中心刚体-柔性梁系统的最优跟踪控制

对考虑阻尼影响的中心刚体-柔性梁系统的动力特性和主动控制进行研究．研究中考虑了3种动力学模型:一次近似耦合模型、一次近似简化模型和线性化模型．一次近似模型中同时考虑了柔性梁的轴向变形和横向变形．若在一次近似耦合模型中忽略轴向变形的影响,则可得出一次近似简化模型．线性化模型是对一次近似简化模型的线性化处理．另外研究中考虑了3种阻尼因素:结构阻尼、风阻、中心刚体轴承处的阻尼．控制设计采用最优跟踪控制方法．给出了从物理测量中提取模态坐标的滤波器方法．研究结果显示,一次近似简化模型能够有效地对系统的动力学行为进行描述;阻尼对系统的动力学特性有着重要影响;当系统大范围运动为低速时,模态滤波器能够较好地提取出控制律所需的模态坐标,最优跟踪控制方法能够使得系统跟踪所期望的运动轨迹,并且柔性梁的弹性振动可得到抑制．

中心刚体-柔性梁系统的旋转运动控制

中心刚体-柔性梁系统是一个典型的刚柔耦合动力学系统,对其动力学与控制的研究一直是国内外的研究热点问题之一。采用一次近似简化模型对中心刚体-柔性梁系统的旋转运动控制进行研究,其中控制律采用变结构控制方法进行设计。切换面的设计采用最优化方法而得出,控制律的设计采用指数趋近律方法。因为所设计的控制律是模态坐标的函数,而模态坐标不可能通过物理测量直接获得,因此给出一个从物理测量中提取模态坐标的滤波器方法。数值仿真结果显示,模态滤波器能够较好地提取出控制律所需的模态坐标;变结构控制能够使得系统达到所期望的运动状态,并可使柔性梁的残余振动得到抑制。

具有附加质量的中心刚体-柔性梁的频率特性

本文采用一次近似模型研究了任意附加质量位置的中心刚体-柔性梁系统的频率特性。首先给出了一次近似模型的表达式,然后通过数值仿真研究了附加质量在梁上不同位置以及不同附加质量大小对系统频率的影响。结果表明,当附加质量在梁的前半段时,频率并不随其远离固定端而下降;但在靠近梁的后半端,频率则呈现出明显的下降趋势。

中心刚体-柔性梁应变反馈多目标优化控制

本文针对柔性结构在轨组装任务背景,将自动飞船和待运送部件分别简化为中心刚体和柔性梁附件,研究自由漂浮中心刚体-柔性梁系统的动力学与控制问题.首先基于小变形和低转速假设,将梁用假设模态法离散,采用Lagrange方程导出系统动力学方程.继而设计一种带有应变反馈的PD控制律用于完成中心刚体的状态镇定以及柔性梁振动抑制.此外,本文还使用遗传算法对控制器中的参数进行多目标优化.最后,通过数值算例验证了所设计控制器的有效性.

IKAROS太阳帆第一阶段展开过程的动力学行为分析

空间结构的在轨展开涉及到复杂的高维强非线性动力学问题,这些动力学问题的建模及仿真技术是航天动力学领域的难题,也是对在轨展开过程施加控制的前提条件。本研究以IKAROS太阳帆在轨第一阶段展开过程为例,基于哈密顿变分原理,建立中心刚体-主动伸长柔性梁耦合动力学模型;采用保结构分析方法,关注动力学系统的局部动力学行为,在恒定转矩驱动和恒定功率驱动两种工况条件下,对IKAROS太阳帆第一阶段展开过程进行仿真;发现两种工况条件下的中心刚体转动角速度演化规律差别显著,恒定转矩做功将导致中心刚体的转动稳定性变差,同时,恒定功率驱动工况下,IKAROS太阳帆第一展开阶段节能效果较好。

考虑科氏力影响的旋转Timoshenko梁的变结构控制分析

文章基于Hamilton变分原理,采用Timoshenko梁理论,给出了考虑科氏力影响的中心刚体-柔性梁系统的动力学方程,并应用弹性波与振动模态理论,确定了受科氏力影响的Timoshenko梁的振动模态。同时,结合变结构控制器设计原理,对比分析了考虑科氏力与不考虑科氏力时对旋转Timoshenko梁振动的影响。