簇状卫星姿态控制方程的通用建模方法

当前卫星通常都由一个中心刚体和其他挠性附件构成,每个挠性附件都与中心刚体直接相连,组成了一个簇状的刚柔耦合的多体系统。随着挠性附件的数目的不同,卫星系统的拓扑构型也将有所不同。即使对于同一颗卫星而言,在展开过程的不同阶段,卫星系统具有不同的拓扑构型。本文利用柔性多体系统动力学的单向递推组集方法,提出了一套通用的解决方案,以推导具有不同拓扑构型的簇状卫星的姿态控制方程,得出了姿态控制方程的系数矩阵。

哑铃型航天器刚-柔耦合动力学建模与仿真分析

为满足深空探测的需求,需要构建一种全新的哑铃型航天器.由于构型和质量分布的差异,传统"中心刚体+柔性附件"动力学模型将不再适用,因此必须针对该构型建立一种高效准确的动力学模型.本文基于小变形假设,利用浮动坐标法,采用多体系统动力学单向递推组集方法,建立了哑铃型航天器的刚-柔耦合动力学模型.该模型考虑了哑铃型航天器的轨道-姿态-变形之间的耦合效应,保留了全部变形高次耦合项.通过采用本文方法建立的"刚体-桁架-刚体"模型和已有的两种哑铃型航天器模型,对典型算例进行动力学仿真和比较.仿真结果表明,本文模型很好地反映了哑铃型航天器的刚-柔耦合动力学特性,末端物体的转动惯量将会影响系统的动力学响应,不能简单忽略.本研究将为哑铃型航天器的总体设计,特别是控制规律的设计,提供重要的技术支持.

带Stewart平台的航天器刚柔耦合动力学建模与仿真分析

本文采用柔性多体系统单向递推组集的建模方法,基于速度变分原理建立了带Stewart平台、柔性帆板和CMG组件的航天器刚柔耦合动力学模型.由于该模型自由度较大,无法满足实时控制的需求,因此建立了简化的Stewart平台等效模型,并通过与柔性Stewart平台完整模型对比,验证了所建立的动力学简化模型的正确性与高效性.分析了星体平台运动及柔性帆板的振动对有效载荷动力学响应的影响,指出了设计Stewart平台的微振动抑制方案时不能忽略下平台的运动及柔性附件的振动.本研究为带Stewart平台的航天器的微振动减振设计与高精度指向提供了有效的技术支撑.

基于MPI的柔性多体系统动力学并行计算

研究解决多体系统动力学仿真计算中串行计算速度比较慢的问题。现将MPI(Message Parallel Interface)并行计算环境引入柔性多体系统动力学仿真软件CADAMB(Computer Aided Dynamic Analysis of MultiBody),对其中的单向递推组集建模方法进行了并行化改造,并给出了加速比和各进程效率的估计。结果显示该并行算法能大幅度提高仿真计算的速度。