单边约束动力学模型数值仿真中的误差修正方法

系统仿真学报 ›› 2015, Vol. 27 ›› Issue (2): 240-245.

• 仿真建模与仿真算法及数值仿真 • 上一篇下一篇

单边约束动力学模型数值仿真中的误差修正方法

高海涛, 韩亚丽, 许有熊, 朱松青, 吴在罗

南京工程学院机械学院, 南京 211167

收稿日期:2014-07-28 修回日期:2014-10-26 发布日期:2020-09-02
作者简介:高海涛(1979-), 男, 山东临沂人, 博士, 讲师, 研究方向为服务机器人; 韩亚丽(1978-), 女, 河南郑州人, 博士, 副教授, 研究方向为特种机器人。
基金资助:
国家自然基金(51205182); 江苏省自然科学基金(BK2012474, BK20130743); 江苏省高校自然基金(14KJD460001)

Error Correction Methods in Numerical Simulation for Unilateral Constraint Dynamics

Gao Haitao, Han Yali, Xu Youxiong, Zhu Songqing, Wu Zailuo

College of Mechanical Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China

Received:2014-07-28 Revised:2014-10-26 Published:2020-09-02

摘要/Abstract

摘要： 针对接触、碰撞等单边约束动力学模型数值仿真中存在的计算误差及约束违约问题,提出了一种误差投影修正方法进行补偿。在利用线性规划模型刻画单边约束动力学行为的基础上,建立了描述接触和碰撞问题的混合线性互补动力学模型,推导出该动力学模型的数值仿真方法。为了减少数值仿真过程中的计算误差以及由此引起的约束违约现象,以双边约束方程为基础,建立一种投影修正算法来修正动力学方程数值求解中的位置和速度误差,进而提高单边约束动力学模型的数值求解精度。通过一个算例验证了修正算法的有效性,结果表明该修正方法能够有效地提高单边约束动力学模型数值仿真的精度。

关键词: 单边约束, 动力学模型, 数值仿真, 修正方法

Abstract: Aiming at problem of calculation errors and constraint violation in numerical simulation for dynamics of unilateral constraint such as contact and collision, the error projection correction methods were put forward. On the basis of dynamical behavior of unilateral constraint described by linear programming model, mixed linear complementarity dynamics was built. Numerical simulation methods for the mixed linear complementarity dynamics were derived. In order to reduce calculation error and constraint violation caused by this error in the numerical simulation, an error correction method was built for correcting position and velocity error of numerical solution on the base of bilateral constraint model, then solving precision of unilateral constraint dynamics was improved. The correction method was verified by example and the results show that this correction method is able to improve effectively numerical simulation accuracy of unilateral constraint dynamics.

Key words: unilateral constraint, dynamical model, numerical simulation, correction method

中图分类号:

TP391.9

高海涛, 韩亚丽, 许有熊, 朱松青, 吴在罗. 单边约束动力学模型数值仿真中的误差修正方法[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(2): 240-245.

Gao Haitao, Han Yali, Xu Youxiong, Zhu Songqing, Wu Zailuo. Error Correction Methods in Numerical Simulation for Unilateral Constraint Dynamics[J]. Journal of System Simulation, 2015, 27(2): 240-245.

参考文献

[1] 刘才山, 陈滨, 彭瀚,等. 多体系统多点碰撞接触问题的数值求解方法[J]. 动力学与控制学报, 2003, 1(1): 59-64.
[2] 王琪, 庄方方, 郭易圆, 等. 非光滑多体系统动力学数值算法的研究进展[J]. 力学进展, 2013, 43(1): 101-111.
[3] 姚文莉, 王育平, 边力, 等. 多刚体系统接触碰撞动力学研究进展[J]. 力学与实践, 2007, 29(6): 9-12.
[4] Baraff D.Issues in computing contact forces for non-penetrating rigid bodies[J]. Algorithmica (S0178-4617), 1993, 10(2): 292-352.
[5] Glocker C, Pfeiffer F.Complementarity problems in multibody systems with planar friction[J]. Archive of Applied Mechanics (S0939-1533), 1993, 63(7): 452-463.
[6] Pfeiffer F.Unilateral multibody dynamics[J]. Meccanica (S0025-6455), 1999, 34(6): 437-451.
[7] Pang J S, Trinkle J C.Complementarity formulation and existence of solutions of dynamic multi-rigid-body contact problem with coulomb friction[J]. Mathematical Programming (S0025-5610), 1996 (73): 199-266.
[8] Stewart D, Trinkle J C.An implicit time-stepping scheme for rigid body dynamics with coulomb friction[C]// Proceeding of the 2000 IEEE International Conference on Robotics & Automation, San Francisco, USA. USA: IEEE, 2000 (1): 162-169.
[9] Pfeiffer F, Forg M, Ulbrich H.Numerical aspects of non-smooth multibody dynamics[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering (S0045-7825), 2006 (195): 6891-6908.
[10] Miller A T, Christensen H I.Implementation of multi-rigid-body dynamics with a robotic grasping simulator[C]// Proceeding of the 2003 IEEE International Conference on Robotics & Automation. Taipei, Taiwan, China. USA: IEEE, 2003: 14-19.
[11] 刘德贵, 朱珍民. 实时仿真算法的研究进展[J]. 系统仿真学报, 2001, 13(1): 60-63.
(Liu Degui, Zhu Zhenmin.Research Advance for Real-Time Simulation Algorithms[J]. Journal of System Simulation (S1004-731X), 2001, 13(1): 60-63.)
[12] 高海涛, 张志胜, 曹杰, 等. 基于稀疏矩阵技术的多体动力学仿真快速算法[J]. 系统仿真学报, 2009, 21(14): 4238-4247.
(Gao Haitao, Zhang Zhisheng, Cao Jie, et al. Fast Algorithm of Multibody Dynamic Simulation Based on Sparse Matrix Technique[J]. Journal of System Simulation (S1004-731X), 2009, 21(14): 4238-4247.)

[1]	李向阳, 汪潇, 张志利, 李亦豪, 龙勇. 基于虚实结合的特装车辆驾驶训练模拟系统[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(12): 2919-2934.
[2]	梁丰, 张志利, 李向阳, 李亦豪, 王蓓, 龙勇. 力反馈特种车辆驾驶舱半实物仿真模型研究[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(12): 2935-2943.
[3]	吕伟, 霍非舟. 道路瓶颈前车辆强制变道汇流过程模拟研究[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(9): 1799-1807.
[4]	周楠, 王亮, 艾剑良. 基于反步法的矢量推力旋翼机建模及仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(6): 1117-1125.
[5]	翟志强, 许进亮, 袁皓, 周永明, 赵龙飞, 王世谦. 自适应巡航系统车辆跟驰控制策略仿真[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(5): 885-891.
[6]	刘爽, 吕超, 饶勇, 王世明. 基于仿真的鲨鱼鳍结构性能分析与研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(6): 2398-2404.
[7]	田浩, 穆洲, 李慧通, 赵阳. 导弹外头罩分离及落区预测仿真[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(3): 1056-1062.
[8]	李冰, 王星, 轩华, 王薛苑. 嵌入备件库存的设备运维闭环控制系统仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(10): 3817-3825.
[9]	徐建新, 袁家俊, 邓云飞. 2024航空铝合金固支靶板分层数抗鸟撞性能研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(10): 3914-3922.
[10]	陆秋琴, 黄光球. 捕食-被食动力学优化算法[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(10): 3975-3984.
[11]	张东升, 于海洋, 徐健博, 李岩. 采煤机截割部传动系统非线性特性研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(1): 249-257.
[12]	任斌, 陈纯毅, 杨华民. 大气湍流光波传输数值仿真技术研究综述[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(8): 1631-1640.
[13]	虞跨海, 张旭辉, 徐红玉, 李蓉, 康兴国. 基于数值仿真的引信前冲过载泡沫铝缓冲性能分析[J]. 系统仿真学报, 2017, 29(6): 1311-1316.
[14]	赵未平, 葛贤坤, 刘传武, 祝逢春. 大当量装药外爆对大楼破坏过程仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(8): 1922-1928.
[15]	薛薇, 徐进康, 贾红艳. 一个分数阶超混沌系统同步及其保密通信研究[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(8): 1915-1922.

单边约束动力学模型数值仿真中的误差修正方法

Error Correction Methods in Numerical Simulation for Unilateral Constraint Dynamics

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价