【摘要】： 本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金(No．50475154)的資助下，結(jié)合工程設(shè)計(jì)背景，建立了機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的特征狀態(tài)空間理論與綜合指導(dǎo)算法，得到了復(fù)雜混聯(lián)機(jī)械系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。 本文首先從機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能特征轉(zhuǎn)換的角度定義了多自由度基本機(jī)構(gòu)單元，歸納總結(jié)了常用單自由度與多自由度機(jī)構(gòu)及其機(jī)架變異的機(jī)構(gòu)單元，將其運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)特征狀態(tài)的變換，提出階躍函數(shù)作用速度矢量方程特征離散化，并抽象為多自由度基本機(jī)構(gòu)的輸入與輸出特征矢量，建立了機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)功能與運(yùn)動(dòng)特征變換的定性分析和定量表達(dá)方法，由此導(dǎo)出單自由度基本機(jī)構(gòu)單輸入多輸出和多自由度基本機(jī)構(gòu)多輸入多輸出，且其輸入、輸出構(gòu)件可為定軸或非定軸運(yùn)動(dòng)的特征矢量表述及其運(yùn)動(dòng)傳遞特征狀態(tài)方程。 針對(duì)復(fù)合機(jī)構(gòu)單元的數(shù)學(xué)建模，提出了運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特征狀態(tài)向絕對(duì)運(yùn)動(dòng)特征轉(zhuǎn)化的功能特征狀態(tài)分析方法，深入研究了機(jī)構(gòu)單元相關(guān)組合特征屬性與復(fù)合運(yùn)動(dòng)功能約束關(guān)系，依據(jù)固結(jié)關(guān)系確定的特征矢量轉(zhuǎn)化因素，將單元機(jī)構(gòu)的特征狀態(tài)方程與矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算相融合，推導(dǎo)出復(fù)合運(yùn)動(dòng)固結(jié)構(gòu)件特征狀態(tài)矢量合成公式，以此提出迭合式復(fù)合機(jī)構(gòu)單元建模轉(zhuǎn)化依據(jù)，建立附加機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特征狀態(tài)方程向描述絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的特征狀態(tài)方程的轉(zhuǎn)化過(guò)程，并總結(jié)出其數(shù)學(xué)建模的過(guò)程模型。 定義多個(gè)機(jī)構(gòu)單元的串、并、混聯(lián)等組合方式及其典型組合單元的數(shù)學(xué)模型，并探討了組合系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變換的內(nèi)在聯(lián)系與運(yùn)動(dòng)特征間的轉(zhuǎn)換規(guī)律，深入分析組合關(guān)系的重組計(jì)算與功能傳遞方式等關(guān)鍵問(wèn)題，利用組合模型理論建立廣義特征狀態(tài)方程，采用分層特征模式并結(jié)合定性知識(shí)數(shù)學(xué)建模，抽象出實(shí)際的機(jī)械系統(tǒng)功能特征的數(shù)學(xué)模型。構(gòu)建組合系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變換的廣義特征狀態(tài)組合模型來(lái)傳遞輸入輸出特征屬性，表達(dá)機(jī)構(gòu)單元及其組合功能特征的拓?fù)潢P(guān)系。 對(duì)特征狀態(tài)空間與混聯(lián)機(jī)械系統(tǒng)之間的映射規(guī)則及特征轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行探討，確定特征狀態(tài)空間的結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成元素的性質(zhì)，進(jìn)一步討論對(duì)偶矢量間運(yùn)算規(guī)則和度量方式，由此闡明特征狀態(tài)圖理論，并將功能約束通過(guò)特征狀態(tài)空間映射到混聯(lián)系統(tǒng)綜合的求解空間，使得運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為特征狀態(tài)空間中特征狀態(tài)圖的分解與連接匹配問(wèn)題，在特征狀態(tài)空間模型的不斷分層細(xì)化之中，確定解空間的區(qū)域，通過(guò)特征狀態(tài)圖的計(jì)算規(guī)則，獲得混聯(lián)機(jī)械系統(tǒng)綜合可行解(集)。 依據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)知識(shí)轉(zhuǎn)換方法，建立合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與知識(shí)庫(kù)的組織管理，包括基本單元信息的存儲(chǔ)、提取操作及數(shù)據(jù)流間的復(fù)雜關(guān)系，結(jié)合組合關(guān)系的邏輯計(jì)算規(guī)則，提出方案設(shè)計(jì)綜合求解的可自動(dòng)計(jì)算算法，完成狀態(tài)變換矩陣中類型、方向及特征屬性值的自動(dòng)分解，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 將本文提出的特征狀態(tài)空間理論及設(shè)計(jì)空間的轉(zhuǎn)換求解思想應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中，產(chǎn)生設(shè)計(jì)實(shí)例的自動(dòng)求解多方案，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)理論的正確性與綜合方法的有效可行。至此完成數(shù)學(xué)建模形式、定量算法操作和設(shè)計(jì)指導(dǎo)理論的有機(jī)結(jié)合，開(kāi)辟混聯(lián)機(jī)械系統(tǒng)的自動(dòng)方案設(shè)計(jì)的新途徑。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TH113.2
【圖文】：

大連理_l;人學(xué)博十學(xué)位論文度以及獨(dú)立環(huán)的數(shù)目等條件，它考慮的幾乎是一種完全意義上的拓?fù)潢P(guān)只有自由度被加以考慮，使該方法受到一定限制。矩陣、旋量理論的方案數(shù)學(xué)建模方法在系統(tǒng)定性知識(shí)描述到圖信息的表達(dá)中，功能信息沒(méi)有引起足夠的重視拓?fù)湫畔⑴c定性功能約束的結(jié)合表達(dá)逐步出現(xiàn)。avit和Hartenbergl’‘，]從研究符號(hào)表達(dá)中采用矩陣數(shù)學(xué)的形式，應(yīng)用在表。認(rèn)為構(gòu)件的兩端是高副或者低副，建立構(gòu)件坐標(biāo)系，構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)能夠述中得到，并以四個(gè)參數(shù)(a，a，q，s)表示，以一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例。以表示為如下圖:

本文的體系結(jié)構(gòu)

MIMO編可見(jiàn)，不同輸入輸出的基本機(jī)構(gòu)單元都具有特定的輸入輸出特征矢量、特征狀態(tài)變換矩陣和特征狀態(tài)方程，其數(shù)學(xué)建模過(guò)程如下圖2.2。但實(shí)現(xiàn)一種運(yùn)動(dòng)變換功能并不僅有一個(gè)基本機(jī)構(gòu)，這也正是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)多樣性的體現(xiàn)。圖2.2多自由度基本機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)建模過(guò)程 Fig2.2TheLayoutofmathematiealmodelingProeedureforthemulti一DOFBMUs

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本文編號(hào)：2757059