基于绝对节点坐标法的航天器柔性附件动力学建模与运动控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dousansan33
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随着航天工业的发展,近年来航天器的任务越来越复杂多样,而航天器也需要的多种附件完成不同的空间任务。航天器附件的大型化、轻质化、柔性化的发展趋势使得在考虑其相关动力学问题时,不能简单地将其作为刚性多体来考虑,因此对于这些柔性附件的动力学建模和运动控制研究具有重要意义。因此,本文针对航天器的大型桁架、机械臂等典型柔性附件进行了动力学建模,分析以及运动控制的研究,主要内容如下:1.基于连续介质力学理论,推导了绝对节点坐标法单元,并通过一维二节点梁单元建立柔性附件的动力学模型,基于虚功原理推导了一维二节点梁单元建模柔性附件的动力学方程。2.以一维二节点梁单元建立的柔性附件动力学方程为例,简要介绍了两种求解方法,对比了这两种方法与商业软件的求解结果,验证了该方法求解动力学方程的正确性。在此多体动力学的基础上,提出了一种适用于特定对象的动力学方程求解方法,通过对比该方法求解过程中的能量变化验证了该求解方法的正确性。3.选取了航天器柔性附件中较为典型的平面桁架进行了动力学分析,对比了不同单元数下的仿真结果。结果表明在考虑航天器附件柔性时,其运动具有明显的滞后性,且运动过程中持续震动,在运动结束后仍然速度不为零,持续震动。仿真结果表明航天器附件的柔性会对其运动产生较大的影响。4.以柔性双连杆机械臂的末端轨迹跟踪控制为例提出了一种柔性附件运动控制的策略。将刚体状态的驱动力矩作为前馈输入,以运动过程中产生的误差为反馈来对柔性附件进行运动控制。对双连杆机械臂的两种典型末端运动轨迹进行了仿真计算,表明了该控制策略的有效性。
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