针对铜仁奥体中心体育场椭圆形车辐式张拉索膜罩棚结构,对其结构体型、雪荷载分布、整体稳定性、抗倒塌性能、索夹抗滑移承载力进行了专项研究。研究结果表明:车辐式索网结构内环与外环平面投影形状相似,径向索沿环索法向布置为力学状态最优方式,可使屋盖整体结构为重力作用下自平衡体系;外环采用冗余度较高的水平桁架可显著减小径向索破断后内环形状突变对外环受力的影响;利用风致积雪试验确定雪荷载分布;根据极限承载力分析,验证了增加内环交叉拉索可显著提高结构整体稳定性;通过抗倒塌分析,保证了整体结构在偶然断索状况下的安全性;最后,通过试验确定了环索索夹抗滑移承载力。

总结了当前场地地震反应分析的计算方法与发展现状,得到寒区场地中由于冻土层结构的存在会对地震动的传播和场地的地震反应产生影响的结论。土体在冻结过程中其强度与刚度会显著增强,在地震过程中冻融土层界面的容易发生滑移破坏,并对场地地震反应和地震波的传递特征具有较大影响,是冻土场地地震反应分析中应当考虑的关键问题。鉴于当前场地地震反应计算方法不能模拟该界面的滑移特征的局限性,建议构建冻土场地地震反应计算新方法,并阐述了构建该方法所需要开展的基础性研究工作。

本文根据六轮摇臂式月球探测车的结构特点,以闭链坐标变换和瞬时重合坐标法为基本工具,详细推导了六轮探测车的正、逆运动学模型,分析了相关的运动学特性;在运动学建模与分析中,将车轮滑移单独提取出来考虑,给出了滑移量的估算方法。本文的研究结果为六轮月球探测车的结构分析与运动控制提供了有力的基础。

在对月球机器人操作动力学进行建模和分析的基础上,论证了月球机器人在复杂的月面环境进行各种样本采集工作时,车体会因为月球的微重力环境及松软的月壤而出现滑移现象。提出了以速度作为补偿判断标准的方法。通过仿真分析,论证了月球机器人工作补偿的必要性;同时,基于月面多变而未知的复杂环境,验证了不同参数对仿真结果的影响,进一步确认了对月球机器人进行工作补偿的必要性。

为了在复杂的轮地相互作用和运动学限制条件下,实时地估计轮地接触角和滑移量以精确引导和控制月球车,首先分析了月球车视觉导航的数学模型,建立了带有滑移和接触角的运动学方程,然后,将驱动和导航系统构成闭环,并实测月球车质心运动路径的数据,提出了一种用观测器识别滑移量和轮地接触角的方法.此法可保证月球车准确、安全运行,提高了控制精度.仿真和实验结果表明了该方法的有效性和可行性.

针对平整坡面上行驶的月球车,研究了基于滑移率的月球车轨迹跟踪控制新方法。它是基于描述月球车运动的动力学模型方程,将左右轮滑移率及两转向前轮的失配角作为控制参数,利用小波插值方法,进行数值求解,从而实现月球车期望轨迹的跟踪控制。该方法计算量小、方法简单、精度高,且可实现任意的非线性曲线的期望轨迹追踪。数值实验验证了该方法的正确性和有效性。

研究了具有滑移、六轮独立驱动的摇臂式月球车建模与控制问题。利用拉格朗日法分析了该月球车受力状况及其动力学模型,并得出在考虑小滑移率、小失配角时的摇臂式月球车动力学模型可表示为以车轮支撑力及其作用位置、地面力学特性、摇臂位形为参量,以月球车平动速度及转动速度、车轮转动速度为状态,以电动机驱动电流(电压)、方向轮位形为输入的仿射性微分方程组的定性结论。从而可以根据实时检测月球车车轮支撑力运用模糊变结构控制方法对月球车动力学系统控制律进行实时修改达到对月球车伺服控制的目的。

研究了运行于自然环境、具有小滑移率及小失配角、六轮独立驱动的摇臂式月球车驱动控制问题。针对以月球车车轮滑移率、方向轮失配角为输入及以月球车车体平动速度、转动速度为输出的动力学方程,利用模糊滑模控制方法设计月球车车轮滑移率、方向轮失配角的控制律,实现月球车的跟踪控制。理论分析及仿真结果表明,基于模糊滑模的月球车动力学系统驱动控制方法是可行的,在实际应用中是有效的。