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动力学与控制学报

动力学与控制学报

2025年09期

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研究论文 | 准零刚度隔振技术的曲拱一直梁实现

研究论文 | 准零刚度隔振技术的曲拱一直梁实现

摘要既有的多数准零刚度隔振体系形式复杂，成本较高.针对上述问题，本文以曲拱提供拟线性负刚度，以直梁提供拟线性正刚度，二者匹配得到形式简洁、成本低廉的准零刚度隔振体系.从理论上，由能量方法导出曲拱、直梁和组合体系的刚度设计解析公式;从实验上，由静态测试得出其载荷一位移关系，并证实解析公式的有效性，由动态实验证实其良好的隔振性能以及一定的负载适应性.
研究论文 | 基于BP神经网络PID控制参数自适应优化

研究论文 | 基于BP神经网络PID控制参数自适应优化

摘要本研究针对传统的反向传播(BP)神经网络比例积分微分(PID)算法存在的波动振荡、容易发散的问题,提出改进方法.首先采用He初始化方法对神经网络进行初始化，并对学习率进行衰减，同时对算法梯度进行裁剪.然后，在此基础上继续对比研究不同激活函数(Sigmoid、Tanh、ReLU和LeakyReLU)和不同平滑技术（指数平滑、移动平均、Savitzky-Golay滤波器和 Butterworth滤波器)对算法性能的影响.最后，采用极端激励对平滑器的鲁棒性进行测试.结果表明：相较于传统的 Sigmoid 激活函数，使用ReLU、Leaky ReLU和 Tanh 激活函数具有更强的稳定性，并且LeakyReLU激活函数综合性能最好;在平滑效果方面，指数平滑和 Savitzky-Golay 滤波器具有更明显的优势，更适合于需要快速响应和精确平滑的应用领域;平滑技术可以使算法更快恢复稳定，提高算法稳定性.
研究论文 | 低频姿态控制绳系弹射一太赫兹通信地面融合实验

研究论文 | 低频姿态控制绳系弹射一太赫兹通信地面融合实验

摘要航天器的工作环境、硬件性能及能源管理等多重因素决定其只能接受低频控制输入，本文基于此对搭载太赫兹通信设备的绳系主星、子星载荷在弹射释放过程的相对姿态控制器及太赫兹在移动平台实现持续通信和机会通信进行研究.所设计控制器能够在较低控制频率下，使主、子星的相对姿态能够太赫兹实现通信.针对该控制器开展绳系卫星弹射释放和太赫兹通信地面融合实验.实验结果表明，在低频控制下，所设计控制器不仅能使子星仿真器的运行轨迹较好地贴合预先设计的最优释放曲线，还能满足太赫兹实现持续通信和机会通信对于主、子星的相对姿态角的要求.太赫兹通信速率和误码率表明，太赫兹在移动平台上机会通信和持续通信的适应能力满足要求.
研究论文 | 基于对偶四元数的机器人运动学手眼标定

研究论文 | 基于对偶四元数的机器人运动学手眼标定

摘要如今工业机器人有着愈发广泛的应用，其中融合了视觉系统的机器人可以高效执行多种任务.手眼融合系统的核心在于通过手眼标定建立机器人与视觉系统之间的变换关系.尽管已有研究通过多种数学工具提出了手眼标定方程的封闭解及优化方法，本研究针对分步法中存在的误差传递和奇异问题，提出一种基于对偶四元数的分步求解方法.利用对偶矩阵和对偶四元数的性质，将四元数解耦原理扩展至对偶四元数域,实现了基于对偶四元数的分步求解，推导出封闭解及奇异性判定条件，重构了平移向量求解方程，优化了误差传递路径.对比已有的方法，包括基于四元数的分步方法和基于对偶四元数的同步方法，该方法在旋转与平移求解中均表现出更低误差.通过设计Eye-in-hand实验平台并配合高精度视觉测量系统，验证了基于对偶四元数的分步求解方法的可行性、鲁棒性及低误差优势.实验结果表明，该方法可将手眼标定精度提升至旋转误差 0.1994^° 和平移误差 1.1126mm
研究论文 | 含非线性振子简支梁横向振动特性研究

研究论文 | 含非线性振子简支梁横向振动特性研究

摘要针对简支梁结构横向振动控制问题，开展了含非线性振子的简支梁横向振动特性研究.首先建立了非线性振子一梁耦合振动模型，基于Hamilton原理推导了系统的非线性振动微分方程.采用增量谐波平衡法和弧长延拓法，得到了系统幅频响应完整的半解析解，并结合Floquet理论对解的稳定性进行分析.研究结果表明：非线性振子在合适参数取值下使得简支梁一阶模态无量纲峰值由3.30降低至0.26,降幅达 92.12% ，且未产生新的共振峰;非线性振子的非线性刚度和线性刚度共同决定其减振频率位置，其中线性刚度的存在易在目标频段诱发新的共振峰.非线性振子的引入能够突破传统线性振子的频带限制，
研究论文 | 面向电网带电作业的飞行机械臂动力学建模与鲁棒控制

研究论文 | 面向电网带电作业的飞行机械臂动力学建模与鲁棒控制

摘要在“绝缘子一导线"带电固定自动作业中，飞行机械臂的应用能够显著节约人力资源，并在带电作业场景下最大程度地保障施工人员的生命安全.然而,针对各类绝缘子一导线紧固的带电消缺作业,均需依据绝缘子的外形参数、其于横担上的安装位置以及配电网的环境条件，综合开展智能末端执行器控制系统的设计与开发工作.这无疑对飞行机械臂的控制性能提出了更为严苛的要求.本文以具有两自由度的飞行机械臂作为研究对象，充分考量重力因素的影响，开展动力学分析，并运用Udwadia-Kalaba(UK)方程进行系统建模.同时，结合约束跟随运动控制方法，推导出受限飞行机械臂系统的运动方程.此外，采用模糊控制方法对机械系统中的不确定性进行描述.通过仿真与实验，验证了所提出控制算法的有效性.
研究论文 | 虚拟轨道列车一道路垂向耦合系统服役性能研究

研究论文 | 虚拟轨道列车一道路垂向耦合系统服役性能研究

摘要区别于传统轨道列车，虚拟轨道列车运行在城市的既有道路上，由于具有比公交车更高的载运能力，近年来已在国内外多个城市公共交通运输体系中投人使用，但因车体长、轴重大且长期沿着道路上局部固定的区域运行，容易导致路面受压变形和破损，进而影响列车运行品质和道路力学性能.本文围绕虚拟轨道列车的实际服役问题，基于列车一道路垂向耦合动力学分析，揭示列车和道路参数变化对系统服役性能的影响规律.首先，考虑车体垂向、俯仰和侧倾运动及车间铰接作用，建立列车的三维动力学模型;基于Wink-ler地基上双层Kirchhoff薄板建立道路的动力学模型，并采用模态叠加法分析道路动力学响应；利用赫兹接触模型描述车路相互作用.随后，开展列车—道路系统的垂向耦合动力学理论研究，并利用列车 Sperling 指数和道路在车轮接触点处应力均方根值，定量地分析系统特征参数对列车运行品质和道路力学性能的影响，包括路面厚度、杨氏模量、车速、铰接阻尼和路面等级，进一步开展了上述参数敏感性分析.研究表明，路面厚度、铰接阻尼增加和等级提高可以提升列车运行品质和道路力学性能，而道路的等效杨氏模量和车速增加虽然可以提升道路力学性能，但会降低列车运行品质.此外，路面等级对系统服役性能的影响最为显著，其次为车速和路面厚度，而路面杨氏模量和铰接阻尼的影响相对较小.
研究论文 | 深度学习结合改进DBSCAN聚类的数据异常检测

研究论文 | 深度学习结合改进DBSCAN聚类的数据异常检测

摘要由于结构健康监测系统采集到的数据不可避免存在异常，导致无法从中获取结构真实健康情况，故异常数据检测对结构分析及其状态评估至关重要.为此，提出一种基于组合预测模型的多通道数据异常检测方法.首先，将结构健康监测数据分为两段，前段只有环境引起的间歇性异常，后段包括间歇性异常以及传感器故障造成的数据异常.其次，通过根据余弦核密度估计各数据点的局部密度自适应地选取参数半径，并对基于密度的空间聚类算法(DBSCAN)改进，进而用该改进模型剔除前段数据中的间歇性异常得到清洗数据(即没有问题的正常数据).接着，基于多传感器间的相关性，结合卷积神经网络(CNN)的空间特征和长短期记忆网络(LSTM)的时间特征，训练清洗数据得到代表正常数据特征的数学模型.然后，在数学模型中输人后段数据得到预测数据，并将预测数据与后段数据对比得到预测误差，采用极值理论(EVT)拟合预测误差分布并设置阈值，进而检测数据的异常状况.最后，分析DowlingHall人行天桥加速度监测数据表明，该方法能够有效提高结构健康监测异常数据的检测能力.
研究论文 | 求解一维椭圆最优控制问题的离散序列二次哈密顿算法

研究论文 | 求解一维椭圆最优控制问题的离散序列二次哈密顿算法

摘要近期，Breitenbach 和 Borzi在“先优化再离散"框架下提出了一类求解椭圆最优控制问题的序列二次哈密顿方法.他们证明了该迭代方法在连续空间情形下的单调收敛性.然而，在“先离散再优化”框架下，该迭代方法在离散情形下的收敛性质尚未被解决.本文探讨了一维椭圆最优控制问题的一类中心差分离散格式，并证明了其能保持序列二次哈密顿迭代的单调收敛性.数值实验表明了该方法是有效且收敛的.

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目录

研究论文 | 准零刚度隔振技术的曲拱一直梁实现

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研究论文 | 基于BP神经网络PID控制参数自适应优化

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研究论文 | 低频姿态控制绳系弹射一太赫兹通信地面融合实验

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研究论文 | 基于对偶四元数的机器人运动学手眼标定

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研究论文 | 含非线性振子简支梁横向振动特性研究

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研究论文 | 求解一维椭圆最优控制问题的离散序列二次哈密顿算法

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