基于非线性色散方程组的全柔性航天器的动力学分析

空间太阳能电站等大型结构由于采用轻质材料且结构尺寸大,呈全柔性状态,即不存在刚性构架,使得传统的中心刚体附加截断模态的方法在处理动力学问题时会出现显著的误差.从连续空间的角度对空间太阳能电站的动力学性质进行分析,以确定不同条件下起主导作用的动力学行为,为控制系统设计提供足够准确的模型简化原则.将空间太阳能电站看作平面内运动的自由边界非线性梁,根据Hamilton原理得到描述局部弹性运动与全局刚性运动的动力学模型.分析小变形情形下动力学方程在给定初始条件下的稳态解及其渐进性,讨论模态解或考虑了波动效应的色散解与结构尺寸、刚度等参数的关系,初步分析有限变形情形下可能出现的动力学行为,如动力刚化、非线性正规模态和孤立子解.总结空间太阳能电站在不同结构参数或运动条件下的动力学模型简化原则.对关键要素分析结果进行数值仿真,以此验证了理论分析结果.

一种考虑非线性形变的柔性航天器边界稳定控制方法

以空间连续变量描述的动力学模型为基础,考虑了大型柔性空间结构的整体刚体运动与局部弹性运动及位于结构边界的控制输入项的动力学耦合关系,建立了可以描述由几何非线性形变引起的动力学刚化现象的非线性动力学模型;再针对该耦合系统设计基于能量耗散方法的边界稳定控制器,利用布置在全柔性航天器两端的推力器和控制力矩陀螺,实现具有动力刚化特点的非线性自由边界弹性结构的边界稳定控制;通过数值仿真,给出全柔性航天器在边界控制作用下的动力学响应,以验证所设计的控制器的有效性。