基于3-RPS并联机构的新型隔振平衡装置设计与仿真研究

来源 :军事科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guizhicheng
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
为满足我军未来快速机动作战保障需求,需提高部队人员快速集结、部署、转移的能力。但战场环境复杂多变,特别是在高原、丘陵等地区乘车行驶时,在各种路况条件影响下,乘车人员会受到车厢地板传递来的低频振动,容易使伤员造成二次受伤。所以高效地控制乘坐人员受到的振动激励,为部队人员在行军中提供一个舒适稳定的乘坐环境,是一项十分重要的研究。最初降低振动响应的方法就是降低轮胎气压和调整悬架系统参数,不仅变化范围有限,影响车辆性能,而且造价比较昂贵,计算复杂。设计一款可以对外界激励引起的振动和失稳进行有效控制的隔振平衡座椅,不仅可以保证汽车的整体驾驶性能,而且能够降低生产成本、缩短制作周期,所以更具有应用和发展前景。半主动控制系统仅需使用较少的能量就可以驱动结构的刚度或阻尼等系统参数发生改变,从而降低装置机构的响应,适应环境激励的变化,具有结构相对简单、鲁棒性和稳定性更好的优点。其中,磁流变阻尼器具有阻尼连续可调、功耗低、响应速度快的特点,是性能优良的半主动智能隔振装置。而并联机构由上下平台和连接两平台的运动支链组成,具有结构紧凑、运动精度高、刚度大、运动冗余误差影响小、容易控制等特点,可以用来设计平衡装置。本文主要考虑乘坐人员在车辆行驶时受到的竖直方向激励以及前进方向上的俯仰和侧倾旋转激励,以磁流变阻尼器作为隔振装置对竖直方向激励进行隔振,以3-RPS少自由度并联机构作为平衡装置对俯仰和侧倾两个旋转激励进行调平。然后将二者串联耦合为隔振平衡装置对三个自由度激励进行综合控制,以此作为车载稳定座椅的基本结构,对人体受到的激励进行抑制削减,达到有效降低振动和失稳对人体的损伤、改善舒适安全性的效果。主要的研究内容与成果如下:(1)以磁流变阻尼器为基础设计隔振装置,构建动力学模型。为取得良好的隔振效果,获得精确的磁流变阻尼器动力学模型,本文基于Bingham模型在高速区良好的屈服特性与Bouc-wen模型在低速区良好的滞回特性,提出将Bingham模型和Bouc-wen模型进行组合,分段拟合阻尼器的输出阻尼力。在屈服前低速区使用Bouc-wen模型,在屈服后高速区使用Bingham模型,以屈服速度为节点,分段拟合得到Bingham-Bouc Wen模型,并通过Matlab软件仿真,验证了新模型的拟合效果与平滑性。接着,构建了磁流变阻尼器的单自由度隔振系统,仿真分析了不同电流与不同振幅下系统的幅频特性曲线,仿真了磁流变阻尼器隔振装置的隔振效果,并使用PID控制策略对控制电流进行优化整定,提高隔振效果。(2)本文以3-RPS并联机构作为平衡装置,进行动力学分析,分析调平方法。计算并推导了机构所具有的自由度,采用解析法对装置进行位置反解,获得了基于动平台位姿的杆长与转动副转角的计算公式,依据反解方程推导机构驱动杆件输入速度与末端动平台输出速度映射关系的雅可比矩阵,并以此为基础,分析了装置奇异性,以雅可比矩阵的F范数的条件数分析装置的灵巧度。将灵巧度较高的位姿作为装置的初始条件,以经典中心点不动调平法作为基础,结合装置本身的结构与运动特性,提出改进的中心点不动调平法,并推导出装置的调平数学模型。(3)将隔振装置与平衡装置串联耦合为隔振平衡装置,对整体的隔振平衡性能进行分析。确定了装置的安装方式与关键尺寸参数,并依据装置结构与输入激励的特性,确定了装置对于三个激励的控制形式。将磁流变阻尼器动力学模型与3-RPS并联机构的调平模型,耦合为装置整体的控制模型,推导了系统对于输入激励的位移、速度、加速度响应。使用Matlab软件仿真验证装置的隔振平衡性能,以频率分别为5Hz、10Hz、25Hz,幅值在5mm以内的随机振动以及限带白噪声作为竖直方向激励Z,以正弦函数和余弦函数仿真旋转激励β、γ,使其在±10°范围变化。结果显示装置的竖直位移响应可以控制在2mm内,速度响应不大于9mm/s,加速度响应小于450mm/s2,50Hz以下低频振动的加速度响应可以大幅度降低;平衡装置支杆的速度在2.5mm/s以内,加速度在1mm/s2以内变化。综上所述,本文为有效降低人员在车辆行驶时所受到的多维振动激励,提高舒适性,以磁流变阻尼器和3-RPS少自由度并联机构为基础设计隔振平衡装置,对竖直方向激励以及前进方向上的俯仰和侧倾旋转激励进行控制。首先,提出一种新的磁流变阻尼器动力学模型,拟合效果与平滑性更好;其次,对3-RPS并联机构进行运动学分析,获得其位置反解方程,分析了机构的灵巧度与奇异性;然后,依据典型调平方法,结合装置自身结构与运动特点,提出改进的中心点不动调平法;最后,将隔振装置的动力学模型与平衡装置的调平数学模型耦合,通过Matlab软件仿真验证了装置具有良好的隔振与平衡能力。本文研究成果可为不同运输平台的人员和精密仪器的隔振平衡控制提供理论参考。
其他文献
背景巨噬细胞在机体免疫防御中发挥重要的功能,通过分泌趋化因子并刺激黏附分子的产生,可以实现免疫细胞的招募和迁移。另外,巨噬细胞作为机体内广泛存在的专职抗原呈递细胞,通过表达MHC-Ⅱ/肽复合物激活T细胞应答,从而参与特异性免疫反应启动。主要组织相容性复合物Ⅱ(major histocompatibility complex class Ⅱ,MHC-Ⅱ)介导的抗原呈递在移植排斥、肿瘤和自身免疫病中都
急性呼吸窘迫综合征是一种破坏性临床症状,其特征是广泛的肺损伤和侵略性炎症反应。目前尚不清楚涉及疾病发病机理的细胞和分子机制。在此研究中,我们将单细胞RNA测序与组织病理学检查和多种细胞因子定量分析的实验相结合,阐明了在蓖麻毒素气溶胶肺递送途径致毒诱导的ARDS小鼠模型中肺细胞的内在反应。我们发现功能异常的肺泡上皮细胞,表达炎症细胞因子基因,推测其可能会驱动强烈的免疫反应。我们还发现了具有促炎状态的
目前针对中重度疼痛的治疗手段仍是使用传统的阿片类药物,但是传统的阿片类药物在发挥镇痛效应的同时,往往会伴随着呼吸抑制和便秘等不良反应,长期服用还具有成瘾性。因此,临床急需新的高效安全无成瘾性的阿片类镇痛药物。传统的μ阿片类药物是通过作用于μ阿片受体(μOR,μopioid receptor)继而引发下游介导镇痛作用的Gi/o蛋白通路的激活,但同时也会引起介导呼吸抑制和便秘等众多不良反应的β-arr
背景:百草枯是世界范围内最为广泛应用的除草剂之一,化学名称为1-1-二甲基-4-4-联吡啶阳离子盐。由于误服或自杀等原因,百草枯对人类危害极强,中毒后死亡率高达80%90%,目前并无特效的解毒药。百草枯的毒性主要来源于它的氧化性质,它进入人体后通过产生一系列活性氧类物质会伤害细胞线粒体,脂质,DNA分子,蛋白质,造成细胞死亡,但抑制活性氧,或使用抗氧化剂并不能有效解除百草枯的毒性。根据已有研究发现
便携式气相色谱-质谱联用仪在生化战剂检测、突发事故应急处理、爆炸物侦测和环境监测等现场检测领域发挥着重要作用,是一种重要的现场检测分析仪器。根据质谱部分质量分析器的不同,目前市面上的便携式气相色谱-质谱联用仪通常可以分为四极杆和离子阱两类,相比而言,四极杆质谱具有定量能力强和重复性好等优势,因此更受人们青睐。而国内成熟的产品仅有便携式气相色谱-离子阱质谱联用仪,国内市场几乎被国外的便携式气相色谱-
tRNA是细胞内含量第二高的nc RNA,在结构与功能上具有高度保守性,是一类重要的看家nc RNA。t RNA主要的生物学功能是作为氨基酸的运载工具,参与蛋白质的合成。ts RNA是指在特定细胞或组织中t RNA经特定酶切后产生的片段。ts RNA在很多组织或细胞中呈特异性表达,并且具有多种生物学功能,如翻译调控,表观遗传,疾病与感染,细胞应激等,在疾病的发生发展过程中也发挥着重要的作用。ts
随着近年来生活水平的日益提高,我国政府对食品安全监管越来越严,但是,还存在食品安全隐患,如:谷物等粮食食品中的真菌毒素具有分布广泛、性质稳定、难以监测、危害严重的特点,而传统大型仪器或免疫学方法很难满足日益增长的检测需求。因而,开发一种真菌毒素高灵敏快速检测方法在应对食品安全事件、保障人民身体健康方面尤为重要。近年来,纳米科技发展迅速,并加强了与各领域的交叉融合。得益于镧系金属元素出色的发光性质,
速杀型神经性毒剂VX的绿色高效降解一直是军用洗消技术研究的难点和热点之一。传统化学洗消剂对VX具有较好的洗消能力,但存在刺激皮肤、腐蚀受染装备表面、用量大、污染环境等问题,无法实现绿色降解。因此,需要探索具有对VX能够高效降解、对装备低腐蚀、无毒副产物产生和无环境污染等特点的新型洗消组分。磷酸三酯酶(PTE,Phosphotriesterase,EC3.1.8.1)是自然界赋予的天然活性组分,对多
DNA是生命信息的载体,自从寡核苷酸的化学合成方法出现以来,寡核苷酸的合成在许多研究领域发挥着关键作用,包括药物研制(如人工抗体、生物原料药)、精准医疗(如基因诊断、基因编辑)、工业生物(如生物燃料、重要化学品的生物合成)、农业(如转基因食品、生物源食品、农作物抗病)、纳米技术(如DNA组装材料、生物基材料)、信息存储与运算等。近年来,随着这些领域的快速发展,人们对大规模寡核苷酸的合成需求不断增加
重金属离子由于其生物毒性、不可降解性和生物蓄积性严重威胁着水环境安全和人体健康。由于重金属离子在环境或其他基质中往往共存,因此,开发简单、快速、灵敏的重金属离子同时检测技术,对于提高检测效率、降低检测成本具有重要意义。倏逝波的穿透深度只有数十纳米至几百纳米,受被测对象基质中其他物质的干扰较小,可以大大提高信噪比,降低溶液基质的影响,适用于复杂基质的检测。因此,本研究基于倏逝波全内反射和多色荧光分析