【摘 要】
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基于多刚体系统动力学的自然坐标方法(NCF)和柔性多体系统动力学的绝对节点坐标方法(ANCF),建立一种月球探测器软着陆过程的多刚体动力学模型和刚柔耦合多体动力学模型.应用广义alpha方法,基于C语言开发着陆过程动力学分析程序,利用稀疏矩阵、图论等技术和OpenMP,MPI等并行算法对程序进行优化和加速,并基于OpenGL进行计算结果动画演示,从而实现模型仿真.
【机 构】
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北京理工大学宇航学院力学系,北京100081
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基于多刚体系统动力学的自然坐标方法(NCF)和柔性多体系统动力学的绝对节点坐标方法(ANCF),建立一种月球探测器软着陆过程的多刚体动力学模型和刚柔耦合多体动力学模型.应用广义alpha方法,基于C语言开发着陆过程动力学分析程序,利用稀疏矩阵、图论等技术和OpenMP,MPI等并行算法对程序进行优化和加速,并基于OpenGL进行计算结果动画演示,从而实现模型仿真.
其他文献
基于漂浮基空间机器人系统的动力学方程,设计了一种系统载体姿态、关节协调运动的非奇异终端滑模控制方案.数值仿真结果证实了所提控制方案的有效性.
提出了另一种基于Chebyshev扩张函数的求解含不确定参数的多体动力学系统的数值方法.该方法的实现过程相对简单,只需要求解控制方程在不同插值点处的解,然后利用这些解构造Chebyshev扩张函数.该Chebyshev方法可以较方便地往更高阶次的Chebyshev扩张函数拓展,并获得更高的求解精度.
讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,即自由飞行柔性空间机械臂姿态、关节协调运动鲁棒跟踪控制问题.针对末端抓取载荷未知及仅有精确姿态、关节位置、柔性变形反馈的情况下,利用奇异摄动法,将柔性空间机械臂系统分解为一个关于关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个描述柔性杆件振动的快变子系统.
研究带柔性臂自由漂浮空间机器人在轨捕获运动目标卫星过程的动力学,以及其自适应线性二次最优复合控制.设计一自适应线性二次最优复合控制算法以实现上述镇定控制及抑振控制;该控制算法可以克服系统参数未知对控制系统的影响,同时为了节省漂浮基位置控制推进器需要消耗的大量燃料,以延长空间机器人在轨使用寿命,设计的控制算法无需控制漂浮基的位置.
为了精确表征柔性构件发生的大转动、大变形运动特性,采用结合绝对节点坐标方法与自然坐标方法的绝对坐标方法对该系统进行建模.基于有限元网格撕裂对接技术与局部拉格朗日乘子技术,提出了一种并行求解由绝对坐标方法建立的系统动力学方程的高效算法.该方法中,将计算区域被分为独立的子区域和运动约束两部分,其中运动约束用来保持整个结构的位移的连续性,采用局部拉格朗日乘子项来描述,由此能将求解的区域分解为独立的子区域
发机构于2010年成功发射了由太阳辐射驱动的星际风筝形航天器-IKAROS,参照该航天器建立了简化的IKAROS太阳帆系统动力学模型.采用结合自然坐标方法与绝对节点坐标方法的绝对坐标方法对简化的IKAROS太阳帆系统建模,其中采用自然坐标方法对系统的中心刚性毂轮进行建模,采用基于绝对节点坐标方法描述的黏弹性索单元与黏弹性薄板单元对系统的柔性绳索与太阳帆薄膜进行建模.
研究了3D刚体摆相对平衡流形的稳定性问题.讨论了3D刚体摆的平衡流形,由3D刚体摆的约化方程解得了四组彼此不相交的一维相对平衡流形,并绘出其在球面的平衡流形图,利用Herwitz定理证明了这四组相对平衡流形是不稳定的.
将ANCF单元为等参元的特性与等几何分析思想相结合,提出了对任意四边形曲面片建模的方法,其中包括控制点的确定,单元广义坐标与形函数的推导,从而得到了ANCF四边形壳单元的有理形式(RANCF),接下来采用第二类PK应力张量与Green-Lagrange应变张量对柔性体的弹性变形进行描述.
对具有驱动约束的含摩擦滑移铰平面多刚体系统动力学的建模和数值方法进行了研究.对滑块与滑道所有可能的接触状态进行了统一的描述,建立了法向约束力的互补关系.采用库仑摩擦模型,建立了摩擦余量与切向相对加速度的互补关系.
针对3D刚体摆姿态稳定的非线性控制设计问题,给出基于欧拉四元数描述的3D刚体摆的姿态运动方程,证明了系统能量满足无源性条件,利用能量方法设计3D刚体摆的姿态控制器.通过无源性理论,构造系统的Lya-punov函数,在保证该函数半负定的情况下给出全驱动情况下的控制率,并对3D刚体摆在悬垂和倒立两种平衡位置的姿态稳定性进行仿真实验.仿真实验结果验证了基于能量方法的3D刚体摆姿态控制是有效的.