柔性航天器动力学建模的伪坐标形式Lagrange方程

航天器动力学建模过程中 ,常采用伪坐标形式Lagrange方程。文章针对多柔体航天器的情况 ,利用Hamilton原理 ,导出了柔性航天器动力学建模的伪坐标形式Lagrange方程 。

柔性机器人动力学建模的一种方法

提出一种建立具有柔性关节的多柔杆机器人动力学方程的方法．首先给出了柔性关节及柔性臂杆的简化模型，然后利用Ｋａｎｅ方法和假设模态法推导出完整的动力学方程并给出了递推公式．在此基础上利用一个算例研究了臂杆柔性与关节柔性对机器人动力学响应的影响．结果表明：所建立的动力学模型更接近于实际的柔性机器人系统；臂杆柔性与关节柔性都起着非常重要的作用。

模态价值分析在航天器模型降阶中的应用研究

模态价值分析 (ModalCostAnalysis ,简称MCA)是一种重要的模型降阶方法 ,它不仅反映了系统本身的力学特性 ,而且综合考虑了系统的可观性和可控性。文章首先给出了MCA的一般理论形式 ;然后重点推导了MCA应用于中心刚体加柔性附件类航天器动力学模型降阶的工程应用模型 ;最后通过详尽的应用算例 ,说明MCA应用于柔性航天器模型降阶的有效性。

刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究

根据假设模态法,对刚-柔耦合机械臂系统进行运动学分析;基于Lagrange方程,建立刚-柔耦合机械臂系统的动力学模型;采用滑膜变结构控制方法对刚-柔性机械臂的振动控制进行仿真研究.结果表明:一阶模态下的动力学模型即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求,滑模变结构控制能够有效地减缓柔性末端的振动,提高机械臂系统的动力学性能和精度.

柔性多体航天器动力学

本文以柔性多体航天器为背景,用Jourdain变分原理建立一类无根树形柔性多体系统动力学通用模型。用独立的铰相对坐标描述相邻物体间的大位移运动,一致质量有限元法对变形体进行离散,并用通过振动正则模态变换引入的模态坐标描述物体的弹性小变形,得到一组由系统的轨道动力学方程,姿态动力学方程及系统振动方程组成的耦合形式的动力学微分方程组。由于采用通路矩阵、关联矩阵、瞬时增广体等概念,其形式与多刚体系统动力学方程兼容。文末对含中心刚体的二体及三体简单航天器模型进行动力学数值仿真。

系统模态下柔性航天器混合坐标动力学方程

首先建立了采用任意浮动参考系时的柔性航天器动力学方程； 然后选择连体坐标系为浮动参考系， 解所得到的动力学方程的特征值问题， 得到整个航天器系统的系统模态。通过模态变换， 得到用连体系刚体位移和系统模态坐标表示的混合坐标航天器动力学方程。与通常采用部件模态得到的混合坐标动力学方程不同， 这时弹性运动方程中不存在来自刚体运动的惯性耦合项； 同时也和采用系统自由弹性模态不同， 这时刚体坐标直接反映航天器刚体运动。论文最后给出了两个算例。

打纬机构钢筘的柔性动力学分析

为研究共轭凸轮打纬机构中钢筘的柔性变形问题,基于有限元法对钢筘进行离散化,应用Lagrange方程建立柔性钢筘系统的动力学方程;利用ANSYS软件对钢筘进行网格划分,分析柔性钢筘的模态和振型等振动特性;在ADAMS中建立打纬机构刚-柔耦合模型,在考虑打纬阻力的情况下进行动力学仿真,并对钢筘进行应力分析。结果表明:建立的柔性钢筘动力学方程与仿真结果一致,验证了方程的正确性;钢筘在打纬机构运动过程中出现共振变形的可能性很小;施加打纬阻力时,刚-柔耦合模型的动力学性能相比刚性体时波动增大,并且打纬阻力变化对打纬机构加速度影响明显;钢筘在打纬过程中应力主要集中于下端附近。此结论可为打纬机构的优化设计提供依据。

大范围运动柔性航天器的递推有限段法分析

采用有限段法对做大范围运动柔性航天器建模时,针对传统方法求解计算效率低的问题,提出将有限段法与空间算子代数理论结合的高效处理方法。首先采用有限段法对柔性部件进行离散,将系统构造成为带关节柔性的多刚体系统,然后采用空间算子代数理论建立递推动力学方程,保证了分段引入大量广义坐标的情况下计算量仅呈线性增长,很好地克服了分段后系统运算量急剧增长的问题。最后给出双柔性杆机械臂系统的仿真算例,分别采用空间算子代数算法(SOA)与牛顿欧拉法(NE)建模,数值仿真结果表明采用SOA法与NE法建模所得计算结果完全一致。对比两种方法计算时间表明,SOA法计算量与系统自由度呈线性关系,且远小于牛顿欧拉法,仿真结果证实了本文方法的可行性和有效性。

基于部件模态的多柔体系统非约束频率估计

基于部件模态建立多柔体系统的线性化动力学方程,通过特征分析及与ANSYS有限元分析软件计算结果相比较,表明结果是可行的。在此基础上,研究了中心刚体和柔性附件的相对质量特性对多柔体系统非约束固有频率的影响。

挠性航天器非约束模态动力学模型的降阶研究

针对中心刚体-挠性附件的挠性航天器,应用拉格朗日方程推导出动力学模型,再利用模态展开法得到非约束模态动力学方程,然后分别基于模态价值分析准则和内平衡降阶准则的相关理论探讨模型降阶。通过模态价值分析准则能够显示出各阶模态占系统总价值的份额,保留贡献较多的模态组成降阶系统。内平衡降阶准则通过非奇异线性变换,将系统模型转换为内平衡系统,在内平衡系统内舍掉Gram矩阵对角线上较小的值所对应的模态以构成降阶系统。最后,利用数值仿真对中心刚体-单侧挠性梁航天器的非约束模态动力学模型进行模型降阶,通过两种准则对系统模型降阶数值计算,结果表明两种降阶准则均能够有效地对原系统进行模型降阶。

基于反步法的挠性航天器姿态镇定

利用反步法研究了一类挠性航天器的姿态镇定问题,提出一种基于模态观测器的反步控制设计方案。首先,构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测;其次,将角速度看成虚拟控制器,设计虚拟角速度镇定运动学模型与挠性模态变量组成的子系统;最后,利用反步法设计了一种非线性控制器使得角速度能够跟踪虚拟角速度,从而实现姿态镇定的目标。当不存在外部扰动作用时,设计的控制器能够渐近镇定挠性航天器姿态控制系统。当存在有界扰动时,在控制器作用下,姿态控制系统的状态能够在有限时间内收敛到一个包含原点的可调小区域中,该区域的边界由控制器参数决定。数字仿真结果验证了所提方法的有效性。