剪叉式空间伸展臂展开过程仿真与优化控制

发布时间：2017-07-06 14:20

  本文关键词：剪叉式空间伸展臂展开过程仿真与优化控制

  更多相关文章： 剪叉式空间伸展臂 仿真分析 优化控制 高阶变分数值积分方法 遗传算法

【摘要】：剪叉式空间伸展臂作为一种空间可展结构,广泛应用于各种航天器。为降低空间伸展臂的研制成本并使其顺利展开,本文对剪叉式空间伸展臂展开过程进行了仿真分析和优化控制研究。在展开过程仿真中,把剪叉式空间伸展臂看作由刚性杆件组成,得到简化的物理模型,使用多刚体动力学理论建立展开过程动力学模型,即Euler-Lagrange方程。对于该方程,采用高阶变分数值积分方法进行求解,并和传统数值求解方法进行比较分析,数值结果表明高阶变分数值积分方法求解精度高,适用于航空航天领域,可以保证展开过程的仿真具有较高的准确性。在展开过程优化控制中,针对剪叉式空间伸展臂的展开过程建立优化控制模型,首先研究了基于梯度的优化方法,给出了梯度的计算过程,并分析了该类方法中存在的问题。然后研究了不含梯度的遗传算法,分析了该方法存在的早熟问题及产生的原因,提出一种根据个体相似度选取交叉个体的方案,并给出一种新的自适应改变交叉概率与变异概率的策略,通过性能分析实验来验证本文改进方案的有效性。最后,在数值算例中使用改进遗传算法求解最优驱动力,结果表明本文所提出的改进算法能有效求出最优驱动力,适用于航空航天领域中复杂的优化控制问题。
【关键词】：剪叉式空间伸展臂 仿真分析 优化控制 高阶变分数值积分方法 遗传算法
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.2;TP18
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-14
• 1.1 研究背景和意义6-9
• 1.2 国内外研究概况9-11
• 1.2.1 空间伸展臂展开过程仿真研究概况9-10
• 1.2.2 空间伸展臂展开过程优化控制研究概况10-11
• 1.3 本文研究内容与组织结构11-14
• 1.3.1 本文研究内容12
• 1.3.2 本文组织结构12-14
• 第二章 剪叉式空间伸展臂展开过程动力学建模14-22
• 2.1 剪叉式空间伸展臂结构组成14
• 2.2 展开过程动力学模型14-21
• 2.2.1 单个剪叉单元14-20
• 2.2.2 多个剪叉单元20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 动力学方程数值求解算法22-30
• 3.1 传统数值求解方法22-25
• 3.1.1 方法介绍22-23
• 3.1.2 数值算例23-25
• 3.2 高阶变分数值积分方法25-27
• 3.2.1 方法介绍25-26
• 3.2.2 数值算例26-27
• 3.3 数值求解算法比较27-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 剪叉式空间伸展臂展开过程优化控制30-45
• 4.1 展开过程优化控制模型30-31
• 4.2 基于梯度的优化方法31-33
• 4.2.1 梯度计算31-33
• 4.2.2 基于梯度的优化方法存在的问题33
• 4.3 遗传算法及其早熟问题33-34
• 4.4 遗传算法的改进方案34-39
• 4.4.1 基于个体相似度的交叉配对35-36
• 4.4.2 交叉算子和变异算子的改进36-37
• 4.4.3 性能分析实验37-39
• 4.5 优化控制数值算例39-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 总结与展望45-46
• 参考文献46-50
• 攻读学位期间的研究成果50-51
• 致谢51-52

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本文编号：526558