挠性航天器刚性-柔性耦合系统动力学建模研究
发布时间：2021-05-31 19:05
针对刚性体和柔性体组成的挠性航天器进行动力学建模研究。首先,建立中心刚体和挠性梁2个子系统;然后建立基于正交理论的离散动力学模型,设计有限空间动力学模型控制方案;最后通过仿真计算对本文提出的模型进行验证,仿真结果证明,建立的模型阐明了动力学刚化现象产生的原因和对航天器产生干扰的干扰源,能够精确全面地显示挠性航天器刚性-耦合系统的动力学现象。同时设计的一阶动力学模型能够很好地对动力学刚化产生的干扰进行抑制。
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
挠性梁顶端横截面振动Fig.4Beam’sTipTransverseDeformationb）中心刚性体角速度2rad/s
こ逃τ靡?蟆?3.2FDM模型的收敛控制分析根据工程项目要求，设挠性航天器的相关参数为：挠性梁长度5m，梁横截面的旋转惯量为1.333×10-8kg/m2，梁材料密度为2.7667×103kg/m3，梁的弹性系数为6.8952×1010N/m2。忽略中心刚性体的外部影响，starJ为0，b的值也为0。挠性梁外部转矩的计算为hmaxmhmm2πsin00TtttTttt，，（22）式中mt为工作时间，取2s；hmaxT表示最大转矩，其数值为50Nm。图5为挠性梁FDM模型仿真计算结果。仿真过程中，外部最大转矩为50Nm，挠性梁顶端横截面的最大振幅约为0.42m。当系统到达稳定状态时，挠性梁的连续振动振幅约为0.04m。a）挠性梁横向振动b）挠性梁角位移解算图5一阶模型仿真解算结果Fig.5TheFMD’sModelSimulationResults
张恒浩等挠性航天器刚性-柔性耦合系统动力学建模研究第5期5c）中心刚性体角速度4rad/s续图4如图4a所示，当中心刚性体的角速度为0.5rad/s时，挠性梁运动时产生的振荡频率发生偏移，此时，ZDM模型的刚性矩阵2NI和FDM模型的刚性矩阵2NNDI通过刚性矩阵中的参数矩阵N实现正定控制作用。因此ZDM模型和FDM模型均可通过控制参数矩阵N实现对挠性梁横向振动的有效控制。因此两种模型在仿真过程中能够很好地对挠性梁的横向振动进行控制。如图4b所示，当中心刚性体的角速度为2rad/s时，挠性梁运动时产生的振荡频率会接近其自身固有的一阶振荡频率。此时在ZDM模型的刚性矩阵和FDM模型的刚性矩阵中，参数2I和2NDI开始起正定控制作用，因此ZDM模型需要通过控制参数2I实现对挠性梁横向振动的有效控制，而FDM模型需要通过控制参数2NDI实现对挠性梁横向振动的有效控制。这解释了ZDM模型和FDM模型在仿真计算过程中出现了较大差别。由图4b可知，ZDM模型的振荡误差要大于FDM模型，在2rad/s的角速度条件下，FDM模型能够更好地抑制动力学刚化现象对挠性梁横向振动的干扰。如图4c所示，当中心刚性体的角速度为4rad/s时，挠性梁运动时产生的振荡频率介于其一阶自然振荡频率和二阶自然振荡频率之间。此时，在ZDM模型的刚性矩阵中，2NI起负定控制作用，说明ZDM模型已经无法有效控制梁的横向振动，横向振动出现发散现象。在FDM模型中，由于有参数ND能够实现正定控制，因此FDM模型的刚性矩阵2NNDI仍然可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]挠性航天器刚性-柔性耦合动力学模型控制方法[J]. 张恒浩,王小锭,张霞,魏明,陈春燕. 航天控制. 2017(05)
[2]面向刚柔耦合卫星的有限时间输出反馈姿态控制[J]. 肖岩,叶东,孙兆伟. 宇航学报. 2017(05)
[3]航天器刚柔耦合动力学建模及热诱发动力学响应分析[J]. 孙述鹏,王伟,段枭. 振动与冲击. 2016(24)
[4]Modal parameter identification of flexible spacecraft using the covariance-driven stochastic subspace identification（SSI-COV） method[J]. Yong Xie,Pan Liu,Guo-Ping Cai. Acta Mechanica Sinica. 2016(04)
[5]Cross-coupling integral adaptive robust posture control of a pneumatic parallel platform[J]. 左赫,陶国良. Journal of Central South University. 2016(08)
[6]Robust adaptive cross-coupling position control of biaxial motion system[J]. CHEN Wei,WANG DianDian,GENG Qiang,XIA ChangLiang. Science China（Technological Sciences）. 2016(04)
博士论文
[1]多体系统中大变形柔性梁的建模及动力学仿真[D]. 张志刚.大连理工大学 2015
本文编号：3208800
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
挠性梁顶端横截面振动Fig.4Beam’sTipTransverseDeformationb）中心刚性体角速度2rad/s
こ逃τ靡?蟆?3.2FDM模型的收敛控制分析根据工程项目要求，设挠性航天器的相关参数为：挠性梁长度5m，梁横截面的旋转惯量为1.333×10-8kg/m2，梁材料密度为2.7667×103kg/m3，梁的弹性系数为6.8952×1010N/m2。忽略中心刚性体的外部影响，starJ为0，b的值也为0。挠性梁外部转矩的计算为hmaxmhmm2πsin00TtttTttt，，（22）式中mt为工作时间，取2s；hmaxT表示最大转矩，其数值为50Nm。图5为挠性梁FDM模型仿真计算结果。仿真过程中，外部最大转矩为50Nm，挠性梁顶端横截面的最大振幅约为0.42m。当系统到达稳定状态时，挠性梁的连续振动振幅约为0.04m。a）挠性梁横向振动b）挠性梁角位移解算图5一阶模型仿真解算结果Fig.5TheFMD’sModelSimulationResults
张恒浩等挠性航天器刚性-柔性耦合系统动力学建模研究第5期5c）中心刚性体角速度4rad/s续图4如图4a所示，当中心刚性体的角速度为0.5rad/s时，挠性梁运动时产生的振荡频率发生偏移，此时，ZDM模型的刚性矩阵2NI和FDM模型的刚性矩阵2NNDI通过刚性矩阵中的参数矩阵N实现正定控制作用。因此ZDM模型和FDM模型均可通过控制参数矩阵N实现对挠性梁横向振动的有效控制。因此两种模型在仿真过程中能够很好地对挠性梁的横向振动进行控制。如图4b所示，当中心刚性体的角速度为2rad/s时，挠性梁运动时产生的振荡频率会接近其自身固有的一阶振荡频率。此时在ZDM模型的刚性矩阵和FDM模型的刚性矩阵中，参数2I和2NDI开始起正定控制作用，因此ZDM模型需要通过控制参数2I实现对挠性梁横向振动的有效控制，而FDM模型需要通过控制参数2NDI实现对挠性梁横向振动的有效控制。这解释了ZDM模型和FDM模型在仿真计算过程中出现了较大差别。由图4b可知，ZDM模型的振荡误差要大于FDM模型，在2rad/s的角速度条件下，FDM模型能够更好地抑制动力学刚化现象对挠性梁横向振动的干扰。如图4c所示，当中心刚性体的角速度为4rad/s时，挠性梁运动时产生的振荡频率介于其一阶自然振荡频率和二阶自然振荡频率之间。此时，在ZDM模型的刚性矩阵中，2NI起负定控制作用，说明ZDM模型已经无法有效控制梁的横向振动，横向振动出现发散现象。在FDM模型中，由于有参数ND能够实现正定控制，因此FDM模型的刚性矩阵2NNDI仍然可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]挠性航天器刚性-柔性耦合动力学模型控制方法[J]. 张恒浩,王小锭,张霞,魏明,陈春燕. 航天控制. 2017(05)
[2]面向刚柔耦合卫星的有限时间输出反馈姿态控制[J]. 肖岩,叶东,孙兆伟. 宇航学报. 2017(05)
[3]航天器刚柔耦合动力学建模及热诱发动力学响应分析[J]. 孙述鹏,王伟,段枭. 振动与冲击. 2016(24)
[4]Modal parameter identification of flexible spacecraft using the covariance-driven stochastic subspace identification（SSI-COV） method[J]. Yong Xie,Pan Liu,Guo-Ping Cai. Acta Mechanica Sinica. 2016(04)
[5]Cross-coupling integral adaptive robust posture control of a pneumatic parallel platform[J]. 左赫,陶国良. Journal of Central South University. 2016(08)
[6]Robust adaptive cross-coupling position control of biaxial motion system[J]. CHEN Wei,WANG DianDian,GENG Qiang,XIA ChangLiang. Science China（Technological Sciences）. 2016(04)
博士论文
[1]多体系统中大变形柔性梁的建模及动力学仿真[D]. 张志刚.大连理工大学 2015
本文编号：3208800
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3208800.html
