基于混沌系统的电路设计及同步控制研究
这是一篇关于混沌系统,超混沌电路,动力学分析,同步稳定性,保密通信的论文, 主要内容为混沌是确定性非线性动力学系统对于初始值具有敏感性的非周期有界动态行为,混沌运动是在确定性系统中出现的类随机过程。混沌的基本特性是具有有界性、遍历性、随机性、分维性、标度性、普适性、正的Lyapunov指数,故用于信息安全中具有很强的可靠性。非线性函数在构造混沌系统中具有重要作用,其中双曲正弦函数的双曲特性在构造非线性电路中具有十分重要的意义。状态反馈控制器在构造超混沌系统中具有关键作用,与低维混沌系统相比,超混沌系统的输出序列具有更高的随机性,密钥参数,更复杂的拓扑结构,因此可以应用在信息加密,保密通信和混沌雷达等方面。本文结合混沌理论在信息工程领域的发展,主要研究非线性函数对混沌系统的作用,超混沌系统的动力学行为分析,同步稳定性以及在保密通信方面的应用,研究内容包括:(1)混沌系统中包含的非线性函数备受关注。通过提出一种具有多翼吸引子的新四维混沌系统,该系统包含了具有非线性的双曲正弦函数,会引起混沌吸引子发生巨大变化。当单参数改变时,会产生单、双、四翼混沌吸引子。分析了混沌系统的动力学行为,发现该系统具有共存吸引子。推导了一种自适应同步控制方法,可以使得误差系统在原点处逐渐稳定,实现了具有未知参数的混沌同步。设计并在FPGA硬件中实现了一种新的混沌系统电子电路,以说明其存在的准确性和有效性。(2)通过引入状态反馈控制器构造超混沌系统,提出了一种具有超混沌吸引子的新五维超混沌系统。分析了其典型的动力学行为,通过MATLAB和Multisim仿真以及电路实验验证了超混沌吸引子的存在。利用Lyapunov稳定性理论实现了系统的错位和自适应同步控制方法。在此过程中,用两种同步方法比较了不同情况下的同步速度。实验结果表明,错位同步会在更短时间内收敛到同步状态。并用基本的电子元器件实现了超混沌电路,以说明设计的正确性和合理性。(3)通过主动控制同步方法,介绍了一种新的类Lorenz超混沌系统保密通信方案,能够提高传输信号安全性能。通过MATLAB仿真分析了超混沌系统的动力学行为。通过Multisim仿真设计电路,实现了信号的加密传输和解密,并且分析了输入信号强度,频率、电子元件精度等对于保密通信影响。电路设计简单,可以进行超混沌同步,非同步,有无调制信号的实验。使用基本电子元器件进行了模拟电子电路实验,证明了超混沌调制保密通信设计的有效性和准确性,这种保密通信电路工作稳定、失真小、调试容易、便于批量生产,还拥有较高的带宽特性,可以通过本保密通信的加密使得信息的安全性显著提高。综上,本文的研究内容对分析混沌系统的复杂动力学行为具有一定的参考价值,对于超混沌系统的保密通信应用提供了理论支持。
喷漆机器人动力学分析与振动控制研究
这是一篇关于喷漆机器人,弹簧机构,动力学分析,振动控制的论文, 主要内容为在现代制造业中,喷漆机器人占据着重要的地位,其应用也越来越广泛。本文以RPA856RP型喷漆机器人为参考样机,基于有限元理论,对机器人关键部件进行静力学和模态分析,获取其变形量与固有频率;基于动力学仿真技术,对其进行动力学建模及仿真分析,验证了弹簧辅助平衡机构的有效性;建立机器人振动分析等效模型,研究弹簧机构参数对系统末端振动响应的影响规律,为同类型机器人系统的振动控制提供参考。本文主要研究内容如下:(1)根据喷漆机器人结构的设计原则和技术参数,以参考样机为基础,利用UG三维建模软件对喷漆机器人进行建模装配,根据模型对弹簧辅助平衡机构进行重新计算设计;进行喷漆机器人运动学分析,采用标准D-H参数法建立运动学模型,并进行运动学正、逆解的求解;基于Matlab软件建立运动学仿真模型,并对比验证运动学模型建立的准确性,最后通过仿真得出了喷漆机器人工作空间云图,为模型的准确性提供了额外的验证。(2)对机器人关键部件进行静力学和模态分析。基于Ansys/Workbench平台,分析喷漆机器人关键部件等效模型在极限位姿情况下的应力和位移云图及其分布,以此为依据校核关键部件的强度和刚度是否满足要求;此外,还进行关键部件的模态分析,获得部件低阶固有频率和振型,为避免共振的产生和提高机器人薄弱位置的动静态性能提供参考,同样也为机器人获得安全可靠的结构和良好的动态性能提供了参考依据。(3)利用Adams软件建立喷漆机器人动力学仿真模型。首先通过选取喷漆机器人典型的喷涂轨迹,对不同喷涂速度下的大臂和小臂关节负载力矩情况进行分析,通过对比可得机器人在最大运行速度2m/s下关节负载较大;在此喷涂速度下对机器人在安装弹簧平衡机构前后关节的负载进行动力学分析,并选取驱动失效瞬间这一特殊情况下,分析弹簧平衡机构对缓解关节驱动受到冲击的效果。两种情况下的动力学仿真共同验证了弹簧辅助平衡机构对机器人良好的动力学性能有着积极的作用;建立机器人振动分析等效模型,将机器人转化为二连杆—弹簧模型,通过动力学建模理论分析确定影响系统动力学性能的主要参数,通过Matlab/Simulink平台建立二连杆动力学仿真模型,分析弹簧机构各主要参数对二连杆末端振动响应的影响规律,最后设计了一种粒子群优化算法对弹簧机构各参数进行优化,为同类型的机器人振动系统研究提供参考。
空间站对接机构组合体动载荷分析及数字孪生体构建
这是一篇关于对接机构组合体,等效模型,动力学分析,数据库,数字孪生体的论文, 主要内容为本文主要研究对接机构组合体在服役载荷下能否正常工作,开展建立组合体有限元等效模型,组合体动力学分析等工作。根据分析得到其力学状态,并通过试验验证有限元等效模型构建的正确性。同时基于数字孪生技术、数据实时交互技术、可视化技术等,面向对接机构组合体开发了动载荷分析及故障诊断平台,主要研究内容如下:(1)组合体有限元等效模型构建及动力学分析。以组合体为研究对象,首先对组合体的结构组成、工作原理和服役载荷进行介绍。然后根据各部件工作原理、接触方式,在有限元分析软件中,对其进行刚度、阻尼、密度等效,建立组合体有限元等效模型。最后对其进行动力学分析,分析得到组合体在动载荷作用下的力学特性。(2)组合体动载荷试验研究。对组合体动载荷试验目的、试验内容、试验设备、试验步骤进行介绍。介绍加速度数据处理方法,进行整理分析,试验结果表明组合体在动载荷作用下满足服役要求。通过仿真分析与试验结果对比,证明有限元模型等效简化的合理性以及动力学仿真分析结果的正确性。(3)组合体动载荷分析数字孪生系统架构及数据库设计。参考当前已有的数字孪生理论模型架构,结合本文内容,提出了组合体动载荷分析数字孪生体系架构并阐述了各层面之间的联系;设计组合体数字孪生理论模型,并提出系统设计准则。为保证系统数据有效传输、存储及加密,本文基于My SQL数据库,设计了多种不同类型数据表单。(4)组合体动载荷分析及故障诊断平台设计与实现。对系统开发环境,系统功能模块进行介绍,并基于提出的组合体动载荷分析数字孪生体模型,建立组合体动载荷分析及故障诊断系统。最后对系统各功能模块运行进行展示,证明组合体动载荷分析数字孪生体系统的开发具有实际应用价值。
纱管自动上料装置的研发
这是一篇关于纱管上料机构,自动上料装置,动力学分析,动力学仿真,HMI设计,PLC控制的论文, 主要内容为纺织业目前面临着劳动密集程度高,自动化程度低等问题,将自动化技术应用至纺织生产中可以有效改善目前困境,纱管作为络纱机整理纱线的纺织用构件,是纺织企业使用量最大、消耗最多的纺纱器材,主要用于缠绕纱线,其上料动作仍需要大量人工完成,不仅效率低,且占用了大量人力资源,因此,进行纱管自动上料装置研究,使用自动化技术代替人工上料,可以一定程度上提升纺织业自动化进程。通过理论分析、动力学仿真分析及样机试验相结合,研制出高效可靠的纱管自动上料装置,并验证了装置的合理性,具体进行了如下研究工作。(1)基于模块化设计理论制定纱管自动上料方案,分析产能及功能要求,确定生产节拍以及各模块设计参数,完成各模块之间动作配合方案规划,实现纱管全自动上料,改善目前自动化程度低的局面。送料模块采用两段式输送方法,利用输送线间高度差实现混乱纱管自动有序排列,提升纱管上料自动化程度;在取料处设计隔挡装置,保证纱管定量输送,解决人工排料难,效率低等问题;将备料与上料功能分离,设计盛料槽提前储存物料,解决“机器等料”问题;设计翻转机构简化上料动作,提升上料速度,减少停机等待时间;分析纱管结构特点,进行取料夹爪、放料机构等结构设计,对各模块执行元件进行原理分析,结合设计参数完成元器件选型。(2)建立链板输送线动力学方程,利用MATLAB的ode45函数求解得输送线速度响应曲线,通过对比不同参数的响应结果,选取最合适的链轮、链条型号;使用Solid Works建立纱管自动上料装置的三维模型,运用ADAMS对链板输送线进行动力学仿真,基于WHILE/END循环语句编写宏命令,完成旋转副等约束的自动添加,分析仿真曲线初步验证装置运行的稳定性。(3)进行控制系统设计,根据功能要求完成硬件选型、电路设计及I/O接口分配;分析装置工作流程,采用梯形图方式编写PLC控制程序,基于辅助继电器流程控制法,采用“起保停”和“置位复位”控制的设计思想完成顺序控制,实现装置手动、自动控制及报警功能;利用Dop Soft软件完成自动上料装置HMI设计,实现人工对装置运行状态监测控制。(4)研制试验样机进行上料试验,通过增设夹取传感检测模块解决送料模块出料口卡料、叠料问题。现场检测了相关运动参数,试验结果表明采用机器上料比人工上料生产效率提高14%,平均上料时间减少49%,停机等待时间减42%,运行参数与设计参数相符,工作可靠。所研制的纱管自动上料装置,结构设计合理,控制系统稳定,可以为其他纱管上料装置提供借鉴。
小型软岩钻掘机器人设计与研究
这是一篇关于软岩钻掘机器人,钻头设计,动力学分析,运动仿真的论文, 主要内容为随着科学技术的进步,机器人领域的相关研究不断深入,尤其是在特种机器人领域,小型软岩钻掘机器人作为该领域的重要组成部分,在危险、狭窄等复杂环境中有重要应用价值。小型钻掘机器人具有体积小、质量轻、能耗低的特点,可以在一定条件下辅助工作人员完成软岩地层钻进任务、辅助科研人员开展资源勘探以及环境探测等研究工作。本文在深入分析国内外地下挖掘机器人以及管道机器人研究现状的基础上,开展小型软岩钻掘机器人系统的研究。结合目前地下挖掘机器人与管道机器人结构设计上的优点,提出一种小型软岩钻掘机器人。该机器人具有结构紧凑、便携性好、控制系统简单的特点。本文主要研究内容如下:(1)小型软岩钻掘机器人系统总体方案。首先为了实现小型钻掘机器人在软岩中蠕动钻进,拟定出钻掘机器人系统所需要满足的功能要求和性能指标;然后根据机器人系统必须具备的功能,确定钻掘机器人的钻掘、支撑、驱动、行走、排渣方案,为开展之后的研究提供依据。(2)小型软岩钻掘机器人钻头设计与仿真分析。首先基于钻头的钻削机理,分析软岩在受到钻头轴向钻进压力以及轴向剪切力双重作用下的破坏,以及对钻进速度的影响;然后对现有的PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头结构参数进行优化设计;最后分析钻头压入软岩所需的轴向压力,并利用仿真软件优化钻进参数,确定轴向压力与钻头转速组合方案。研究结果表明:钻进破坏过程主要分为表面破坏、疲劳破坏和体积破坏等三个阶段;切削齿几何参数及钻进参数对钻进速度产生主要影响;切削齿的后倾角和侧倾角都为15°时钻削效果最好;轴向压力大于100N与钻头转速大于400r/min组合时效果最好。(3)小型软岩钻掘机器人的设计与力学分析。首先从该机器人的运动原理出发对钻掘机器人整体及主要机构的受力进行理论分析与计算;然后根据拟定的钻掘机器人设计方案开展关键结构的设计研究,并探讨小型软岩钻掘机器人在不同钻孔直径中支撑机构的适应性;最后建立小型软岩钻掘机器人虚拟样机模型,通过运动学仿真分析,验证所选择的电机输出力以及支撑机构与孔洞内壁之间接触力是否与理论计算一致。研究结果表明:小型软岩钻掘机器人结构设计合理,通过动力学仿真验证其性能达到设计要求。(4)小型软岩钻掘机器人实验研究。首先基于前文的研究内容研制出小型软岩钻掘机器人实验样机,然后搭建钻掘机器人实验台,开展相关性能实验,最后对钻掘机器人在蠕动钻进过程中的稳定性、实际钻进效果进行验证。研究结果表明:钻掘机器人样机能够实现在软岩中蠕动钻进,验证了小型软岩钻掘机器人方案设计。该论文有图75幅,表25个,参考文献85篇。
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