多体系统动力学Kane方法的改进

基于Kane方法,针对约束多体系统,建立了一种新型的自动组集系统动力学方程的方法.首先提出偏速度矩阵和偏角速度矩阵的概念,将各体对系统广义惯性力的贡献用简洁、统一的数学形式表达.然后引入各个运动学变量的递推关系以提高建模效率.最后对新型的Kane方程进行扩展,用于处理多体系统中的运动约束.该算法适用于任意多体系统,建立的动力学模型不含待定乘子,维数与系统广义速率相同,利于控制系统设计.对带有闭环约束的空间多机械臂系统的数值仿真验证了方法的正确性.

航天器姿轨耦合自适应同步控制

航天器动力学模型的精确建立,对于成功完成空间任务来说必不可少,而单独考虑轨道或姿态的模型无法满足任务高精度要求,因此从相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数(MRP)表示的姿态运动学方程出发,建立了航天器六自由度的相对耦合动力学方程。为了给出姿轨运动的基准,分别设计了航天器理想姿态和椭圆加指数接近轨道。针对航天器参数不确定问题设计了自适应同步控制律,并通过Lyapunov直接法证明闭环系统的全局渐近稳定性。从仿真结果可以看出,自适应同步控制算法能使轨道和姿态误差逐步趋于零。

柔性多体系统的动力学分析

用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程建立了柔性多体系统的动力学方程。其姿态运动方程是一次循环积分的形式，成为一次方程，而振动方程则是一组时变系数线性二次微分方程。

基于运动微分方程的搬运机器人姿态控制器设计

搬运机器人在工作过程受到外界环境干扰的影响,姿态难以平衡,为此设计一种基于运动微分方程的机器人姿态控制器。根据机器人两轴之间的约束关系计算角速度和线速度,构建动力学模型;从运动控制、状态监测等分析控制器功能需求,将硬件部分分为主控芯片、姿态检测和电机驱动等模块,选择适宜的芯片和传感器,满足抗干扰要求;利用运动微分方程确定机器人的可行姿态,形成姿态约束;采用遗传算法选择最优个体,多次迭代后获取最佳姿态控制参数,实现自动控制。实验结果表明,该控制器能够保证机器人搬运过程中具有较强的自平衡能力,在外界环境干扰下,控制器仍能确保机器人姿态快速恢复平稳。

多体分离动力学研究进展

多体分离动力学是航空航天和武器领域的多体飞行器分离系统中经常存在的一类重要运动动力学问题。主要对多体分离动力学研究过程中的存在的关键科学问题、技术难点及研究进展进行总结和论述。首先指出几种典型的多体飞行器(飞机-存储物、多级飞行器、带整流罩飞行器、多弹头飞行器等)分离中的主要关注问题及特点;接着,对多体分离动力学的理论和实验预测方法及其研究进展进行总结,分析了各种研究方法/手段的优缺点和适用性;最后给出了作者的几点思考及未来研究展望。