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《哈尔滨工业大学》 2007年
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基于键合图理论的多体系统耦合动力学建模方法的研究

王中双  
【摘要】: 对于复杂的多体机械系统,许多学者相继提出了不同形式的以分析力学原理为基础的计算机辅助建模与仿真方法。但是,这些方法及软件多数仅限于单一能量形式的系统(例如,机械系统)的局部动力学,对于多种能量形式耦合的多体机械系统(例如:机、电、液、气及刚柔性耦合的系统),无法以统一的方式在计算机上自动地建立系统正、逆动力学方程及运动副约束反力方程,并进行有效的全局动态性能分析,使得分析结果与实际工况差别较大。另外,其仿真效率也有待于进一步地提高。上述问题已成为多种能量形式集成的多体机械系统的分析、研究及开发应用的根本障碍,使键合图理论在多能域耦合系统全局动力学的研究中占有重要的地位。 本文的研究工作解决了基于键合图理论的多能域耦合多体系统全局动力学建模与仿真研究领域的一系列重要问题,为功能更加完备的动力学分析软件系统的研制提供有力的理论支持。这对进一步提高该类工作的自动化和实用化程度颇具意义,在车辆系统、数控机床、工程机械、机器人、一般机械、航天机械等领域具有广泛的应用前景。 本文系统地阐述了基于键合图理论的多体系统耦合动力学建模与仿真方法。从能量守恒的基本原理出发,讨论了键合图中的多通口元件MTF所具有的的性质:只要知道其输入流和输出流间的关系,就可以通过简单的矩阵变换确定输入势和输出势间的关系,反之亦然。以此为基础阐述了建立平面多刚体系统、非惯性系平面多刚体系统、平面柔性多体系统、非惯性系平面柔性多体系统及空间多刚体系统键合图模型的一般方法及其动力学原理。 多体系统构件间的运动几何约束,使其键合图模型产生微分因果环;构件上任意一点与其质心的非线性速度关系,使其键合图模型具有非线性结型结构。这给用传统标准的键合图法进行计算机自动建模与仿真带来了非常困难的代数问题。本文提出两种各具特色的解决策略:(1)在标准键合图理论框架下,将运动副约束反力视作未知外界势源,加在系统键合图模型相应的0-结处;(2)利用键合图基本元件间的等效转换关系,将标准键合图转换成回转键合图(Gyrobondgraph)。上述两种策略在多能域范围内,实现了对微分因果环及所产生的非线性结型结构的解耦,解决了其给系统全局耦合动力学计算机辅助建模与仿真所带来的代数困难。 对于多体系统动力学逆问题,分别在标准键合图及回转键合图理论框架下,推导出不同形式的便于计算机自动生成的系统状态方程、运动副约束反力方程的统一公式。所述方法特别适用于多种能量形式并存的复杂系统的计算机自动建模与仿真。对于多体系统动力学正问题,分别在标准键合图及回转键合图理论框架下,严格推导出不同形式的便于计算机自动生成的多体系统驱动力矩(或驱动力)及运动副约束反力的统一公式。所述方法特别适用于多种能量形式并存的复杂系统的计算机辅助动态静力分析。同时,无需进行系统加速度分析,可以提高复杂多体系统动态静力分析的效率及可靠性。 此外,基于MATLAB研制了相应的系统动态分析软件,实现了计算机自动建模与仿真。通过典型应用实例说明所述方法及软件的有效性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TH113

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 周凡利;工程系统多领域统一模型编译映射与仿真求解研究[D];华中科技大学;2011年
2 张洪昌;信息物理融合的机电产品数字化设计关键技术研究[D];华中科技大学;2012年
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1 程嵩;基于键合图的电力系统次同步振荡分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 宿新红;盾构机双驱动大功率行星减速器的特性分析[D];重庆大学;2011年
3 唐健;基于键合图理论和Adams的EPS系统性能仿真与控制[D];江苏大学;2010年
4 窦鹏;双激振器液控惯性振动筛起动过程研究[D];郑州大学;2012年
5 马志鹏;基于音圈电机的高速精密定位系统的动力学行为与控制方法[D];天津大学;2012年
6 李思奇;冷摆辗机工作台液压系统的设计与研究[D];机械科学研究总院;2013年
【参考文献】
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1 韩兆林,胡纪滨,荆崇波;液压机械传动系统双流工况动态特性研究[J];北京理工大学学报;2004年02期
2 黄洪钟,祖旭,张旭;基于Matlab/Simulink的键合图仿真[J];大连理工大学学报;2003年05期
3 李儒琼,陈兆能,谭迪华;电液集成块液路系统的建模仿真[J];机床与液压;2003年03期
4 冯刚,江峰,宋东峰,孙立德;变量柱塞泵的键合图建模和动态仿真研究[J];机床与液压;2004年12期
5 曹东兴,檀润华,李向东,筵丽萍,牛静娟,王金荣;基于状态空间表示法的机械产品概念设计[J];计算机辅助设计与图形学学报;2002年02期
6 张建明,魏小鹏,王吉军;产品概念设计自动综合求解与系统实现[J];计算机集成制造系统-CIMS;2003年11期
7 胡晓林,王仲范,廖连莹;变结构系统的键合图仿真[J];机械设计;2004年05期
8 张珂,王生泽;基于功率键合图的混合驱动五杆机构动力学分析[J];机械设计;2005年04期
9 檀润华,陈鹰,路甬祥;产生多个设计方案的键合图方法[J];机械设计;1998年01期
10 曹东兴,檀润华,苑彩云,张建军;基于功能分解的机械产品概念设计[J];机械工程学报;2001年11期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王泽云,苏晓韵;可展空间索杆结构展开过程的仿真计算[J];四川建筑科学研究;2005年03期
2 郭相坤;王晓玲;顾欢;郭亦欣;邹立壮;;基于MATLAB的聚合物改性水泥砂浆的线性回归研究[J];四川建筑科学研究;2008年02期
3 邓亚超;陈彪;;模糊神经网络在火灾探测系统中的应用[J];安防科技;2012年03期
4 王玉强;王英华;黄文彬;何晓锋;;基于MATLAB渠道渐变体土方量计算的改进算法研究[J];安徽农业科学;2009年03期
5 汪雨萌;钱桦;谭月胜;周满平;;五自由度采摘机械臂运动学通用算法应用[J];安徽农业科学;2012年03期
6 Edwin Kreuzer;;Discrete time transfer matrix method for dynamics of multibody system with flexible beams moving in space[J];Acta Mechanica Sinica;2012年02期
7 林继成;何龙庆;石冰;;多自由度系统的微振动的SIMULINK仿真建模[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年04期
8 姚合生;;应用MATLAB编程实现大量矩阵的运算[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2007年01期
9 葛友刚;贾志绚;李捷;董永富;;基于ADAMS/Car的车辆频率响应仿真分析[J];辽宁科技大学学报;2012年01期
10 汤萍;余承辉;;基于ADAMS软件的机械动力学建模过程分析[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹洁;吕敬;王琪;彭慧莲;;含滚动摩阻非光滑多体系统动力学方程的数值计算方法[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 芮筱亭;戎保;;多体系统传递矩阵法研究进展[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 龙威;赵彬;;精密空气静压导轨组件传动系统的设计与分析[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
4 崔博文;陈剑;陈心昭;;工业机器人在噪声测量上的应用研究?[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
5 王艳琴;;并联机床与开放式数控系统[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
6 贺妍;张晓燕;李海滨;刘科元;刘志彬;段志信;;履带车辆的动力学建模与仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 方浩;李路;贾睿;窦丽华;;考虑地面影响因素的轮式机器人轨线跟踪控制联合仿真[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 彭丽媛;李晖;居鹤华;;崎岖地形环境中月球车的动力学建模与仿真[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
9 张豫南;王双双;张健;宋杰;;基于虚拟样机的全方位移动平台运动控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 迟媛;余嘉;蒋恩臣;;基于ADAMS的动力差速式转向机构的运动学仿真[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周平;柔体动力学初值问题拟变分原理及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
3 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
4 孙建;基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 陈海卫;波轮式全自动洗衣机脱水振动与抑制机理的研究[D];江南大学;2010年
6 童伟;整体耦合式消扭悬架系统原理及其运动学和动力学研究[D];华南理工大学;2010年
7 孙静;主动扭矩平衡装置与减速器的集成设计[D];北京交通大学;2011年
8 王飞;亚微米分子筛催化乙醇脱水制乙烯:失活、再生及动力学[D];华东理工大学;2011年
9 郭磊;车用动力总成结构振动噪声的虚拟预测与分析技术研究[D];浙江大学;2009年
10 姚廷强;球轴承多体接触动力学研究[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
3 詹峰;井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究[D];山东科技大学;2010年
4 郑灿东;输电线路除冰机器人控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
5 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
6 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年
7 王禹;双质量飞轮扭转疲劳试验台的研究[D];长春理工大学;2010年
8 梁鹏飞;基于数字化功能样机的炸药破碎机性能分析[D];长春理工大学;2010年
9 李国一;自动杀青理条机传动机构的创新设计与动态仿真[D];浙江理工大学;2010年
10 史永伟;轮式装载机驱动桥多体动力学仿真分析[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陶白翎,尹忠俊;双轴自同步直线振动筛重心偏移的振动方向角分析[J];鞍钢技术;2000年04期
2 刘晓艳,于晓光;大型直线振动筛的动力学分析[J];鞍山科技大学学报;2003年02期
3 胡亚民,王红亚;摆辗技术在我国的发展和应用[J];兵器材料科学与工程;1985年10期
4 李枚;微电子封装技术的发展与展望[J];半导体技术;2000年05期
5 杨文建,李小平,李朝晖,邱睿;超细间距引线键合第一键合点工艺参数优化试验研究[J];半导体技术;2005年04期
6 冯磊;姚新宇;吴重祥;黄柯棣;;利用C-API的基于RTW实时仿真系统在线调参[J];兵工自动化;2006年01期
7 冯耀东;黄罡;梅宏;;一种自适应软件体系结构建模及其实施方法[J];北京大学学报(自然科学版);2008年01期
8 祁晓野,付永领,王占林,王益群;机载作动系统的控制信号光传方案[J];北京航空航天大学学报;2000年02期
9 祁晓野,付永领,王占林;功率电传机载作动系统方案分析[J];北京航空航天大学学报;1999年04期
10 陈方;杜长华;黄福祥;杜云飞;;微电子器件内连接技术与材料的发展展望[J];材料导报;2006年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周凡利;工程系统多领域统一模型编译映射与仿真求解研究[D];华中科技大学;2011年
2 林超;双速卷扬机多流传动系统动力学建模及动态性能分析[D];重庆大学;2002年
3 于涛;面向对象的多领域复杂机电系统键合图建模和仿真的研究[D];机械科学研究总院;2006年
4 节德刚;宏/微驱动高速高精度定位系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 伍凌云;复杂交直流输电系统次同步振荡的分析与控制[D];四川大学;2007年
6 谢刚;汽车电动助力转向系统的设计与控制技术研究[D];四川大学;2006年
7 丁建完;陈述式仿真模型相容性分析与约简方法研究[D];华中科技大学;2006年
8 卢礼华;基于滚珠丝杠的大行程纳米定位系统建模和控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 李强;基于分岔理论的电动助力转向系统控制策略及其对汽车操纵稳定性影响的研究[D];江苏大学;2007年
10 李颖哲;基于线性图理论的可扩展单元复合仿真方法[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭翠娟;超高加速度精密运动平台研制[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 高海鸥;基于键合图理论的混合动力电动汽车建模与仿真[D];武汉理工大学;2004年
3 李书龙;汽车电动助力转向系统的研究与开发[D];东南大学;2004年
4 刘光启;汽车电动助力转向用无刷直流电机控制系统的研究[D];华中科技大学;2005年
5 王卉;飞机防滑刹车地面半物理仿真系统研究[D];西北工业大学;2006年
6 陈明星;双横臂独立前悬架中橡胶衬套刚度的研究及优化[D];吉林大学;2006年
7 张逊頔;基于VxWorks的VDR人声识别技术的改进研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
8 袁敏;基于键合图理论的2K-H行星齿轮传动系统动力学分析[D];重庆大学;2006年
9 臧贻娟;数控高速冲床液压系统设计及仿真[D];山东大学;2006年
10 蒋春彬;汽车电动助力转向控制系统的研究设计[D];江苏大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 张俊亚;;机电产品开发中的价值优化技术及其应用研究[J];才智;2014年17期
2 赵建军;陈闻豪;;基于表达式树的Modelica单位检查和推导[J];计算机辅助工程;2013年04期
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1 张洪昌;信息物理融合的机电产品数字化设计关键技术研究[D];华中科技大学;2012年
2 唐俊杰;基于方程的信息物理融合系统建模与仿真技术研究[D];华中科技大学;2013年
3 陈昌;基于面向对象的热流体系统建模方法及应用研究[D];华中科技大学;2013年
4 林文广;广义性能驱动机械产品多层次概念设计[D];厦门大学;2014年
5 陈昌;基于面向对象的热流体系统建模方法及应用研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 赵岩;基于Modelica的起落架系统多领域建模研究[D];华中科技大学;2012年
2 刘救世;贮气瓶供气无人机弹射器弹射过程的研究[D];郑州大学;2013年
3 梅再武;永磁同步电机多领域建模与驱动特性分析[D];华中科技大学;2013年
4 陈闻豪;诊断Modelica模型关键技术的研究[D];华中科技大学;2013年
5 黄永;面向多学科虚拟实验平台的仿真任务流监控[D];华中科技大学;2013年
6 鲁金直;异构仿真系统联合仿真技术研究及在航空领域的应用[D];华中科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张亚明,刘能宏,周维佳,邓绍规;复杂液压换向系统的数字仿真与试验研究[J];大连理工大学学报;1989年03期
2 那成烈,陈宁,那焱青;功率匹配轴向柱塞泵的动态仿真研究[J];甘肃工业大学学报;2000年04期
3 檀润华,杨灿军,陈衣鹰;开关类元件的键合图模型[J];河北工业大学学报;1997年04期
4 陶红,袁金荣;MATLAB与C/Visual C++混合编程的实现[J];计算机工程与应用;2000年10期
5 曹东兴,檀润华,李向东,筵丽萍,牛静娟,王金荣;基于状态空间表示法的机械产品概念设计[J];计算机辅助设计与图形学学报;2002年02期
6 李利,樊志新,宋宝韫,戴焕海;面向功率键合图的通用仿真软件的研究[J];计算机仿真;2000年04期
7 张平,刘星荣;汽车系统分析的键合图法[J];江苏理工大学学报(自然科学版);2001年01期
8 孙力峰,马建红,檀润华;Fusion法在概念设计评价软件开发中的应用[J];机械科学与技术;1999年01期
9 张新华,张策,田汉民;混合驱动机械系统建模的理论依据[J];机械科学与技术;2001年06期
10 曹东兴,檀润华,段国林,马建红,牛静娟,武继民;基于矩阵属性变换的机械传动系统多方案产生[J];机械科学与技术;2002年01期
【相似文献】
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1 ;键合图[J];液压气动与密封;2011年03期
2 徐长顺;王中双;;基于键合图的系统动力学理论及分析软件的发展及现状[J];齐齐哈尔大学学报;2008年01期
3 宋尔涛;键合图(下)[J];机械工程;1984年03期
4 黄安贻,容一鸣,孙军,张仲甫;系统科学方法与功率键合图[J];武汉汽车工业大学学报;1998年05期
5 杨文,杨建伟,朱健儒;基于键合图的多个设计方案的研究[J];太原重型机械学院学报;2003年03期
6 王艾伦,钟掘;模态分析的一种新方法——键合图法[J];振动工程学报;2003年04期
7 胡晓林,王仲范,严运兵;多缸发动机的键合图模型[J];机械科学与技术;2004年08期
8 许同乐;郝兆喜;;液压系统仿真中功率键合图的研究[J];煤矿机械;2006年02期
9 王中双;陆念力;;基于键合图的多体系统耦合动力学的发展及现状[J];中国机械工程;2007年17期
10 黄洪钟,祖旭,张旭;基于Matlab/Simulink的键合图仿真[J];大连理工大学学报;2003年05期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 张雪峰;;键合图法在结构分析中的应用[A];中国土木工程学会计算机应用分会第七届年会论文集[C];1999年
2 张雪峰;;键合图法在结构分析中的应用[A];中国土木工程学会计算机应用分会第七届年会土木工程计算机应用文集[C];1999年
3 柏艳平;赵银燕;肖田元;;基于XML的键合图模型交换及重用[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
4 曹东兴;檀润华;牛静娟;筵丽萍;王金荣;;键合图法在机械产品概念设计中的应用[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
5 王艾伦;钟掘;;功率拓扑键合图及其在一个复杂非线性系统中的应用[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
6 朱国情;程刚;孙丰瑞;倪何;;基于键合图的除氧装置建模与仿真[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
7 程刚;倪何;孙丰瑞;;某型船用冷凝器键合图建模与仿真研究[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
8 杨锡运;徐大平;;键合图在火电厂热工对象建模中的应用[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 于涛;面向对象的多领域复杂机电系统键合图建模和仿真的研究[D];机械科学研究总院;2006年
2 王中双;基于键合图理论的多体系统耦合动力学建模方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张迁;基于键合图的模型修正方法研究[D];中南大学;2005年
2 周海宁;功率键合图理论及其在热工对象上的应用研究[D];华北电力大学(北京);2006年
3 危淑平;基于键合图法的多领域系统建模与仿真[D];西北师范大学;2012年
4 曹建国;基于向量键合图的平面多体系统建模方法研究[D];齐齐哈尔大学;2012年
5 吴飞林;基于键合图的机电系统建模仿真及其软件实现[D];宁波大学;2012年
6 张友林;一种基于向量键合图的机构动力学分析方法及在夹持机构中的应用研究[D];中南大学;2008年
7 陈海锋;圆柱齿轮传动非线性动力学键合图建模研究[D];中南大学;2011年
8 高海鸥;基于键合图理论的混合动力电动汽车建模与仿真[D];武汉理工大学;2004年
9 王建辉;自动变速器换挡过程及3K行星传动系统键合图分析[D];重庆大学;2007年
10 徐芳;基于键合图通口的产品原理方案设计[D];河北工业大学;2011年
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