摘要:第25届中国科协年会提出了10个前沿科学问题,其中第四个重大问题难题是“非线性效应会随尺度变化吗?”.本文重点叙述工程领域的非线性效应(现象),以及工程领域中建模中的一些非线性因素,包括结构或者材料变形的非线性、非光滑系统、转轴裂纹、滑动轴承和滚动轴承非线性力、结构的滞回非线性、电路非线性、流致振动等,为探索该问题提供某些参考.

摘要:本文研究在给定状态空间失效状态集的情况下,非线性动力系统状态失效时间的快速计算方法.首先将非线性动力系统全局分析的一种经典方法胞参考点映射法进行改进,以计算失效时间.然后用改进的方法对Duffing系统、一类受迫双稳态结构和弹簧负载倒立摆模型进行了计算,并分析了方法的收敛阈值对计算误差和计算时间的影响.结果表明,文中提出的方法可以在满足一定精度的前提下,实现大量状态点失效时间的高效计算.

摘要:采用基于自适应Kriging模型的区间模型修正方法对GARTEUR飞机模型进行了模型修正研究.首先对GARTEUR飞机模型进行了模态分析,并通过Spearman相关性分析结合工程经验确立了模型中对响应影响较大的材料参数.引入泛灰数理论,将区间模型修正问题转化为关于区间上界和区间直径的优化问题.通过一种自适应Kriging模型的构建方法构建出模型输入和响应之间的关系.采用粒子群算法分别求解区间上界和区间直径的目标函数从而完成模型修正.结果表明：修正后参数区间上界和下界的误差满足工程精度要求,模型具有良好的预测能力,验证了所采用的区间模型修正方法的可行性和有效性.

摘要:为收集人体运动中的振动能量,基于惯容元件设计了嵌入背包的电磁式能量收集装置.该装置有助于提升人体舒适度、解决传统俘能装置阻尼匹配困难的问题.在建立数学模型和调研人体步态特征的基础上,根据机电比拟法和最大功率传输定理分析装置的能量传输效率,同时考虑人体承担该装置的载荷.结果表明,惯容元件的引入为系统参数选取增加了一个自由度,可以有效调节俘能装置的固有频率与人体振动频率相匹配,实现能量收集效率的最大化,同时有效减轻人体的承重负担.最后,在基于人体关节活动机理和遗传算法构建的仿真平台上对理论分析进行验证,证实了所提方法的有效性.

摘要:索结构具有质量小、刚度小、阻尼小的特点,容易在各种激励下发生横向振动,影响结构的安全、使用性能与寿命.为研究中部激励和端部激励的组合形式对悬索主共振响应的影响,考虑几何非线性,得到悬索无量纲微分控制方程,采用Galerkin法得到离散的常微分方程,再使用多尺度法对该方程进行求解.研究了不同中部和端部激励幅值比、不同中部和端部激励相位差以及不同中部激励位置对悬索主共振响应的影响.发现这些参数均不会改变主共振频响曲线的软硬状态,但激励幅值比和相位差会使曲线的各肢发生平移,或激励的相位差越接近π,悬索主共振响应越弱.中部激励位置的变化能使相频曲线同时发生平移和旋转,且其离端部激励越近,系统响应就越大.

摘要:随着先进半导体装备的精度不断提高,环境振动对精密装备的影响日益增大.主动隔振技术广泛应用在精密设备中针对低频振动进行有效隔振.为了进一步提高隔振效果,主动隔振系统的控制带宽逐步提高,柔性模态对系统整体性能的限制随之逐渐体现.在工程上,通常采用二阶陷波滤波器抑制柔性模态引起的谐振峰.面对实际系统中多个柔性谐振峰叠加的现象,传统滤波器设计方式面临着参数复杂,耗时长,抑制效果不佳并且引起的相位损失大等问题.本文根据二阶陷波滤波器的幅频特性,采用简易的参数设计方式,设计简单耗时短.提出的陷波滤波器添加方式能够针对柔性谐振峰进行精准抑制的同时引起的相位损失更小,有利于实现较大的系统带宽从而提升控制效果.

摘要:多自由度机械臂是一种应用很广泛的机械装置,如何提升机械臂系统的响应速度、跟踪性能和抗干扰能力,一直是研究的热点.因此本文在经典自抗扰技术的基础上，首先,完成对六自由度串联机械臂模型建立和控制方法选择；其次,结合滑模控制和分数阶微积分对滑模跟踪微分器和非线性误差反馈律进行改进,以提高系统的响应速度和跟踪性能，并通过设计新型非线性函数构建扩张状态观测器,削弱传统扩展状态观测器在应用中的高频颤振现象,提高系统的抗干扰能力；最后,在建立的六自由度串联机械臂关节模型基础上,对所提出的控制策略进行仿真实验.结果表明,分数阶滑模自抗扰控制器相比传统自抗扰控制下,系统的响应速度提高28.6%、抗干扰能力提高27.8%.验证本文所提出的控制策略能够有效改善系统响应速度和跟踪性能,具有较强的抗干扰能力.

摘要:癫痫是一种常见神经系统疾病,其发病机制尚不完全清楚.研究表明,星形胶质细胞在癫痫发作中起到关键作用,可能作为癫痫治疗的靶点.基于临床癫痫脑电特征,建立相匹配的神经元集群-星形胶质细胞集群耦合模型,有助于癫痫发作机制的进一步研究以及癫痫控制技术的发展.本文基于局灶性癫痫发作动力学模型,考虑星形胶质细胞Ca2+波动与神经元集群发放频率的关系,建立神经元集群-星形胶质细胞群耦合动力学模型,探讨了星形胶质细胞群对癫痫发作动力学行为的影响,并模拟刺激治疗,对局灶性癫痫进行抑制.研究发现：星形胶质细胞群与神经元集群的耦合参数驱动模型表现出三种类型的局灶性癫痫发作模式,其共同特点为星形胶质细胞群的谷氨酸过表达；第一种癫痫放电形式可以通过调节星形胶质细胞群与神经元集群耦合参数进行抑制,而其余两种无法通过参数调节进行抑制；常数刺激可以使三种癫痫放电转变为周期放电,但过大或过小的刺激无法完全抑制第一种癫痫放电；高频、强幅值的方波刺激能够有效抑制三种癫痫放电.

摘要:单自由度二转子系统作为最经典的自同步系统,广泛应用于工程领域.本文利用Lagrange方程建立了单自由度二转子系统动力学模型,并基于动力学模型建立了MATLAB/Simulink仿真模型.首先对参数完全对称的系统进行了数值仿真,并分析了对称情况下的索末菲效应.然后,通过在仿真模型中选取不同参数对系统施加扰动,研究了不同参数下的自同步现象,考察了系统受到扰动后的稳定性和恢复自同步的能力.最后,对仿真中出现的自同步现象进行了分类,同时给出了系统恢复自同步的能力与给定的参数之间的关系.结果表明,选取不同参数的情况下,系统的自同步现象可分为三类：转子工作在系统近谐振区时的同相位同步、转子工作在系统远谐振区时的反相位同步两种稳定自同步,和在转子工作在系统剧烈谐振区受到扰动后响应呈现随机性的不稳定同步；当转子工作在系统近谐振区时,同步恢复能力最强.仿真结论可为更复杂振动系统的自同步现象研究提供参考.

摘要:精密运动平台是半导体设备的核心部件,其运动性能直接决定了整个系统的基础性能.在工程应用中,运动平台的非线性特性对精密运动控制产生显著影响,例如柔性导向、线缆力和磁浮补偿等因素引入的非线性力.前馈控制器能够有效补偿非线性扰动和轨迹偏差.然而,传统的逆模型前馈方法需要耗费大量精力来准确建立被控对象的逆模型,而流行的迭代学习前馈方法则对运动工况的重复性要求较高.此外,自适应前馈控制在参数调整过程中可能导致系统暂态响应的不稳定性. 为了解决这些问题,本文提出了一种基于物理引导的径向基函数(RBF)神经网络逆模型前馈控制器.该方法利用RBF神经网络优秀的非线性函数逼近能力,并通过梯度下降法自动优化模型,显著减少了建模的工作量.此外,我们在RBF神经网络逆模型中嵌入了加速度前馈的先验经验,从而大幅降低了跟踪误差,提高了系统的响应速度.

摘要:本文研究基于淘金优化(Gold Rush Optimizer, GRO)算法的伺服电机系统的滑模控制(Sliding Mode Control, SMC)方法.随着半导体芯片制造工艺的持续进步,对封装设备的精度和性能提出更高要求.伺服电机系统作为关键组件,在半导体封装设备中扮演着重要角色.滑模控制方法因其强鲁棒性的优点被应用在多个领域,但其参数的手动调整给实际应用问题的研究带来了很大的不便.本文引入GRO算法来简化滑模控制方法的参数调整过程,提升伺服电机系统整体的性能.以音圈电机为例,运用状态空间模型来分析其动态特性,推导并设计滑模控制器,分析不同的参数选择对控制器性能的影响,并运用GRO算法对参数进行优化.实验结果表明,运用GRO算法进行参数优化后的滑模控制方法(GRO-SMC)响应速度快、稳定性高,能够迅速将伺服电机系统引导至预定的滑模面,且在预定的滑模面上系统状态的波动幅度明显减小.

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