針對(duì)剛性體和柔性體組成的撓性航天器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模研究。首先,建立中心剛體和撓性梁2個(gè)子系統(tǒng);然后建立基于正交理論的離散動(dòng)力學(xué)模型,設(shè)計(jì)有限空間動(dòng)力學(xué)模型控制方案;最后通過(guò)仿真計(jì)算對(duì)本文提出的模型進(jìn)行驗(yàn)證,仿真結(jié)果證明,建立的模型闡明了動(dòng)力學(xué)剛化現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和對(duì)航天器產(chǎn)生干擾的干擾源,能夠精確全面地顯示撓性航天器剛性-耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。同時(shí)設(shè)計(jì)的一階動(dòng)力學(xué)模型能夠很好地對(duì)動(dòng)力學(xué)剛化產(chǎn)生的干擾進(jìn)行抑制。 

【文章來(lái)源】：導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù). 2020,(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

撓性梁頂端橫截面振動(dòng)Fig.4Beam’sTipTransverseDeformationb）中心剛性體角速度2rad/s

こ逃τ靡?蟆?3.2FDM模型的收斂控制分析根據(jù)工程項(xiàng)目要求，設(shè)撓性航天器的相關(guān)參數(shù)為：撓性梁長(zhǎng)度5m，梁橫截面的旋轉(zhuǎn)慣量為1.333×10-8kg/m2，梁材料密度為2.7667×103kg/m3，梁的彈性系數(shù)為6.8952×1010N/m2。忽略中心剛性體的外部影響，starJ為0，b的值也為0。撓性梁外部轉(zhuǎn)矩的計(jì)算為hmaxmhmm2πsin00TtttTttt，，（22）式中mt為工作時(shí)間，取2s；hmaxT表示最大轉(zhuǎn)矩，其數(shù)值為50Nm。圖5為撓性梁FDM模型仿真計(jì)算結(jié)果。仿真過(guò)程中，外部最大轉(zhuǎn)矩為50Nm，撓性梁頂端橫截面的最大振幅約為0.42m。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，撓性梁的連續(xù)振動(dòng)振幅約為0.04m。a）撓性梁橫向振動(dòng)b）撓性梁角位移解算圖5一階模型仿真解算結(jié)果Fig.5TheFMD’sModelSimulationResults

張恒浩等撓性航天器剛性-柔性耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模研究第5期5c）中心剛性體角速度4rad/s續(xù)圖4如圖4a所示，當(dāng)中心剛性體的角速度為0.5rad/s時(shí)，撓性梁運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振蕩頻率發(fā)生偏移，此時(shí)，ZDM模型的剛性矩陣2NI和FDM模型的剛性矩陣2NNDI通過(guò)剛性矩陣中的參數(shù)矩陣N實(shí)現(xiàn)正定控制作用。因此ZDM模型和FDM模型均可通過(guò)控制參數(shù)矩陣N實(shí)現(xiàn)對(duì)撓性梁橫向振動(dòng)的有效控制。因此兩種模型在仿真過(guò)程中能夠很好地對(duì)撓性梁的橫向振動(dòng)進(jìn)行控制。如圖4b所示，當(dāng)中心剛性體的角速度為2rad/s時(shí)，撓性梁運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振蕩頻率會(huì)接近其自身固有的一階振蕩頻率。此時(shí)在ZDM模型的剛性矩陣和FDM模型的剛性矩陣中，參數(shù)2I和2NDI開(kāi)始起正定控制作用，因此ZDM模型需要通過(guò)控制參數(shù)2I實(shí)現(xiàn)對(duì)撓性梁橫向振動(dòng)的有效控制，而FDM模型需要通過(guò)控制參數(shù)2NDI實(shí)現(xiàn)對(duì)撓性梁橫向振動(dòng)的有效控制。這解釋了ZDM模型和FDM模型在仿真計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)了較大差別。由圖4b可知，ZDM模型的振蕩誤差要大于FDM模型，在2rad/s的角速度條件下，F(xiàn)DM模型能夠更好地抑制動(dòng)力學(xué)剛化現(xiàn)象對(duì)撓性梁橫向振動(dòng)的干擾。如圖4c所示，當(dāng)中心剛性體的角速度為4rad/s時(shí)，撓性梁運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振蕩頻率介于其一階自然振蕩頻率和二階自然振蕩頻率之間。此時(shí)，在ZDM模型的剛性矩陣中，2NI起負(fù)定控制作用，說(shuō)明ZDM模型已經(jīng)無(wú)法有效控制梁的橫向振動(dòng)，橫向振動(dòng)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象。在FDM模型中，由于有參數(shù)ND能夠?qū)崿F(xiàn)正定控制，因此FDM模型的剛性矩陣2NNDI仍然可以

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3208800