串联机械系统运动方案设计的状态空间理论与方法的研究

摘要

该论文在国家自然科学基金(No.50075012,50275016)的资助下,结合工程设计实际,对机器创新方案的机构与结构并行设计理论与方法进行了研究.该文首先从运动变换的角度定义了广义单自由度机械运动基本变换单元,归纳总结了常用的基本变换单元.其次,在基本坐标系中,通过建立状态方程来描述基本变换单元输入、输出特征矢量(统称状态特征矢量)及状态变换矩阵之间的相互关系.基于状态空间理论,该文深入研究了机械运动基本变换单元的组合方法.获得状态变换矩阵在基本坐标系及系统坐标系下的转换规律、机械系统的传递函数特征值及其性质.按照状态空间中对偶特征矢量的运算规则,在已知系统的输入输出特征矢量的情况下,通过数学推导求解,将形成的系统状态变换矩阵分解为多个状态变换矩阵的乘积,再通过各状态变换矩阵到数据库中寻找相应的基本变换单元集合,然后进行按序组合,进而从理论上获得相应的方案设计可行解.该文最后综述并实现了机械运动方案设计系统的开发.概括了方案设计系统的体系结构,分析了数据库的组织结构,描述了系统的实现功能.将该文提出的状态变换矩阵方法应用于生产实际中,进行多个设计实例的可计算自动求解,实践表明该方法可行、有效.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1本文的背景

1.2方案设计研究现状：综述与分析

1.3本文的研究方法

1.4本文的主要工作及论文的体系结构

第二章基本变换单元

2.1机械系统方案设计的任务

2.2基本变换单元

2.3小结

第三章状态空间理论

3.1概述

3.2位移表达式的线性化

3.3状态特征矢量

3.4状态变换矩阵及其性质

3.5状态空间

3.6状态空间性质

3.7基本变换单元知识库的建立

3.8小结

第四章串联机械系统状态空间综合方法

4.1基本变换单元的组合方式

4.2机械系统运动变换状态空间描述

4.3串联机械系统方案设计状态空间方法实现

4.4方案设计的算法分析及实现

4.5方案设计实例

4.6小结

第五章串联机械系统运动方案计算机辅助设计的实现

5.1开发概述

5.2方案设计系统的体系结构

5.3方案设计系统的功能模块介绍

5.4方案设计的三维可视化模块

5.5方案的评价模块

5.6知识库维护模块

5.7小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

论文创新点摘要

作者发表学术论文及承担的课题

致谢

参考文献