空间可展开机构动力学建模及控制研究

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空间可展开机构是一种典型的多柔体结构,具有展开半径尺寸大、质量轻、刚性小等特点,假设部件为刚体的动力学模型已无法描述空间可展开机构展开过程的复杂动力学性态,因此必须寻求一种有效的建模方法进行建模才能够准确描述其展开动力学特性。   本文以旋转的柔性杆件结构作为空间可展开机构的典型单元柔性结构,基于模态假设法和Lagrange方程建立了空间可展开机构结构单元柔性体动力学方程,并对非线性化模型作了线性化处理,得到单元柔性体的线性化动力学模型。在数值仿真的基础上,分析了非线性项对动力学特性的影响、不同阶数模态截断对系统精度的影响、以及单元柔性体的各种参数(包括物理参数、几何结构参数和外加驱动力矩)对动力学特性的影响。   基于空间可展开机构的单元柔性体动力学模型,建立其单元柔性体的控制模型的一般形式。基于线性二次最优控制原理,通过数值仿真,重点分析了加权矩阵对角线上不同位置加权量对控制系统的影响。截取系统的不同阶数模态,对系统的最优控制模型进行了数值仿真,数值仿真结果表明系统具有足够的精度。   基于神经网络控制的基本理论,叙述了BP神经网络辨识的特点及辨识模型,以及其算法和改进算法,研究了空间可展开机构神经网络控制的必要性和可行性。针对空间可展开机构的具体特点和要求建立了基于BP网络的空间可展开机构辨识模型。数值仿真结果表明:该模型能够精确模拟空间可展开机构展开过程的动态特性,并具有良好的泛化能力,为可展开机构展开过程的实时控制提供了参考。
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