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基于计算流体力学与刚体动力学耦合的高速旋转弹丸弹道计算方法 被引量:6
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作者 钟阳 王良明 吴映锋 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1085-1095,共11页
为了模拟高速旋转弹丸真实飞行弹道,基于弹轴运动附加于控制体表面、自转运动附加于壁面边界的思想,采用三维有限体积法,改进型简单低耗散迎风矢通量分裂格式、双时间步和Spalart-Allmaras湍流模型等计算流体力学(CFD)方法,建立具有任... 为了模拟高速旋转弹丸真实飞行弹道,基于弹轴运动附加于控制体表面、自转运动附加于壁面边界的思想,采用三维有限体积法,改进型简单低耗散迎风矢通量分裂格式、双时间步和Spalart-Allmaras湍流模型等计算流体力学(CFD)方法,建立具有任意拉格朗日-欧拉形式的流动模型。结合高速旋转弹丸刚体运力学(RBD)弹道方程组,推导出弹丸运动和控制体表面运动耦合的数学模型,提出一种CFD与RBD弹道耦合计算方法,实现了4阶龙格-库塔法中流动方程和弹道方程联立计算。研究结果表明:气动耦合方法和时间步长对弹道耦合计算结果影响较大;所提紧耦合方法在时间步长0.5 ms下M549旋成体弹丸仿真弹道结果与采用气动模型法计算结果基本吻合;旋转稳定二维弹道修正弹仿真弹道具有抬头力矩使弹丸低头的特性,该特性与文献[29]的研究结果一致。 展开更多
关键词 高速旋转弹丸 计算流体力学 刚体动力学 弹道 耦合计算
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旋转弹气动力建模与飞行轨迹仿真 被引量:6
2
作者 王刚 邢宇 朱亚楠 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期103-112,共10页
运用一种自回归滑动平均(ARMA)的时域气动力建模方法,以计算流体力学与刚体动力学(CFD/RBD)耦合仿真的输出结果为样本,对旋转弹的非定常气动力进行建模。利用建立的气动力模型与刚体动力学方程求解模块耦合,实现了旋转弹轨迹的快速仿真... 运用一种自回归滑动平均(ARMA)的时域气动力建模方法,以计算流体力学与刚体动力学(CFD/RBD)耦合仿真的输出结果为样本,对旋转弹的非定常气动力进行建模。利用建立的气动力模型与刚体动力学方程求解模块耦合,实现了旋转弹轨迹的快速仿真,并讨论了不同的建模方式对仿真精度的影响。算例结果表明:采用气动力模型与刚体动力学方程耦合仿真技术可以在不同初始发射条件下进行旋转弹飞行姿态与运动轨迹预测,且与CFD/RBD仿真结果吻合较好,证明ARMA气动力建模方法可以在保证旋转弹轨迹预测精度的同时大幅缩短仿真时间,节省计算资源。 展开更多
关键词 自回归滑动平均 气动力建模 刚体动力学 非定常气动力 轨迹仿真
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考虑脚趾的仿袋鼠跳跃机器人落地稳定性研究 被引量:3
3
作者 张辉 葛文杰 杨方 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2009年第6期754-759,共6页
单足跳跃机器人运动稳定性研究是足类跑、跳机器人研究的理论基础和关键技术。为了揭示脚趾对于跳跃机器人落地稳定性的影响和机理,以袋鼠为仿生研究对象,考虑其脚部的结构及运动特点,建立了具有脚趾的五刚体仿袋鼠单足跳跃机构模型,并... 单足跳跃机器人运动稳定性研究是足类跑、跳机器人研究的理论基础和关键技术。为了揭示脚趾对于跳跃机器人落地稳定性的影响和机理,以袋鼠为仿生研究对象,考虑其脚部的结构及运动特点,建立了具有脚趾的五刚体仿袋鼠单足跳跃机构模型,并应用拉格朗日法,建立了其着地阶段的动力学方程;运用5次多项式和以袋鼠生物录像资料测取的数据为边界条件,建立了该机器人仿袋鼠跳跃的各关节转角空间的轨迹规划方法;应用零力矩点(ZMP)理论,导出了单足跳跃机器人落地稳定性的判据。在此基础上,以仿具有袋鼠参数的跳跃机器人为例,运用Matlab对机器人进行了动力学和落地稳定性仿真计算分析,给出了机器人在着地阶段的各关节转角、速度、加速度、关节驱动力矩和ZMP随时间的变化规律,验证了这一机构的可行性和轨迹规划和稳定性分析方法的有效性;并对比分析了有脚趾和无脚趾的两种情况的稳定性。结果表明:脚趾能够明显提高仿袋鼠机器人跳跃运动落地的稳定性。 展开更多
关键词 跳跃机器人 五刚体模型 脚趾 轨迹规划 稳定性
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On Flexible Trajectory Description for Effective Rigid Body Motion Reproduction and Recognition
4
作者 杨健鑫 郭遥 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2023年第3期339-347,共9页
Recognizing and reproducing spatiotemporal motions are necessary when analyzing behaviors andmovements during human-robot interaction. Rigid body motion trajectories are proven as compact and informativeclues in chara... Recognizing and reproducing spatiotemporal motions are necessary when analyzing behaviors andmovements during human-robot interaction. Rigid body motion trajectories are proven as compact and informativeclues in characterizing motions. A flexible dual square-root function (DSRF) descriptor for representing rigid bodymotion trajectories, which can offer robustness in the description over raw data, was proposed in our previousstudy. However, this study focuses on exploring the application of the DSRF descriptor for effective backwardmotion reproduction and motion recognition. Specifically, two DSRF-based reproduction methods are initiallyproposed, including the recursive reconstruction and online optimization. New trajectories with novel situationsand contextual information can be reproduced from a single demonstration while preserving the similarities withthe original demonstration. Furthermore, motion recognition based on DSRF descriptor can be achieved byemploying a template matching method. Finally, the experimental results demonstrate the effectiveness of theproposed method for rigid body motion reproduction and recognition. 展开更多
关键词 human-robot interaction rigid body motion trajectory trajectory description motion reproduction and recognition
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悬浮子弹降落与悬浮过程弹道特性动力学分析 被引量:1
5
作者 雷伟 钱建平 +1 位作者 季溢栋 居仙春 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期131-134,138,共5页
为研究悬浮子弹从母弹中抛撒出以后至悬浮稳定之间的降落与悬浮过程弹道特性,在对旋翼下降过程动力学分析基础上,建立了悬浮子弹刚体弹道模型,并利用四元数替代欧拉角的方法进行解算。根据在一定的驱动能量下,使悬浮子弹更快的减速减旋... 为研究悬浮子弹从母弹中抛撒出以后至悬浮稳定之间的降落与悬浮过程弹道特性,在对旋翼下降过程动力学分析基础上,建立了悬浮子弹刚体弹道模型,并利用四元数替代欧拉角的方法进行解算。根据在一定的驱动能量下,使悬浮子弹更快的减速减旋、更长时间的处于悬浮阶段的原则,通过改变相关参数得到了悬浮子弹工作过程中的最佳驱动方式和驱动力矩大小。该研究为后续悬浮弹的悬浮机构设计以及控制策略的研究打下一定的基础。 展开更多
关键词 悬浮子弹 旋翼 刚体弹道 四元数法 悬浮阶段 控制策略
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基于微型计算机的数字飞行仿真程序包
6
作者 赵青 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 1991年第12期21-24,30,共5页
为了提高对飞行器刚体飞行弹道的数字仿真速度,在计算方法上,本文提出用Hamming方法和改进的转移矩阵法来代替传统的Runge-Kutta方法,并根据某型号导弹的设计,在微型计算机上编制了一套数字仿真程序包,实算结果表明本文所提的计算方法... 为了提高对飞行器刚体飞行弹道的数字仿真速度,在计算方法上,本文提出用Hamming方法和改进的转移矩阵法来代替传统的Runge-Kutta方法,并根据某型号导弹的设计,在微型计算机上编制了一套数字仿真程序包,实算结果表明本文所提的计算方法是合理的,计算速度和精度都符合要求。 展开更多
关键词 防空导弹 微机 仿真 程序包 计算
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透视投影下基于轨迹基的非刚体三维结构恢复研究
7
作者 王晶 包晓敏 汪亚明 《浙江理工大学学报(自然科学版)》 2014年第1期40-44,共5页
基于预定义轨迹基重建的非刚体运动重建算法通常采用因式分解方法,该方法在仿射摄像机模型下恢复物体的结构信息和运动信息,未考虑深度信息,从而使算法在深度变化明显时具有较大重建误差甚至呈现病态。在基于预定义轨迹基的非刚体运动... 基于预定义轨迹基重建的非刚体运动重建算法通常采用因式分解方法,该方法在仿射摄像机模型下恢复物体的结构信息和运动信息,未考虑深度信息,从而使算法在深度变化明显时具有较大重建误差甚至呈现病态。在基于预定义轨迹基的非刚体运动重建算法中引入一种线性迭代过程,使图像深度信息得以恢复,从而使算法在透视投影模型下可以适用。人体运动重建结果表明,提出的方法是可行和有效的。 展开更多
关键词 非刚体 轨迹基 深度信息 透视投影 仿射模型
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旋转纸牌飞行动力学建模与飞行轨迹分析
8
作者 于锡泽 杨珺喆 +1 位作者 刘昕雨 张翀 《电子测试》 2022年第2期28-31,共4页
运用刚体动力学和流体力学相关理论对纸牌飞行中常见的的三种运动形态展开分析;建立了纸牌飞行动力学方程,推导出其飞行轨迹计算公式,并结合matlab软件中龙格-库塔法函数,针对不同初速度、角速度条件下纸牌飞行轨迹开展仿真研究;通过搭... 运用刚体动力学和流体力学相关理论对纸牌飞行中常见的的三种运动形态展开分析;建立了纸牌飞行动力学方程,推导出其飞行轨迹计算公式,并结合matlab软件中龙格-库塔法函数,针对不同初速度、角速度条件下纸牌飞行轨迹开展仿真研究;通过搭建实验平台,对纸牌飞行轨迹离散点进行测量,结果表明实验数据与理论计算能够较好吻合,理论分析的正确性得到验证。 展开更多
关键词 刚体动力学 流体力学 纸牌 飞行轨迹
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Trajectory optimization of multiple quad-rotor UAVs in collaborative assembling task 被引量:7
9
作者 Chen Yongbo Yu Jianqiao +3 位作者 Mei Yuesong Zhang Siyu Ai Xiaolin Jia Zhenyue 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期184-201,共18页
A hierarchic optimization strategy based on the offline path planning process and online trajectory planning process is presented to solve the trajectory optimization problem of multiple quad-rotor unmanned aerial veh... A hierarchic optimization strategy based on the offline path planning process and online trajectory planning process is presented to solve the trajectory optimization problem of multiple quad-rotor unmanned aerial vehicles in the collaborative assembling task. Firstly, the path planning process is solved by a novel parallel intelligent optimization algorithm, the central force optimization-genetic algorithm (CFO-GA), which combines the central force optimization (CFO) algorithm with the genetic algorithm (GA). Because of the immaturity of the CFO, the convergence analysis of the CFO is completed by the stability theory of the linear time-variant discrete-time sys- tems. The results show that the parallel CFO-GA algorithm converges faster than the parallel CFO and the central force optimization-sequential quadratic programming (CFO-SQP) algorithm. Then, the trajectory planning problem is established based on the path planning results. In order to limit the range of the attitude angle and guarantee the fight stability, the optimized object is changed from the ordinary six-degree-of-freedom rigid-body dynamic model to the dynamic model with an inner-loop attitude controller. The results show that the trajectory planning process can be solved by the mature SQP algorithm easily. Finally, the discussion and analysis of the real-time per- formance of the hierarchic optimization strategy are presented around the group number of the wav^oints and the eoual interval time. 展开更多
关键词 Hierarchic optimizationstrategy Parallel CFO-GA algorithm Path planning Six degree-of-freedom rigid-body dynamic model trajectory optimization trajectory planning
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固定鸭舵式二维弹道修正弹稳定性分析 被引量:6
10
作者 王毅 宋卫东 +2 位作者 郭庆伟 李超旺 张晓强 《军械工程学院学报》 2015年第3期16-23,共8页
在研究固定鸭舵式二维弹道修正弹受力的基础上,建立描述弹丸运动状态的7自由度刚体弹道模型.采用小扰动法将所建立的刚体弹道模型线性化,建立弹丸的扰动运动方程组,并给出李雅普诺夫意义下的稳定性判据.固定鸭舵式二维弹道修正迫弹的飞... 在研究固定鸭舵式二维弹道修正弹受力的基础上,建立描述弹丸运动状态的7自由度刚体弹道模型.采用小扰动法将所建立的刚体弹道模型线性化,建立弹丸的扰动运动方程组,并给出李雅普诺夫意义下的稳定性判据.固定鸭舵式二维弹道修正迫弹的飞行试验表明,所建立的7自由度刚体弹道模型可精确描述弹丸的运动状态.在针对迫弹的研究中发现,弹丸扰动运动方程组的动力学系数具有对应相等的关系,进而将扰动运动方程组简化,得到低速滚转迫弹的稳定性判据,并验证判据正确性. 展开更多
关键词 固定鸭舵 7 自由度刚体弹道模型 扰动运动方程组 李雅普诺夫稳定性
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基于刚体弹道模型的防空火控解算方法 被引量:5
11
作者 何山 吴盘龙 +2 位作者 李星秀 恽鹏 薄煜明 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1494-1501,共8页
为改善火控系统的通用性和实时性,提出了基于刚体弹道模型的防空火控解算方法。对目标量测信息进行无偏转换,并将无偏转换得到的噪声协方差矩阵做解耦,在对目标状态准确估计同时,降低滤波算法计算的复杂度;利用割弦迭代法计算出命中点坐... 为改善火控系统的通用性和实时性,提出了基于刚体弹道模型的防空火控解算方法。对目标量测信息进行无偏转换,并将无偏转换得到的噪声协方差矩阵做解耦,在对目标状态准确估计同时,降低滤波算法计算的复杂度;利用割弦迭代法计算出命中点坐标,并在每次迭代过程中,利用虚拟脱靶量对射击诸元进行修正,减少对弹道微分方程的计算次数,极大提高火控解算的求解速度。仿真实验结果表明,该方法有效和可行,可以更加精确地计算出射击诸元,且计算量相对于传统火控解算方法得到了显著改善。 展开更多
关键词 火控系统 无偏转换 刚体弹道模型 虚拟脱靶量 射击诸元
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Three-Rigid-Body-Particle Modeling and Optimization of Trajectory and Posture for Alpine Skiing
12
作者 ZHANG Yijia FEI Qing +3 位作者 YAO Xiaolan SUN Jian ZHANG Yanjun CHEN Zhen 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2024年第2期581-608,共28页
This paper presents a new study on modeling and optimization of trajectory and posture for the super-giant(SG)slalom of alpine skiing.It is the first time that a Three-Rigid-Body-Particle model based on rigorous deriv... This paper presents a new study on modeling and optimization of trajectory and posture for the super-giant(SG)slalom of alpine skiing.It is the first time that a Three-Rigid-Body-Particle model based on rigorous derivations and stability analysis is established to represent skiers trajectory and posture characteristics,as it is more accurate than the single-rigid-body model which is commonly used in existing studies.In addition,the Radau pseudospectral method is applied to solve the trajectory and posture optimization problem in order to obtain better skiing trajectory,skiing posture,and some key kinematic parameters of skiers.Moreover,this paper analyzes the effects of different body types,minimum turning radii,and flexor and extensor strength of knees and hip joint on skiing performance.Finally,based on the findings of the study,some advice about how to improve the performance of the SG slalom in view of science and technology is given to skiers and coaches for reference. 展开更多
关键词 Alpine skiing modeling posture optimization Three-rigid-body-Particle model trajectory optimization
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封控弹弹伞系统末弹道动态特性仿真 被引量:2
13
作者 陈庆森 宋荣昌 +2 位作者 关平 郝渊 崔海斌 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期289-294,共6页
基于榴弹平台的某封控弹在抛撒后需要减速及减旋,由于封控弹的初始速度和转速较高,还需要考虑在有限空间内伞绳的强度。用多刚体动力学的方法研究封控弹弹伞系统末弹道的动态特性。通过对封控弹的受力分析、动力学建模和软件仿真,研究... 基于榴弹平台的某封控弹在抛撒后需要减速及减旋,由于封控弹的初始速度和转速较高,还需要考虑在有限空间内伞绳的强度。用多刚体动力学的方法研究封控弹弹伞系统末弹道的动态特性。通过对封控弹的受力分析、动力学建模和软件仿真,研究主伞开伞时间对弹道特性和主伞伞绳拉力的影响,并对封控弹的减旋特性进行了仿真分析。结果表明,封控弹末弹道满足设计要求,减旋叶片能使封控弹减旋到理想值。 展开更多
关键词 兵器科学与技术 弹伞系统 多刚体动力学 末弹道 减旋特性
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空间机械臂动力学特性的仿真分析研究 被引量:2
14
作者 韩东宇 陈欢龙 余春华 《上海航天》 CSCD 2018年第1期9-17,共9页
在空间机器人系统应用于在轨服务、目标捕获的研究中,多自由度机械臂的动力学动特性分析是其主要困难。针对该问题,可运用D-H参数,构建坐标系统和矢量关系,搭建动力学数学模型,进行多刚体系统运动学和动力学建模的仿真研究分析,并运用Si... 在空间机器人系统应用于在轨服务、目标捕获的研究中,多自由度机械臂的动力学动特性分析是其主要困难。针对该问题,可运用D-H参数,构建坐标系统和矢量关系,搭建动力学数学模型,进行多刚体系统运动学和动力学建模的仿真研究分析,并运用SimMechanics做运动学等效和各关节的点到点的位姿解算,及动力学模拟,结合ADAMS做联合仿真对比分析。根据仿真结果,实时解算机械臂各关节以及末端抓捕工具的位姿,并做轨迹规划,以验证真实空间机械臂操作的仿真程度,更好地服务于半物理实验平台。 展开更多
关键词 多刚体系统 机械臂 运动学等效 动力学模拟 数学仿真 末端位姿 轨迹规划 运动反馈
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末端加载力矩的初始弯曲柔性梁1R伪刚体模型 被引量:2
15
作者 李渊 杜秋月 《机械传动》 CSCD 北大核心 2018年第10期35-39,45,共6页
把初始弯曲柔性梁考虑成末端加载一定力矩Mi的直梁,根据Bernoulli-Euler方程等从理论上推导出初始弯曲柔性梁末端轨迹和转角。结合实例给出理论计算结果,并和ANSYS软件仿真的结果进行对比,来验证理论模型的正确性。其次,基于末端受力矩... 把初始弯曲柔性梁考虑成末端加载一定力矩Mi的直梁,根据Bernoulli-Euler方程等从理论上推导出初始弯曲柔性梁末端轨迹和转角。结合实例给出理论计算结果,并和ANSYS软件仿真的结果进行对比,来验证理论模型的正确性。其次,基于末端受力矩载荷直梁的1R伪刚体模型,首次推导了末端受力矩的初始弯曲柔性梁的1R伪刚体模型,并和理论结果进行对比,来验证该模型的可行性。最后,针对该模型的不足,建立了1R伪刚体模型修正模型,并与理论结果等进行对比,验证其可行性,为研究含有初始弯曲柔性梁的柔顺机构打下基础。 展开更多
关键词 初始弯曲柔性梁 伪刚体模型 轨迹
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多无人直升机协作搬运控制技术研究 被引量:1
16
作者 苏子康 陈嘉 邢卓琳 《无人系统技术》 2022年第2期33-42,共10页
随着多无人机协同控制技术的迅猛发展,多无人机悬挂运输飞行成为国内外研究的热点。针对多无人直升机协作悬挂搬运的绳索摆动问题和轨迹控制问题,设计了基于最小学习参数神经网络的动态面轨迹控制方法。首先,建立了多无人直升机协作悬... 随着多无人机协同控制技术的迅猛发展,多无人机悬挂运输飞行成为国内外研究的热点。针对多无人直升机协作悬挂搬运的绳索摆动问题和轨迹控制问题,设计了基于最小学习参数神经网络的动态面轨迹控制方法。首先,建立了多无人直升机协作悬挂搬运系统的非线性动力学模型。然后,把对无人直升机动力学特性和稳定性能影响较大且无法测量的各绳索拉力作为扰动,构建最小学习参数神经网络估计器进行估计,并在控制设计中予以补偿。然后,提出一种基于最小学习参数神经网络的动态面轨迹控制方法。同时,分析了轨迹控制系统的闭环稳定性。最后,进行数值仿真的验证。结果表明,协作无人直升机能在0.5 s后迅速跟踪各自轨迹指令,并使跟踪轨迹的平均相对误差小于0.2%,从而实现精准协作搬运。本文提出的多无人直升机轨迹控制方法为进一步研究多无人机协同轨迹控制提供参考依据。 展开更多
关键词 多无人机 协作搬运 刚体吊挂 神经网络 轨迹控制 干扰估计 动态面控制
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面对称旋转导弹刚体弹道模型
17
作者 高庆丰 《现代防御技术》 北大核心 2006年第6期48-51,共4页
为了计算面对称旋转导弹的刚体弹道,根据面对称旋转导弹的特点,建立了其刚体弹道模型,定义了模型中的坐标系并给出了各个坐标系之间的转换关系,在此基础上得出了角度的计算公式,分析了风对旋转导弹运动的影响,在弹体坐标系下计算了气动... 为了计算面对称旋转导弹的刚体弹道,根据面对称旋转导弹的特点,建立了其刚体弹道模型,定义了模型中的坐标系并给出了各个坐标系之间的转换关系,在此基础上得出了角度的计算公式,分析了风对旋转导弹运动的影响,在弹体坐标系下计算了气动力和气动力矩,解决了面对称旋转导弹弹道精确计算问题。 展开更多
关键词 面对称 旋转 刚体弹道模型
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四刚体人体行走模型及其人行荷载分析 被引量:1
18
作者 李永甫 吴斌 +1 位作者 包宇 杨浩文 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期903-911,共9页
为模拟人体行走过程中的力学行为,运用多刚体模型对人体进行简化建模,建立了四刚体‑四自由度的人体动力学模型。运用欧拉‑拉格朗日方程的方法推导了动力系统摆动阶段动力学方程。为了使四刚体模型的行走具有拟人性,使用贝塞尔曲线对驱... 为模拟人体行走过程中的力学行为,运用多刚体模型对人体进行简化建模,建立了四刚体‑四自由度的人体动力学模型。运用欧拉‑拉格朗日方程的方法推导了动力系统摆动阶段动力学方程。为了使四刚体模型的行走具有拟人性,使用贝塞尔曲线对驱动自由度的运动轨迹进行了规划,从而将多自由度的运动方程简化为求解单自由度常微分方程的边界值问题。将数值模拟结果与试验和荷载模型进行对比,验证了所建立模型的可行性。 展开更多
关键词 多刚体人体步行模型 运动轨迹规划 反馈控制 步行荷载 人体‑结构相互作用
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