子弧挺度下降,稳定性变差。结合正交试验数据,并对比切口正反面外观数据,发现电弧逐渐收缩,长度变短,切口宽度呈增加状态,但是趋势不太显著。为进一步分析高压环境等离子电弧行为的变化与切割质量之间的关系,以磁流体动力学(MHD)为基础,构建了等离子电弧模型,对ANSYS FLUENT仿真软件进行接口的二次开发,完成了等离子电弧数值仿真。等离子电弧的温度场分布与速度场分布数值仿真结果表明,随着环境气氛压力的增大,电弧收缩、稳定性变差。工件的温度场分布数值仿真结果表明,切口宽度增加,但是增加趋势较小,割口平面度变差。因此,电弧收缩,但切口增宽,这个现象得到了合理的解释。数值仿真结果与试验结果之间,具有较好的一致性。

关键词：高压环境等离子弧电离行为引弧切割工艺仿真试验

农田残膜机械回收膜土分离模型的建立与仿真试验

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湖南农业大学学报（自然科学版） 2021年第3期47卷 344-350页

作者：胡广发全腊珍邹运梅沈徽湖南农业大学机电工程学院湖南长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心湖南长沙410128

为明确农田残膜机械回收过程中膜土分离机理,基于土壤接触理论及土壤黏附力学,建立残膜与土壤颗粒的接触模型和残膜与土壤颗粒间黏结合力变化的数学模型。利用EDEM软件,进行0.01、0.02、0.03 mm厚度残膜与黏附土壤剥离剪切仿真试验。拟... 详细信息

为明确农田残膜机械回收过程中膜土分离机理,基于土壤接触理论及土壤黏附力学,建立残膜与土壤颗粒的接触模型和残膜与土壤颗粒间黏结合力变化的数学模型。利用EDEM软件,进行0.01、0.02、0.03 mm厚度残膜与黏附土壤剥离剪切仿真试验。拟合结果表明,0.01、0.02、0.03 mm残膜厚度下,膜土分离剪切力与剥离剪切位移均呈三次方关系,决定系数分别为0.805 9、0.872 2、0.878 4;对台架验证试验结果进行拟合,决定系数分别0.793 2、0.854 8、0.869 0,相对误差最大值为13.77%。

关键词：残膜机械回收膜土分离残膜–土壤接触模型残膜–土壤黏结合力数学模型仿真试验

高海拔铁路隧道紧急救援站人员疏散特征及RSET计算模型研究

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高海拔铁路隧道紧急救援站人员疏散特征及RSET计算模型研究

作者：曹雄智四川农业大学

学位级别：硕士

随着我国积极推动了新一轮西部大开发战略,高海拔特长铁路隧道数量逐渐增加,不过对于高海拔铁路隧道人员疏散的安全性研究还较少。在高海拔“三低”环境条件下,人员疏散特征参数和紧急救援站设计参数为人员安全性的主要影响因素,并且其... 详细信息

随着我国积极推动了新一轮西部大开发战略,高海拔特长铁路隧道数量逐渐增加,不过对于高海拔铁路隧道人员疏散的安全性研究还较少。在高海拔“三低”环境条件下,人员疏散特征参数和紧急救援站设计参数为人员安全性的主要影响因素,并且其影响程度和规律在高海拔条件下具有随机性,所以人员疏散的安全具有不确定性。高海拔特长铁路隧道紧急救援站的人员必需安全疏散时间(RSET)对于疏散人员是否安全起到决定性因素,其判断标准必须符合人员疏散安全判定标准,即RSET小于6min。目前关于高海拔紧急救援站RSET的研究还比较缺乏,因此,本文针对于高海拔特长铁路隧道紧急救援站的人员疏散特征以及RSET计算模型开展了进一步研究,主要结论有:(1)调研了高海拔对人体系统相关指标的影响,通过现场试验验证了疏散速度与海拔高度关系的可靠性,明确了不同海拔条件不同类型人员的疏散速度;(2)确定了高海拔特长铁路隧道的人员疏散模式,通过应急疏散试验验证了Pathfinder软件的可靠性,并利用Pathfinder建立了紧急救援站的疏散模型进行仿真试验,得到了高海拔铁路隧道紧急救援站的人员疏散规律;(3)设计了正交试验方案进行仿真试验,并对试验结果进行了极差分析,利用回归分析推导了高海拔铁路隧道紧急救援站RSET的计算模型;(4)运用RSET计算模型推导出高海拔铁路隧道紧急救援站设计参数的推荐值,提出了高海拔铁路隧道防灾救援的相关建议与方案。

关键词：高海拔铁路隧道紧急救援站人员疏散仿真试验必需安全疏散时间

气力式白菜精密排种器关键部件的设计与试验研究

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气力式白菜精密排种器关键部件的设计与试验研究

作者：王忠鹏黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

白菜是我国目前产量最高、种植面积最广的蔬菜作物。提高白菜机械化种植水平对提升农业机械化程度,促进行业发展有着重要意义。目前白菜播种作业中,由于白菜种子体积和质量较小,造成了播种困难的问题。针对目前气力式白菜精密排种器存... 详细信息

白菜是我国目前产量最高、种植面积最广的蔬菜作物。提高白菜机械化种植水平对提升农业机械化程度,促进行业发展有着重要意义。目前白菜播种作业中,由于白菜种子体积和质量较小,造成了播种困难的问题。针对目前气力式白菜精密排种器存在的排种性能差等问题,立足于当前国内外研究发展现状,设计排种器关键部件。对排种器进行虚拟仿真试验研究排种器工作过程,最后搭建试验台对仿真试验结果进行验证。研究主要内容如下:(1)依照《蔬菜穴播播种机技术条件(DB/T459-2007)》对白菜播种作业的要求。选取纯度、含水率均满足播种要求的3种白菜种子。品种分别为北京新3号、四季王、春秋54进行物料特性测定研究。试验所得的各项参数可以作为排种器设计的数据支撑。(2)对白菜精密排种器进行结构设计,改进了排种盘吸孔孔形和孔径。分析种子在排种器中的运动过程,并将其分为四个阶段。确定在播种过程中影响播种性能的因素。为流场仿真分析试验和离散元分析试验创造条件。(3)在Solidworks中创建播种器的3D模型。在此模型基础上,使用计算流体力学(CFD)方法进行流场仿真试验,绘制吸孔处的压力与速度云图。选用直筒形型孔、倒角形型孔、锥角形型孔3种型孔,找出不同型孔形状下,吸孔处的流速与压力变化规律。根据仿真结果综合分析后可以得出,倒角形型孔吸种性能优于其它两种型孔。锥角度数为60°的倒角形型孔吸种性能最佳。采用离散元法分析种子的堆积过程状态以及扰种过程状态,深入探究排种器中种子运动状态的规律。同时,验证了扰种装置对白菜种子的扰动作用,进而证明了扰种装置能够提升种子的充种性能。(4)仿真试验结果由台架试验进行验证。研究排种器性能指标影响因素的演变规律。单因素试验证明了虚拟仿真结果的可行性,锥角为60°的倒角孔吸种性能最佳。采用二次正交旋转组合检验法揭示评价指标随影响因素的变化趋势。最后利用Design-Expert软件的数据优化功能,获得排种盘最佳工作参数为排种盘工作转速为31.50r/min、气腔负压值为2.55k Pa以及填种高度为15.0cm,排种器的整体播种性能最优,合格率89.24%,重播率7.14%,漏播率3.62%。根据最优参数进行对比试验。试验值与理论值大致相同,因此优化结果可信,优化的工作参数能够满足白菜播种要求。

关键词：白菜气力式排种器仿真试验精密排种技术

基于微观结构苹果不同组织穿刺质地的模拟分析

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基于微观结构苹果不同组织穿刺质地的模拟分析

作者：蒋冰瑶山西农业大学

学位级别：硕士

苹果营养丰富,耐贮藏且风味较好,是我国的一种重要水果。对苹果穿刺力学特性与微观结构关系的构建能够为不同品种苹果力学特性差异的原因给出解释;对不同加载速度下苹果各部位穿刺力学的差异分析可以为苹果的采摘、运输及贮藏提供参考... 详细信息

苹果营养丰富,耐贮藏且风味较好,是我国的一种重要水果。对苹果穿刺力学特性与微观结构关系的构建能够为不同品种苹果力学特性差异的原因给出解释;对不同加载速度下苹果各部位穿刺力学的差异分析可以为苹果的采摘、运输及贮藏提供参考。本文通过对苹果果皮、果肉、果核3部位穿刺力学特性进行试验研究,分析苹果各部位力学特性及其对于整果力学特性的影响;通过观察苹果各部位微观结构特性,分析不同微观结构对于穿刺力学特性的影响,构建宏观力学特性与微观结构的关系;分析苹果各部位穿刺力学特性,得到果肉、果核的材料属性,采用微观结构观察所得的组织特点辅助进行有限元仿真试验,构建有效的整果模型。主要研究内容及结论如下:(1)对3个品种苹果果皮、果肉与果核进行穿刺力学试验,分析其质地差异性。果皮穿刺强度随加载速度的增加而逐渐上升、部分加载速度下出现了下降的趋势,导致穿刺强度-速度曲线出现三个峰值,体现了生物材料的不稳定性。加载速度及品种对于穿刺强度的影响率较高,其中果皮穿刺强度差别较大的情况集中在5mm/s以下的加载速度中。丹霞品种穿刺强度峰值最大,出现在1-1.5mm/s加载速度区间内,富士品种穿刺强度峰值大小居中,出现在2-5mm/s加载速度区间内,金冠品种穿刺强度峰值最小,出现在5-9mm/s加载速度区间内。3个品种苹果果肉、果核断裂力、断裂变形量以富士与丹霞品种的较大,金冠品种的较小。不同品种苹果果肉、果核断裂力随加载速度的增加而逐渐上升,断裂力是受加载速度影响最大的穿刺力学特性参数,能够代表果肉、果核质地。果肉各项穿刺力学特性参数在0.5mm/s加载速度下,果核各项穿刺力学特性参数在0.01mm/s加载速度下受品种的影响最大。对于不同的品种及加载速度,断裂力参数受影响最大,表明该参数的敏感性较高。(2)对3个品种果皮、果肉与果核进行微观结构观察,对果皮进行扫描电镜方法观察,对果肉、果核进行激光共聚焦显微镜方式观察。采用扫描电镜方式对3个品种苹果果皮进行微观结构观察与分析,表明各个品种果皮微裂纹都较浅,丹霞品种果皮微裂纹平均宽度最小,金冠品种果皮微裂纹平均宽度最大。对果肉采用激光共聚焦显微镜进行观察,提取细胞及孔隙的欧式几何学参数,不同品种苹果果肉组织细胞及孔隙的面积、周长及等效直径进行比较,金冠品种最大,圆形率以金冠品种为最小。富士与丹霞品种果肉组织的细胞形状规则,孔隙面积较小,整体结构紧密;金冠品种果肉组织细胞形状较圆且面积较大,孔隙面积也较大,细胞间结合松散。对果核微观结构进行观察,结果与果肉微观结构情况相同,对比果肉,果核的质地更紧密,细胞及孔隙更大,圆形率更小。(3)对苹果果皮、果肉与果核微观结构观察结果与穿刺力学特性试验结果进行结合分析,建立二者之间的联系。微裂纹的宽度直接影响果皮的穿刺强度,微裂纹越宽,果皮越脆弱。丹霞品种果皮更善于应对低速冲击,金冠品种更善于应对较高速冲击。在相同的试样体积下,细胞及孔隙面积越大,圆形率越小,组织结构越为稀松,质地更脆弱。金冠组织细胞及孔隙都更接近圆形,细胞间连接较少,果肉及果核组织更为脆弱,受到加载速度变化而导致的力学性质改变较大,富士与丹霞品种情况相反。在穿刺力学试验与微观结构观察的基础上进行穿刺力学仿真试验,建立果肉、果核损伤模型与三维模型,模型正确,且精度较高,可以为整果穿刺试验提供参考。

关键词：穿刺试验加载速度微观结构 Voronoi模型仿真试验

基于序贯仿真试验的作战体系能力分析优化方法

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系统仿真学报 2018年第9期30卷 3333-3339页

作者：孔晨妍朱晶焦松毛少杰中国电子科技集团公司第二十八研究所江苏南京210007 信息系统工程重点实验室南京210007

针对作战体系能力的分析优化问题,采用了一种序贯仿真试验的方法予以解决。给出了面向精度约束的体系能力仿真评估方法,实现了仿真运行次数的控制;开展灵敏度分析试验,确定影响体系能力的关键要素,聚焦了研究范围;开展回归分析试验,建... 详细信息

针对作战体系能力的分析优化问题,采用了一种序贯仿真试验的方法予以解决。给出了面向精度约束的体系能力仿真评估方法,实现了仿真运行次数的控制;开展灵敏度分析试验,确定影响体系能力的关键要素,聚焦了研究范围;开展回归分析试验,建立了关键要素与体系能力之间的关系模型;在此基础上,通过优化实现了以尽可能小的代价得到尽可能大的体系能力提升。在应用实例中,采用本文方法有效地指导了某防空作战体系能力的提升。

关键词：体系能力仿真试验灵敏度分析回归分析

基于EN 15595标准的防滑系统极低黏着试验研究

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电力机车与城轨车辆 2024年第1期47卷 96-101,134页

作者：吴朝东王晓勇阳靖黎丹重载快捷大功率电力机车全国重点实验室中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001

针对TSI认证对于轨道车辆防滑系统的要求,文章阐述了EN 15595标准对防滑系统极低黏着试验工况的技术要求、试验程序和试验方法,根据标准要求开展了车辆防滑系统极低黏着试验和仿真试验,对试验数据和防滑系统功能进行理论分析,并基于试... 详细信息

针对TSI认证对于轨道车辆防滑系统的要求,文章阐述了EN 15595标准对防滑系统极低黏着试验工况的技术要求、试验程序和试验方法,根据标准要求开展了车辆防滑系统极低黏着试验和仿真试验,对试验数据和防滑系统功能进行理论分析,并基于试验和仿真分析结果提出防滑系统试验相关建议。

关键词：防滑系统极低黏着车辆试验仿真试验