参数激励下非光滑双摆振动特性及实验研究

发布时间：2021-01-24 13:16

　　双摆模型是一种常见的振动系统,包含着丰富的动力学行为。碰撞振动作为强非线性问题的一种典型情况,广泛存在于实际工程各个领域中。本文以机器人行走过程中双腿运动特征为基础,设计构建了非光滑双摆实验装置,将双摆及碰撞问题综合起来考虑,系统的研究了碰撞双摆的非光滑动力学行为。本文首先设计构建了参数激励下双摆运动模型。采用拉格朗日方法建立系统的运动微分方程,并对其进行无量纲化处理。针对系统两固有频率比为1:3状态进行非线性动力学分析,通过理论推导计算得出双摆长度比和质量比关系曲线,根据杆长比即可确定两杆质量比。在此基础上,将微分方程线性化,利用模态分析法解耦为两个马修方程。最后用林滋泰德—庞加莱摄动法（L-P）确定系统稳定区间,并用Matlab数值模拟验证了结果的正确性。针对参数激励双摆系统,根据现有的实验室条件,设计了实验方案,通过不断优化得到了实验装置的具体参数,并对实验装置进行了加工。实验系统设计好之后,分别进行了无碰撞、撞左上挡块、撞左下挡块的实验研究,选取不同激励幅值,进行了激励频率的手动扫频,从时间历程图、相图、庞加莱截面图、频谱图四个方面对实验结果进行了分析,并将实验结果和仿真结果进... 

【文章来源】：石家庄铁道大学河北省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 选题意义
    1.2 研究方法
        1.2.1 非线性动力学研究方法
        1.2.2 碰撞研究方法
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国内发展状况
        1.3.2 国外发展状况
    1.4 本文主要研究内容及创新点
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 创新点
第二章 双摆的非线性动力学特征分析
    2.1 双摆的建模
    2.2 线性化解耦
    2.3 L-P法求系统稳定区间
    2.4 本章小结
第三章 双摆实验系统设计
    3.1 摆碰撞类模型
    3.2 双摆实验系统
    3.3 实验模型设计及参数确定
    3.4 实验仪器与设备
        3.4.1 控制系统及实验装置
        3.4.2 高速摄像机
        3.4.3 PROANALYST分析软件
    3.5 本章小结
第四章 双摆的实验研究
    4.1 实验参数及阻尼系数的识别
        4.1.1 实验参数的测量
        4.1.2 阻尼系数的识别
    4.2 双摆无碰撞实验
    4.3 本章小结
第五章 双摆碰撞的实验研究
    5.1 碰撞的简介
    5.2 双摆碰撞的实验模型
        5.2.1 上摆撞左上挡块模型
        5.2.2 下摆撞左下挡块模型
    5.3 双摆碰撞实验
        5.3.1 撞左上挡块的实验
        5.3.2 撞左下挡块的实验
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于采样PD反馈的倒立摆控制系统的稳定性[J]. 王强,梁松,王在华.  动力学与控制学报. 2018(04)
[2]Optimizing the Double Inverted Pendulum′s Performance via the Uniform Neuro Multiobjective Genetic Algorithm[J]. Dony Hidayat Al-Janan,Hao-Chin Chang,Yeh-Peng Chen,Tung-Kuan Liu.  International Journal of Automation and Computing. 2017(06)
[3]两自由度参数激励摆旋转运动分析和实验[J]. 康慨,徐鉴.  力学季刊. 2015(02)
[4]二级倒立摆控制器设计及稳定性研究[J]. 宋清昆,李东威.  计算机仿真. 2015(04)
[5]用Lyapunov指数分析物理双摆的混沌特征[J]. 张伯俊,王谦,黄东卫.  天津工业大学学报. 2014(02)
[6]海洋波力发电倒置摆系统的非线性振动实验研究[J]. 陈恩利,田瑞兰,郜浩冬.  振动与冲击. 2012(15)
[7]轴向运动梁参数激励振动稳定性研究进展[J]. 丁虎,陈立群.  上海大学学报(自然科学版). 2011(04)
[8]倒立摆控制系统的设计与研究[J]. 杨世勇,谭翚,刘殿通.  电气传动自动化. 2011(02)
[9]欠驱动旋转双摆系统的建模与仿真[J]. 高丙团,李军远,章啸.  计算机仿真. 2010(11)
[10]基于碰撞力的谐振致动机理与试验[J]. 孙立宁,李伟达,李满天,蒋振宇,郭伟.  机械工程学报. 2010(09)



本文编号：2997313